CN212278138U

CN212278138U - 12脉冲恒流斩波调压等离子炬电源

Info

Publication number: CN212278138U
Application number: CN202020552172.0U
Authority: CN
Inventors: 司志国; 殷瑞青
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-04-14
Filing date: 2020-04-14
Publication date: 2021-01-01
Anticipated expiration: 2030-04-14

Abstract

本实用新型涉及一种等离子电源；具体涉及一种12脉冲恒流斩波调压等离子炬电源，包括三相交流进线，三相交流进线经隔离升压变压器ZLB输出两组电路，一组是隔离升压变压器ZLB输出端采用三角形接法连接至整流器ZL1，整流器ZL1输出经总电抗器LK1连接并联的电源斩波单元后接至等离子炬的阳极和阴极；一组是星形接法连接至整流器ZL2，整流器ZL2输出经总电抗器LK2连接并联的电源斩波单元后接至等离子炬的阳极和阴极，对应每组电源斩波单元设置电流、电压取样装置，三路电源斩波单元设置有总电流、总电压取样装置，电流和电压信号均输送至PLC控制器输入端。本实用新型运行稳定，可靠，自动化程度高满足等离子设备工艺要求。

Description

12脉冲恒流斩波调压等离子炬电源

技术领域

本实用新型涉及一种等离子电源；具体涉及一种12脉冲恒流斩波调压等离子炬电源。

背景技术

目前国际国内垃圾废物处理最先进的设备是等离子气化炉，等离子电源是等离子气化炉能否正常运行的关键。目前危废处理处置主流技术有：焚烧(回转窑、废液焚烧炉、热解炉)、物化(过滤、中和、氧化还原、气浮、混凝、沉淀、破乳、超滤、多效蒸发、MVR蒸发、高级氧化、固液分离等)、固化(稳定化固化、水泥固化、石灰、粉煤灰固化)、综合利用(废油再生、废有机溶剂蒸精馏)等主要工艺技术，除固化外其处理利用过程中均会产生“二次危废”，特别是焚烧残渣和飞灰需要填埋处置，安全填埋场作为终端处置设施，其兜底角色在目前十分重要和关键。

建设危废安全填埋场存在着选址难的困境，由于土地资源宝贵、选址要求高、硬性条件多、邻避效应、建设成本高、后期封场维护、潜在风险隐患等，因此安全填埋场项目实际落地数量少。

等离子气化处理工艺中残渣和飞灰在高温下熔融形成玻璃体物质，其浸出毒性远低于国家标准，可以作为一般建材进行综合利用，因此等离子气化技术的先进性注定其应用前景十分广阔，我国危废市场潜力大、实际处置缺口大，等离子工艺技术从试验到工业化、自动化、大型化、现代化的革新进程步入高速期，工艺完善会突飞猛进。

等离子气化技术国内刚刚起步目前主要是6脉冲小功率等离子电源设备，12脉冲大功率等离子电源设备目前国内处于研发阶段，所以急需设计研发12脉冲大功率等离子电源设备。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种运行稳定，可靠，自动化程度高满足等离子设备工艺要求的12脉冲恒流斩波调压等离子炬电源。

本实用新型所述12脉冲恒流斩波调压等离子炬电源，包括三相交流进线、隔离升压变压器ZLB、总电抗器LK1、总电抗器LK2、整流器ZL1、整流器ZL2、电源斩波单元和PLC控制器，所述三相交流进线经隔离升压变压器ZLB输出两组电路，一组是隔离升压变压器ZLB输出端采用三角形接法连接至整流器ZL1，整流器ZL1输出经总电抗器LK1连接并联的电源斩波单元后接至等离子炬的阳极和阴极；一组是星形接法连接至整流器ZL2，整流器ZL2输出经总电抗器LK2连接并联的电源斩波单元后接至等离子炬的阳极和阴极，每路电源斩波单元均串联一个无铁心空心电感线圈，对应每组电源斩波单元设置电流、电压取样装置，三路电源斩波单元设置有总电流、总电压取样装置，所有的电流和电压信号均输送至PLC控制器输入端，PLC控制器输出端控制电源斩波单元。

本实用新型通过整流器ZL1、整流器ZL2将交流电整流为12脉冲直流电，然后通过调节电源斩波单元一个周波内的导通时间和关断时间的长短来实现恒电流调电压，为了保证每路并联的电源斩波单元电流平衡和稳定为各支路分别串联了无铁心空心电感线圈，利用电感di/dt阻止电流变化，并为各支路设计电流反馈信号，该电流反馈信号连接至PLC控制器，由PLC控制器进行PID自动调节。三相380V 50Hz交流电源进线连接相序器XJ3-D输入端，相序器XJ3-D输出端连接PLC控制器输入端，当电网故障相序异常时通过PLC实现自动化控制。12脉冲直流电源与6脉冲直流电源相比纹波系数和谐波含量低，12脉冲纹波系数和谐波含量是6脉冲直流电源纹波系数和谐波含量的1/3-1/4。

