CN203840237U - 一种高频脉冲电源电路、高频多重高压脉冲电源及电除尘器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高频脉冲电源电路、高频多重高压脉冲电源及电除尘器；电源电路包括：整流电路、IGBT逆变电路、高频变压器、谐振电路、高压整流硅堆、IGBT逆变电路驱动器和IGBT驱动信号发生器。高频多重高压脉冲电源是通过将多个电源电路的IGBT驱动信号发生器的控制端连接在主控制器信号发出端上，同步发出IGBT驱动信号，IGBT逆变电路同步工作，产生叠加脉冲电压。即在有效直流电晕电压基础上叠加脉冲电压，实现阶跃脉冲供电，具有脉冲前沿时间快速的特点。可有效收集高比电阻粉尘和抑制反电晕，并可提高微细粉尘(PM2.5)的收集效率，是新一代的电除尘器供电电源。

Description

一种高频脉冲电源电路、高频多重高压脉冲电源及电除尘器

技术领域

本实用新型涉及一种高频脉冲电源电路、高频多重高压脉冲电源及电除尘器。 

背景技术

电除尘器已经有100多年的发展历史，因其具有除尘效率高、适应范围广、运行费用低、安全可靠、使用方便且无二次污染等独特优点，为工业除尘设备的首选产品，尤其是在火力发电、冶金、建材等行业。国家《火电厂大气污染物排放标准》拟将烟尘排放标准由50mg/m3,提高到30mg/m3,重点地区拟提高至20mg/m3。面对越来越严格的排放标准，很多在役电除尘器达不到要求，不得不进行二次技术改造；新建待建的电除尘项目也面临挑战。虽然加长、加高电除尘器本体可以相应提高除尘效率，但是设备投入与除尘效率提高的性价比低，常规改进方法是难以满足新的环保标准。 

传统电除尘器采用直流供电，相同幅值直流电压连续不断的向除尘器充电加压，使板线间始终维持在击穿电压点附近。当粉尘比电阻超过1011Ω·cm后，就会在荷电—移动—捕集—脱尘—回收的过程中出现问题。当高比电阻粉尘累积在阳极板上后，由于连续加压，使带电粉尘对阳极板的中和速度被更快的再充电，导致阳极板尘层加厚，表面电位提高，造成对放电极的电位差相对减少，放电极电晕放电减弱，除尘效率大幅下降，引起反电晕放电。 

除尘器采用脉冲供电形式是在有效电晕电压(幅值大于等于起晕电压)，连续不断地向除尘器充电加压的同时，脉冲电压(幅值等于峰值电压)。使用脉冲荷电的方式，不仅可以增加瞬间的荷电电压，降低平均荷电电压，即使是高比电阻粉尘，粉尘层中的电位也容易中和，降低表面电位，抑制反电晕的发生。但是脉冲供电形势的除尘器比较昂贵，且技术知识产权为国外所有。另外，脉冲供电形式的除尘器功能单一，只能完成脉冲供电。因而一种拥有我国自主知识产权、实用性强的高频多重高压脉冲电源急需被研制。 

并且该研制成果也可用于同样存在类似问题的石油工业-用于分离原油中所 含的盐分、水分,即石油脱盐脱水；化学工业-用于回收烟气中有价值的成分，在制酸工业中用于除雾、除尘；轻纺工业-用于造纸和纺织工业的回收碱及除尘；电子、医药、精密机械工业-用于净化空气，提高产品质量等行业。 

