WO2018151541A1 - 마이크로 펄스 전원 장치 및 이를 이용한 전기 집진 장치 - Google Patents

마이크로 펄스 전원 장치 및 이를 이용한 전기 집진 장치 Download PDF

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WO2018151541A1
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WO
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pulse
voltage
output
high frequency
unit
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PCT/KR2018/001955
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박선순
이승윤
이준태
황상규
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주식회사 다원시스
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/66—Applications of electricity supply techniques
    • B03C3/68—Control systems therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/53—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback

Definitions

  • An embodiment of the present invention relates to a micro pulse power supply and an electrostatic precipitator using the same.
  • Electrostatic precipitators are largely achieved by two mechanisms: particle charging and charged paricle collection.
  • the charging mechanism is the action of charging (or charging) the dust
  • the dust collection mechanism is the action of collecting the charged dust (electrode: collection) to the electrode by the electrostatic force.
  • the dust removal ability or dust collection efficiency of the dust collector is determined by how the dust is charged well. In order to charge the dust well, a strong plasma is generated at the electrode of the dust collector, so that a large amount of charge adheres to the fine dust.
  • FIG. 1a is a diagram showing the configuration of a conventional pulse transformer type micro pulse charged dust collector power supply.
  • a conventional micro pulse charged dust collector power supply device 100 is a special high voltage DC for applying a bias voltage of a DC high voltage for precharging the dust collecting electrode EPS 180.
  • Power supply unit 160 filtering the extra high voltage rectified voltage (Pulse filtering) and pulse blocking in the pulse output (Pulse blocking) when the pulse output (Pulse high pressure filter reactor 170) and the low voltage pulse power supply 110 for generating a pulse to the dust collecting electrode, rectification Reactor 115 for smoothing the supplied power, pulse charging capacitor 116 for charging and maintaining voltage for pulse output, resonator reactor 120 for forming a resonant circuit during pulse operation, and low voltage pulses as extra high voltage pulses.
  • a pulse transformer 130 for boosting, a low voltage semiconductor switch 140 for pulse switching, and a bias voltage charged in the dust collecting electrode 180 are maintained (ie, DC voltage blocking).
  • the extra-high voltage DC power supply unit 160 of FIG. 1A includes a voltage variable unit 161, a extra-high voltage step-up transformer 162, and an extra-high voltage rectifier 163.
  • the low voltage pulse power supply unit 110 of FIG. 3A may be configured with a variable DC low voltage power supply device (111 of FIG. 1B) to adjust the magnitude of the pulse voltage, which is a very simple structure.
  • section I represents a DC high voltage and a DC current applied to the electrodes of the dust collector when no pulse output is performed.
  • Cps 116-Lpr 120-Cpr ( 150) -Cep 180 forms a resonant circuit, and the pulse voltage is added to the bias DC voltage as shown in section II of FIG. 2.
  • Section II represents the micro pulse voltage and current waveforms applied to the dust collector at the time of pulse output. In the output voltage waveform of the micropulse charged dust collector power supply device of FIG. 2, the micropulse voltage is responsible for the charging action of dust, and the DC high voltage performs the dust collecting action.
  • the micro-pulse charged dust collector can increase the pulse maximum voltage larger than the voltage of the DC high voltage dust collector, thereby generating a strong plasma uniformly. Therefore, it is possible to effectively charge the dust (Particle charging) to the dust can be maximized the dust collection performance.
  • back corona can be suppressed by adjusting the pulse period, it is possible to prevent redispersion of dust collected by the reverse corona and to prevent burnout of the electrode.
  • the micro-pulse charged dust collector can lower the DC bias voltage for dust collection, and thus has a great advantage of significantly reducing power consumption.
  • the conventional micro pulse charging method has a great advantage of improving dust collection efficiency and reducing power consumption.
  • the structure of the dust collector power supply device is complicated and the manufacturing cost is rapidly increased, while the size and weight thereof are economically low.
  • the ripple of the DC base voltage may appear somewhat larger depending on the load condition.
  • the present embodiment has a main object to provide a micro-pulse power supply device that can improve the ripple characteristics of the output voltage, increase the degree of freedom of installation by reducing the volume and weight.
  • the micro-pulse power supply device for applying a micro-pulse voltage to the electrostatic precipitator, an input rectifier for receiving and rectifying three-phase AC power, a pulse voltage generator for generating a pulse voltage and a direct current A voltage generator for generating a voltage, wherein the pulse voltage generator includes a high frequency converter for converting the DC output of the input rectifier into a high frequency AC voltage, a high frequency transformer for boosting the output of the high frequency converter, and an output of the high frequency transformer for DC. It provides a micro-pulse power supply device including a pulse generator for generating a pulse voltage by using an output rectifier and a direct current output of the output rectifier.
  • Embodiments of the micro pulsed power supply may further include one or more of the following features.
  • the pulse generator is connected in reverse parallel to the power semiconductor switch and the power semiconductor switch for controlling the flow of the pulse current and the resonant circuit portion for generating a pulse current by using the resonance by the DC output of the output rectifier. It includes a switching unit including a switching element consisting of a first diode.
  • the switching unit in the event of a short circuit (i.e., spark) occurs in the dust collector, the second diode connected in parallel with the switching element to provide a separate current path in which the pulse current does not flow to the switching element Include.
  • a short circuit i.e., spark
  • an input rectifier for receiving and rectifying a three-phase AC power source, a pulse voltage generator for generating a pulse voltage, a DC voltage generator for generating a DC voltage, and a pulse voltage generation
  • the pulse voltage generator includes a high frequency conversion unit for converting the DC output of the input rectifier into a high frequency AC voltage, the output of the high frequency conversion unit
  • the present invention provides an electrostatic precipitator including a high frequency transformer for boosting a voltage, an output rectifier for converting an output of a high frequency transformer into a direct current, and a pulse generator for generating a pulse voltage using the direct output of the output rectifier.
  • Embodiments of the electrostatic precipitator may further include one or more of the following features.
  • the voltage supply method for the electrostatic precipitator it is possible to select any one of the DC continuous charging method, intermittent charging method or micro pulse charging method of the pulse voltage and DC voltage It may further include a power supply control unit for controlling the generation.
  • the pulse generation unit generating a pulse current by using the resonance by the DC output of the output rectifier, the power semiconductor switch for controlling the flow of the pulse circuit and the resonant circuit unit for applying a pulse voltage to the electrostatic precipitator
  • a switching unit including a switching element including a first diode connected in anti-parallel to the power semiconductor switch.
  • the switching unit includes a second diode connected in parallel with the switching element so as to provide a separate current path through which the pulse current does not flow to the switching element when a spark occurs in the electrostatic precipitator.
  • the size of the transformer and the reactor used in the power supply device is significantly reduced by applying the high frequency inverter, so that the size of the micro pulse power supply device is remarkably reduced and it is easy to apply to industrial sites. .
  • the ripple of the output voltage is reduced to enable stable charging and dust collection, thereby improving the dust collection efficiency.
  • a separate current circulation path may be provided to protect the pulse shaping switch located in the high voltage part from damage caused by high current.
  • FIGS. 1A and 1B are diagrams showing the configuration of a conventional micro-pulse charged dust collector power supply device of a pulse transformer method.
  • FIG. 2 is a view showing the main waveform of the conventional micro pulse charged dust collector power supply.
  • Figure 3 is a block diagram of a micro pulse power supply according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view for explaining a process of outputting a DC voltage from an AC voltage in a micro-pulse power device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a circuit diagram of an electrostatic precipitator using a micro pulse power supply according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing a current path when sparks occur in the dust collector.
  • Figure 3 is a block diagram of a micro pulse power supply according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view for explaining a process of outputting a DC voltage from an AC voltage in a micro-pulse power device according to an embodiment of the present invention.
