CN208146221U - 一种电除尘用高压脉冲电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种电除尘用高压脉冲电源，包括：主回路模块：用于完成配电功能；脉冲低压模块：用于给脉冲箱提供低压直流电源；脉冲箱模块：用于将直流电源变成脉冲电压送给脉冲变压器，并对IGBT开关时吸收保护；控制箱模块：用于完成对高压脉冲功率电源输入电流电压、二次输出电流电压、变压器温度、IGBT温度、排放浓度等信号采集，并根据反馈信号调节逆变器的频率、生成不同的工作方式；脉冲变压器模块：用于完成对脉冲电压的升压，产生负高压脉冲；耦合模块：用于完成将负高压脉冲与基础直流负高压的耦合，耦合之后输送到电场。本实用新型提升了脉冲输出性能，提高除尘效果；减小发热量，提高稳定性；对大容量电场的除尘效果更佳。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种高压脉冲电源，尤其是涉及一种一种电除尘用高压脉冲电源。
背景技术
高压静电除尘器是一种工业烟气净化设备，其技术成熟、制作相对简单、维护费用低，在电力、水泥、冶金、有色、化工等行业得到广泛应用。高压供电系统是决定电除尘器效率的关键，其供电方式、运行方式及控制方式的不同，对静电除尘器的除尘效率和运行稳定性具有重要的影响。随着近年来国家对工业粉尘排放浓度要求的不断提高，前些年市场上广泛应用的单相电源和三相电源已经开始渐渐被淘汰，高频电源的市场也逐渐在扩大，但是如果要达到15mg/m3的排放浓度，则必须采用脉冲叠加基波的脉冲电源技术。脉冲电源目前已逐步在国内市场使用。
与传统的高压直流电源相比，高压脉冲电源无论在减少排放方面，还是节约能源方面，都具有较大优势。从减排效果来看，高压脉冲电源可以产生更高的电晕电压，可以有效提高除尘器对高比电阻粉尘的吸收，从而提高了除尘效果。从节能方面来看，高压脉冲电源可以有效避免反电晕现象的产生，从而避免了浪费电流而节省能源消耗。目前的高压脉冲电源还普遍存在一些技术缺陷，最主要的问题是输出功率偏小，在大电场上应用时，会出现峰值电压偏小，除尘效果不佳的问题。
实用新型内容
本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种电除尘用高压脉冲电源，其特征在于，包括：
主回路模块：用于完成配电功能；
脉冲低压模块：用于给脉冲箱提供低压直流电源；
脉冲箱模块：用于将直流电源变成脉冲电压送给脉冲变压器，并对IGBT开关时吸收保护；
控制箱模块：用于完成对高压脉冲功率电源输入电流电压、二次输出电流电压、变压器温度、IGBT温度、排放浓度等信号采集，并根据反馈信号调节逆变器的频率、生成不同的工作方式；
脉冲变压器模块：用于完成对脉冲电压的升压，产生负高压脉冲；
耦合模块：用于完成将负高压脉冲与基础直流负高压的耦合，耦合之后输送到电场。
作为优化，主回路模块包括依次连接的断路器和交流接触器。
作为优化，脉冲低压模块包括以及连接的三相变压器以及整流桥，电感跨接在整流桥上。
作为优化，脉冲箱模块包括IGBT驱动、以及与IGBT驱动连接的IGBT，跨接在IGBT上的依次连接的吸收电容和吸收电阻。
作为优化，控制箱模块包括：
脉冲控制器：生成高压脉冲信号；
控制电源模块：用于控制电源；
模拟量信号隔离转换模块：用于将模拟量信号转换成数字信号；
数字量信号隔离转换模块：用于将数字信号转换成模拟量信号；
作为优化，控制箱模块还提供RS485接口、RJ45以太网接口及人机交互接口。
作为优化，脉冲变压器模块包括脉冲变压器以及与其连接的谐振电容。
作为优化，耦合模块包括高压电容、高压电感。
作为优化，脉冲变压器采用超微晶材料特制铁芯，以保证足够的瞬时输出功率；脉冲输出回路中，IGBT选用德国英飞凌芯片，并采用多路并联结构，以保证脉冲输出时的瞬时输入功率足够大。采用大容量电容、快恢复二极管、大功率电阻组成吸收保护回路，吸收IGBT关断时产生的能量冲击；IGBT驱动通信采用光纤通讯，确保驱动信号不受干扰；脉冲母线采用LC滤波，保证IGBT动作时不会对电网产生污染。
作为优化，控制箱模块在脉冲电源与基础电源叠加运行时，由控制箱模块根据工况的变化，对输送到除尘器本体的电压电流进行对比计算，自动选择最佳的控制参数，所述控制参数包括高压脉冲功率电源输入电流电压、二次输出电流电压、变压器温度、IGBT温度、排放浓度。
