CN104253560A - 电除尘用直流脉冲供电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型静电除尘用直流脉冲供电装置，该装置包括三相交流电源、直流发生电路、脉冲发生电路、偏磁电路和控制电路，所述直流发生电路由三相整流滤波电路、全桥逆变电路、谐振网络、高频变压器和高压整流电路依次串联构成；所述脉冲发生电路由交流调压电路、工频变压器、三相整流滤波电路、谐振网络和高频脉冲变压器依次串联构成。本发明脉冲发生电路直流供电部分采用了交流调压及串联整流的方式，减小了整流电路的电压应力，有利于整流桥及整流滤波电路的设计及电路的稳定运行。

Description

电除尘用直流脉冲供电装置

技术领域：

本发明涉及电源变换领域，具体涉及一种新型的电除尘用直流脉冲供电装置。

背景技术：

随着我国工业化、城镇化进程加快和消费结构的持续升级，能源需求呈刚性增长，由此带来的环境污染日益严峻。因此，国家在“十二五”期间，继续大力推进“节能减排”工作，力求形成环境友好和资源节约型的经济发展模式。

防治大气污染是我国节能减排的一项重要工作，今年以来，我国中东部地区连续多次遭受大范围的雾霾天气，其根本原因是大气污染物排放量大。我国是能耗大国，在未来相当长一段时间内，以煤炭为主要能源的格局难以改变，煤炭消耗量将持续增长。煤炭燃烧产生大量的粉尘、二氧化碳和氮氧化物，是大气污染物排放的主要来源之一。为减少粉尘污染的危害，采用除尘设备进行收集处理是工业领域常用的方法。电除尘器具有处理气体量大、收尘效率高、运行费用低等特点，是国际公认的高效除尘设备，目前已经广泛应用于火力发电、建材水泥、钢铁等工业部门的燃煤烟气净化和工业粉尘污染控制。

静电除尘电源作为电除尘器***的核心装置，它产生除尘所需的高压，对除尘效率有着至关重要的影响，其性能指标决定了电除尘器***的技术水平。静电除尘电源大致可分为三类：工频相控整流电源、高频逆变电源和脉冲电源。其中，脉冲电源的基本原理是在直流电高压源提供的直流高压基础上，叠加微秒级脉宽的脉冲电压。脉冲供电具有以下优点：①脉冲电压持续时间短，不易触发闪络，减少了能量损失，节能效果显著；②脉冲电压可提高峰值电场强度，增强粉尘荷电量，提高除尘效率；③脉冲供电对高比电阻粉尘的收集尤其有利，可抑制反电晕的发生，减少粉尘排放。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种新型的静电除尘用直流脉冲供电装置。

本发明的具体技术方案如下：

一种新型静电除尘用直流脉冲供电装置，包括三相交流电源、直流发生电路、脉冲发生电路、偏磁电路和控制电路，

所述直流发生电路由三相整流滤波电路、全桥逆变电路、谐振网络、高频变压器和高压整流电路依次串联构成；

所述脉冲发生电路由交流调压电路、工频变压器、三相整流滤波电路、谐振网络和高频脉冲变压器依次串联构成。

所述脉冲发生电路中高频脉冲变压器包含有直流偏磁电路，直流偏磁电路包括直流电源、限流电阻和高频扼流圈。

所述脉冲发生电路的谐振网络采用了二个谐振电路串联的方式，高频脉冲变压器采用三抽头方式，并且中间抽头接地。

所述三相交流电源经过三相EMI滤波器后分别给直流发生电路和脉冲发生电路供电。

所述直流发生电路输出串联高频高压扼流圈后接入除尘器负载。

所述控制电路包括辅助电源、DSP+FPGA双核控制***、数字/模拟信号采样调理电路、温度检测电路、驱动/保护电路和通讯电路。

所述脉冲发生电路直流母线采用交流调压、工频变压、三相整流滤波串联得到，工频变压器为二路隔离输出，每路分别经三相整流滤波后串联得到直流高压供给后级谐振网络，其中串联点接地。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1、本发明脉冲发生电路直流供电部分采用了交流调压及串联整流的方式，减小了整流电路的电压应力，有利于整流桥及整流滤波电路的设计及电路的稳定运行。

