CN212785194U - 用于等离子体炬的主直流供电电源及高频倍压整流引弧电源系统 - Google Patents
用于等离子体炬的主直流供电电源及高频倍压整流引弧电源系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN212785194U CN212785194U CN202020510070.2U CN202020510070U CN212785194U CN 212785194 U CN212785194 U CN 212785194U CN 202020510070 U CN202020510070 U CN 202020510070U CN 212785194 U CN212785194 U CN 212785194U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- power supply
- pulse
- plasma torch
- arc
- cabinet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
Abstract
用于等离子体炬的主直流供电电源及高频倍压整流引弧电源系统，按使用需求输出的给定调理电路，用来按所述采用两电极供电的等离子体炬需求，设定多脉波整流柜的输出电压和电流大小，所述多脉波整流柜的输入与整流变压器连接，输出与等离子体炬连接，向等离子体炬提供电力电源；所述的整流变压器与交流高压供电电源连接，其二次输出与多脉波整流柜相连接，所述的控制系统与多脉波整流柜连接，控制系统与多脉波整流柜之间设置采样调理单元，所述的引弧电源与多脉波整流柜的负极隔离耦合后串联相连。本实用新型用以解决常规等离子体电源引弧困难、电弧不稳定，操作复杂的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及等离子技术应用技术领域，特别涉及用于等离子体炬的主直流供电电源及高频倍压整流引弧电源系统。
背景技术
等离子体炬加热系统的先进和高效，也使得这一技术在工业炉窑以节能环保安全为目标的技术改造和发展绿色能源等方面大有用武之地，具有巨大的推广潜力。
国外在20世纪60年代就开始制造等离子体炬用于航天材料测试。之后又用于销毁化学武器和处理各类固废，并建有多个实验装置和商业化项目。国内也有单位关注等离子体技术进展，建有几套等离子弧熔融裂解处理固废的实验装置。等离子体技术还广泛用于金属切割、锅炉点火和金属喷涂等场合，以及用于金属熔融和冶炼、核物理废料处理等领域。
等离子体技术是居于国际前沿的先进环保技术，是处理各类固体废弃物(城市生活垃圾、工业与有害固废、医疗和电子危废、污水污泥以及冶炼废渣和采选尾矿处理、核物理废料处理等领域)的最可靠措施，在环境治理领域市场前景广阔。
多年来，等离子炬主放电电源多采用交流电源，常以工频升压起弧工作，因而一直有起弧困难，输出电压电流无法构成恒流或恒压工作，难以解决等离子体放电过程中的负阻特性问题。
发明内容
为了解决以上技术问题，本实用新型的目的在于提供等离子体炬的主直流供电电源及高频倍压整流引弧电源系统，用以解决常规等离子体电源引弧困难、电弧不稳定，操作复杂的问题。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
等离子体炬的主直流供电电源及高频倍压整流引弧电源系统，包括给定调理电路1、输出取样调理电路2、整流变压器3、多脉波整流柜4、控制系统5、引弧电源6、等离子体炬7、上位机(工业控制计算机)共8个单元；
按使用需求输出的给定调理电路1，用来按所述采用两电极供电的等离子体炬7需求，设定多脉波整流柜4的输出电压和电流大小，所述多脉波整流柜4的输入与整流变压器3连接，输出与等离子体炬7连接，向等离子体炬7提供电力电源；
所述的整流变压器3与交流高压供电电源连接，其二次输出与多脉波整流柜4相连接，所述的控制系统5与多脉波整流柜4连接，控制系统5与多脉波整流柜4之间设置采样调理单元2，所述的引弧电源6与多脉波整流柜4的负极隔离耦合后串联相连。
所述等离子体炬7与整流变压器3之间加入多脉波整流柜4与控制系统5和引弧电源6、上位机(工业控制计算机)8。
所述多脉波整流柜4的主直流供电电源与等离子体炬7内连接的电极数量为2根。两条电极由直流电源装置供电。
所述多脉波整流柜4的直流主供电电源包括多脉波晶闸管整流电路，所述多脉波晶闸管整流电路的输入端与整流变压器3的输出端连接，接受所述整流变压器3输出的多组交流电压，所述多脉波晶闸管整流电路的输出端与等离子体炬7连接，为等离子体炬提供电力电源。
所述控制系统5为由多组三相晶闸管整流电路构成的主电路中的晶闸管施加触发脉冲，每个整流电路为6脉波整流供电系统，多个整流电路可以组合。
所述多个三相晶闸管整流电路采用一个控制系统，通过网线与上位机相接。
所述整流变压器3为二次相互移相的多绕组裂相三相整流变压器。
所述的引弧电源6因功率相对较小，采用对单相交流整流后由桥式逆变变换为高频交流再升压的结构，其交流电压频率可根据使用要求进行调节，通常其交流电压频率可以在3～20kHz之间设定。
