CN201750345U - 臭氧发生器用调频电源及臭氧发生器 - Google Patents

臭氧发生器用调频电源及臭氧发生器 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种臭氧发生器用调频电源及臭氧发生器。所述调频电源包括整流电路、逆变电路和高压变压器；整流电路为6相12脉冲整流电路，其整流输入端通过移相变压器连接三相交流输入端；逆变电路为脉冲密度功率调节逆变电路，包括有4个可控晶闸管构成的逆变桥，逆变电路的逆变输出端连接高压变压器的初级绕组。本实用新型的臭氧发生器用调频电源作为臭氧发生器的专用调频电源，根据所带臭氧发生室负载特性及放电原理而设计，电路结构简单，性能可靠，整机额定功率高、功率因数高、谐波污染较低。

Description

臭氧发生器用调频电源及臭氧发生器
技术领域
本实用新型涉及臭氧生产领域，具体地说，是涉及专用于臭氧发生器的调频电源及具有该电源的臭氧发生器。
背景技术
臭氧广泛应用于工业化自来水处理、化工氧化、污废水处理及除臭、去色与消毒等领域，因应用广泛，需求量较大，对生产臭氧的臭氧发生器的要求也越来越高。目前，工业化臭氧生产大都采用介质阻挡放电(Dielectric Barrier-Based Discharge，简称DBD)的原理。采用DBD原理的臭氧发生器系统主要由电源、臭氧发生室、气源系统、控制系统组成。其中，臭氧发生室由高压电极、低压电极、绝缘介质层和介质层与高压电极之间的气隙构成，其工作原理可概述为：数千伏的交变电压施加于发生器高、低压电极上，当作用于发生器内气隙的电压达到或超过气隙击穿电压(称为放电维持电压)时，在气隙中形成大量微放电，电离其中的干燥空气或氧气，产生臭氧，称为放电阶段。而当作用于气隙的电压低于放电维持电压时，气隙不能被击穿，无臭氧产生，称为充电阶段。而作为臭氧发生器组成部分的电源的作用就是提供臭氧发生室正常工作的高压电场。由于臭氧发生室的负载特性比较特殊，在工作过程中负载特性变化很大，因此要求电源对负载的适应性要足够强，否则就会因为负载放电与不放电时产生的差异而导致电源故障。并且，因为大功率臭氧电源采用大量开关性器件及电感、电容等非线性器件，会导致设备功率因数低、谐波高，不利于设备的安全经济运行，并且会对公用电网产生很大的影响。因此，用于臭氧发生器供电的电源性能的好坏直接影响到臭氧的浓度和产生臭氧的效率以及整机设备的质量，对客户的生产持续性与经济型有重大影响，所以，研制满足高功率、高稳定性、高电源参数的臭氧发生器装置用供电电源是臭氧发生器中的关键技术。
目前，臭氧发生器的电源多为大功率直流调压式电源，该电源采用三相可控整流技术，其本质是通过控制晶闸管的导通角来控制直流电压的大小，从而改变高压变压器的输入电压达到改变发生室投加功率的目的。因为采用三相可控整流的技术，这决定了在低功率运行时受低导通角的影响，整机的功率因数会比较低。
对于PWM逆变调压调频式电源，多数臭氧发生器生产企业都采用外购变频器改造的方式来作为臭氧发生器电源，这种电源并非臭氧发生器专用电源，且其逆变器件多采用IGBT，而IGBT器件的特性就决定了这种电源技术复杂、稳定性差、功率一般在100kw以下，单机设备不易做高功率。
发明内容
本实用新型的目的之一是提供一种臭氧发生器用调频电源，以解决现有电源额定功率低、功率因数低的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