2、本发明脉冲发生电路谐振网络采用了2个谐振电路串联的方式，变压器采用3抽头方式，并且中间抽头接地，在减小IGBT电压应力的同时，可以有效的降低变压器的漏感，从而输出电压脉冲宽度可以得到有效的降低。在不减小脉冲电压峰值的情况下，施加在除尘器负载上的电压脉冲宽度越窄，除尘器与不容易发生闪络，从而可以提高峰值电场强度，增强粉尘荷电量，提高除尘效率。

3、本发明在直流发生电路输出增加了高频高压扼流圈，可以有效的抑制脉冲发生电路输出的脉冲电压对直流发生电路造成的冲击，提高设备的可靠性。

4、本发明控制电路采用了DSP+FPGA双核控制***，同时利用FPGA在实时、并行数据处理上的优势及DSP在复杂算法处理上的优势，既可通过FPGA实现信号的高速采集/转换，实现供电装置的实时控制及保护，又可通过DSP实现直流脉冲供电装置多种供电模的控制及闪络控制。

附图说明：

图1是本发明直流脉冲供电装置的总体结构框图；

图2是脉冲发生电路的原理图；

图3是直流发生电路的原理图；

图中： 1-交流调压电路，2-三相双路隔离输出变压器，3、4均为三相整流桥，5、6、7、8均为整流滤波电路，9-IGBT，10-三相交流输入，11、12均为IGBT吸收电路，13、14均为火花吸收电路，15、16、22、25、32均为电流检测电路，17、18均为谐振网络，19-高频脉冲变压器，20、21、23均为偏磁电路，24-隔直电路，26-除尘器负载，27-三相整流桥，28-整流滤波电路，29、30均为全桥逆变电路，31-谐振网络，33-高频变压器，34-高压整流电路，35-高频高压扼流圈。

具体实施方式：

下面结合附图，对本发明技术方案描述如下。

如图1所示，本发明的新型静电除尘用直流脉冲供电装置包括三相交流电源、直流发生电路、脉冲发生电路、偏磁电路和控制电路。控制电路包括辅助电源、DSP+FPGA双核控制***（采用201220334118.4号专利的基于DSP和FPGA的高速数据采集处理***）、数字/模拟信号采样调理电路、温度检测电路、驱动/保护电路和通讯电路。

直流发生电路和脉冲发生电路共用一个三相交流电源，三相交流电源经过三相EMI滤波器后分别供给直流发生电路和脉冲发生电路。

如图2所示，脉冲发生电路由交流调压电路、工频变压器（2）、三相全桥整流滤波电路、谐振网络和高频脉冲变压器（19）依次串联构成。高频脉冲变压器采用三抽头方式，并且中间抽头接地，高频脉冲变压器包含直流偏磁电路以消除脉冲变压器铁芯的单向磁化，直流偏磁电路包括直流电源（23）、限流电阻（22）和高频扼流圈（20）。脉冲发生电路的谐振网络采用二个谐振电路串联的方式。脉冲发生电路的辅助电路包括IGBT吸收电路，火花吸收电路，IGBT电流检测电路，输出电流检测电路（25）。

由于脉冲变压器工作在单相磁化状态，为了放置铁芯饱和，必须增加磁复位电路，偏磁电路包括直流电源(23)，限流电阻（21），工频扼流圈（20）以及电流采样互感器（22），偏磁电路给绕在脉冲变压器上的偏磁线圈供电，通过调整偏磁线圈匝数、直流电源输出及限流电阻来调整磁复位的伏秒值。

三相交流电源经过EMI滤波器后进入交流调压电路（1），输出接到工频隔离变压器（2）升压，得到二路隔离三相输出，二路输出分别经过三相全桥整流滤波后得到二路直流输出，二路直流输出串联后分别接到谐振网络，串联中点接地后连接到脉冲变压器中间抽头（C），谐振网络输出经高频脉冲变压器（19）升压后经隔直电容（24）与高频扼流圈（35）并联后接到除尘器负载（26）。

如图3所示，直流发生电路由三相整流滤波电路、全桥逆变电路、谐振网络（31）、高频变压器和高压整流电路依次串联构成。高压整流电路采用倍压整流电路。直流发生电路中高压整流电路采用倍压整流电路。直流发生电路还包括高频高压扼流圈。