因此，本实用新型具有如下优点：提升脉冲输出性能，提高除尘效果；改进结构，减小发热量，提高稳定性；对大容量电场的除尘效果更佳。
附图说明
附图1是本实用新型的一种原理图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
为了提升输出性能，通过软件仿真及现场试验，经反复验证，得到了稳定性好，安全性高，能耗小的电路结构及器件选型。
本实用新型涉及IDE17型电除尘用高压脉冲电源与基础直流电源的多功能接口设计技术，可与任何厂家的基础直流电源叠加并统一控制，包括高频电源、工频单相电源、工频三相电源等电除尘用高压直流电源。
采用高压电容加辅助器件叠加技术，既可以保证脉冲输出不受干扰，又能减小基波与脉冲之间的相互干扰，同时能满足在大电场应用时的脉冲输出能力。
采用两级RCD吸收电路，第一级为主吸收电路，吸收二极管用大电流快恢复二极管，电容采用大容量吸收电容，电阻采用耐高温大功率电阻；第二级为保护吸收电路，吸收二极管用超快速小电流二极管，电容采用小容量高性能吸收电容，用于保护IGBT模块。经计算初步确定器件参数，多次仿真加试验后，确定器件选型。
通过软件分析及试验验证，确定主要发热器件的散热结构。整机散热采用循环风冷系统。循环风冷系统由高速离心风机、插片平板散热器、变压器波纹散热片、控制器组成。主要是对高速离心风机及插片平板散热器组合形成有效风道的研究
自主研发了脉冲变压器，并在主电路中采用多路并联结构，应用多种滤波、抗干扰和吸收措施，使得输出脉冲宽度小于100us，电压上升率高于2kV/us，电流上升率高于10A/us。输出脉冲功率为电压不小于80kV，电流不小于100A。
17型电除尘用高压脉冲电源，其输出形式是基波与脉冲叠加，类似于恒流源，其突然开路比DC电源的危险更大。而在实际使用过程中，并不能绝对避免突然开路或者由于操作失误的开路运行。这时如果不能马上做出判断并启动保护，设备将会在很短的时间内产生极高的电压，会直接导致变压器烧毁。为克服这个问题，在变压器高低压绕组耐压工艺、硬件电路快速判断、软件综合判断处理方面做了大量研究性试验，彻底解决了该问题。
下面结合实施例，对本案进行具体说明。
17型电除尘用高压脉冲电源模块化结构分：主回路模块、脉冲低压模块、脉冲箱模块、控制箱模块、脉冲变压器模块、耦合模块。主回路模块：主要由断路器、交流接触器组成，主要完成配电功能；脉冲低压模块：由三相变压器、整流桥、电感组成，主要完成给脉冲箱提供低压直流电源；脉冲箱模块：由IGBT、IGBT驱动、二极管、吸收电容、吸收电阻组成，主要完成将直流电源变成脉冲电压送给脉冲变压器，并对IGBT开关时吸收保护；控制箱模块：由脉冲控制器、控制电源模块、模拟量信号隔离转换模块、数字量信号隔离转换模块组成，完成对高压脉冲功率电源输入电流电压、二次输出电流电压、变压器温度、IGBT温度、排放浓度等信号采集，并根据反馈信号调节逆变器的频率、生成不同的工作方式，同时提供RS485接口、RJ45以太网接口及人机交互接口；脉冲变压器模块：由脉冲变压器、谐振电容组成，完成对脉冲电压的升压，产生负高压脉冲；耦合模块：主要由高压电容、高压电感组成，完成将负高压脉冲与基础直流负高压的耦合，耦合之后输送到电场。高压脉冲电源采用自主研制的单电场分布式低压控制器通过对振打方式、瓷轴灰斗的加热方式、料位卸灰方式等的集中控制，实现电除尘器电控设备的优化控制，冗余组网简单可靠，提高了除尘器的除尘效率，节约资源。
本实用新型主要具有以下功能：
1、17型电除尘用高压脉冲电源的脉冲功率输出新结构，瞬时输出功率高达24MW以上。
通过软件仿真和现场试验的方法，经反复试验，得到了稳定性好，安全性高，能耗小的电路结构及器件选型
2、17型电除尘用高压脉冲电源与基础直流电源的多功能接口设计技术。
脉冲电源的工作方式是与基础直流电源叠加之后输送到电除尘电场。为了实现设备之间的兼容性，17型脉冲电源在设计时考虑了与各种形式的直流高压电源叠加使用的兼容问题，可与任何厂家的基础直流电源叠加并统一控制，包括高频电源、工频单相电源、工频三相电源等电除尘用高压直流电源。
3、17型电除尘用高压脉冲电源采用模块化设计，结构紧凑合理，更换方便，维护量低。高压脉冲功率电源联合单电场分布式低压控制器直接控制多回路的低压设备，冗余组网简单可靠。
