CN201132164Y - 新型高频高压静电除尘电源 - Google Patents
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Abstract
新型高频高压静电除尘电源。交流电经二极管整流、IGBT全桥逆变、高频升压变压器、整流取样送入除尘室电场；控制回路设触摸屏和单片机系统；取样端经光电隔离、A/D转换、单片机、PWM脉宽调整和保护电路，返馈入逆变器。频率达20kHz～40kHz，变压器体重减小为1/10。有高磁导率磁芯和脉宽调整，波形不畸变，效率可达90％。除尘效率高、排烟浓度低及功率因数高。磁芯用软磁材料铁氧体重量轻。变压器用导热绝缘固体材料浇筑，无油无二次污染。变压器付边由多个分绕组串联布置，可降低层间电压、绝缘厚和体积。电源就地安装，无须专门控制室。用单片机功能多，性能提高，用触摸屏方便，两者结合可实时显示工作状况；光电隔离可防干扰，减小波形失真。本电源输出电压为80KV，电流达0.4A及以上。可用于环保领域的静电除尘。
Description
(一)技术领域：
本实用新型涉及一种用于环保的静电除尘装置的电源，属静电分离法类(B03C)。
(二)背景技术：
高压静电除尘装置的电源大多数采用传统的可控硅静电除尘电源。虽然制作技术日趋成熟，并在大气污染处理行业得到广泛的应用，但随着大气环保排放(尘量)标准的提高(新标准50mg/Nm3)，很多电源达不到新的要求，尤其在节能降耗方面。见图3，传统可控硅高压电源由顺次连接的单相或三相交流输入1n、可控硅调相2n、工频升压变压器3n、工频高压整流4n、除尘室电场5n以及自动控制器6n组成。此可控硅高压电源的主要缺陷如下：①因采用工频变压器体积庞大，重量重，最小输出功率的产品也有数百公斤重；如：一台可控硅高压电源，变压器高压侧电压为80千伏，工作电流小于1200mA，输出功率为96kw，变压器体积大到1400×1500×1900，重量高达1900kg。且因工作频率低，副边线圈匝数多，增加了制作难度和用铜量。②因工频变压器自身损耗大和可控硅调整后的正弦波已经发生畸变，加大了变压器的损耗，效率最高只能达到65％。③功率因数低；功率因数和可控硅控制角有关系，控制角为0，导通角最大时，此时功率因素也只有0.7，导通角越小功率因数越低，由此功率因数一般在0.6～0.7。④除尘效率有待提高(小于95％)：闪络点较低，二次电流输出在很低的工况条件下；电源的二次电压平均值在51KV时开始闪络，但其实际峰值电压(场强、闪络点)为69KV。⑤安装极为不便，需要专门的控制室。⑥升压变压器用的变压器油会带来严重的二次污染。目前可控硅电源有采用加宽、加大本体结构的方法降低含尘量，但实际效果也有限，不仅一次性设备投入大大增加，且日常的运行费用也成倍增长，在目前的国内环保环境和市场环境要求下，必须有一种新型的效率较高的节能型的电源来替代传统的可控硅电源。
(三)发明内容：
本实用新型提出的新型高频高压静电除尘电源，目的就是提供一种克服传统可控硅静电除尘电源耗电高、体积大和重以及含尘量难达标等问题。其技术方案如下：新型高频高压静电除尘电源，其特征是：
A.主回路中三相交流电源1顺次连接二极管整流电路2、IGBT全桥逆变器3、高频升压变压器4、整流取样电路5和除尘室电场6；B.控制回路中设有触摸屏8和单片机控制系统7，其中单片机控制系统7内设有光电隔离电路7.1、A/D转换7.2、单片机7.3、PWM脉宽调整和保护电路7.4；触摸屏经接口电路7.5与单片机7.3连接；C.整流取样电路5中电流、电压取样端接光电隔离电路7.1；PWM脉宽调整和保护电路7.4输出端接IGBT全桥逆变器3。
上述IGBT管可选择额定电流在150安及以上。上述高频升压变压器4磁芯窗口比现有产品加长100～200mm；变压器整个付边绕组由多个分绕组串联而成，每个分绕组在磁芯外圆周径向绕制相互绝缘的多层线匝，多个分绕组沿磁芯轴向分布排列。上述高频升压变压器磁芯可采用软磁材料铁氧体。上述高频升压变压器可采用导热绝缘固体材料浇筑。上述高频升压变压器和整个电源设置安装在除尘室现场。
本实用新型有益效果：
1)体积小重量轻：因采用IGBT逆变器，IGBT为绝缘栅双极晶体管，是一种新式电子元件，它交替通断，产生逆变频率高达20kHz～40kHz，由此变压器磁芯、线包体积和重量大大缩小，为可控硅电源工频变压器的1/10及以下。2)效率高：首先因采用高频变压器，高频磁芯具有高磁导率，低矫顽力，高电阻率特性，其能量传递过程中效率极高。其二采用PWM脉宽调整电路7调整脉宽，变压器的输入波形不会严重畸变，对输出效率不会产生影响，因此输出效率可达90％以上。例如：一套除尘设备采用八台60kw的电源共计480kw，在相同输出功率的情况下，采用可控硅电源每小时将多损耗205kw的电能，一天24小时就是4920kw的电能，可见本专利将产生巨大经济效益。此处还没考虑除尘效率提高所带来的社会效益。3)除尘效率高和排放烟尘浓度低：经整流取样电路5输出波形波动极小，电压平均值接近峰值，可一直升至接近80KV，因除尘效率为电压峰值与平均值的乘积，因而除尘效率是最高的，其二次有效电能得到大幅度的提高。本专利还显著提高了电压平均值和有效电流平均值，从而降低了烟尘的排放浓度。4)功率因数高达0.95左右：因输入的三相交流电直接到二极管整流电路2，即是AC-DC的过程，它不会对输入的交流正弦波造成破坏。5)IGBT管选150安及以上及相匹配的其它参数，可使输出电流在0.4A以上。6)采用单片机控制系统7控制功能增加，性能提高；用先进的触摸屏实现显示和操作，使之方便、快捷、直观；触摸屏和单片机结合的控制系统可以实时显示工作状况，且可用曲线显示。7)设光电隔离电路可防止外部电磁场(特别是除尘室电极)对单片机系统内部的干扰，减小波形失真。8)变压器整个付边绕组设多个分绕组串联的布置结构，可大大降低层间电压和绝缘厚，又使变压器体积减小。9)磁芯用软磁材料铁氧体，适合高频下使用，体积小重量轻小于30Kg。10)变压器用导热绝缘固体材料浇筑，无需变压器油浸泡，无二次污染。11)电源和变压器就地安装，无须专设控制室。