优选地，所述三相交流进线的进线端均串联进线交流接触器KM1和快速熔断器，进线交流接触器KM1并联预充电开关KM2，进线交流接触器KM1的辅助触点及快速熔断器触点均连接PLC控制器输入端，预充电开关KM2的A相、B相、C相均串联限流电阻。

优选地，所述隔离升压变压器ZLB、总电抗器LK1、总电抗器LK2、整流器ZL1、整流器ZL2和电源斩波单元分别对应设有散热风机，每个散热风机均串联有热保护开关，防止设备过热烧毁。

优选地，电源斩波单元输出端并联放电电阻R1、R2，放电电阻R1、R2并联过电压保护电阻Re1-Re3，放电电阻R1、R2同时并联分压电阻R3-R6，电阻R6两端电压经变送器WBV4传输至PLC控制器输入端和远程控制中控室，放电电阻R1、R2和分压电阻R3-R6并联后与总分流器LM1串联，总分流器LM1的电流采集端子IF和GND经电流变送器WBV5输出端连接至PLC控制器输入端，PLC控制器输出端连接至各分路电源斩波单元的变送器输入端，各分路斩波变送器输出端连接各分路驱动控制器输入端。

优选地，所述电源斩波单元包括斩波控制电路、斩波驱动电路和斩波保护电路，斩波控制电路输出端连接斩波驱动电路，斩波驱动电路的驱动输出端连接IGBT模块，IGBT模块输出线路串接分流器，分流器电流采集信号连接变送器输入端，变送器输出端连接PLC控制器输入端，斩波驱动电路的保护输出端连接斩波保护电路。

优选地，所述斩波控制电路包括基准电路、调节电路、电压比较电路、电流比较电路和比较放大电路，基准电路为电压比较电路提供基准电压，电压比较电路和电流比较电路的输出端同时输入比较放大电路，比较放大电路输出端连接至驱动电路输入端，调节电路输入端为PLC控制器调节控制端，调节电路输出端连接在电压比较电路输出端和比较放大电路输入端之间。等离子炬的电流和电压信号分别经电压比较电路和电流比较电路反馈比较后，在调节电路调节信号的影响下通过比较放大电路放大后输出值驱动电路输入端。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型运行稳定，可靠，自动化程度高满足等离子设备工艺要求，进线电源启动采用三相预充电电路，整流电路采用12脉冲整流稳波系数是现有的1/3-1/4，斩波单元设计控制电路，驱动电路，保护电路，电路工作可靠运行稳定，减少了稳波系数和冲击。等离子电源设有输入输出LC滤波器谐波含量低保证了等离子电源输出电压电流稳定。

附图说明

图1本实用新型电源主回路电气原理图。

图2本实用新型中一路电源斩波单元电气原理图。。

图3本实用新型PLC1控制回路电气原理图。

图4本实用新型PLC2控制回路电气原理图。

图5是斩波控制电路电气原理图。

图6是斩波驱动电路电气原理图。

图7是斩波保护电路电气原理图。

具体实施方式

实施例1：

如图1-2所示，本实施例所述12脉冲恒流斩波调压等离子炬电源，包括三相交流进线、隔离升压变压器ZLB、总电抗器LK1、总电抗器LK2、整流器ZL1、整流器ZL2、电源斩波单元和PLC控制器，所述三相交流进线经隔离升压变压器ZLB输出两组电路，一组是隔离升压变压器ZLB输出端采用三角形接法连接至整流器ZL1，整流器ZL1输出经总电抗器LK1连接并联的电源斩波单元后接至等离子炬的阳极和阴极；一组是星形接法连接至整流器ZL2，整流器ZL2输出经总电抗器LK2连接并联的电源斩波单元后接至等离子炬的阳极和阴极，每路电源斩波单元均串联一个无铁心空心电感线圈，对应每组电源斩波单元设置电流、电压取样装置，三路电源斩波单元设置有总电流、总电压取样装置，所有的电流和电压信号均输送至PLC控制器输入端，PLC控制器输出端控制电源斩波单元。

如图3-4所示，PLC控制器由PLC1和PLC2组成PLC系统，PLC1为主控制器带CPU，PLC2是扩展模块为辅助控制，PLC1连接触摸显示屏和RS485通信模块，当出现故障时可通过触摸显示屏查看故障原因，由维修人员及时处理排除故障，也可通过触摸显示屏输入控制指令，RS485通信模块将实时状态传输至监控室的监控后台，方便监控人员及时了解现场状况。

