CN201404859Y - 电除尘高频脉冲馈电高压整流电源 - Google Patents

电除尘高频脉冲馈电高压整流电源 Download PDF

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杨晓军
谢孟晴
张敏
陈黎君
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上海冶金矿山机械厂
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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

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jfe,减小由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商部分构成;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l、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,谷值电压在静电餘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56c/c,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^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傘,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U!,将 U,加到全桥式高频逆变器上。D广D4分别与功率开关管S广S4反向并 联,承受负载产生的反向电流以保护开关管。C广C4及R3~R6以及 DrD8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S,、 S4或S2、 S3时,
逆变主电路把直流电压U,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 Si、 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,滤波后逋过A/D转换通道将其读入,并通 过一定算法得出控制量Uk,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S、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,W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 (3)

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l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l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。
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