CN201921740U

CN201921740U - 一种电除尘器专用三相高频高压电源

Info

Publication number: CN201921740U
Application number: CN2011200448240U
Authority: CN
Inventors: 孙永福; 丛培龙
Original assignee: LIAONING TIANJING ENVIRONMENTAL PROTECTION CO Ltd
Current assignee: LIAONING TIANJING ENVIRONMENTAL PROTECTION CO Ltd
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2021-02-23

Abstract

本实用新型电源涉及一种电除尘器专用三相高频高压电源，其特征在于：在全桥6单元智能IPM逆变单元上依次设置：直流母线电压取样单元、升压斩波单元、启动缓冲单元、一次电流取样单元、三相整流桥、一次电压取样单元、缺相及过压保护器、远程控制开关、进线滤波器，高压限流器与电除尘器连接并设有隔离开关，设有DSP控制系统。由全桥6单元智能IPM逆变单元产生的可调高频三相正弦波电压,与三个等效漏感La﹑Lb﹑Lc和等效电容Ca﹑Cb﹑Cc及谐振隔直电容C1﹑C2﹑C3组成串并联谐振电路。具有串联谐振和并联谐振的优点,适应空载和短路工作状态,适用于静电除尘,实现零电压零电流软开关,减小了开关损耗和噪声，具有转换效率高，适合大功率应用的特点。

Description

一种电除尘器专用三相高频高压电源

技术领域

本实用新型属于一种电源，特别涉及一种电除尘器专用三相高频高压电源。

背景技术

目前，国内用于治理工业粉尘污染的静电除尘设备专用的电源主要是单相和三相可控硅工频高压电源，存在：效率低，功耗大，设备笨重，逐渐被单相高频高压变压器式的高频高压电源所取代。这种单相高频高压变压器式的高频高压电源，虽然具有效率高，功耗低的特点，但对大功率产品的单相高频高压变压器要求很高的绝缘性能和复杂的绕制工艺及具备很高的升压比。

发明内容

本实用新型的目的是为克服上述存在的缺陷，是在单相高频高压变压器式的高频高压电源基础上，将单相高频高压变压器改变为三相高频高压变压器，这样把高频高压变压器升压比降低35%，使高频高压变压器的绝缘处理和绕组的绕制工艺更简单化，并且在相同的输出电压下，输入到高频高压变压器的初级绕组的电压比单相高频高压变压器的更低，提供一种高效，节能，容易制造，大功率应用在工业电除尘器上的三相高频高压电源。

本实用新型电除尘器专用三相高频高压电源内容简述：

本实用新型电除尘器专用三相高频高压电源，其特征在于：在全桥6单元智能IPM逆变单元上依次设置：直流母线电压取样单元、升压斩波单元、启动缓冲单元、一次电流取样单元、三相整流桥、一次电压取样单元、缺相及过压保护器、远程控制开关、进线滤波器，全桥6单元智能IPM逆变单元依次与高频三相电流过零检测单元、三相谐振隔直电容、三相高频高压变压器、三相高频高压硅整流单元连接，高压分压电阻的两端连接在三相高频高压硅整流单元上，二次电流取样单元与三相高频高压硅整流单元连接，高压分压电阻与二次电压取样单元连接，高压限流器与电除尘器连接并设有隔离开关。

电除尘器专用三相高频高压电源设有DSP控制系统。

采用E型铁氧体作变压器的铁芯，三相高低压绕组分别绕制在三个铁芯柱上，每一相铁芯柱上内层为低压绕组，分段绕制后并联连接；外层为高压绕组，分层分段绕制后串联连接。

由全桥6单元智能IPM逆变单元产生的可调高频三相正弦波电压,与三相高频高压变压器输入端的三个等效漏感La﹑Lb﹑Lc和等效电容Ca﹑Cb﹑Cc及谐振隔直电容C1﹑C2﹑C3组成串并联谐振电路。

本实用新型电除尘器专用三相高频高压电源的逆变电路，具有串联谐振和并联谐振的优点,适应空载和短路工作状态,因此非常适用于静电除尘。以全桥6单元智能IPM逆变单元采用电流型的三相全桥逆变PWM控制技术，将谐振变换技术与PWM控制技术相结合,实现零电压零电流软开关,减小了开关损耗和噪声。使整个高频高压电源具有转换效率高，适合大功率应用。

附图说明

图1是除尘器专用三相高频高压电源结构示意图

图2是有源箝位谐振直流升压斩波波形图

图3是有源箝位谐振直流升压斩波电路图

图4是三相高频高压变压器和三相全桥整流电路图

图5是三相全桥整流电路波形图

图中：1是进线滤波器、2是远程控制开关、3是缺相及过压保护器、4是一次电压取样单元、5是三相整流桥、6是一次电流取样单元、7是启动缓冲单元、8是升压斩波单元、9是直流母线电压取样单元、10是全桥6单元智能IPM逆变单元、11是高频三相电流过零检测单元、12是三相谐振隔直电容、13是三相高频高压变压器、14是三相高频高压硅整流单元、15是高压分压电阻、16是高压限流器、17是二次电流取样单元、18是二次电压取样单元、19是隔离开关、20是电除尘器、21是DSP控制系统。