其中，三相交流进线的进线端均串联进线交流接触器KM1和快速熔断器RS1、RS2、RS3，A、B、C三相进线电源与进线交流接触器KM1串联，并联预充电开关KM2,预充电开关KM2串联限流电阻，进线交流接触器KM1的辅助触点连接PLC1的I1.1端口，快速熔断器RS1、RS2、RS3分别与PLC1的I3.2、I3.3、I3.4连接。

隔离升压变压器ZLB、总电抗器LK1、总电抗器LK2、整流器ZL1、整流器ZL2和电源斩波单元分别对应设有散热风机，每个散热风机均串联有热保护开关，防止设备过热烧毁，散热风机和散热保护开关的设置属于本领域技术人员公知技术，此处不赘述。

电源斩波单元输出端并联放电电阻R1、R2，放电电阻R1、R2并联过电压保护电阻Re1-Re3，放电电阻R1、R2同时并联分压电阻R3-R6，电阻R6两端电压经变送器WBV4传输至PLC2电压采样输入端(0+0-线号UF1,600)放电电阻R1、R2和分压电阻R3-R6并联后与总分流器LM1串联，总分流器LM1的电流采集端子IF和GND经电流变送器WBV5输出端连接至PLC2总电流采样输入端(1+1-线号IF1,600)，PLC2调节信号输出端(0M 0,线号600,UG)连接至各分路电源斩波单元的变送器输入端，各分路斩波变送器输出端连接各分路驱动控制器输入端。

电源斩波单元包括斩波控制电路、斩波驱动电路和斩波保护电路，斩波控制电路输出端连接斩波驱动电路，斩波驱动电路的驱动输出端连接IGBT模块，IGBT模块输出线路串接分流器，分流器电流采集信号连接变送器输入端，变送器输出端连接PLC控制器输入端，斩波驱动电路的保护输出端连接斩波保护电路，斩波控制电路的电源进线串联中间继电器PJ1的常开触点，中间继电器PJ1线圈连接控制器输出端。

如图5所示，所述斩波控制电路包括基准电路、调节电路、电压比较电路、电流比较电路和比较放大电路，基准电路为电压比较电路提供基准电压，电压比较电路和电流比较电路的输出端同时输入比较放大电路，比较放大电路输出端连接至驱动电路输入端，调节电路输入端为PLC控制器调节控制端，调节电路输出端连接在电压比较电路输出端和比较放大电路输入端之间。等离子炬的电流和电压信号分别经电压比较电路和电流比较电路反馈比较后，在调节电路调节信号的影响下通过比较放大电路放大后输出值驱动电路输入端。

每个电源斩波单元采用IGBT半桥控制方式，斩波控制电路中芯片U2提供5.1V基准电压，调节电位器W3，芯片U2输出一个固定电压，调节电位器W1的电阻，比较器N1-3输出一个比较电压与电压反馈，电流反馈在比较器N1-3、N1-1进行比较后连接放大器A2的信号输入端，经放大器A2信号放大，A2放大器的输出端子11、14输出的信号分别经二极管D13、D14输出到驱动电路的输入端SR1、SR2。如图6所示，斩波驱动电路设有两套直流电源QAWO2和两个光电转换器U13，直流电源QAWO2输入电压+24V,输出电压+15V、-9V，当斩波驱动模块的8端输出低电位时，+15V电源分别通过电阻R1、R2构成回路，光电器输入端有电流，同时光电器通过+12V电源、二极管D3、D6到斩波保护电路，当斩波保护电路接收到信号，保护输出继电器动作电源停止工作。斩波驱动电路设计两套驱动电路分别控制两只IGBT管，两只交替工作，斩波驱动模块有14个端子分别是1-14，C1 G1 E1和C2 G2 E2分别连IGBT模块。斩波驱动模块的14端是信号输入端，13端是地线，8端是保护,6端是-9V电源,5端是输出连接IGBT栅极，4端是+15V电源，1端是驱动信号输出。如图7所示，斩波单元保护电路设有IGBT故障保护，IBGT热保护和IGBT运行指示，三种保护均通过直流继电器接点输出。过热保护通过WK温度开关控制，温度正常时WK温度开关闭合，CD40106芯片的第4端输出低电位，电阻R31对地低电位，晶体管不工作，直流继电器不工作，当温度超过正常值时WKD断开,集成块4端输出高电位直流继电器工作，切断输出，等离子电源停止工作；驱动电路检测到IGBT故障时，斩波驱动模块8端输出为低电位时，光电转换模块GD1、GD2输出通过二极管D3、D6输出端子S0输出到电阻R50、R53、R58，晶体管2N5551输入高电位工作，直流继电器工作，等离子电源停止工作报IGBT故障。当驱动模块8端输出高电位时二极管D3、D6无输出，CD40106芯片第10端输出高电位，晶体管工作直流继电器工作运行指示灯亮，工作正常。