三相交流电源经过EMI滤波器后进入三相整流滤波电路，其输出接到全桥逆变电路，全桥逆变电路输出接到谐振网络（31），IGBT电流检测电路（32）用于检测流经谐振网络的电流，谐振网络输出接到高频变压器（33），高频变压器升压输出接到高压整流电路（34），其输出经高频扼流圈（35）与隔直电容（24）并联后接到除尘器负载（26）。

本发明的工作原理如下：

控制电路通过交流调压反馈电压与设定进行比较，通过改变交流调压电路的控制信号（4～20mA）来调整脉冲发生电路的直流母线电压。

脉冲发生电路中谐振网络（17）、IGBT（9）、谐振网络（18）串联后接入高频脉冲变压器，其中IGBT为半桥型IGBT模块，其中点连接到高频脉冲变压器中间抽头（C）。IGBT开通，串联的谐振网络17和谐振网络18开始工作，将谐振网络里的能量通过高频脉冲变压器传递到输出，形成脉冲电压输出。IGBT关闭后，脉冲发生电路的整流滤波输出将能量传递到谐振网络，以供给下一次脉冲输出。高频脉冲发生电路的电压脉冲宽度可通过改变谐振网络的参数来调整，脉冲电压峰值可通过改变直流母线电压来调整，脉冲供电功率可通改变IGBT开关频率来调整。

直流发生电路中全桥逆变电路将三相整流滤波输出得到的直流电压变成高频方波输出，经谐振网络（31）后得到高频正弦输入到高频变压器原边，经高频变压器（33）升压后送入高压整流电路（34）得到高压直流输出，高压直流输出幅值可通过改变全桥逆变电路（31）的工作频率来调整。

控制电路采集直流母线电压、谐振网络电流、输出电压和电流等信号，经过隔离和调理后送至控制***。为保证电路的安全运行，温度检测电路将整流桥、IGBT模块和变压器的温度信号采集后送至控制电路，当温度超过设定值时，执行过温保护，关闭驱动信号，电源停止工作。信号检测电路实时监控电源运行时各主要节点的电压、电流状态及状态信号，在出现异常情况时可及时执行相应的保护动作，保证电源的安全、稳定运行，通讯电路可将电源实时运行数据传至上位机监控画面，同时也允许通过上位机对电源进行远程及就地操作。

Claims (7)

1.一种新型静电除尘用直流脉冲供电装置，包括三相交流电源、直流发生电路、脉冲发生电路、偏磁电路和控制电路，其特征是：

所述直流发生电路由三相整流滤波电路、全桥逆变电路、谐振网络、高频变压器和高压整流电路依次串联构成；

所述脉冲发生电路由交流调压电路、工频变压器、三相整流滤波电路、谐振网络和高频脉冲变压器依次串联构成。

2.根据权利要求1所述新型静电除尘用直流脉冲供电装置，其特征是：所述脉冲发生电路中高频脉冲变压器包含有直流偏磁电路，直流偏磁电路包括直流电源、限流电阻和高频扼流圈。

3.根据权利要求1所述新型静电除尘用直流脉冲供电装置，其特征是：所述脉冲发生电路的谐振网络采用二个谐振电路串联的方式；高频脉冲变压器采用三抽头方式，并且中间抽头接地。

4.根据权利要求1所述新型静电除尘用直流脉冲供电装置，其特征是：所述三相交流电源经过三相EMI滤波器后分别给直流发生电路和脉冲发生电路供电。

5.根据权利要求1所述新型静电除尘用直流脉冲供电装置，其特征是：所述直流发生电路中高压整流电路采用倍压整流电路。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述新型静电除尘用直流脉冲供电装置，其特征是：所述直流发生电路还包括高频高压扼流圈，直流发生电路输出串联高频高压扼流圈后接入除尘器负载。

7.根据权利要求1所述新型静电除尘用直流脉冲供电装置，其特征是：所述控制电路包括辅助电源、DSP+FPGA双核控制***、数字/模拟信号采样调理电路、温度检测电路、驱动/保护电路和通讯电路。