具体实施方式

本实用新型电除尘器专用三相高频高压电源是这样实现的，下面结合附图作具体说明。见图1，本实用新型电除尘器专用三相高频高压电源，是由：进线滤波器1、远程控制开关2、缺相及过压保护器3、一次电压取样单元4、三相整流桥5、一次电流取样单元6、启动缓冲单元7、升压斩波单元8、直流母线电压取样单元9、全桥6单元智能IPM逆变单元10、高频三相电流过零检测单元11、三相谐振隔直电容12、三相高频高压变压器13、三相高频高压硅整流单元14、高压分压电阻15、高压限流器16、二次电流取样单元17、二次电压取样单元18、隔离开关19、电除尘器20和DSP控制系统21组成，在全桥6单元智能IPM逆变单元10上依次设置：直流母线电压取样单元9、升压斩波单元8、启动缓冲单元7、一次电流取样单元6、三相整流桥5、一次电压取样单元4、缺相及过压保护器3、远程控制开关2、进线滤波器1，全桥6单元智能IPM逆变单元10依次与高频三相电流过零检测单元11、三相谐振隔直电容12、三相高频高压变压器13、三相高频高压硅整流单元14连接，高压分压电阻15的两端连接在三相高频高压硅整流单元14上，二次电流取样单元17与三相高频高压硅整流单元14连接，高压分压电阻15与二次电压取样单元18连接，高压限流器16与电除尘器20连接并设有隔离开关19。

电除尘器专用三相高频高压电源设有DSP控制系统21。

通过输入三相正弦波电压AC380/50Hz，经入线滤波器，三相桥式整流后变成脉动的直流电压Ud，经启动缓冲器和有源箝位谐振升压斩波器，为负载提供高于Ud的稳定直流电压Ui，输入给6单元全桥智能IPM逆变单元,实现把直流电压Ui逆变成（0-Uo可调）三相高频的交流正弦波，经三个谐振隔直电容与三相高频高压变压器的三个等效的漏感和等效的电容组成串并联谐振电路，输入给三相高频高压变压器的三个输入端，经升压变成高频高压交流正弦波电压，再经三相高频高压整流桥，变成直流高压输出，正端经电流取样电阻与电除尘器的阳极板和壳体接地连接，负端经高压限流器和隔离开关与电除尘器的阴极线连接，形成负高压的静电电场，以达到高效、节能除尘目的。

见图2有源箝位谐振直流升压斩波波形图和图3有源箝位谐振直流升压斩波电路图：升压斩波器采用有源箝位谐振直流电路，它由谐振开关Tr、谐振电感Lr、谐振电容Cr、箝位开关Tc、箝位电容Cc组成。谐振电容初始值Ucr（0）=0，箝位电容Cc远大于谐振电容Cr，且箝位电容上的预充电压值为（k-1）Ui(k值由实际电路的需要来确定)，则谐振电容电压的箝位值为kUi。谐振开关Tr导通时，谐振电感电流I_Lr近似以斜率Ui/Lr增长；当I_Lr增大到预充电流阈值I_Lr1时，谐振开关Tr关断，此时谐振电路开始谐振；当谐振电容电压Ucr上升到kUi时，箝位二极管T_Dc开通，谐振电容电压Ucr被箝位在kUi值。由于箝位电容Cc远大于谐振电容Cr，因此在I_Lr向Cc充电的过程中，U_Cc可近似看作不变；由于T_Dc的作用，它为箝位开关Tc在I_Lr反向前实现零电压开通创造了条件。I_Lr反向后，箝位电容Cc向谐振电感Lr放电，当其放电量等于之前的充电量时，即在T_Dc—Tc导通期间箝位电容Cc电荷平衡时，Tc零电压关断。实际上Cc为有限值，Tc导通期间U_Cc肯定在变化；二极管T_Dc导通后，由于I_Lr的充电将使U_Cc从（k-1）Ui上升；Tc导通I_Lr反向后，Cc放电，U_Cc从其峰值一直下降到（k-1）Ui时，关断Tc之后，U_Cc保持在（k-1）Ui值上，谐振电容电压U_Cc将继续谐振回零，从而完成了一个开关周期。这种有源箝位谐振直流电路开关损耗很小，为后续的全桥6单元智能IPM逆变开关实现ZVS创造了条件。