  • a micropulse power supply device 10 may include a three-phase AC power supply 100, an input rectifier 200, a pulse voltage generator 300, and a DC voltage generator 400. ).
  • the three-phase AC power supply 100 corresponds to a voltage supply source for generating a micro pulse voltage in the micro pulse power supply device 10.
  • the pulse voltage generator 300 and the DC voltage generator 400 are connected to one three-phase AC power supply 100 in parallel, and the DC voltage and the pulse using a single power supply. Each voltage can be output.
  • the input rectifier 200 rectifies the AC voltage supplied from the three-phase AC power source 100.
  • the rectifier 200 may be configured as a circuit including a diode and a capacitor.
  • a smoothing unit including a reactor may be connected to the rear end of the rectifying unit 200 to smooth the rectified voltage.
  • the pulse voltage generator 300 generates a pulse voltage to be supplied to the load.
  • the pulse voltage generator 300 includes a first high frequency converter 310, a first high frequency transformer 320, a first output rectifier 330, and a pulse generator 340.
  • the first high frequency converter 310, the first high frequency transformer 320, and the first output rectifier 330 receive power from the three-phase AC power source 100 and output a DC high voltage to the pulse generator 340. That is, the first high frequency converter 310, the first high frequency transformer 320, and the first output rectifier 330 operate as one power supply unit for outputting a DC high voltage (hereinafter, the first high frequency converter 310).
  • the first high frequency transformer 320 and the first output rectifier 330 are collectively referred to as a first power supply unit).
  • the first high frequency converter 310 converts the rectified voltage into a high frequency AC voltage using a high switching frequency. For example, it can be converted to a high frequency AC voltage using a frequency of 20 ⁇ 200 kHz.
  • the first high frequency converter 310 may include a circuit including power semiconductor switch elements such as an IGBT or an FET and diodes.
  • the first high frequency converter 310 may be variously applied by applying a push-pull method, a half-bridge method, a full-bridge method, etc. according to various embodiments of the present disclosure. It may be configured and may be determined according to the performance and output level required in the apparatus. For example, when the full bridge scheme is applied to the first high frequency converter 310, a voltage having a higher power level may be output although the complexity is greater than that of the half bridge scheme.
  • the first high frequency transformer 320 boosts the high frequency AC voltage output from the first high frequency converter 310. As illustrated in FIG. 4, the first output rectifier 330 rectifies the boosted high frequency AC voltage and outputs the rectified voltage to the pulse generator 340. That is, the DC high voltage is output and supplied to the pulse generator 340.
  • the pulse generator 340 generates a pulse voltage based on the DC high voltage output from the first power supply. Specifically, the voltage output from the first power supply unit is accumulated in a capacitor connected in parallel with the first power supply unit, and the pulse generator 340 generates a pulse voltage to be supplied to the load (dust collector) using the accumulated voltage. The generated pulse voltage is supplied to a load connected with the micro pulse power supply 10.
  • the pulse generator 340 may include a resonant circuit portion 341 and the switching unit 342.
  • the resonant circuit unit 341 generates a sinusoidal resonant current by using the resonance by the DC output of the first output rectifier 330.
  • the resonant circuit unit 341 includes a resonant inductor and a resonant capacitor connected in series, and the resonant current may be controlled by turning on / off the switching element included in the switching unit 342.
  • the switching unit 342 controls the flow of the resonance current flowing in the resonance circuit unit 341.
  • the switching unit 342 includes a switching element including a power semiconductor switch for controlling the flow of the resonance current and a diode in anti-parallel with the power semiconductor switch.
  • the switching unit 342 may further include a diode to form a separate current circuit to protect the high voltage switching device from damage caused by high current.
  • the DC voltage generator 400 generates a DC high voltage by using a voltage supplied from the three-phase AC power source 100.
  • the DC high voltage output from the DC voltage generator 400 is supplied to a load connected to the micro pulse power supply device 10.
  • the DC voltage generator 400 includes a second high frequency converter 410, a second high frequency transformer 420, and a second output rectifier 430, and each component corresponds to the pulse voltage generator 300.
  • the second high frequency converter 410, the second high frequency transformer 420, and the second output rectifier 430 operate like one power supply unit for outputting a DC high voltage (hereinafter, referred to as a second power supply unit).
  • the second high frequency converter 410 converts the rectified voltage into high frequency AC power
  • the second high frequency transformer 420 boosts the high frequency AC power
  • the second output rectifier 430 Rectifies the boosted high frequency AC power to a DC high voltage.
  • Micro pulsed power supply 10 according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 3, the pulse voltage generator 300 for generating a pulse voltage and the DC voltage generator 400 for generating a DC high voltage Are separated from each other and configured independently to control DC high voltage and pulse voltage independently. That is, according to an embodiment of the present invention, in supplying power to the electrostatic precipitator, by controlling the direct pulse voltage generator 300 and the DC voltage generator 400, respectively, as well as the micro pulse charging method as well as the DC continuous charging method Or intermittent charging can be used.
  • the pulse voltage generator 300 and the DC voltage generator 400 are connected to a single power source to generate the DC high voltage and the pulse voltage. Configuration is simplified and volume is reduced.
  • FIG. 5 is a circuit diagram of an electrostatic precipitator using a micro pulse power supply according to an embodiment of the present invention.
  • An electrostatic precipitator (ESP) 20 removes dust using the output of the micropulse power supply 10.
  • the dust collector 20 may remove dust by forming a DC voltage of more than a corona starting voltage between the discharge electrode and the dust collector plate and overlapping and applying a short pulse voltage. At this time, the DC voltage can form a fixed electric field between the discharge electrode and the dust collecting plate, and can prevent the scattering of dust collected on the dust collecting plate.
  • the pulse voltage may include a variable pulse frequency and may be charged to the floating dust and moved to the dust collecting plate.
  • the dust collector 20 main body is a space where electric dust is collected to collect dust included in exhaust gas, and an inlet through which exhaust gas is introduced, a dust collecting space where dust included in exhaust gas is collected and an outlet through which exhaust gas is discharged. Include.
  • the dust collecting space in which the dust contained in the exhaust gas is collected may include a plurality of dust collecting chambers.
  • Each dust chamber is provided with a plurality of discharge electrodes for charging the dust to the cathode and a dust collecting plate charged with the anode to collect the dust, and for each dust chamber, a micro pulse power supply device 10 for applying a DC high voltage and a pulse voltage to each dust chamber. ) Is installed.
  • the discharge electrode generates negative ions through ionization by corona discharge when a DC high voltage and a pulse voltage are applied by a micro pulse power supply, and may be formed in a wire or rigid form. Anions generated at the discharge electrode flow into the air stream and collide with the particles, thereby charging the dust to the negative ions. The negatively charged dust particles migrate to the dust collecting plate.
  • the dust collecting plate adsorbs dust particles charged with anion and charged with ground.
  • the dust collecting plate may have a plate shape.
  • the micro-pulse power supply device 10 applies a direct current voltage and a pulse voltage to the dust collector 20 main body to perform electric dust collection through discharge in the main body.
  • the micropulse power supply device 10 may include a three-phase AC power supply 100, a rectifier 200, a pulse voltage generator 300, and a DC voltage generator. 400, the voltage output from the micropulse power supply device 10 is supplied to the dust collector 20.
  • the three-phase AC power supply 100 corresponds to the voltage source of the micro pulse power supply device 10.
  • the micro pulse power supply device 10 generates a micro pulse voltage to be applied to the dust collector 20 using the AC voltage output from the three-phase AC power source 100.
  • the rectifier 200 rectifies the output of the three-phase AC power source 100.
  • the pulse voltage generator 300 supplies a pulse voltage applied to the dust collecting plate of the dust collecting chamber.
