CN204241883U - 一种电化学水处理电源控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电化学水处理电源控制系统，包括依次相连的三相全桥整流电路、ZVZCS全桥逆变电路、高频变压电路、高频整流电路和单向全桥逆变电路，以及DSP控制器、移相PWM控制单元、第一驱动电路和第二驱动电路，本实用新型具有完全满足了水处理系统的要求，有效地降低了废水的化学需氧量，而且客户可以根据现场的实际使用情况，调节具体参数，更好地达到净化水质的目的等特点。

Description

一种电化学水处理电源控制系统

技术领域

本实用新型涉及控制系统技术领域，特别涉及一种电化学水处理电源控制系统。 

背景技术

传统的污水处理技术较复杂，我国目前操作人员的技术素质及管理水平不能适应,这样就造成了即使已建成的污水厂也不能正常运行,严重制约了已建城市污水厂的正常运行。污水处理技术的发展趋势是简易、高效率、低能耗。就目前的发展状况来看，在中小城市污水处理方面，尚缺乏适合我国实际国情的污水处理技术和设备，缺乏资金和管理经验。因此，探索和发展适合我国国情的中小城市污水处理工艺，掌握一批在中小城市具有代表性的污染源的治理技术和城市污水处理技术，就势在必行。 

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种电化学水处理电源控制系统，能够输出电压、频率、占空比连续可调以及输出电压、电流大小连续可调的脉冲电，完全满足了水处理系统的要求，有效地降低了废水的化学需氧量，而且客户可以根据现场的实际使用情况，调节具体参数，更好地达到净化水质的目的。 

实现本实用新型的技术方案如下： 

一种电化学水处理电源控制系统，包括依次相连的三相全桥整流电路、ZVZCS全桥逆变电路、高频变压电路、高频整流电路和单向全桥逆变电路，以及DSP控制器、移相PWM控制单元、第一驱动电路和第二驱动电路，所述三相全桥整流电路将电源的工频电压整流成为脉动直流电源传送给ZVZCS全桥逆变电路， 通过ZVZCS全桥逆变电路将整流后的直流电源变为高频交流电源，高频交流电源由高频变压电路降压变为低压交流电源，低压交流电源通过高频整流电路整流成为低压直流电源，单向全桥逆变电路将低压直流电源再次逆变，输出一个极性、脉冲频率及占空间比可调以及输出电压、电流大小连续的脉冲电源；所述DSP控制器通过第二驱动电路与单相全桥逆变电路相连并对单相全桥逆变电路输入的直流电压和输出的电流信号分别进行采样，移相PWM控制单元与DSP控制器相连，DSP控制器通过第一驱动电路与ZVZCS全桥逆变电路相连接。 

所述DSP控制器包括用于采样电压或电流的电源输出采样控制器和用于控制交流或直流恒压恒流输出的处理单元，电源采样控制器和单相全桥逆变电路通过传感器连接，传感器为电压或电流传感器，优点是把实际的大电压或电流转换为小电压或电流送到DSP控制器中，防止DSP芯片被烧坏。 

DSP控制器的输出信号作为移相PWM控制单元的输入信号，所述电流传感器检测ZVZCS全桥逆变电路的输出电流作为PWM控制单元的前馈输入信号，优点是防止占空比大于50％时，发生次谐波振荡，在低占空比或轻载条件下可以减少峰值电流工作模式时的噪声干扰。 

所述ZVZCS全桥逆变电路通过电流传感器与移相PWM控制单元连接，作用是用于斜波补偿前馈控制，用于检测电流的实际值，从而将信号传送至移相PWM控制单元。 

采用了上述的方案,由于采用了零电压、零电流(ZVZCS)软开关技术，降低了开关管的开关损耗，提高的水处理电源的转化效率，也一定程度上延长了设备的使用寿命；本电源设备所产生的高频脉冲其脉冲频率、占空比、输出电压以及输出电流信号大小连续可调，与交直流电化学设备配套使用后，能有效地降低清水化学需氧量值，在电镀厂污水处理系统现场使用的结果是污水经处 理后的PH值在8-9范围内，有效的处理了污水，很大程度上降低了污水对环境的破坏，很大程度上降低了工业废水对环境的污染，实现水资源的循环利用。 