见图4三相高频高压变压器和三相全桥整流电路图：三相高频高压变压器铁芯采用性价比很高的E型铁氧体作为变压器的铁芯，其特点适用于高频和特高频，并且可以把功率做的很大，铁芯容易制造，三相高低压绕组分别绕制在三个铁芯柱上，每一相铁芯柱上内层为低压绕组，分段绕制后并联连接；外层为高压绕组，分层分段绕制后串联连接，高低压绕组间及各层间采用特殊绝缘材料处理，具有很低的等效杂散电容和漏感参数，由于采用三相高频高压变压器和后续的三相高频高压硅整流单元，使得升压比由原来的大约120减小到大约90；这样使得高频高压变压器的绝缘处理和绕组的绕制工艺更简单化，并且在相同的输出电压下，输入到高频高压变压器的初级绕组的电压比单相高频高压变压器的更低。采用三相高频高压硅整流单元，与单相桥式整流不同的是：提高了输出电压，提高了功率输出水平。

见图5三相全桥整流电路波形图：在t1-t2区间，电流通过a—D1—R—D6—b—变压器次级a﹑b相绕组组成闭合回路；在t2-t3区间，电流通过a—D1—R—D2—c—变压器次级a﹑c相绕组组成闭合回路；整流元件D6和D2在t2点换相；在t3点，a相电压下降而b相电压上升且高于a相电压，电流由D1换到D3, 在t3-t4区间，电流通过D3—R—D2—变压器次级b﹑c相绕组组成闭合回路；在t4点换相由D2换流到D4；在t4-t5区间，电流通过D3—R—D4—变压器次级b﹑a相绕组组成闭合回路；依次类推。三相整流元件的导通换流顺序是：D1D6—D1D2—D3D2—D3D4—D5D4—D5D6—D1D6…三相桥式硅整流电路的输出电压与变压器的次级电压关系为Uo=1.35U_2L。

本实用新型电源逆变电路由全桥6单元智能IPM逆变单元（10）产生的可调高频三相正弦波电压,与三相高频高压变压器输入端的三个等效漏感La﹑Lb﹑Lc和等效电容Ca﹑Cb﹑Cc及谐振隔直电容C1﹑C2﹑C3组成串并联谐振电路。具有串联谐振和并联谐振的优点,适应空载和短路工作状态,因此非常适用于静电除尘。以全桥6单元智能IPM逆变单元采用电流型的三相全桥逆变PWM控制技术，将谐振变换技术与PWM控制技术相结合,实现零电压零电流软开关,减小了开关损耗和噪声。使得整个高频高压电源具有转换效率高，适合大功率应用。

本实用新型三相高频高压电源的一次电流﹑一次电压﹑母线直流电压和三相高频电流﹑二次电流﹑二次电压所用的传感器均使用霍尔电流和电压传感器。本实用新型电源的传感器系统对传感器的隔离电压和线性度及响应时间都有很高要求，使用的霍尔电流传感器线性度优于0.1％，响应时间优于0.5uS,绝缘电压5kV; 霍尔电压传感器线性度优于0.2％，响应时间优于20uS,绝缘电压5kV。

Claims

1.一种电除尘器专用三相高频高压电源，其特征在于：在全桥6单元智能IPM逆变单元（10）上依次设置：直流母线电压取样单元（9）、升压斩波单元（8）、启动缓冲单元（7）、一次电流取样单元（6）、三相整流桥（5）、一次电压取样单元（4）、缺相及过压保护器（3）、远程控制开关（2）、进线滤波器（1），全桥6单元智能IPM逆变单元（10）依次与高频三相电流过零检测单元（11）、三相谐振隔直电容（12）三相高频高压变压器（13）、三相高频高压硅整流单元（14）连接，高压分压电阻（15）的两端连接在三相高频高压硅整流单元（14）上，二次电流取样单元（17）与三相高频高压硅整流单元（14）连接，高压分压电阻（15）与二次电压取样单元（18）连接，高压限流器（16）与电除尘器（20）连接并设有隔离开关（19）。

2.根据权利要求1所述的电除尘器用三相高频高压电源，其特征在于：电除尘器专用三相高频高压电源设有DSP控制系统（21）。

3.根据权利要求1所述的电除尘器用三相高频高压电源，其特征在于：采用E型铁氧体作变压器的铁芯，三相高低压绕组分别绕制在三个铁芯柱上，每一相铁芯柱上内层为低压绕组，分段绕制后并联连接；外层为高压绕组，分层分段绕制后串联连接。

4.根据权利要求1所述的电除尘器用三相高频高压电源，其特征在于：由全桥6单元智能IPM逆变单元（10）产生的可调高频三相正弦波电压,与三相高频高压变压器输入端的三个等效漏感La﹑Lb﹑Lc和等效电容Ca﹑Cb﹑Cc及谐振隔直电容C1﹑C2﹑C3组成串并联谐振电路。