  • the pulse voltage generator 300 is configured to generate a DC voltage using an AC voltage, and includes a first high frequency converter 310, a first high frequency transformer 320, and a first output rectifier 330.
  • the pulse generator 340 includes a configuration for generating a pulse by using a.
  • the pulse generator 340 includes a resonance circuit 341 and a switching unit 342.
  • the first high frequency conversion unit 310 is composed of at least one power semiconductor switch element, and converts a voltage input from the outside into a high frequency AC voltage.
  • the first high frequency conversion unit 310 may implement a high frequency AC voltage by increasing the switching speed by using a power semiconductor switch element such as an IGBT or an FET.
  • a power semiconductor switch element such as an IGBT or an FET.
  • since the input voltage is converted into a high frequency AC voltage it is possible to use a high frequency transformer that is significantly reduced in size instead of a large high voltage transformer used in the conventional micro pulse power supply, reactors Also reduces the size of the overall power supply.
  • the first high frequency converter 310 may include an inverter gate blocker (not shown) to protect the first high frequency converter 310 when sparks are generated in the dust collector 20 while generating a pulse voltage. have.
  • the inverter gate blocking unit is connected to a gate of the power semiconductor switch element constituting the first high frequency conversion unit 310.
  • the inverter gate blocking unit forcibly cuts the gate of the power semiconductor switch element during the time of generating the pulse voltage to collect the first high frequency conversion unit 310 by the dust collecting unit 20. It can protect against high current caused by sparks.
  • the first high frequency transformer 320 boosts the AC voltage supplied from the second high frequency converter 310.
  • the first output rectifier 330 rectifies the boosted AC voltage, converts the AC voltage into DC voltage, and outputs the DC voltage to the pulse generator 340.
  • An AC reactor for preventing resonance due to leakage reactance and parasitic capacitance may be connected in series to an input side of the first high frequency transformer 320.
  • a capacitor Cs may be connected between the first power supply unit and the pulse generator 340 that generates the pulse as shown in the drawing.
  • the capacitor Cs is charged using the output of the first output rectifier 330, and the charged voltage is discharged to the resonant circuit part 341 so that a pulse voltage is applied to the dust collecting plate.
  • the resonant circuit unit 341 includes a resonant capacitor Cc and a resonant inductor Lr connected in series. As the voltage of the first output rectifying unit 330 is supplied to the resonant circuit unit 341 by the switching unit 342, a closed circuit including the resonant capacitor Cc, the resonant inductor Lr, and the dust collecting unit 20 is formed. A sinusoidal resonant current flows due to the voltage charged in the resonant capacitor Cc. The resonant current generated through the resonant circuit part 341 flows to the dust collecting part 20 to supply a pulse voltage.
  • the switching unit 342 includes a power semiconductor switch for controlling the flow of the resonant current and a switching element HVS including a diode connected in anti-parallel to the power semiconductor switch.
  • a switching element HVS including a diode connected in anti-parallel to the power semiconductor switch.
  • one end is connected to the first output rectifying unit 330, and the other end is connected to the capacitor Cs of the resonant circuit unit 314, thereby charging the capacitor Cs.
  • the voltage is discharged to the dust collecting plate in the form of a pulse having a predetermined pulse frequency. That is, the switching element HVS supplies a DC voltage to the resonant circuit unit 341 through an on-off operation, and allows the voltage charged in the capacitor Cs to be applied to the dust collector in the form of a pulse voltage in an on state. .
  • the switching unit 342 is located in the second stage of the second high frequency transformer 420, that is, the high voltage to form a pulse using a DC high voltage without using a bulky pulse transformer It is possible to supply high voltage pulses to the dust collector.
  • the switching element HVS forms a closed loop including a resonant circuit portion 341 and a load (dust collector) in the on state so that the resonant current flows to supply a pulse voltage to the load, and opens in the off state. By forming an open loop, a flow of resonant current is blocked.
  • the switching unit 342 is a diode (DF) connected in parallel with the switching element in order to protect the switching element by blocking a high current caused by a short high voltage pulse voltage flowing from the dust collector by the spark generated in the dust collector 20 ) May be further included.
  • DF diode
  • the capacitor Cep of the dust collector 20 is grounded. In this case, a larger current flows in the circuit than when stable charging is performed.
  • the diode DF may serve to protect the switching device HVS from the generated spark by providing a new current circulation path without processing by a separate controller.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing a current path when sparks occur in the dust collector.
  • the DC voltage generator 400 generates a negative DC voltage to supply a negative DC voltage to the discharge electrode included in the dust chamber.
  • the DC voltage generator 400 includes a second high frequency converter 410, a second high frequency transformer 420, and a second output rectifier 430 to output a DC high voltage using an AC power source.
  • the second high frequency conversion unit 410 is composed of at least one power semiconductor switch element, and converts a voltage input from the outside into a high frequency AC voltage.
  • the second high frequency conversion unit 410 may implement a high frequency AC voltage by increasing the switching speed by using a power semiconductor switch device such as an IGBT or an FET.
  • the second high frequency transformer 420 boosts the AC voltage supplied from the second high frequency conversion unit 410. That is, the second high frequency transformer 420 boosts the voltage of several hundred V supplied from the second high frequency converter 410 to a voltage of several tens of KV.
  • the second output rectifier 430 rectifies the boosted AC voltage and converts the boosted AC voltage into a DC voltage.
  • the second output rectifier 430 rectifies the AC voltage boosted by the second high frequency transformer 420 and converts the AC voltage into a negative DC voltage.
  • the DC high voltage output from the second output rectifier 430 is connected to the dust collector 20 and is applied to the discharge electrode of the dust collector 20.
  • a full bridge method is used to implement the high frequency converters 310 and 410.
  • the structure of the high frequency converters 310 and 410 is exemplary, and a high frequency AC voltage is converted using a switching element. Any method can be applied as long as it can be output.
  • micro pulsed power supply device 10 it is possible to implement a micro pulsed power supply device 10 with a significantly reduced volume.
  • Conventional micro-pulse power supply device due to the size of the device requires a separate control panel and the price was also expensive, but according to one embodiment of the present invention, it is possible to implement an integrated power supply device, compared to the existing equipment The price can be lowered.
  • it since it does not require a pulse transformer, it is light in weight and it is easy to replace the power supply device.
  • the micro-pulse power supply device As described above, by applying the micro-pulse power supply device according to the present invention to the electrostatic precipitator, by using a direct current voltage applied to the main body to form and maintain a basic electric field between the discharge electrode and the dust collecting plate to form a moving electric field of charged dust In addition, it is possible to prevent the scattering of dust collected in the dust collecting plate. In addition, by charging the floating dust through the pulse voltage applied to the main body to have an electrical polarity, the floating dust is moved to the dust collecting plate through the mobile electric field. This ensures that dust collection remains stable throughout.
  • the micro-pulse power supply device 10 uses a high switching frequency by applying a high frequency inverter, thereby greatly reducing the size of the high voltage transformer or reactors, thereby overcoming spatial constraints, and converting power. Efficiency will be improved.

Abstract

마이크로 펄스 전원 장치 및 이를 이용한 전기 집진 장치를 개시한다. 본 발명의 일 측면에 의하면, 마이크로 펄스 전원 장치는 전기집진장치에 마이크로 펄스 전압을 인가한다. 마이크로 펄스 전원 장치는 3상 교류 전원을 입력받아 정류하는 입력 정류부와, 펄스 전압을 생성하는 펄스 전압 발생부와, 직류 전압을 생성하는 직류 전압 발생부를 포함한다. 펄스 전압 발생부는 입력 정류부의 직류 출력을 고주파 교류전압으로 변환하는 고주파 변환부와, 고주파 변환부의 출력을 승압하는 고주파 변압기와, 고주파 변압기의 출력을 직류로 변환하여 출력하는 출력 정류부와, 출력 정류부의 직류 출력을 이용하여 펄스 전압을 생성시키는 펄스 생성부를 포함할 수 있다.