3、自主研发了嵌入式脉冲电源控制器，通过改变输入电压、脉冲宽度、脉冲频率等电源参数，针对不同工况，实现自动调节高基波输出电压，自动调节脉冲宽度1-100us、脉冲频率0-300Hz、脉冲母线电压0-2000V以控制脉冲输出电压的自适应最佳供电技术。
脉冲电源控制系统，在脉冲电源与基础电源叠加运行时，由控制系统根据工况的变化，对输送到除尘器本体的电压电流进行对比计算，自动选择最佳的控制参数，实现最佳的基波与脉冲比例，在维持高除尘效率的同时，最大限度的节约电能消耗。
6、自主研发了脉冲变压器，并在主电路中采用多路并联结构，应用多种滤波、抗干扰和吸收措施，使得输出脉冲宽度小于100us，电压上升率高于2kV/us，电流上升率高于10A/us。
自主研发脉冲变压器，采用超微晶材料特制铁芯，以保证足够的瞬时输出功率；脉冲输出回路中，IGBT选用德国英飞凌公司的大规格产品，并采用多路并联结构，以保证脉冲输出时的瞬时输入功率足够大。采用大容量电容、快恢复二极管、大功率电阻组成吸收保护回路，吸收IGBT关断时产生的能量冲击；IGBT驱动通信采用光纤通讯，确保驱动信号不受干扰；脉冲母线采用LC滤波，保证IGBT动作时不会对电网产生污染。以上种种措施，使得输出脉冲脉冲宽度小于100us，电压上升率高于2kV/us，电流上升率高于10A/us。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种电除尘用高压脉冲电源，其特征在于，包括：
主回路模块：用于完成配电功能；
脉冲低压模块：用于给脉冲箱提供低压直流电源；
脉冲箱模块：用于将直流电源变成脉冲电压送给脉冲变压器，并对IGBT开关时吸收保护；
控制箱模块：用于完成对高压脉冲功率电源输入电流电压、二次输出电流电压、变压器温度、IGBT温度、排放浓度信号采集，并根据反馈信号调节逆变器的频率、生成不同的工作方式；
脉冲变压器模块：用于完成对脉冲电压的升压，产生负高压脉冲；
耦合模块：用于完成将负高压脉冲与基础直流负高压的耦合，耦合之后输送到电场。
2.根据权利要求1所述的一种电除尘用高压脉冲电源，其特征在于，主回路模块包括依次连接的断路器和交流接触器。
3.根据权利要求1所述的一种电除尘用高压脉冲电源，其特征在于，脉冲低压模块包括以及连接的三相变压器以及整流桥，电感跨接在整流桥上。
4.根据权利要求1所述的一种电除尘用高压脉冲电源，其特征在于，脉冲箱模块包括IGBT驱动、以及与IGBT驱动连接的IGBT，跨接在IGBT上的依次连接的吸收电容和吸收电阻。
5.根据权利要求1所述的一种电除尘用高压脉冲电源，其特征在于，控制箱模块包括：
脉冲控制器：生成高压脉冲信号；
控制电源模块：用于控制电源；
模拟量信号隔离转换模块：用于将模拟量信号转换成数字信号；
数字量信号隔离转换模块：用于将数字信号转换成模拟量信号。
6.根据权利要求1所述的一种电除尘用高压脉冲电源，其特征在于，控制箱模块还提供RS485接口、RJ45以太网接口及人机交互接口。
7.根据权利要求1所述的一种电除尘用高压脉冲电源，其特征在于，脉冲变压器模块包括脉冲变压器以及与其连接的谐振电容。
8.根据权利要求1所述的一种电除尘用高压脉冲电源，其特征在于，耦合模块包括高压电容、高压电感。
9.根据权利要求1所述的一种电除尘用高压脉冲电源，其特征在于，脉冲变压器采用超微晶材料特制铁芯，以保证足够的瞬时输出功率；脉冲输出回路中，IGBT选用德国英飞凌芯片，并采用多路并联结构，以保证脉冲输出时的瞬时输入功率足够大；采用大容量电容、快恢复二极管、大功率电阻组成吸收保护回路，吸收IGBT关断时产生的能量冲击；IGBT驱动通信采用光纤通讯，确保驱动信号不受干扰；脉冲母线采用LC滤波，保证IGBT动作时不会对电网产生污染。
10.根据权利要求1所述的一种电除尘用高压脉冲电源，其特征在于，控制箱模块在脉冲电源与基础电源叠加运行时，由控制箱模块根据工况的变化，对输送到除尘器本体的电压电流进行对比计算，自动选择最佳的控制参数，所述控制参数包括高压脉冲功率电源输入电流电压、二次输出电流电压、变压器温度、IGBT温度、排放浓度，采用两级RCD吸收电路，第一级为主吸收电路，吸收二极管用大电流快恢复二极管，电容采用大容量吸收电容，电阻采用耐高温大功率电阻；第二级为保护吸收电路，吸收二极管用超快速小电流二极管，电容采用小容量高性能吸收电容，用于保护IGBT模块。