(四)附图说明：
图1高频高压开关电源电路框图
图2高频高压开关电源主回路电路图及控制回路框图
图3现有的可控硅高压电源电路框图
(五)具体实施方式：
见图1，见图2，本实施例新型高频高压开关电源有如下部分：
主回路设有如下部分：三相交流电源1内有市电A、B、C和手动开关1.1和由控制回路驱动的接触器1.2；二极管整流电路2由六个二极管(每相内正反接两个)D21、D22；D23、D24；D25、D26和电容C2组成，由此将工频三相交流电整流滤波。IGBT全桥逆变器3内由四个IGBT管(绝缘栅双极晶体管)Q1、Q2、Q3、Q4接成全桥电路，并接入高频升压变压器4原边(低压侧)线圈，设四个IGBT管交替通断，每管额定电流可选150安，产生高达20kHz～40kHz逆变频率，将工频三相交流电整流滤波后电压电流变为逆变频率通入高频升压变压器4低压侧。高频变压器磁芯窗口比现有产品加长100～200mm，变压器整个付边绕组由多个分绕组串联而成；每个分绕组在磁芯外圆周径向绕制相互绝缘的多层线匝；多个分绕组沿磁芯轴向分布排列。变压器用导热绝缘固体材料浇筑，如新型绝缘材料硅橡胶。磁芯采用软磁材料铁氧体。变压器和整个电源设置安装在除尘室现场。变压器输出电压达80KV，输出电流0.4A以上。变压器4付边(高压侧)与整流取样电路5连接，整流取样电路5设有二极管D51、D52、D53、D54和阻尼电阻R50、分压取样电阻R51、R52、R53和电流检侧电阻R54，将变压器高压侧电压整流滤波后为输出电压U6和输出电流I6施加和通入除尘室电场6。
控制回路设如下部分：设触摸屏8和单片机控制系统7。单片机控制系统7如下形成：①设光电隔离电路7.1，可采用线性隔离，它的信号输入端接整流取样电路5中M点，电流信号取样；与N点连接，电压信号取样。②设A/D转换7.2将模拟信号变为数字信号送入单片机。③单片机7.3用型号为PIC18F452，信号输出端接PWM脉宽调整和保护电路。④PWM脉宽调整和保护电路7.4：通过单片机控制将取样电压电流波进行脉宽调整后，再通过输出端四个端口71、72、73、74分别与四个IGBT管Q1、Q2、Q3、Q4连接并进行控制。保护电路主要对四个IGBT管进行超温和过流保护。⑤触摸屏8经接口电路7.5与单片机7.3连接。⑥在取样返馈线路上装设保护接地装置9。
Claims (6)
1.新型高频高压静电除尘电源，其特征是：
A.主回路中三相交流电源(1)顺次连接二极管整流电路(2)、IGBT全桥逆变器(3)、高频升压变压器(4)、整流取样电路(5)和除尘室电场(6)；
B.控制回路中设有触摸屏(8)和单片机控制系统(7)，其中单片机控制系统(7)内设有光电隔离电路(7.1)、A/D转换(7.2)、单片机(7.3)、PWM脉宽调整和保护电路(7.4)；触摸屏经接口电路(7.5)与单片机(7.3)连接；
C.整流取样电路(5)中电流、电压取样端接光电隔离电路(7.1)；PWM脉宽调整和保护电路(7.4)输出端接IGBT全桥逆变器(3)。
2.按权利要求1所述除尘电源，其特征是IGBT管选择额定电流在150安及以上。
3.按权利要求1所述除尘电源，其特征是高频升压变压器(4)磁芯窗口比现有产品加长100～200mm；变压器整个付边绕组由多个分绕组串联而成；每个分绕组在磁芯外圆周径向绕制相互绝缘的多层线匝；多个分绕组沿磁芯轴向分布排列。
4.按权利要求1所述除尘电源，其特征是高频升压变压器(4)磁芯采用软磁材料铁氧体。
5.按权利要求1所述除尘电源，其特征是高频升压变压器(4)内设有浇筑用的导热绝缘固体材料。
6.按权利要求1所述除尘电源，其特征是高频升压变压器(4)和整个电源设置安装在除尘室现场。
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| CN106712547A (zh) * | 2016-12-12 | 2017-05-24 | 成都金创立科技有限责任公司 | 等离子技术制备石墨烯大功率专用电源 |
| CN109962633A (zh) * | 2017-12-25 | 2019-07-02 | 湖北新空电气有限公司 | 一种环保恒高频高压大功率除尘电源 |
| CN112737390A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-30 | 南通大学 | 一种基于pwm技术的熔喷布驻极电源 |
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