发明内容

本实用新型针对以上问题的提出，而研制一种高频脉冲电源电路、高频多重高压脉冲电源及电除尘器。 

一种高频脉冲电源电路，其特征在于包括： 

用于将交流电变为直流电的整流电路； 

连接整流电路输出端，用于将直流电转换成高频交变方波电压的IGBT逆变电路； 

连接IGBT逆变电路输出端，用于对高频交变方波电压升压的高频变压器； 

其中IGBT逆变电路输出端和高频变压器之间串联有用于将高频交变方波电压耦合至高频变压器上的谐振电路； 

连接高频变压器的输出端，用于对升压后的高频交变方波电压进行整流然后输出的高压整流硅堆； 

连接在IGBT逆变电路驱动端，用于驱动IGBT逆变电路工作的IGBT逆变电路驱动器； 

连接在IGBT逆变电路驱动器控制端，用于控制IGBT逆变电路驱动器工作的IGBT驱动信号发生器。 

所述整流电路的输出端连接有用于将脉动直流电变为平滑直流电的LC滤波电路。 

所述IGBT逆变电路采用IGBT组成的电压型全桥式逆变电路。 

一种高频多重高压脉冲电源，其特征在于包括： 

上述高频脉冲电源电路构成的高频脉冲电源单元；用于产生IGBT驱动指令的主控制器； 

其中，各高频脉冲电源单元中的IGBT驱动信号发生器的控制端连接在主控制器信号发出端上； 

多个高频脉冲电源单元的输出端串联，即多个高频脉冲电源单元的高压整流硅堆的输出端串联。 

主控制器控制多个高频脉冲电源单元时，多个高频脉冲电源单元共用一个 整流电路。 

主控制器控制的多个高频脉冲电源单元为能够产生的相同脉冲宽度的高频脉冲电源单元。 

一种采用上述述高频多重高压脉冲电源作为供电电源的电除尘器。 

高频多重高压脉冲电源集多种供电模式为一身，可实现直流供电、间歇脉冲供电、直流叠加脉冲供电。在有效直流电晕电压基础上叠加脉冲电压，实现阶跃脉冲供电，具有脉冲前沿时间快速的特点。在快速脉冲前沿时间内，产生瞬间高压电场，粒子在脉冲放电电晕场中的电子荷电机理是以电子的电场荷电和动能扩散荷电为主。为了使粒子快速荷电，采用快速脉冲前沿的脉冲是有效的，自由电子荷电的粉尘荷电量，比离子荷电的粉尘荷电量,要高出50％以上。高压脉冲可提升电场的峰值电压，既提高了瞬间电场强度，又激发出了大量的自由电子。有效的直流电晕电压维持电场的电晕电压，即保证了荷电粉尘的驱进速度，又降低了阳极板粉尘层的电场强度，最大程度地遏制了反电晕现象的发生，大大提升了电除尘器对高比电阻粉尘、高浓度粉尘等复杂工况的适应能力。在满足粉尘排放标准的前提下，可通过阶跃脉冲供电波形的调整，实现节能控制。高频多重高压脉冲电源集直流供电、间歇供电和脉冲供电的特点于一身，可有效收集高比电阻粉尘和抑制反电晕，并可提高微细粉尘(PM2.5)的收集效率，是新一代的电除尘器供电电源。 

附图说明

图1是本实用新型高频脉冲电源电路结构框图； 

图2是本实用新型高频脉冲电源电路电路原理图； 

图3是本实用新型多个高频脉冲电源单元组合结构框图； 

图4是本实用新型电除尘器用多重电源电路框图； 

图5是本实用新型实施例示意图(四单元多重电源原理拓扑图)； 

图6-1到图6-8是本实用新型实施例所示四单元多重电源电压波形叠加拓扑图，即多种脉冲叠加的示意图。 

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型所述的一种高频脉冲电源电路包括：用于将交流电变为直流电的整流电路；经功率二极管组成的三相桥式整流器输出脉动直流，在整流器输出端接有LC滤波电路，将脉动电流变为平滑直流，为IGBT 逆变电路提供多路直流母线电压；其重点是二极管容量、耐压、散热器及风冷系统的选型设计，LC滤波电路纹波系数的确定。 

连接整流电路输出端，用于将直流电转换成高频交变方波电压的IGBT逆变电路；所述IGBT逆变电路采用IGBT组成的电压型全桥式逆变电路(如图2所示)；其重点是单元IGBT容量、频率、耐压、散热器及风冷系统的选型设计。 

连接IGBT逆变电路输出端，用于对高频交变方波电压升压的高频变压器；其中IGBT逆变电路输出端和高频变压器之间串联有用于将高频交变方波电压耦合至高频变压器上的谐振电路；IGBT逆变电路输出的交变方波电压经谐振电路(LC谐振)耦合至高频变压器上；本实施例采用单组高频变压器电压变比为：500V比输出电压额定值除以组数；以额定值80kV输出四组高频变压器组合为例，其电压变比为500V：20kV；其重点是单组高频变压器容量、铁芯材料、几何尺寸、导磁率的选取，一、二次包导线形式匝比的选取，变压器漏感、分布电容等参数的确定，变压器耐压、绝缘强度等对整个系统设计参数的影响；谐振电路采用电感、电容串联后与高频变压器自身的漏感、分布电容匹配，确定谐振点。 

连接高频变压器的输出端，用于对升压后的高频交变方波电压进行整流然后输出的高压整流硅堆；连接在IGBT逆变电路驱动端，用于驱动IGBT逆变电路工作的IGBT逆变电路驱动器；连接在IGBT逆变电路驱动器控制端，用于控制IGBT逆变电路驱动器工作的IGBT驱动信号发生器。IGBT驱动信号发生器由数字锁相电路、同步电路、信号采集电路、通讯接口电路组成； 