附图说明

图1为本实用新型模块示意图； 

图2为图1的电气原理图； 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进一步说明。 

如图1和图2，一种电化学水处理电源控制系统，包括依次相连的三相全桥整流电路1、ZVZCS全桥逆变电路2、高频变压电路3、高频整流电路4和单向全桥逆变电路5，以及DSP控制器6、移相PWM控制单元7、第一驱动8电路和第二驱动电路9，所述三相全桥整流电路1将电源的工频电压整流成为脉动直流电源传送给ZVZCS全桥逆变电路2，通过ZVZCS全桥逆变电路2将整流后的直流电源变为高频交流电源，高频交流电源由高频变压电路3降压变为低压交流电源，低压交流电源通过高频整流电路4整流成为低压直流电源，单向全桥逆变电路5将低压直流电源再次逆变，输出一个极性、脉冲频率及占空间比可调以及输出电压、电流大小连续可调的脉冲电源；所述DSP控制器6通过第二驱动电路9与单向全桥逆变电路5相连并对单向全桥逆变电路5输入的直流电压或电流信号进行采样，移相PWM控制单元7与DSP控制器6相连，DSP控制器6通过第一驱动电路8与ZVZCS全桥逆变电路2相连接。 

所述DSP控制器6包括用于采样电压或电流的电源输出采样控制器61和用于控制交流或直流恒压恒流的处理单元62，电源采样控制器61和单向全桥逆变电路5通过传感器连接，传感器为电压或电流传感器。 

DSP控制器6的输出信号作为移相PWM控制单元7的输入信号，所述电流传 感器检测ZVZCS全桥逆变电路的输出电流作为PWM控制单元的前馈输入信号，优点是防止占空比大于50％时，发生次谐波振荡，在低占空比或轻载条件下可以减少峰值电流工作模式时的噪声干扰。 

所述ZVZCS全桥逆变电路3通过电流传感器与移相PWM控制单元7连接，作用是用于斜波补偿前馈控制，用于检测电流的实际值，从而将信号传送至移相PWM控制单元，防止占空比大于50％时，发生次谐波振荡，在低占空比或轻载条件下可以减少峰值电流工作模式时的噪声干扰。 

DSP控制器实时采样单相全桥逆变输入侧的电压和电流，作为处理单元的反馈量，电压/电流的给定值由外部通讯自行设定，经过电压PI控制环和电流PI控制环实现恒压和恒流输出功能；处理单元的处理结果与ZVZCS全桥逆变器的输出电流以及给定的40KHz锯齿波信号叠加后送入移相PWM控制单元，移相PWM控制单元内含有UCC2895芯片，该芯片产生两对互补的有一定死区的PWM脉冲信号来驱动图2中的Q1,Q2,Q3,Q4开关管导通和关断，阻断二极管VD1,VD2，谐振电容C2,C3，C4以及谐振电感Lk的存在使零电压，零电流软开关技术的实现成为可能。单相全桥逆变即图2中Q5，Q6，Q7，Q8开关管组成的电路，根据客户的要求，在TMS320F2812主控制器中产生脉冲频率和占空比可调的PWM脉冲信号以及实现正负极性的倒极功能。 

结合图1和图2，该电路结构主要由4部分组成： 

(I)三相全桥整流电路：将50/60Hz的工频电流整流成为脉动的直流信号，通过电解电容C1-1，C1-2滤波成为一个稳定的直流电源； 

(II)ZVZCS全桥逆变电路和高频变压电路：将上面整流后的直流电源变为20kHz的高频交流电源，并通过高频变压电路使输出电压变为一个频率 为20kHz低压交流电源，高频变压电路采用高频变压器降压； 