Description

마이크로 펄스 전원 장치 및 이를 이용한 전기 집진 장치
본 발명의 실시예는 마이크로 펄스 전원장치 및 이를 이용한 전기 집진기에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
전기 집진기는 크게 분진의 하전(Particle charging)과 집진(Charged Paricle collection)의 두 메커니즘에 의하여 이루어진다. 여기서, 하전 메커니즘은 분진에 전하를 하전(또는 충전) 시키는 작용이고, 집진 메커니즘은 전하를 띈 분진을 정전기력에 의하여 전극에 모으는(집진: Collection) 작용이다. 일반적으로 집진은 30kV 이하의 전압에서도 집진이 이루어지므로, 집진기의 분진 제거 능력 혹은 집진 효율은 어떻게 분진에 하전을 잘 시키느냐에 의하여 결정된다. 분진에 하전을 잘 시키기 위해서는 집진기의 전극에서 강한 플라즈마를 발생시키어, 미세 분진에 전하가 많이 달라붙게 하는 것이다.
기존의 직류 고전압 집진기의 단점을 크게 개선하기 위해 마이크로 펄스 하전 방식의 집진기 전원장치가 사용되어 왔다. 도 1a는 종래의 펄스 변압기 방식의 마이크로 펄스 하전 집진기 전원 장치의 구성도를 도시한 도면이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 종래의 마이크로 펄스 하전 방식의 집진기 전원장치(100)는 집진 전극(EPS; 180)의 예비 충전을 위한 직류 고전압의 바이어스 전압(Bias voltage)을 인가하기 위한 특고압 직류 전원부(160), 특고압 정류 전압의 필터링(Filtering) 및 펄스 출력시 펄스 저지(Pulse blocking)을 위한 특고압 필터 리액터(170)와 집진 전극에 펄스를 발생시키기 위한 저압 펄스 전원부(110), 정류된 전원을 평활시키기 위한 리액터(115), 펄스 출력을 위해 전압을 충전하여 유지하게 하는 펄스 충전 캐패시터(116), 펄스 운전시 공진 회로를 이루게 하는 공진 리액터(120), 저전압 펄스를 특고압 펄스로 승압시키는 펄스 변압기(Pulse Transformer; 130), 펄스 스위칭을 위한 저압 반도체 스위치(140), 집진 전극(180)에 충전되어 있는 바이어스 전압을 유지시키도록(즉, 직류 전압 blocking)하면서 집진기의 집진 전극(등가적인 캐패시턴스 Cep를 가짐; 180)과 펄스 공진 회로를 구성하게 하는 펄스 공진 캐패시터(150) 등으로 구성된다. 도 1b에 예시된 바와 같이, 도 1a의 특고압 직류 전원부(160)은 직류 전압 가변을 위한 전압 가변부(161), 특고압 승압 변압기(162), 특고압 정류기(163)로 구성된다. 또한 도 3a의 저압 펄스 전원부(110)는 펄스 전압의 크기를 조절할 수 있도록 가변 직류 저전압 전원 장치(도 1b의 111)로 구성될 수 있으며, 이는 매우 단순한 구조이다.
도 2는 종래의 마이크로 펄스 하전 방식의 집진기 전원장치의 주요 파형을 도시한 도면이다. 도 2에서 구간 I은 펄스 출력을 하지 않을 때의 집진기의 전극에 인가되는 직류 고전압 및 직류 전류를 나타낸다. 집진 전극에 인가하고자 하는 바이어스 직류 전압을 특고압 직류 전원부(160)에 의하여 인가하고 있는 상태에서, 저압 반도체 스위치(130)를 도통(ON) 시키면, Cps(116)-Lpr(120)-Cpr(150)-Cep(180)는 공진 회로를 이루며, 도 2의 구간 II와 같이 펄스 전압이 바이어스 직류 전압에 더해지게 된다. 구간 II는 펄스 출력시의 집진기에 인가되는 마이크로 펄스 전압 및 전류 파형을 나타낸다. 도 2의 마이크로 펄스 하전 방식의 집진기 전원 장치의 출력 전압 파형에서, 마이크로 펄스 전압은 분진의 하전 작용을 담당하고, 직류 고전압은 집진 작용을 수행한다.
집진 전극 사이에 일정 전압 이상을 인가하면 프라즈마의 발생이 시작되고, 이 플라즈마 상태를 지나서 시간이 경과함에 따라 아크 상태로 발전하게 된다. 그리고, 인가전압이 클수록 아크 상태까지 발전하는 시간이 줄어든다. 또한, 집진기 플랜트의 조건에 따라 변동하기는 하지만, 인가전압 유지 시간(펄스 전압의 폭)이 짧을수록 아크 상태로 발전시키지 않는 전압의 크기가 커진다. 따라서, 집진 전극에의 인가전압의 펄스폭을 줄일수록 높은 전압을 인가할 수 있고, 그에 따라 보다 강력한 플라즈마 발생이 가능하며, 궁극적으로 분진에의 하전이 더 많이 이루어져 집진 효율이 증대됨을 알 수 있다.
상기의 설명에 따라, 마이크로 펄스 하전 방식 집진기는 펄스 최대 전압을 직류 고전압 집진기의 전압보다 크게 증대시킬 수 있으므로 강력한 플라즈마를 균일하게 발생시킨다. 따라서, 매우 효과적으로 분진에 전하를 하전(Particle charging)시킬 수 있으므로 집진 성능을 최대로 높일 수 있다. 또한, 펄스 주기의 조정에 의해 역 코로나(Back corona)를 억제할 수 있으므로, 역 코로나에 의한 집진된 분진의 재분산을 방지하는 한편, 전극의 소손을 방지할 수 있다. 또한, 마이크로 펄스 하전 방식 집진기는 집진을 위한 직류 바이어스 전압을 낮출 수 있으므로, 전력 소모가 현격히 줄어든다는 큰 장점을 갖는다.
그러나, 종래의 마이크로 펄스 하전 방식은 집진 효율 개선과 전력 소모 절감이라는 큰 장점을 가짐에도 불구하고, 집진기 전원장치의 구조가 복잡하고 제조원가가 급격히 상승하는 한편, 크기가 크고 무거워서 경제성이 저하된다. 또한, 직류 베이스 전압이 갖는 리플이 부하 조건에 따라 다소 크게 나타나는 경우도 있다.
본 실시예는, 출력 전압의 리플 특성을 개선하고, 부피 및 중량을 줄여 설치의 자유도를 높일 수 있는 마이크로 펄스 전원 장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 전기집진장치에 마이크로 펄스 전압을 인가하기 위한 마이크로 펄스 전원 장치에 있어서, 3상 교류 전원을 입력받아 정류하는 입력 정류부, 펄스 전압을 생성하는 펄스 전압 발생부 및 직류 전압을 생성하는 직류 전압 발생부를 포함하고, 펄스 전압 발생부는, 입력 정류부의 직류 출력을 고주파 교류전압으로 변환하는 고주파 변환부, 고주파 변환부의 출력을 승압하는 고주파 변압기, 고주파 변압기의 출력을 직류로 변환하여 출력하는 출력 정류부 및 출력 정류부의 직류 출력을 이용하여 펄스 전압을 생성시키는 펄스 생성부를 포함하는 마이크로 펄스 전원 장치를 제공한다.