如图3和图4所示的一种高频多重高压脉冲电源包括：由上述高频脉冲电源电路构成的高频脉冲电源单元；用于产生IGBT驱动指令的主控制器(可由TMS320F2812、EPM2210和模数转换ADS8364芯片组成)；其中，各高频脉冲电源单元中的IGBT驱动信号发生器的控制端连接在主控制器信号发出端上；多个高频脉冲电源单元的输出端串联，即多个高频脉冲电源单元的高压整流硅堆的输出端串联；于主控制器控制多个高频脉冲电源单元时，多个高频脉冲电源单元共用一个整流电路；主控制器控制的多个高频脉冲电源单元为能够产生的相同脉冲宽度的高频脉冲电源单元。采用上述高频多重高压脉冲电源作为供电电源的电除尘器可形成多种供电模式：直流供电，多电压叠加脉冲波形幅度相等(其叠加波形如图6-1和图6-2，其中图6-1供电波形输出供电功率最大(但是，这样会造成二次电压峰值不可调，频率降低和间歇供电均造成功率大幅下降，在 电除尘领域，会造成火花放电频繁，对电场的适应性差，这和传统的高频直流供电模式相同))。直流+脉冲供电模式：是多重电源供电的一般形式，可实现直流叠加脉冲供电；在电除尘领域，当直流+脉冲模式二次电压波形设定完成后，设备通过调整频率自动跟踪电场击穿电压的临界点；电场不易闪络，实现最佳功率输出。间歇脉冲供电。 

主控制器通过信号发出端产生IGBT驱动指令，这时对应连接在主控制器信号发出端的IGBT驱动信号发生器(可以是多个高频脉冲电源单元的IGBT驱动信号发生器)接收到IGBT驱动指令，控制该IGBT驱动信号发生器对应的IGBT逆变电路驱动器产生IGBT驱动信号给IGBT逆变电路(即IGBT组成的电压型全桥式逆变电路)，这时连接在主控制器信号发出端并接收到IGBT驱动指令的高频脉冲电源单元工作，由于多个高频脉冲电源单元的输出端串联，因此在总输出端上能够输出叠加脉冲电压，如图6-1到图6-8所示；图6-1到图6-8给出了多种脉冲叠加的示意图，这里需要强调的是本实用新型保护的是这种高频多重高压脉冲电源结构，图6-1到图6-8只是举例说明通过该结构的电源连接在智能控制器上，通过设定不但可以在一个高频多重高压脉冲电源上实现图6-1到图6-8所示额全部脉冲电源形式，还可以根据需求实现更多中脉冲电源的组合。 

具体实施例，以电源由四组IGBT全桥逆变独立电源组合高频多重高压脉冲电源为例进行说明，其原理拓扑图见图5。设备上电后，电网三相380V、50Hz低压交流电，经三相桥式整流、LC滤波输出530V直流母线电压，直流母线电压供给四组IGBT全桥逆变电路，其输出1KHz-20KHz高频交流电压，经各自LC电路-高频变压器升压-高压硅堆整流后，四组叠加输出2KHz-40KHz直流高压脉冲。IGBT驱动信号发生器完成对本组IGBT逆变电路的输出频率、间歇时间的处理，同时对IGBT器件温度、电流等进行检测。四单元多重电源电压叠加波形见图6-1到图6-8。其电压叠加可组合输出多种二次电压供电波形。可适用各种工况电除尘器。例如：四组电压叠加连续供电(实现调频高频电源DC供电)，如图6-1所示；下三组电压叠加连续供电(DC供电)，上一组电压停止供电(实现调幅高频电源DC供电)，如图6-2所示；下三组BCD电压叠加连续供电(DC供电)，上一组A电压叠加脉冲供电(PULSE)，如图6-3所示；下二组CD电压叠加连续供电(DC供电)，上二组A、B电压叠加脉冲供电(PULSE)，如图6-4所示；下二组CD电压叠加连续供电(DC供电)，上一组B电压叠加脉冲供电(PULSE)，如图6-5所示；四组电压叠加断续 供电(实现调频高频电源DC间歇供电)，如图6-6所示 

电除尘器用高频多重高压脉冲电源(简称多重电源)，高压部分：由三相桥式整流加多组IGBT全桥逆变独立电源组合,采用输出电压串联叠加技术，可输出多种阶跃脉冲。输出电压脉动频率40KHz；适应任意电除尘器工况条件。低压部分：提供振打、加热等开关量输入/输出接口,4-20mA模拟量输入/输出接口供用户选择。人机对话：液晶屏控制，上位机联网控制供用户选择。该电除尘器具有： 

(1)绿色电源：三相平衡、无谐波干扰、功率因数高、电源转换效率高，大大提升电能利用率。 

(2)供电方式：将电除尘器电源由直流供电方式(DC方式)提升为直流叠加脉冲供电方式，即DC+PULSE供电方式。 

(3)多电压叠加技术：多电压叠加，组合任意电压波形形状，输出多种DC电压波形和DC+PULSE电压波形，实现二次电压的纯直流供电、间歇供电和脉冲供电。电压峰值、有效值均可调，电场控制方式灵活。 