一种臭氧发生器用调频电源，包括整流电路、逆变电路和高压变压器，所述整流电路为6相12脉冲整流电路，其整流输入端通过移相变压器连接三相交流输入端；所述逆变电路为脉冲密度功率调节逆变电路，包括有4个可控晶闸管构成的逆变桥，逆变电路的逆变输出端连接所述高压变压器的初级绕组。
如上所述的臭氧发生器用调频电源，为实现逆变电路的恒流逆变，在所述逆变电路中，每个可控晶闸管两端分别并联有一个续流二极管。
如上所述的臭氧发生器用调频电源，为补偿调频电源所带臭氧发生室负载的容性特性，同时防止设备瞬间电流过大导致电感饱和，所述整流电路的其中一个整流输出端通过串联的空气电抗器连接所述逆变电路的其中一个逆变输入端，所述整流电路的另一个整流输出端直接连接所述逆变电路的另一个逆变输入端。
如上所述的臭氧发生器用调频电源，为缓冲电源的无功能量，所述整流电路的整流输出端上并联有直流支撑电容单元，所述直流支撑电容单元的一端连接在所述整流电路的一个整流输出端与空气电抗器的连接节点处，另一端连接在所述整流电路的另一个整流输出端与所述逆变电路的逆变输入端的连接节点处。
优选的，所述直流支撑电容单元包括有若干个相互并联的聚丙烯薄膜电容，以适应负载瞬间放电电流大、频率高的特性。
本实用新型的目的之二是提供一种具有高额定功率及高功率因数的调频电源的臭氧发生器。
为实现上述技术目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
一种臭氧发生器，包括有调频电源，所述调频电源包括整流电路、逆变电路和高压变压器，所述整流电路为6相12脉冲整流电路，其整流输入端通过移相变压器连接三相交流输入端；所述逆变电路为脉冲密度功率调节逆变电路，包括有4个可控晶闸管构成的逆变桥，逆变电路的逆变输出端连接所述高压变压器的初级绕组。
如上所述的臭氧发生器，为实现逆变电路的恒流逆变，在所述逆变电路中，每个可控晶闸管两端分别并联有一个续流二极管。
如上所述的臭氧发生器，为补偿调频电源所带臭氧发生室负载的容性特性，同时防止设备瞬间电流过大导致电感饱和，所述整流电路的其中一个整流输出端通过串联的空气电抗器连接所述逆变电路的其中一个逆变输入端，所述整流电路的另一个整流输出端直接连接所述逆变电路的另一个逆变输入端。
如上所述的臭氧发生器，为缓冲电源的无功能量，所述整流电路的整流输出端上并联有直流支撑电容单元，所述直流支撑电容单元的一端连接在所述整流电路的一个整流输出端与空气电抗器的连接节点处，另一端连接在所述整流电路的另一个整流输出端与所述逆变电路的逆变输入端的连接节点处。
其中，所述直流支撑电容单元优选包括有若干个相互并联的聚丙烯薄膜电容，以适应负载瞬间放电电流大、频率高的特性。
与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：
1、采用6相12脉冲整流电路，利用移相变压器二次绕组接法的不同，使得每组三相交流电源间相位错开30°，不仅减少了输入电流谐波，也减少了输出电压中的谐波并提高纹波频率，且提高了整流电路的直流输出电压，从而提高了调频电源的额定功率，并在同样功率下降低了系统损耗。
2、采用可控晶闸管组成的脉冲密度功率调节逆变电路，电路结构简单、稳定性高，开关损耗较小，逆变输出的功率因数高，过载特性好，输出功率大，从而提高了整个调频电源的功率因数。
结合附图阅读本实用新型的具体实施方式后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是本实用新型臭氧发生器一个实施例的部分结构工作原理框图；
图2是本实用新型臭氧发生器用调频电源一个实施例的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细的描述。