(III)高频整流电路：将变压器输出的高频电源整流成为直流电源，并通过电容C5-C10，电感器Lo1滤波使输出电流稳定； 

(IV)单向全桥逆变电路：将输出的低压电源再次逆变，输出一个极性可调，脉冲频率及占空比可调以及输出电压、电流大小连续可调的脉冲电源。 

其中I和II之间通过缓启动电路连接，由于滤波电路中有大电容C1-1，C1-2，为防止上电时对电网、功率开关管及电解电容等的冲击，加入缓启动电路，使电容充电电流控制在一个合适的范围内，图2中Cc1,Cc2,C5-C10为突波吸收电容，主要吸收开关管的尖峰电压，降低输出电压、电流的谐波，C2，C3，C4为谐振电容又称为隔直电容，Lk为谐振电感，VD1，VD2为阻断二极管，在开关管Q1，Q2，Q3，Q4导通、关断切换过程中，由于谐振电容、谐振电感以及阻断二极管的存在，使得开关管工作在零电压和零电流的开关状态(即开关管零电压时导通，零电流时关断)，功率开关管的开关损耗显著降低。 

本发明的优势： 

(1)采用新型的零电压零电流(ZVZCS)软开关技术，功率开关管的损耗显著降低，水处理电源的效率显著提升； 

(2)输出的电压、电流的大小连续可调，电压输出范围为12-36V，电流输出范围为0-1000A； 

(3)所产生的高频脉冲频率和占空比连续可调，频率调节的范围为0-2000Hz，占空比调节范围为0-100； 

(4)水处理电源具有直流输出、脉冲输出两种输出模式可以相互切换，具有正负倒极输出功能，正负极性的输出可以通过外部接口自动转换，也可以通 过触摸屏实现自动转换 

(5)具有输入、输出欠压、过压、过流等保护功能，发生故障时通过可视化通讯界面很方便的找出是何种故障。 

(6)采用RS485总线与后台监控系统实现实时数据交换，实现智能化的控制。 

本电化学水处理电源严格根据水处理行业的工艺要求而开发的一款产品，该电化学水处理电源适用于电渗析、电絮凝、电气浮、电吸附、高级氧化等电化学工艺，适用于电子、医药、化工、火力发电、食品、啤酒、饮料、印染、涂装及电镀等行业的给水处理、废水处理。也可用于物料的浓缩、提纯、分离等物理化学过程。还可以用于废水、废液的处理与贵重金属的回收，如从电镀废液中回收镍等，电化学水处理电源与交/直流电化学设备配套使用，所产生的高频脉冲电流可以降低清水COD(化学需氧量)值，经过处理后使水的PH值维持在8-9范围内。 

Claims (3)

1.一种电化学水处理电源控制系统，包括依次相连的三相全桥整流电路、ZVZCS全桥逆变电路、高频变压电路、高频整流电路和单向全桥逆变电路，以及DSP控制器、移相PWM控制单元、第一驱动电路和第二驱动电路，其特征在于：所述三相全桥整流电路将电源的工频电压整流成为脉动直流电源传送给ZVZCS全桥逆变电路，通过ZVZCS全桥逆变电路将整流后的直流电源变为高频交流电源，高频交流电源由高频变压电路降压变为低压交流电源，低压交流电源通过高频整流电路整流成为低压直流电源，单向全桥逆变电路将低压直流电源再次逆变，输出一个极性、脉冲频率及占空间比可调以及输出电压、电流大小连续的脉冲电源；所述DSP控制器通过第二驱动电路与单相全桥逆变电路相连并对单相全桥逆变电路输入的直流电压和输出的电流信号分别进行采样，移相PWM控制单元与DSP控制器相连，DSP控制器通过第一驱动电路与ZVZCS全桥逆变电路相连接。 

2.根据权利要求1所述的电化学水处理电源控制系统，其特征在于：所述DSP控制器包括用于采样电压或电流的电源输出采样控制器和用于控制交流或直流恒压恒流输出的处理单元，电源输出采样控制器和单相全桥逆变电路通过传感器连接，传感器为电压或电流传感器。 

3.根据权利要求1所述的电化学水处理电源控制系统，其特征在于：所述ZVZCS全桥逆变电路通过电流传感器与移相PWM控制单元连接。