CN201404859Y

CN201404859Y - 电除尘高频脉冲馈电高压整流电源

Info

Publication number: CN201404859Y
Application number: CN2009200712284U
Authority: CN
Inventors: 杨晓军; 谢孟晴; 张敏; 陈黎君
Original assignee: SHANGHAI METALLURGY MINE MACHINERY FACTORY
Current assignee: SHANGHAI METALLURGY MINE MACHINERY FACTORY
Priority date: 2009-04-28
Filing date: 2009-04-28
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2019-04-28

Abstract

本实用新型公开了一种电除尘高频脉冲馈电高压整流电源，电除尘高频脉冲馈电高压整流电源由主电路和控制电路两部分构成；本实用新型的有益效果是：减少了粉尘排放浓度，提高了除尘效率。(1)高频脉冲馈电高压整流电源的转换效率可高达95％以上，节电20％；(2)高频脉冲馈电高压整流电源的功率因数达0.9以上，比传统可控硅相控电源提高0.2；(3)高频脉冲馈电高压整流电源体积重量仅为传统可控硅相控电源的1/5；(4)高频脉冲馈电高压整流电源的控制柜和变压器集成为一体，相比传统可控硅相控电源省去了控制室。

Description

电除尘高频脉冲馈电高压整流电源

技术领域

本实用新型涉及一种电除尘装置，特别涉及一种电除尘装置的高频整流电源。

背景技术

随着工业粉尘及废气排放量的日益增加，其对环境的污染也越来越严重，特别是在冶金、矿山、建材、化工等行业中。电除尘器具有除尘效率高、处理烟气量大、运行费用低等优点被广泛用于上述行业的烟气治理。但是，常规的高压静电除尘装置体积庞大、笨重、使用不方便、除尘效率低。因此，减小高压静电除尘装置的体积、重量及提高除尘效率就显得尤为重要。

从上世纪八十年代至现在，环保领域电除尘器所使用的高压供电电源基本上都是采用输入为两相的可控硅工频相控电源，在可控硅工频相控电源做部分改进，比如研制了将输入改为三相的可控硅工频相控电源，调幅式LG恒流源等，在系统控制方面也做了许多工作，比如把反馈控制量由电压改成电流，电源调节采用了单片机等等，但除了在供电平衡及输出电压波动小方面有所改善外，其他方面并没有本质的改变，都跟不上环保标准不断提高和节能降耗、可持续发展的客观要求，其根本原因是直接利用电网工频电源并采用半控型器件可控硅进行调压控制，造成电源的功率变压器和滤波电感器电容器体积庞大，耗能耗材，耗费空间，并影响除尘效率的提高。

归纳起来，电除尘器的这种传统的低频整流电源主要有五大缺点：一是供电不平衡，工作频率低，转换效率低于75％，功率因数低于0.7，不利于节能环保；二是供电电压波动大，平均输出电压低，除尘效率低，三是变压器和滤波器体积大，重量重，价格高，性价比低；四是体积庞大的电源控制调节柜和隔离升压用的工频变压器分居两处，耗费空间，增加基建费用。五是输出高压波形单一，对高浓度或高电阻比的粉尘适应性差，达不到环保领域粉尘排放标准的新要求(2004年火力电厂粉尘排放标准由原来90年代的200毫克/立方米降低至50毫克/立方米)。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种电除尘高频脉冲馈电高压整流电源。

为了实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是：

电除尘高频脉冲馈电高压整流电源，电除尘高频脉冲馈电高压整流电源由主电路和控制电路两部分构成；

所述的主电路主要包括配电开关、工频整流器、斩波器、滤波器、IGBT桥式逆变器、保护电路、高频高压变压器、高频高压硅堆连接而成；

所述的控制电路包括电流、电压、火花率采样及其处理单元，PWM信号产生和驱动电路，单片机控制器，参数输入键盘及液晶显示，通信接口。

本实用新型的有益效果是：减少了粉尘排放浓度，提高了除尘效率。(1)高频脉冲馈电高压整流电源的转换效率可高达95％以上，节电20％；(2)高频脉冲馈电高压整流电源的功率因数达0.9以上，比传统可控硅相控电源提高0.2；(3)高频脉冲馈电高压整流电源体积重量仅为传统可控硅相控电源的1/5；(4)高频脉冲馈电高压整流电源的控制柜和变压器集成为一体，相比传统可控硅相控电源省去了控制室。

附图说明

图1、本实用新型的原理方框图。

图2、电除尘器等值电路图。

图3、高频脉冲馈电高压整流电源和传统可控硅相控电源的输出直流电压波形。

图4、本实用新型主电路电路图。

图5、脉宽调制控制电路图。

具体实施方式

请参见附图说明其实施过程：

图1所示为高频脉冲馈电高压整流电源的电路组成框图，它主要包括主电路及控制电路两部分。主电路主要包括配电开关、工频整流器、斩波器、滤波器、IGBT桥式逆变器、保护电路、高频高压变压器、高频高压硅堆(高频整流器)等部分。控制电路主要包括电流、电压、火花率采样及其处理单元，PWM信号产生和驱动电路，单片机控制器，参数输入键盘及液晶显示，通信接口等部分。

假定电除尘器所需供电电源为70KV高压直流电源。输入三相380V/50HZ或60HZ交流电源，经三相整流滤波成约520V直流电压，再经IGBT模块高频20KHZ逆变，高频变压整流为70KV，经限流电阻R0供给电除尘器极板。输出电流、电压、反馈至单片机控制器改变脉冲工作频率或脉冲宽度经隔离驱动器送给IGBT全桥高频逆变器以对输出电流、输出电压进行调节。输出开路保护、断路保护、变压器油和IGBT的过热保护、输出网络控制和处理等均由单片机控制器一并实现。