请参见图1示出的本实用新型臭氧发生器一个实施例的部分结构工作原理框图。
如图1所示，臭氧发生器包括有为臭氧发生室3提供高压电的调频电源2，调频电源2将市电1经一系列变化处理后，输出与臭氧发生室3相匹配的高压电至臭氧发生室3中。
具体来说，调频电源2包括有整流电路21、逆变电路22和高压变压器23。市电1经整流电路21整流为直流电，然后经逆变电路22进行调频后输出交流电，并控制输出功率与臭氧发生室3相匹配，逆变后的交流电经高压变压器23输出至臭氧发生室3中。
由于在臭氧发生器中，供电电源、即调频电源2性能的好坏直接影响到臭氧发生室3产生的臭氧浓度和臭氧的效率以及整机设备的质量，对客户的生产持续性与经济型有重大影响，因此，该实施例臭氧发生器中的调频电源2优选采用图2实施例的电路结构。
图2所示为本实用新型臭氧发生器用调频电源一个实施例的电路原理图。
如图2所示，该实施例的臭氧发生器用调频电源包括有由12个二极管D1～D12构成的6相12脉冲整流电路，整个整流电路的输入端通过移相变压器T1连接市电的三相交流输入端A、B、C。调频电源还包括有由4个可控晶闸管SCR1～SCR4构成逆变桥的脉冲密度功率调节逆变电路，逆变电路的逆变输出端连接至高压变压器T2的初级绕组，进而通过高压变压器T2为臭氧发生室供电。
该实施例的调频电源为降低谐波、无功功率等对电网的干扰，采用多重化整流电路，利用移相变压器T1二次绕组一个为“Y”型接法、一个为“△”型接法这两种不同的接法，采用12个二极管构成的6相12脉冲整流电路作为电源的整流电路，既减少了输入电流谐波、减少了整流输出电压中谐波，且由于采用两路整流串联的方式，提高了整流电路的输出电压，从而提高了电源的输出功率。另一方面，采用晶闸管组成的脉冲密度功率调节逆变电路，通过控制晶闸管的控制脉冲密度实现对输出功率的控制，电路结构简单、稳定性高，开关损耗较小，逆变输出的功率因数高，从而提高了整个调频电源的功率因数。
此外，为实现逆变电路的恒流逆变，在该实施中，在逆变电路中的每个可控晶闸管SCR1～SCR4两端分别并联有一个续流二极管，分别为：在SCR1上并联有D13，在SCR2上并联有D14，在SCR3上并联有D15，在SCR4上并联有D16。每个续流二极管与并联的可控晶闸管反相连接，实现逆变电路的续流。而且，为防止瞬间大电压对晶闸管造成损坏，在每个可控晶闸管SCR1～SCR4上还分别并联有电阻和电容构成的过压保护电路。
由于调频电源所带的作为负载的臭氧发生室为容性，为补偿该容性，在该实施例中，6相12脉冲整流电路的一个整流输出端L+直接或通过平波电抗器L1串联有空气电抗器L2，进而通过空气电抗器L2连接到逆变电路中晶闸管SCR3和SCR4之间的节点上；6相12脉冲整流电路的另一个整流输出端L-直接连接到逆变电路中晶闸管SCR1和SCR2之间的节点上。应用该电路结构后，空气电抗器L2的补偿电感与臭氧发生室的等效电容相串联，形成LC谐振电路，减少容性负载对调频电源的冲击。而且，选用空气电抗器可有效防止设备瞬间电流过大而导致电感的饱和。在实际应用中，电抗器容量的选择需要与负载相匹配，以避免整机工作频率的失调。
在图2所示调频电源实施例中，在整流电路的整流输出端上还并联有直流支撑电容单元。该直流支撑电容单元包括有12个相互并联的电容C01～C012，其一端连接在整流电路的一个整流输出端L+与空气电抗器L2的连接节点处(在整流输出端L+与空气电抗器L2间串联有平波电抗器L1时，则连接在平波电抗器L1与空气电抗器L2的连接节点处)，另一端连接在整流电路的另一个输出端L-与逆变电路中作为逆变电路一个逆变输入端的SCR1和SCR2之间的节点处。该直流支撑电容单元作为储能元件，用于缓冲电源的无功能量，为逆变电路提供无功功率。而且，为适应负载瞬间放电电流大、频率高的特性，该单元中的电容C01～C012优选耐压高、体积小、热阻低、耐电流冲击力强的聚丙烯薄膜电容。