상기 마이크로 펄스 전원 장치의 실시예들은 다음의 특징들을 하나 이상 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 펄스 생성부는, 출력 정류부의 직류 출력에 의한 공진을 이용하여 펄스 전류를 생성하는 공진 회로부 및 펄스 전류의 흐름을 제어하는 전력 반도체 스위치 및 전력 반도체 스위치에 역병렬로 연결된 제1 다이오드로 구성된 스위칭 소자를 포함하는 스위칭부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 스위칭부는, 펄스발생시 집진기내에 단락(즉, 스파크)이 발생한 경우, 스위칭 소자에 펄스 전류가 흐르지 않는 별도의 전류 경로를 제공하도록 스위칭 소자와 병렬로 연결된 제2 다이오드를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 전기집진장치에 있어서, 3상 교류 전원을 입력받아 정류하는 입력 정류부, 펄스 전압을 생성하는 펄스 전압 발생부, 직류 전압을 생성하는 직류 전압 발생부 및 펄스 전압 발생부 및 직류 전압 발생부로부터 직류 전압 및 펄스 전압을 공급받아 분진을 제거하는 전기집진기를 포함하고, 펄스 전압 발생부는, 입력 정류부의 직류 출력을 고주파 교류전압으로 변환하는 고주파 변환부, 고주파 변환부의 출력을 승압하는 고주파 변압기, 고주파 변압기의 출력을 직류로 변환하여 출력하는 출력 정류부 및 출력 정류부의 직류 출력을 이용하여 펄스 전압을 생성시키는 펄스 생성부를 포함하는 전기집진장치를 제공한다.
상기 전기집진장치의 실시예들은 다음의 특징들을 하나 이상 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 전기집진기에 대한 전압 공급 방식에 있어서, DC 연속 하전 방식, 간헐적 하전 방식 또는 마이크로 펄스 하전 방식 중 어느 하나를 이용하여 중 어느 하나를 선택할 수 있도록 펄스 전압 및 직류 전압의 발생을 제어하는 전원장치 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 펄스 생성부는, 출력 정류부의 직류 출력에 의한 공진을 이용하여 펄스 전류를 생성하고, 전기집진기에 펄스 전압을 인가하는 공진 회로부 및 펄스 전류의 흐름을 제어하는 전력 반도체 스위치 및 전력 반도체 스위치에 역병렬로 연결된 제1 다이오드로 구성된 스위칭 소자를 포함하는 스위칭부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 스위칭부는, 전기집진기에서 스파크가 발생한 경우 스위칭 소자에 펄스 전류가 흐르지 않는 별도의 전류 경로를 제공하도록 스위칭 소자와 병렬로 연결된 제2 다이오드를 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 고주파 인버터를 적용하여 전원 장치에 사용되는 변압기 및 리액터의 크기가 현저히 감소하여 마이크로 펄스 전원 장치의 크기가 현저히 줄어들게 되며 산업 현장에 적용이 용이해지는 효과가 있다.
또한, 출력 전압의 리플이 감소하여 안정적인 하전과 집진이 가능하고, 이로 인해 집진 효율이 향상되는 효과가 있다.
또한, 집진기에서 스파크 발생시 별도의 전류 순환 경로를 제공하여 고전압부에 위치하는 펄스 성형 스위치를 고전류에 의한 손상으로부터 보호할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 펄스 변압기 방식의 마이크로 펄스 하전 집진기 전원 장치의 구성도를 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 마이크로 펄스 하전 방식의 집진기 전원장치의 주요 파형을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 펄스 전원 장치의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 펄스 전원 장치에서 교류 전압으로부터 직류 전압을 출력하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 펄스 전원 장치를 이용한 전기 집진기의 회로도이다.
도 6은 집진기에서 스파크가 발생하는 경우에 전류 경로를 표시한 회로도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 명세서에 기재된 '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 펄스 전원 장치의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 펄스 전원 장치에서 교류 전압으로부터 직류 전압을 출력하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 다른 마이크로 펄스 전원 장치(10)는 3상 교류 전원(100), 입력 정류부(200), 펄스 전압 발생부(300) 및 직류 전압 발생부(400)를 포함한다.
3상 교류 전원(100)은 마이크로 펄스 전원 장치(10)에서 마이크로 펄스 전압을 생성하기 위한 전압 공급원에 해당한다. 본 발명의 일 실시예에서, 하나의 3상 교류 전원(100)에 펄스 전압 발생부(300)와 직류 전압 발생부(400)가 병렬로 연결되는 형태로, 단일 전원을 이용하여 직류 전압과 펄스 전압을 각각 출력할 수 있다.
입력 정류부(200)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 3상 교류 전원(100)으로부터 공급받은 교류 전압을 정류한다. 정류부(200)는 다이오드 및 콘덴서 등을 포함하는 회로로 구성될 수 있다. 정류부(200) 후단에는 리액터 등을 포함하는 평활화부가 연결되어 정류된 전압을 평활시킬수도 있다.
펄스 전압 발생부(300)는 부하에 공급될 펄스 전압을 발생시킨다. 펄스 전압 발생부(300)는 제1 고주파 변환부(310), 제1 고주파 변압기(320), 제1 출력 정류부(330) 및 펄스 생성부(340)를 포함하여 구성된다.
제1 고주파 변환부(310), 제1 고주파 변압기(320) 및 제1 출력 정류부(330)는 3상 교류 전원(100)으로부터 전원을 공급받아 펄스 생성부(340)에 직류 고전압을 출력한다. 즉, 제1 고주파 변환부(310), 제1 고주파 변압기(320) 및 제1 출력 정류부(330)가 직류 고전압을 출력하는 하나의 전원부와 같이 동작한다(이하, 제1 고주파 변환부(310), 제1 고주파 변압기(320) 및 제1 출력 정류부(330)를 제1 전원부라 통칭한다).
제1 고주파 변환부(310)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 정류된 전압을 높은 스위칭 주파수를 이용하여 고주파 교류전압으로 변환한다. 예컨대, 20 ~ 200 kHz의 주파수를 이용하여 고주파 교류전압으로 변환할 수 있다. 제1 고주파 변환부(310)는 IGBT 또는 FET와 같은 전력 반도체 스위치 소자들 및 다이오드들을 포함하는 회로로 구성될 수 있다.
제1 고주파 변환부(310)는 본 발명의 여러 실시예에 따라 푸쉬-풀(Push-pull) 방식, 하프 브릿지(Half-bridge) 방식, 풀 브릿지(Full-bridge) 방식 등을 적용하여 다양하게 구성될 수 있으며, 장치에서 요구되는 성능 및 출력 레벨에 따라 결정될 수 있다. 예컨대, 제1 고주파 변환부(310)에 풀 브릿지 방식을 적용하는 경우, 하프 브릿지 방식보다 복잡도가 커지지만 더 높은 전력 레벨을 갖는 전압을 출력할 수 있다.
제1 고주파 변압기(320)는 제1 고주파 변환부(310)에서 출력되는 고주파 교류전압을 승압한다. 제1 출력 정류부(330)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 승압된 고주파 교류전압을 정류하여 펄스 생성부(340)로 출력한다. 즉, 직류 고전압을 출력하여 펄스 생성부(340)에 공급한다.
펄스 생성부(340)는 제1 전원부에서 출력된 직류 고전압을 바탕으로 펄스 전압을 생성한다. 구체적으로, 제1 전원부에서 출력되는 전압은 제1 전원부와 병렬로 연결된 커패시터에 축적되고, 펄스 생성부(340)는 축적된 전압을 이용하여 부하(집진기)에 공급될 펄스 전압을 생성한다. 생성한 펄스 전압은 마이크로 펄스 전원 장치(10)와 연결된 부하에 공급한다. 본 발명의 일 실시예에서, 펄스 생성부(340)는 공진회로부(341) 및 스위칭부(342)를 포함하여 구성될 수 있다.