所述的上位机(工业控制计算机)8用来进行运行参数设定、调节、记录运行参数、保护信息、故障信息、运行曲线的记录和存贮，提高系统运行的自动化水平。
本实用新型的有益效果：
1、本实用新型提供的一种等离子体炬的主直流供电电源及高频倍压整流引弧电源系统，其采用直流电源，由于输出直流，因此电弧稳定，发热效率高。
2、本实用新型提供的一种等离子体炬的直流供电电源系统，其采用多脉波可控整流，降低了注入电网谐波电流，提高电网的功率因数。
3、本实用新型提供的一种等离子体炬的直流供电电源系统，容易引弧、电弧稳定，操作简单。
附图说明
图1按使用需求输出的给定调理电路原理图。
图2输出电压和电流采样调理电路原理图。
图3多绕组裂相整流变压器原理图。
图4多脉波整流柜主电路原理图。
图5控制系统原理框图。
图6引弧电源原理图。
图7两极直流供电的等离子炬原理图。
图8系统总原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
如图7图8所示，本实用新型提供一种等离子体炬的主直流供电电源及高频倍压整流引弧电源系统，包括：按使用需求输出的给定调理单元1，输出电压和电流采样调理单元2，整流变压器3，多脉波可控整流柜4，控制系统5，引弧电源6，等离子体炬7，上位机(工业控制计算机)8。
按使用需求输出的给定调理电路1，其用来按所述采用两电极供电的等离子体炬7需求，设定多脉波整流柜4的输出电压和电流大小，所述多脉波整流柜的输入与整流变压器3连接，输出与所述等离子体炬7连接，向所述等离子体炬7提供电力电源；
所述的整流变压器3，其与交流高压供电电源连接，采用裂相或移相结构，从而二次输出多组不同相位的三相交流，其二次输出与多脉波整流柜4相连接，通过多脉波整流柜4输出直流电压，用以降低注入电网的谐波含量；
所述的控制系统5，其与所述多脉波整流柜4连接，正常运行时控制所述主直流供电电源多脉波整流柜4输出的电流和电压，对运行工况进行监控；故障情况下，按故障类型进行保护和报警；
所述的引弧电源6，短时用来产生几千伏的高频交流高压，用在等离子炬主供电电源运行的起始段，使得气体击穿，为多脉波整流电源输出正负极之间形成电流通路提供准备条件，引弧电源6用在起弧阶段，按不同气体需要的合适电压输出，与多脉波整流柜的负极隔离耦合后串联相连，起弧过程结束后自动退出运行。
所述的上位机(工业控制计算机)8用来进行运行参数设定、调节、记录运行参数、保护信息、故障信息、运行曲线的记录和存贮。
在所述等离子体炬7与所述整流变压器3之间加入多脉波整流柜4与控制系统5和引弧电源6、上位机(工业控制计算机)8，从而将主供电电源方式从交流改为直流，由于多脉波整流柜输出为直流，长期运行过程中直流供电，因此电弧稳定，发热效率高；另外应当看到：由于使用高频及倍压整流方案提供起弧高压，起弧成功率高，起弧方便容易。
在没有出现故障的正常运行状态，所述的整流变压器3对外接的三相交流供电电压进行裂相处理形成多组相位互差一定角度的三相交流后，提供给多脉波可控整流柜4。
所述的控制系统5按使用需求输出给定调理单元电路1的给定值，与对整流柜输出电压和电流进行采样和调理单元电路2输出的采样值进行比较，对差值按比例-积分-微分的调节规律进行计算后，产生多路相应的触发控制脉冲，触发多脉波可控整流柜4中的晶闸管按对应调节方向导通，改变加到等离子炬两个极间的电压高低，实现闭环控制功能。
一旦出现运行故障，根据对整流柜输出电压和电流进行采样和调理的单元电路2输出的采样值与控制系统5中设定的保护门槛的比较结果，进行对应的保护。
应特别说明的是，在启动运行的初始状态，所述的引弧电源6，短时用来产生几千伏的高频交流高压，用在等离子炬主供电电源运行的起始段，使得气体击穿，为多脉波整流电源输出正负极之间形成电流通路提供准备条件，引弧电源用在起弧阶段，按不同气体需要的合适电压输出，与多脉波可控整流柜输出的负极隔离耦合相连，起弧过程结束，多脉波整流柜4正常投入运行后，引弧电源6自动退出运行。
所述给定采样调理电路1包括稳压电路，比例运算电路，二极管钳位电路，用于提供所需输出信号的给定值。
如附图1所示，在所述给定调理电路1中，外接电位器P6输出电压0～10V可调，经过两级比例运算，最终调理为DSP可接受的0～2.5V电压，输入到DSP的A/D输入端口。DSP通过自身集成的A/D转换模块完成模拟量到数字量的转换，实现给定信号的采集。图中VD3、VD4为钳位二极管，用来限制输入电压，使其在0～3.3V之间变化，以免电压过低或者过高而烧坏DSP的输入端口。其工作过程为：当输入电压大于3.3V时，VD3导通使电压限制在3.3V，当输入电压小于0V时，VD4导通使电压限制在0V。
所述输出电压和电流采样调理电路2包括霍尔电流传感器的检测信号，比例运算电路，二极管钳位电路，用于提供PID控制运算的反馈信号，所述霍尔电流传感器串联于整流电路输出回路。