在该实施例中，高压变压器T2作为为负载传递功率的单元，由于其所连接的臭氧发生室在整个工作过程中不仅负载数值变化大，而且负载特性也随着起辉或正常工作状态的不同而改变，因此，需要选用能够平衡负载变化的高压变压器来实现。
图2实施例仅示出了调频电源的主电路结构原理图，在实际应用中，可以根据需要设置高压反馈电路、逆变电压反馈电路等控制电路部分，以实现对电源整机的控制和调节。
上述实施例的臭氧发生器用调频电源作为臭氧发生器的专用调频电源，根据所带臭氧发生室负载特性及放电原理而设计，电路结构简单，性能可靠，整机额定功率可达到200Kw，整机功率因数可达0.95以上，而总谐波电压畸变率可控制在3％以内，完全能满足为臭氧发生室供电的需求。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种臭氧发生器用调频电源，包括整流电路、逆变电路和高压变压器，其特征在于，所述整流电路为6相12脉冲整流电路，其整流输入端通过移相变压器连接三相交流输入端；所述逆变电路为脉冲密度功率调节逆变电路，包括有4个可控晶闸管构成的逆变桥，逆变电路的逆变输出端连接所述高压变压器的初级绕组。
2.根据权利要求1所述的臭氧发生器用调频电源，其特征在于，在所述逆变电路中，每个可控晶闸管两端分别并联有一个续流二极管。
3.根据权利要求1所述的臭氧发生器用调频电源，其特征在于，所述整流电路的其中一个整流输出端通过串联的空气电抗器连接所述逆变电路的其中一个逆变输入端，所述整流电路的另一个整流输出端直接连接所述逆变电路的另一个逆变输入端。
4.根据权利要求3所述的臭氧发生器用调频电源，其特征在于，所述整流电路的整流输出端上并联有直流支撑电容单元，所述直流支撑电容单元的一端连接在所述整流电路的一个整流输出端与空气电抗器的连接节点处，另一端连接在所述整流电路的另一个整流输出端与所述逆变电路的逆变输入端的连接节点处。
5.根据权利要求4所述的臭氧发生器用调频电源，其特征在于，所述直流支撑电容单元包括有若干个相互并联的聚丙烯薄膜电容。
6.一种臭氧发生器，包括有调频电源，所述调频电源包括整流电路、逆变电路和高压变压器，其特征在于，所述整流电路为6相12脉冲整流电路，其整流输入端通过移相变压器连接三相交流输入端；所述逆变电路为脉冲密度功率调节逆变电路，包括有4个可控晶闸管构成的逆变桥，逆变电路的逆变输出端连接所述高压变压器的初级绕组。
7.根据权利要求6所述的臭氧发生器，其特征在于，在所述逆变电路中，每个可控晶闸管两端分别并联有一个续流二极管。
8.根据权利要求6所述的臭氧发生器，其特征在于，所述整流电路的其中一个整流输出端通过串联的空气电抗器连接所述逆变电路的其中一个逆变输入端，所述整流电路的另一个整流输出端直接连接所述逆变电路的另一个逆变输入端。
9.根据权利要求8所述的臭氧发生器，其特征在于，所述整流电路的整流输出端上并联有直流支撑电容单元，所述直流支撑电容单元的一端连接在所述整流电路的一个整流输出端与空气电抗器的连接节点处，另一端连接在所述整流电路的另一个整流输出端与所述逆变电路的逆变输入端的连接节点处。
10.根据权利要求9所述的臭氧发生器，其特征在于，所述直流支撑电容单元包括有若干个相互并联的聚丙烯薄膜电容。
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