공진회로부(341)는 제1 출력 정류부(330)의 직류 출력에 의한 공진을 이용하여 사인파 형태의 공진 전류를 생성한다. 본 발명의 일 실시예에서, 공진회로부(341)는 직렬로 연결된 공진 인덕터와 공진 커패시터를 포함하며, 스위칭부(342)에 포함된 스위칭 소자의 온/오프에 의해 공진 전류가 제어될 수 있다.
스위칭부(342)는 공진회로부(341)에 흐르는 공진 전류의 흐름을 제어한다. 스위칭부(342)는 공진 전류의 흐름을 제어하는 전력 반도체 스위치 및 전력 반도체 스위치와 역병렬 연결된 다이오드로 구성된 스위칭 소자를 포함한다. 또한, 스위칭부(342)는 고전압 스위칭 소자를 고전류에 의한 손상으로부터 보호하기 위해 별도의 전류 순환 회로를 형성하도록 하는 다이오드를 더 포함할 수 있다.
직류 전압 발생부(400)는 3상 교류 전원(100)에서 공급되는 전압을 이용하여 직류 고전압을 발생시킨다. 직류 전압 발생부(400)에서 출력되는 직류 고전압은 마이크로 펄스 전원 장치(10)와 연결된 부하에 공급된다.
직류 전압 발생부(400)는 제2 고주파 변환부(410), 제2 고주파 변압기(420), 제2 출력 정류부(430)를 포함하며, 각 구성은 펄스 전압 발생부(300)의 대응되는 구성과 동일하게 동작한다. 즉, 제2 고주파 변환부(410), 제2 고주파 변압기(420) 및 제2 출력 정류부(430)가 직류 고전압을 출력하는 하나의 전원부와 같이 동작한다(이하, 제2 전원부라 통칭한다).
도 4에 도시된 바와 같이, 제2 고주파 변환부(410)는 정류된 전압을 고주파 교류 전력으로 변환하고, 제2 고주파 변압기(420)는 고주파 교류 전력을 승압하며, 제2 출력 정류부(430)는 승압된 고주파 교류 전력을 직류 고전압으로 정류한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 펄스 전원 장치(10)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 펄스 전압 생성을 위한 펄스 전압 발생부(300)와 직류 고전압 생성을 위한 직류 전압 발생부(400)를 서로 분리시켜 독립적으로 구성함으로써 직류 고전압과 펄스 전압을 독립적으로 제어한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 전기집진기에 전원을 공급함에 있어서, 직펄스 전압 발생부(300)와 직류 전압 발생부(400)를 각각 제어하여 마이크로 펄스 하전 방식뿐 아니라 DC 연속 하전 방식 또는 간헐식 하전 방식까지 모두 사용이 가능하다.
또한, 직류 고전압과 펄스 전압 발생에 각기 별도의 전원을 사용하는 것이 아니라 단일 전원에 펄스 전압 발생부(300) 및 직류 전압 발생부(400)가 연결되어 직류 고전압 및 펄스 전압을 발생시키게 되므로, 장치의 구성이 단순해지고 부피가 줄어든다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 펄스 전원 장치를 이용한 전기집진장치의 회로도이다.
이하, 상술한 바와 같은 마이크로 펄스 전원 장치(10)가 적용되는 전기집진기의 구성을 설명한다.
집진기(20,Electrostatic precipitator; ESP)는 마이크로 펄스 전원 장치(10)의 출력을 이용해 분진을 제거한다. 집진부(20)는 방전극과 집진판 사이에 코로나 개시전압 이상의 직류전압을 형성한 후 짧은 폭의 펄스 전압을 중첩하여 인가하여 분진을 제거할 수 있다. 이때 직류전압은 방전극과 집진판 사이에 고정전계를 형성하고, 집진판에 포집된 분진의 재비산을 방지할 수 있다. 펄스 전압은 가변적인 펄스주파수를 포함할 수 있으며, 부유분진을 대전시켜 집진판으로 이동시킬 수 있다.
집진부(20) 본체는 배기가스에 포함된 분진을 포집하기 위한 전기 집진이 수행되는 공간으로서, 배기가스가 유입되는 입구, 배기가스에 포함된 분진이 포집되는 집진 공간 및 배기가스가 배출되는 출구를 포함한다.
배기가스에 포함된 분진이 포집되는 집진공간은 복수개의 집진실로 구성될 수 있다. 각 집진실에는 분진을 음극으로 대전시키는 복수개의 방전극 및 양극으로 대전되어 분진을 포집하는 집진판이 설치되고, 각 집진실 별로 각 집진실에 직류 고전압 및 펄스 전압을 인가하기 위해 마이크로 펄스 전원 장치(10)가 설치된다.
방전극은 마이크로 펄스 전원 장치에 의해 직류 고전압 및 펄스 전압이 인가되면 코로나 방전에 의한 이온화 현상을 통해 음이온을 발생시키는 것으로서, 철선 또는 강체 형태로 이루어질 수 있다. 방전극에서 발생된 음이온은 기류 중으로 흘러 입자와 충돌하게 되어, 분진을 음이온으로 대전시킨다. 음이온으로 하전된 분진 입자는 집진판으로 이동하게 된다.
집진판은 접지로 대전되어 음이온으로 하전된 분진입자를 흡착한다. 일 실시예에서, 집진판은 판 형상으로 이루어질 수 있다.
마이크로 펄스 전원 장치(10)는 집진부(20) 본체에 직류 전압 및 펄스 전압을 인가함으로써 본체 내에서 방전을 통해 전기 집진이 수행되도록 한다.
도 3을 참조하여 설명한 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 다른 마이크로 펄스 전원 장치(10)는 3상 교류 전원(100), 정류부(200), 펄스 전압 발생부(300) 및 직류 전압 발생부(400)를 포함하며, 마이크로 펄스 전원 장치(10)로부터 출력되는 전압은 집진부(20)에 공급된다.
3상 교류 전원(100)은 마이크로 펄스 전원 장치(10)의 전압원에 해당한다. 마이크로 펄스 전원 장치(10)는 3상 교류 전원(100)으로부터 출력되는 교류 전압을 이용하여 집진부(20)에 인가될 마이크로 펄스 전압을 생성한다.
정류부(200)는 3상 교류 전원(100)의 출력을 정류한다.
펄스 전압 발생부(300)는 집진실의 집진판에 인가되는 펄스 전압을 공급한다. 펄스 전압 발생부(300)는 교류 전압을 이용하여 직류 전압을 발생시키는 구성으로 제1 고주파 변환부(310), 제1 고주파 변압기(320) 및 제1 출력 정류부(330)를 포함하고, 직류 전압을 이용하여 펄스를 생성하기 위한 구성으로 펄스 생성부(340)를 포함한다. 펄스 생성부(340)는 공진 회로부(341) 및 스위칭부(342)를 포함하여 구성된다.
제1 고주파 변환부(310)는 적어도 하나의 전력 반도체 스위치 소자로 구성되어, 외부로부터 입력되는 전압을 고주파 교류전압으로 변환한다. 제1 고주파 변환부(310)는 IGBT나 FET 등의 전력 반도체 스위치 소자를 이용하여 스위칭 속도를 높임으로써 고주파 교류전압을 구현할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 입력되는 전압을 고주파 교류전압으로 변환하기 때문에, 종래의 마이크로 펄스 전원 장치에서 사용하던 크기가 큰 고전압 변압기 대신 현저하게 크기가 줄어든 고주파 변압기를 사용할 수 있게 되며, 리액터류의 크기 또한 줄어들어 전체적인 전원 장치의 크기가 감소하게 된다.