如图2所示，图中反馈信号IFY为霍尔传感器输出的0～5V信号，经过两级比例运算后输出。通过调节电位器P2最终调理为可接受的0～2.5V电压信号，输入到DSP的A/D输入端口。DSP通过自身集成的A/D转换模块完成模拟量到数字量的转换，实现反馈信号的采集。图中VD1、VD2为钳位二极管，用来限制输入电压，使其在0～3.3V之间变化，以免电压过低或者过高而烧坏DSP的输入端口。
所述整流变压器3一次接为三角形，二次可以采用外延三角形或其他接线方式，构成多个不同移相角度的三相电压，如采用移相+15°、-15°或+30°、0°实现两组三相；采用外延三角形接线移相，实现3组三相(对应相互差20°)；实现4组三相(对应相互差15°)；实现6组三相(对应相互差10°)、实现8组三相(对应相互差7.5°)图3给出了其一个具体的实施例-整流变压器二次为两个三相绕组采用星型与三角形接法移相的方案。
所述多脉波可控整流柜4,可以与整流变压器3配合实现12脉波、18脉波、24脉波、36脉波、48脉波整流，图4给出了其一个具体的实施例-12脉波可控整流的主电路方案，其与图3完全匹配。
所述控制系统5,可以应用专用集成电路、DSP与PLC及触摸屏配合、还可以使用其他方案，完成触发、移相、保护功能的具体实现，图5给出了一个具体的实施例-应用DSP与PLC及触摸屏的协调实施方案及整个系统之间联系关系的方框图。
所述引弧电源6,主电路可以是单相半桥、也可以是单相全桥逆变、单相推挽电路、还可以使用单端自激变换将交流整流成直流再变换为高频后，倍压整流获得起弧高压的方案，图6给出了其一个具体的实施例-应用单相半桥逆变的实施方案。
所述的上位机(工业控制计算机)8用来进行运行参数设定、调节、记录运行参数、保护信息、故障信息、运行曲线的记录和存贮，提高系统运行的自动化水平。
Claims (9)
1.等离子体炬的主直流供电电源及高频倍压整流引弧电源系统，其特征在于，包括给定调理电路（1）、输出取样调理电路（2）、整流变压器（3）、多脉波整流柜（4）、控制系统（5）、引弧电源（6）、等离子体炬（7）、上位机共8个单元；
按使用需求输出的给定调理电路（1），用来按供电的等离子体炬（7）需求，设定多脉波整流柜（4）的输出电压和电流大小，所述多脉波整流柜（4）的输入与整流变压器（3）连接，输出与等离子体炬（7）连接，向等离子体炬（7）提供电力电源；所述的整流变压器（3）与交流高压供电电源连接，其二次输出与多脉波整流柜（4）相连接，所述的控制系统（5）与多脉波整流柜（4）连接，控制系统（5）与多脉波整流柜（4）之间设置输出取样调理电路（2），所述的引弧电源（6）与多脉波整流柜（4）的负极隔离耦合后串联相连。
2.根据权利要求1所述的等离子体炬的主直流供电电源及高频倍压整流引弧电源系统，其特征在于，所述等离子体炬（7）与整流变压器（3）之间加入多脉波整流柜（4）与控制系统（5）和引弧电源（6）、上位机（8）。
3.根据权利要求1所述的等离子体炬的主直流供电电源及高频倍压整流引弧电源系统，其特征在于，所述多脉波整流柜（4）的主直流供电电源与等离子体炬（7）内连接的电极数量为2根，两条电极由直流电源装置供电。
4.根据权利要求1所述的等离子体炬的主直流供电电源及高频倍压整流引弧电源系统，其特征在于，所述多脉波整流柜（4）的直流主供电电源包括多脉波晶闸管整流电路，所述多脉波晶闸管整流电路的输入端与整流变压器（3）的输出端连接，接受所述整流变压器（3）输出的多组交流电压，所述多脉波晶闸管整流电路的输出端与等离子体炬（7）连接，为等离子体炬提供电力电源。
5.根据权利要求4所述的等离子体炬的主直流供电电源及高频倍压整流引弧电源系统，其特征在于，所述多脉波晶闸管整流电路构成的主电路中晶闸管施加触发脉冲，每个整流电路为6脉波整流供电系统，多个整流电路可以组合。
6.根据权利要求4所述的等离子体炬的主直流供电电源及高频倍压整流引弧电源系统，其特征在于，所述多脉波晶闸管整流电路采用一个控制系统，通过网线与上位机相接。
7.根据权利要求1所述的等离子体炬的主直流供电电源及高频倍压整流引弧电源系统，其特征在于，所述整流变压器（3）为二次相互移相的多绕组裂相三相整流变压器。
8.根据权利要求1所述的等离子体炬的主直流供电电源及高频倍压整流引弧电源系统，其特征在于，所述的引弧电源（6）采用对单相交流整流后由桥式逆变变换为高频交流再升压的结构，其交流电压频率可根据使用要求进行调节，交流电压频率设定在3～20kHz之间。
9.根据权利要求1所述的等离子体炬的主直流供电电源及高频倍压整流引弧电源系统，其特征在于，所述的上位机（8）用来进行运行参数设定、调节、记录运行参数、保护信息、故障信息、运行曲线的记录和存贮。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202020510070.2U CN212785194U (zh) | 2020-04-09 | 2020-04-09 | 用于等离子体炬的主直流供电电源及高频倍压整流引弧电源系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202020510070.2U CN212785194U (zh) | 2020-04-09 | 2020-04-09 | 用于等离子体炬的主直流供电电源及高频倍压整流引弧电源系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN212785194U true CN212785194U (zh) | 2021-03-23 |