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Cited By (2)
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Date of cancellation: 20211111 Granted publication date: 20181127 Pledgee: Zhejiang Chouzhou Commercial Bank Co.,Ltd. Jindong caojiao small and micro enterprise franchise sub branch Pledgor: ZHEJIANG DOWAY ADVANCED TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2020330000266 |
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Denomination of utility model: A high voltage pulse power supply for electrostatic precipitator Effective date of registration: 20211124 Granted publication date: 20181127 Pledgee: Zhejiang Chouzhou Commercial Bank Co.,Ltd. Zhejiang Free Trade Zone Jinhua Jinyi New Area sub branch Pledgor: ZHEJIANG DOWAY ADVANCED TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021330002362 |
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Date of cancellation: 20221116 Granted publication date: 20181127 Pledgee: Zhejiang Chouzhou Commercial Bank Co.,Ltd. Zhejiang Free Trade Zone Jinhua Jinyi New Area sub branch Pledgor: ZHEJIANG DOWAY ADVANCED TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021330002362 |
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Denomination of utility model: A High Voltage Pulse Power Supply for Electrostatic Precipitator Effective date of registration: 20221129 Granted publication date: 20181127 Pledgee: Zhejiang Chongzhou Commercial Bank Co.,Ltd. Jinhua Jindong Sub branch Pledgor: ZHEJIANG DOWAY ADVANCED TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2022980024149 |
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Granted publication date: 20181127 Pledgee: Zhejiang Chongzhou Commercial Bank Co.,Ltd. Jinhua Jindong Sub branch Pledgor: ZHEJIANG DOWAY ADVANCED TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2022980024149 |