제1 고주파 변환부(310)는 펄스 전압을 발생시키는 동안 집진부(20)에서 스파크가 발생하는 경우에 제1 고주파 변환부(310)를 보호하기 위해 인버터 게이트 차단부(미도시)를 포함할 수 있다. 인버터 게이트 차단부는 제1 고주파 변환부(310)를 구성하는 전력 반도체 스위치 소자의 게이트에 연결된다. 인버터 게이트 차단부는 제1 고주파 변환부(310)의 안전성을 확보하기 위하여, 펄스 전압을 발생시키는 시간 동안 전력 반도체 스위치 소자의 게이트를 강제적으로 차단하여 제1 고주파 변환부(310)를 집진부(20) 스파크에 의한 고전류로부터 보호할 수 있다.
제1 고주파 변압기(320)는, 제2 고주파 변환부(310)로부터 공급되는 교류전압을 승압시킨다. 제1 출력 정류부(330)는 승압된 교류 전압을 정류하여 직류 전압으로 변환하여 펄스 생성부(340)에 출력한다. 제1 고주파 변압기(320)의 입력측에 누설 리액턴스 및 기생 커패시턴스에 의한 공진을 방지하는 교류 리액터가 직렬로 접속될 수 있다.
도 5에 도시된 것과 같이, 제1 전원부와 펄스를 생성하는 펄스 생성부(340) 사이에는 도면과 같이 커패시터(Cs)가 연결될 수 있다. 제1 출력 정류부(330)의 출력을 이용하여 커패시터(Cs)가 충전되고, 충전된 전압을 공진회로부(341)에 방전함으로써 집진판에 펄스 전압이 인가되도록 한다.
공진회로부(341)는 직렬로 연결된 공진 커패시터(Cc)와 공진 인덕터(Lr)를 포함한다. 스위칭부(342)에 의해 제1 출력 정류부(330)의 전압이 공진회로부(341)에 공급됨에 따라 공진 커패시터(Cc), 공진 인덕터(Lr) 및 집진부(20)를 포함하는 폐회로를 형성하여, 공진 커패시터(Cc)에 충전되어 있던 전압에 의한 사인파 형태의 공진 전류가 흐르도록 한다. 공진 회로부(341)를 통해 생성된 공진 전류는 집진부(20)에 흐르며 펄스 전압을 공급한다.
스위칭부(342)는 공진 전류의 흐름을 제어하는 전력 반도체 스위치 및 전력 반도체 스위치에 역병렬로 연결된 다이오드로 구성된 스위칭 소자(HVS)를 포함한다. 스위칭 소자(HVS)를 구성하는 전력 반도체 스위치 소자는, 일단이 제1 출력 정류부(330)와 연결되고, 타단이 공진회로부(314)의 커패시터(Cs)와 연결되어, 커패시터(Cs)에 충전되어 있는 전압이 소정의 펄스 주파수를 갖는 펄스 형태로 집진판에 방전되도록 한다. 즉, 스위칭 소자(HVS)는 온오프 동작을 통해 직류 전압을 공진회로부(341)에 공급하고, 온(ON) 상태에서 커패시터(Cs)에 충전되어 있는 전압이 펄스 전압 형태로 집진판에 인가되도록 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 스위칭부(342)는 제2 고주파 변압기(420)의 2차단, 즉, 고전압부에 위치하여 직류 고전압을 이용하여 펄스를 형성하므로 부피가 큰 펄스 변압기를 사용하지 않고도 집진기에 고전압 펄스를 공급할 수 있다.
스위칭 소자(HVS)는 온 상태일 때 공진회로부(341) 및 부하(집진기)를 포함하는 폐회로(Closed Loop)를 형성함으로써 공진 전류가 흐르도록 하여 부하에 펄스 전압을 공급하고, 오프 상태일 때 개방회로(Open Loop)를 형성함으로써 공진 전류의 흐름을 차단한다.
또한, 스위칭부(342)는 집진부(20)에서 발생되는 스파크에 의해 집진기로부터 유입되는 짧은 폭의 고압 펄스 전압으로 인한 고전류를 차단하여 스위칭 소자를 보호하기 위해, 스위칭 소자와 병렬로 연결된 다이오드(DF)를 더 포함할 수 있다. 집진부(20)에서 스파크가 발생하는 경우는, 집진부(20)의 커패시터(Cep)가 접지되는 경우를 말하는데 이 경우 회로에는 안정적인 하전이 이루어질 때보다 큰 전류가 흐르게 된다. 다이오드(DF)는 집진부(20)에서 스파크가 발생되는 경우, 별도의 제어부에 의한 처리 없이도 새로운 전류 순환 경로를 제공하여 발생된 스파크로부터 스위칭 소자(HVS)를 보호하는 역할을 수행할 수 있다.
도 6은 집진기에서 스파크가 발생하는 경우에 전류 경로를 표시한 회로도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 집진기에서 스파크가 발생하면, 발생된 스파크에 의한 고전류는 A경로를 다라 다이오드(DF)로 흐르게 되며, 스위칭 소자(HVS)에 영향을 미치지 않게 된다.
직류 전압 발생부(400)는 음의 직류 전압을 발생시켜 집진실에 포함되어 있는 방전극에 음의 직류 전압을 공급한다. 직류 전압 발생부(400)는 제2 고주파 변환부(410), 제2 고주파 변압기(420) 및 제2 출력 정류부(430)를 포함하여 교류 전원을 이용해 직류 고전압을 출력한다.
제2 고주파 변환부(410)는 적어도 하나의 전력 반도체 스위치 소자로 구성되며, 외부로부터 입력되는 전압을 고주파 교류전압으로 변환한다. 제2 고주파 변환부(410)는 IGBT나 FET 등의 전력 반도체 스위치 소자를 이용하여 스위칭 속도를 높임으로써 고주파 교류전압을 구현할 수 있다.
제2 고주파 변압기(420)는, 제2 고주파 변환부(410)로부터 공급되는 교류전압을 승압시킨다. 즉, 제2 고주파 변압기(420)는 제2 고주파 변환부(410)로부터 공급되는 수백V의 전압을 수십KV의 전압으로 승압시킨다.
제2 출력 정류부(430)는 승압된 교류 전압을 정류하여 직류 전압으로 변환한다. 본 발명의 일 실시예에서, 제2 출력 정류부(430)는 제2 고주파 변압기(420)에 의해 승압된 교류 전압을 정류하여 음(-)의 직류 전압으로 변환한다. 제2 출력 정류부(430)에서 출력되는 직류 고전압은 집진부(20)와 연결되어, 집진부(20)의 방전극에 인가된다.
도 5에서는 고주파 변환부(310, 410)를 구현하기 위해 풀 브릿지 방식을 적용한 경우를 도시하였으나, 이러한 고주파 변환부(310, 410)의 구조는 예시적인 것이며, 스위칭 소자를 사용하여 고주파 교류전압을 출력할 수 있는 방식이면 어떠한 방식이라도 적용 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 부피가 현저하게 감소한 마이크로 펄스 전원 장치(10)를 구현할 수 있다. 기존의 마이크로 펄스 전원 장치는, 장치의 크기로 인하여 별도의 제어반을 필요로 하고 가격 또한 고가에 해당하였으나, 본 발명의 일 실시에에 의하면, 일체형의 전원장치를 구현할 수 있고, 기존의 장비에 비해 가격을 낮출 수 있게 된다. 또한, 펄스 변압기를 필요로 하지 않기 때문에 경량화되어 전원 장치의 교체가 용이하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로 펄스 전원 장치를 전기 집진기에 적용함으로써, 본체에 인가되는 직류 전압을 이용하여 방전극과 집진판 사이의 기본 전계를 형성 및 유지시켜 대전된 분진의 이동 전계를 형성시키고, 집진판에 포집되어 있는 분진의 재비산을 방지할 수 있게 된다. 또한, 본체에 인가되는 펄스 전압을 통해 부유 분진을 대전시켜 전기적 극성을 갖게 함으로써 부유분진이 이동전계를 통해서 집진판으로 이동하게 한다. 이로 인해 전체적으로 분진 포집이 안정적으로 유지될 수 있다.