电除尘器ESP可等效为RC并联电路，如图2所示。R为电晕电流的等值电阻，随粉尘浓度、颗粒大小、粉尘性质、化学成分、温度、湿度等变化，同时与电除尘器类型、结构、大小、风速等都有关系，变化范围很大，20千欧~10兆欧。C是电极间的等值电容，一般较为恒定，大小随极间距离，极板面积和极间粉尘而有不同，一般范围是5000pF~100000pF。

图3是高频脉冲馈电高压整流电源和传统可控硅相控电源的输出直流电压波形。

从图3可以看出：常规的电除尘器可控硅工频相控整流电源T/R产生的输出谷值电压，比高频脉冲馈电高压整流电源产生的输出直流电压要低25％。常规的工频相控整流电源为100Hz，高频脉冲馈电高压整流电源为20kHz以上，谷值电压在静电除尘器电场中触发火花。电火花能抑制电离，显著的限制了加在电极上的平均电压，严重影响电除尘器的除尘效率。高频脉冲馈电高压整流电源工作在20KHz以上，同常规的T/R相比，高频脉冲馈电高压整流电源提供了几乎无波动的直流输出，能够跟踪火花发生点电压，调节输出电压。高频脉冲馈电高压整流电源提高了静电除尘器的供电电压和电流，对于细而低比电阻的灰尘，电除尘器粉尘排放浓度显著降低。以25％来计算，则在上述相同工况下，高频脉冲馈电高压整流电源输出功率比可控硅工频相控整流电源T/R要高出56％，从而减少了粉尘排放浓度，提高了除尘效率。

此外，对于高比电阻的工况，高频开关电源容易通过单片机程序调整得到各类能提高除尘效果的供电波形，常规电源则因波形单一，无法提高除尘效率。加上系统控制，高频脉冲馈电高压整流电源比常规电源可减少粉尘排放量30％～80％。上述着重说明了高频脉冲馈电高压整流电源能提高除尘效率，减少粉尘排放量。高频脉冲馈电高压整流电源克服常规的工频可控硅整流电源的前述四个缺点则是显而易见的：(1)高频脉冲馈电高压整流电源的转换效率可高达95％以上，节电20％；(2)高频脉冲馈电高压整流电源功率因数达0.9以上，比常规工频可控硅整流电源提高0.2；(3)高频脉冲馈电高压整流电源体积重量比常规工频可控硅整流电源减为1/5以下；(4)高频脉冲馈电高压整流电源控制柜和变压器集成为一体，比常规工频可控硅整流电源省去了控制室。

主电路的工作原理如图4所示，高频逆变器中的功率开关管采用IGBT(绝缘栅双极晶体管)。它是将MOSFET和GTR的优点集于一体的新型复合器件，具有MOSFET的高输入阻抗、可用电压驱动，GT的通态功耗低等优点。

图4中交流电压经整流-斩波器调压-滤波后得到直流电压U₁，将U₁加到全桥式高频逆变器上。D₁～D₄分别与功率开关管S₁～S₄反向并联，承受负载产生的反向电流以保护开关管。C₁～C₄及R₃～R₆以及D₅～D₈的引入是为了避免4个开关管在关断时过高的电压上升率和减少管子的关断损耗。当栅极脉冲信号轮流驱动S₁、S₄或S₂、S₃时，逆变主电路把直流电压U₁转换为20KHz的高频矩形波交流电压送到高频高压变压器，经升压整流滤波后给负载(电除尘器)供电。控制S₁、S₄和S₂、S₃两组IGBT的占空比，就可得到脉宽可调的矩形波交流电压。

为了使整个电源系统具有自诊断和人机交换式的控制功能，该电源选用PHILIPS系列单片机80C552，主要负责实时监控和与上位机进行数据通信任务。当除尘器处在工作状态时，单片机一方面定时采集其反馈的电流电压值，滤波后通过A/D转换通道将其读入，并通过一定算法得出控制量U_k，通过单片机输出控制量给脉宽调制控制器，进而改变调制脉冲宽度；另一方面可以实现根据用户的需求改变电源的外特性，如恒流，恒压，缓降等。另外，单片机还定时地将本电源的输出电流、输出电压、火花率等信息传递给上位机，将故障信息由串口发向上位机，以示警告，同时接收来自上位机的控制指令，使自身投入或退出工作或改变工作参数。

PWM脉宽调制控制器电路如图5所示，它的作用主要是为驱动电路提供控制脉冲以实现PWM控制。采用产生PWM信号的专用集成芯片SG3525A为核心。SG3525A是电压型PWM集成控制器，外接元器件少，性能好，具有外同步、软启动、死区调节、欠压锁定、误差放大以及关闭输出驱动信号等功能。其内部结构主要包括基准电压源、欠压锁定电路、锯齿波振荡器、误差放大器和脉宽调制比较器5部分。

Claims

1、电除尘高频脉冲馈电高压整流电源，其特征在于，电除尘高频脉冲馈电高压整流电源由主电路和控制电路两部分构成。

2、根据权利要求1所述的电除尘高频脉冲馈电高压整流电源，其特征在于，所述的主电路主要包括配电开关、工频整流器、斩波器、滤波器、IGBT桥式逆变器、保护电路、高频高压变压器、高频高压硅堆连接而成。

3、根据权利要求1所述的电除尘高频脉冲馈电高压整流电源，其特征在于，所述的控制电路包括电流、电压、火花率采样及其处理单元，PWM信号产生和驱动电路，单片机控制器，参数输入键盘及液晶显示，通信接口。