本实用新型通过整流器ZL1、整流器ZL2将交流电整流为12脉冲直流电，然后通过调节电源斩波单元一个周波内的导通时间和关断时间的长短来实现恒电流调电压，为了保证每路并联的电源斩波单元电流平衡和稳定为各支路分别串联了无铁心空心电感线圈，利用电感di/dt阻止电流变化，并为各支路设计电流反馈信号，该电流反馈信号连接至PLC控制器，由PLC控制器进行PID自动调节。三相380V 50Hz交流电源进线连接相序器XJ3-D输入端，相序器XJ3-D输出端连接PLC控制器输入端，当电网故障相序异常时通过PLC实现自动化控制。12脉冲直流电源与6脉冲直流电源相比纹波系数和谐波含量低，12脉冲纹波系数和谐波含量是6脉冲直流电源纹波系数和谐波含量的1/3-1/4。进线电源启动采用三相预充电电路，现有电路一般是两相预充电电路。整流电路采用12脉冲整流，现有电路一般采用6脉冲整流，减少了稳波系数和冲击。等离子电源设有输入输出LC滤波器谐波含量低保证了等离子电源输出电压电流稳定。

Claims

1.一种12脉冲恒流斩波调压等离子炬电源，其特征在于，包括三相交流进线、隔离升压变压器ZLB、总电抗器LK1、总电抗器LK2、整流器ZL1、整流器ZL2、电源斩波单元和PLC控制器，所述三相交流进线经隔离升压变压器ZLB输出两组电路，一组是隔离升压变压器ZLB输出端采用三角形接法连接至整流器ZL1，整流器ZL1输出经总电抗器LK1连接并联的电源斩波单元后接至等离子炬的阳极和阴极；一组是星形接法连接至整流器ZL2，整流器ZL2输出经总电抗器LK2连接并联的电源斩波单元后接至等离子炬的阳极和阴极，每路电源斩波单元均串联一个无铁心空心电感线圈，对应每组电源斩波单元设置电流、电压取样装置，三路电源斩波单元设置有总电流、总电压取样装置，所有的电流和电压信号均输送至PLC控制器输入端，PLC控制器输出端控制电源斩波单元。

2.根据权利要求1所述的12脉冲恒流斩波调压等离子炬电源，其特征在于，所述三相交流进线的进线端均串联进线交流接触器KM1和快速熔断器，进线交流接触器KM1并联预充电开关KM2，进线交流接触器KM1的辅助触点及快速熔断器触点均连接PLC控制器输入端，预充电开关KM2的A相、B相、C相均串联限流电阻。

3.根据权利要求2所述的12脉冲恒流斩波调压等离子炬电源，其特征在于，所述隔离升压变压器ZLB、总电抗器LK1、总电抗器LK2、整流器ZL1、整流器ZL2和电源斩波单元分别对应设有散热风机，每个散热风机均串联有热保护开关。

4.根据权利要求1所述的12脉冲恒流斩波调压等离子炬电源，其特征在于，电源斩波单元输出端并联放电电阻R1、R2，放电电阻R1、R2并联过电压保护电阻Re1-Re3，放电电阻R1、R2同时并联分压电阻R3-R6，电阻R6两端电压经变送器WBV4传输至PLC控制器输入端，放电电阻R1、R2和分压电阻R3-R6并联后与总分流器LM1串联，总分流器LM1的电流采集端子IF和GND经电流变送器WBV5输出端连接至PLC控制器输入端，PLC控制器输出端连接至各分路电源斩波单元的变送器输入端，各分路斩波变送器输出端连接各分路驱动控制器输入端。

5.根据权利要求1所述的12脉冲恒流斩波调压等离子炬电源，其特征在于，所述电源斩波单元包括斩波控制电路、斩波驱动电路和斩波保护电路，斩波控制电路输出端连接斩波驱动电路，斩波驱动电路的驱动输出端连接IGBT模块，IGBT模块输出线路串接分流器，分流器电流采集信号连接变送器输入端，变送器输出端连接PLC控制器输入端，斩波驱动电路的保护输出端连接斩波保护电路。

6.根据权利要求5所述的12脉冲恒流斩波调压等离子炬电源，其特征在于，所述斩波控制电路包括基准电路、调节电路、电压比较电路、电流比较电路和比较放大电路，基准电路为电压比较电路提供基准电压，电压比较电路和电流比较电路的输出端同时输入比较放大电路，比较放大电路输出端连接至驱动电路输入端，调节电路输入端为PLC控制器调节控制端，调节电路输出端连接在电压比较电路输出端和比较放大电路输入端之间。