기존의 선형 전원 공급 장치에서는 상용 주파수로 50~60Hz를 사용하여 50~60Hz의 변압기를 사용하여 크기가 매우 크고 전력 변환 효율이 매우 낮게 나타나는 문제점이 있었다. 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로 펄스 전원 장치(10)는 고주파 인버터를 적용하여 높은 스위칭 주파수를 사용함으로써, 고전압 변압기나 리액터류의 크기가 크게 감소하여 공간적인 제약을 극복할 수 있고, 전력 변환 효율이 개선되게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
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Claims (15)

  1. 전기집진기에 마이크로 펄스 전압을 인가하기 위한 마이크로 펄스 전원 장치에 있어서,
    3상 교류 전원을 입력받아 정류하는 입력 정류부;
    펄스 전압을 생성하는 펄스 전압 발생부; 및
    직류 전압을 생성하는 직류 전압 발생부를 포함하고,
    상기 펄스 전압 발생부는,
    상기 입력 정류부의 직류 출력을 고주파 교류전압으로 변환하는 고주파 변환부;
    상기 고주파 변환부의 출력을 승압하는 고주파 변압기;
    상기 고주파 변압기의 출력을 직류로 변환하여 출력하는 출력 정류부; 및
    상기 출력 정류부의 직류 출력을 이용하여 펄스 전압을 생성하는 펄스 생성부
    를 포함하는 마이크로 펄스 전원 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 펄스 전압 발생부 및 상기 직류 전압 발생부는,
    상기 입력 정류부에 병렬로 연결되어 서로 독립적으로 동작하는 것을 특징으로 하는 마이크로 펄스 전원 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 펄스 생성부는,
    상기 출력 정류부의 직류 출력에 의한 공진을 이용하여 펄스 전류를 생성하는 공진 회로부; 및
    상기 펄스 전류의 흐름을 제어하는 전력 반도체 스위치 및 전력 반도체 스위치에 역병렬로 연결된 제1 다이오드로 구성된 스위칭 소자를 포함하는 스위칭부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 펄스 전원 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는,
    상기 전력 반도체 스위치의 일단이 상기 출력 정류부와 연결되고 타단이 상기 공진 회로부와 연결되어, 상기 전력 반도체 스위치가 온(On) 되면 상기 출력 정류부의 직류 출력이 상기 공진 회로부에 공급되는 것을 특징으로 하는 마이크로 펄스 전원 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 스위칭부는,
    상기 공진 회로부에 고전류가 흐르는 경우, 상기 스위칭 소자에 펄스 전류가 흐르지 않는 별도의 전류 경로를 제공하도록 상기 스위칭 소자와 병렬로 연결된 제2 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 펄스 전원 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 고주파 변환부는,
    IGBT 또는 FET를 이용하여 높은 스위칭 주파수를 구현하여 직류 출력을 고주파 교류전압으로 변환하는 것을 특징으로 하는 마이크로 펄스 전원 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 고주파 변환부는,
    상기 펄스 전압이 발생되는 시간 동안 상기 IGBT 또는 FET의 게이트를 차단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 펄스 전원 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 고주파 변압기는,
    입력측에 누설 리액턴스 및 기생 커패시턴스에 의한 공진을 방지하는 교류 리액터가 직렬로 접속된 것을 특징으로 하는 마이크로 펄스 전원 장치.
  9. 전기집진장치에 있어서,
    3상 교류 전원을 입력받아 정류하는 입력 정류부;
    펄스 전압을 생성하는 펄스 전압 발생부;
    직류 전압을 생성하는 직류 전압 발생부; 및
    상기 펄스 전압 발생부 및 직류 전압 발생부로부터 직류 전압 및 펄스 전압을 공급받아 분진을 제거하는 집진부를 포함하고,
    상기 펄스 전압 발생부는,
    상기 입력 정류부의 직류 출력을 고주파 교류전압으로 변환하는 고주파 변환부;
    상기 고주파 변환부의 출력을 승압하는 고주파 변압기;
    상기 고주파 변압기의 출력을 직류로 변환하여 출력하는 출력 정류부; 및
    상기 출력 정류부의 직류 출력을 이용하여 펄스 전압을 생성하는 펄스 생성부
    를 포함하는 전기집진장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 펄스 전압 발생부 및 상기 직류 전압 발생부는,
    상기 입력 정류부에 병렬로 연결되어 서로 독립적으로 동작하는 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 집진기에 대한 전압 공급 방식에 있어서, DC 연속 하전 방식, 간헐적 하전 방식 또는 마이크로 펄스 하전 방식 중 어느 하나를 이용하여 중 어느 하나를 선택할 수 있도록 상기 펄스 전압 및 상기 직류 전압의 발생을 제어하는 전원장치 제어부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 펄스 생성부는,
    상기 출력 정류부의 직류 출력에 의한 공진을 이용하여 펄스 전류를 생성하고, 상기 집진부에 상기 펄스 전압을 인가하는 공진 회로부; 및
    상기 펄스 전류의 흐름을 제어하는 전력 반도체 스위치 및 전력 반도체 스위치에 역병렬로 연결된 제1 다이오드로 구성된 스위칭 소자를 포함하는 스위칭부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는,
    상기 전력 반도체 스위치의 일단이 상기 출력 정류부와 연결되고 타단이 상기 공진 회로부와 연결되어, 상기 전력 반도체 스위치가 온(On) 되면 상기 출력 정류부의 직류 출력이 상기 공진 회로부에 공급되는 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 스위칭부는,
    상기 집진부에서 스파크가 발생한 경우 상기 스위칭 소자에 펄스 전류가 흐르지 않는 별도의 전류 경로를 제공하도록 상기 스위칭 소자와 병렬로 연결된 제2 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
  15. 제 6항에 있어서,
    상기 고주파 변환부는,
    상기 펄스 전압이 상기 집진부에 인가되는 시간 동안 상기 IGBT 또는 FET의 게이트를 차단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기집진장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112735932A (zh) * 2020-12-10 2021-04-30 北京无线电测量研究所 一种用于行波管的数字控制脉冲调制电路

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07232102A (ja) * 1993-12-28 1995-09-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 電気集塵装置
KR20000009473A (ko) * 1998-07-24 2000-02-15 이종수 전기집진기의 전원인가장치
KR101538266B1 (ko) * 2014-02-13 2015-07-22 주식회사 포스코아이씨티 복합 하전 타입의 전기 집진장치 및 그 제어방법
KR20160026058A (ko) * 2014-08-29 2016-03-09 주식회사 포스코아이씨티 마이크로 펄스 시스템 및 이를 이용한 전기 집진장치
KR101675018B1 (ko) * 2015-03-11 2016-11-11 주식회사 다원시스 마이크로 펄스 하전 방식의 집진기용 전원장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07232102A (ja) * 1993-12-28 1995-09-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 電気集塵装置
KR20000009473A (ko) * 1998-07-24 2000-02-15 이종수 전기집진기의 전원인가장치
KR101538266B1 (ko) * 2014-02-13 2015-07-22 주식회사 포스코아이씨티 복합 하전 타입의 전기 집진장치 및 그 제어방법
KR20160026058A (ko) * 2014-08-29 2016-03-09 주식회사 포스코아이씨티 마이크로 펄스 시스템 및 이를 이용한 전기 집진장치
KR101675018B1 (ko) * 2015-03-11 2016-11-11 주식회사 다원시스 마이크로 펄스 하전 방식의 집진기용 전원장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112735932A (zh) * 2020-12-10 2021-04-30 北京无线电测量研究所 一种用于行波管的数字控制脉冲调制电路
CN112735932B (zh) * 2020-12-10 2024-02-20 北京无线电测量研究所 一种用于行波管的数字控制脉冲调制电路

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