(4)高输出频率：输出频率范围1kHz-40kHz。电除尘器是容性负载，频率越高容抗越小，因此频率越高向电除尘器注入的能量就越大。 

(5)窄脉冲供电：8uS脉冲宽度有效提升电场的峰值电压，大大提高了对PM2.5及以下颗粒物的捕集效果。 

(6)降压振打控制：具备反电晕检测功能，当反电晕发生时输出联动信号，及时降压(灰尘的附着性变低了)、振打清灰。 

(7)节能减排：多重电源和常规单相工频电源比较。提高电除尘器除尘效率+50％，电费下降-80％。 

(8)整机结构与防护：高低压一体化组装，户外布置。节约了控制室土建面积。散热系统采用独立风道，使功率器件、控制单元与外界隔离，控制板采用三防工艺处理，壳体防护等级IP54，提高了环境适应性。 

(9)保护功能：闪络、开路、短路、过载、欠压、IGBT温度、变压器油温、油位、设备故障及通讯故障等。 

电除尘器多重电源是电除尘器电源配套、电源改造、脱硫脱硝和取代进口同类产品的最佳选择。 

除尘器采用脉冲供电形式是在有效电晕电压(幅值大于等于起晕电压)，连续不断地向除尘器充电加压的同时，叠加脉冲电压(幅值等于峰值电压)。使用脉冲荷电的方式，不仅可以增加瞬间的荷电电压，降低平均荷电电压，即使是高比电阻粉尘，粉尘层中的电位也容易中和，降低表面电位，抑制反电晕的发生。高频多重高压脉冲电源集多种供电模式为一身，可实现直流供电、间歇脉冲供电、直流叠加脉冲供电。在有效直流电晕电压基础上叠加脉冲电压，实现阶跃脉冲供电，具有脉冲前沿时间快速的特点。在快速脉冲前沿时间内，产生瞬间高压电场，粒子在脉冲放电电晕场中的电子荷电机理是以电子的电场荷电和动能扩散荷电为主。为了使粒子快速荷电，采用快速脉冲前沿的脉冲是有效的，自由电子荷电的粉尘荷电量，比离子荷电的粉尘荷电量,要高出50％以上。高压脉冲可提升电场的峰值电压，既提高了瞬间电场强度，又激发出了大量的自由电子。有效的直流电晕电压维持电场的电晕电压，即保证了荷电粉尘的驱进速度，又降低了阳极板粉尘层的电场强度，最大程度地遏制了反电晕现象的发生，大大提升了电除尘器对高比电阻粉尘、高浓度粉尘等复杂工况的适应能力。在满足粉尘排放标准的前提下，可通过阶跃脉冲供电波形的调整，实现节能控制。 

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (7)

1.一种高频脉冲电源电路，其特征在于包括： 

用于将交流电变为直流电的整流电路； 

连接整流电路输出端，用于将直流电转换成高频交变方波电压的IGBT逆变电路； 

连接IGBT逆变电路输出端，用于对高频交变方波电压升压的高频变压器； 

其中IGBT逆变电路输出端和高频变压器之间串联有用于将高频交变方波电压耦合至高频变压器上的谐振电路； 

连接高频变压器的输出端，用于对升压后的高频交变方波电压进行整流然后输出的高压整流硅堆； 

连接在IGBT逆变电路驱动端，用于驱动IGBT逆变电路工作的IGBT逆变电路驱动器； 

连接在IGBT逆变电路驱动器控制端，用于控制IGBT逆变电路驱动器工作的IGBT驱动信号发生器。 

2.根据权利要求1所述的一种高频脉冲电源电路，其特征在于所述整流电路的输出端连接有用于将脉动直流电变为平滑直流电的LC滤波电路。 

3.根据权利要求2所述的一种高频脉冲电源电路，其特征在于所述IGBT逆变电路采用IGBT组成的电压型全桥式逆变电路。 

4.一种高频多重高压脉冲电源，其特征在于包括： 

由权利要求1至3任一权利要求所述高频脉冲电源电路构成的高频脉冲电源单元；用于产生IGBT驱动指令的主控制器； 

其中，各高频脉冲电源单元中的IGBT驱动信号发生器的控制端连接在主控制器信号发出端上； 

多个高频脉冲电源单元的输出端串联，即多个高频脉冲电源单元的高压整流硅堆的输出端串联。 

5.根据权利要求4所述的一种高频多重高压脉冲电源，其特征在于主控制器控制多个高频脉冲电源单元时，多个高频脉冲电源单元共用一个整流电路。 

6.根据权利要求4或5所述的一种高频多重高压脉冲电源，其特征在于主控制器控制的多个高频脉冲电源单元为能够产生的相同脉冲宽度的高频脉冲电源单元。 

7.一种采用权利要求4至6任一权利要求所述高频多重高压脉冲电源作为供电电源的电除尘器。