Family
ID=75026438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202020510070.2U Active CN212785194U (zh) | 2020-04-09 | 2020-04-09 | 用于等离子体炬的主直流供电电源及高频倍压整流引弧电源系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN212785194U (zh) |
-
2020
- 2020-04-09 CN CN202020510070.2U patent/CN212785194U/zh active Active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2019104040A (ja) | 被覆アーク溶接システム、および、被覆アーク溶接用の溶接電源装置 | |
| CN109831093A (zh) | 一种用于断路器测试中实现功率因数补偿的电流发生装置 | |
| Ponce-Silva et al. | Assessment of the current-source, full-bridge inverter as power supply for ozone generators with high power factor in a single stage | |
| CN101521393A (zh) | 在线式不间断电源装置 | |
| CN101856769A (zh) | 等离子弧切焊电源 | |
| CN212785194U (zh) | 用于等离子体炬的主直流供电电源及高频倍压整流引弧电源系统 | |
| CN102255356B (zh) | 高效率的不间断电源 | |
| JP2009124859A (ja) | アーク機器用電源装置 | |
| CN103997230A (zh) | 一种基于全波斩控整流电路的中频炉 | |
| CN212785193U (zh) | 用于电弧等离子体的可组合开关型电源结构 | |
| Xiao | A modular low current ripple electrolysis power supply based on multiphase half-bridge high-frequency inverters | |
| US20100213768A1 (en) | Apparatus for photovoltaic power generation | |
| CN113872209B (zh) | 一种消除直流母线电压采样纹波的单相光伏并网控制方法 | |
| JP4019047B2 (ja) | 三相電源並列フィードフォワード補償型力率補正回路 | |
| Burlaka et al. | Development of single-phase high-power factor inverter welding sources | |
| Omar et al. | Analysis and simulation of three-phase AC/DC full-bridge current injection series resonant converter (FBCISRC) | |
| CN103825476B (zh) | 三相晶闸管恒流高压直流电源 | |
| CN102573163A (zh) | 电子束熔炼炉高压电源的控制方法及电源装置 | |
| CN112019077A (zh) | 一种基于buck电路的新型单相逆变器及其控制方法 | |
| CN110635695A (zh) | 一种新型24脉tru自耦馈能式半桥辅助电路 | |
| CN104796022A (zh) | 一种发电系统及其控制方法 | |
| CN214544137U (zh) | 匹配200v三相电压的升压控制板 | |
| Sanajit et al. | Improved performance of a plasma cutting machine using a half-bridge dc/dc converter | |
| CN108711858B (zh) | 基于跟随光伏电站出力波动的逆变器谐波抑制方法 | |
| Udhayakumar et al. | Supply Power Factor Improvement in Ozone Generator System Using Active Power Factor Correction Converter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |