專利名稱：節(jié)能型窄脈沖高壓電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬分離、混合技術(shù)領(lǐng)域中的電除塵。
與本發(fā)明有關(guān)的已有技術(shù)，列舉下列文獻供參考。
1、脈沖高壓發(fā)生裝置(日本專利)特愿昭59-166248出愿昭59(1984年)8月8日2、靜電集塵器的脈沖電源裝置(日本專利)特愿昭60-25389出愿昭60(1985年)2月13日3、產(chǎn)生極短脈沖高壓的脈沖電源(美國專利)專利號4541848專利日期1985年9月17日在靜電除塵器中或其他類型除塵器的“粉塵預(yù)荷電裝置”中，所用的高壓電源，已由通常的直流高壓電源發(fā)展成脈沖高壓疊加在直流高壓上，現(xiàn)代更應(yīng)用了“窄脈沖”高壓電源。目的都是要消除含塵空氣中粉塵比電阻高的情況下，電場內(nèi)會發(fā)生的反電暈異?，F(xiàn)象，以改善粉塵荷電狀態(tài)，大幅度提高靜電除塵器的集塵性能。在已有技術(shù)中給脈沖形成單元充、放電的高壓快速開關(guān)裝置，都采用固定火花間隙以形成高壓脈沖。如“多段式旋轉(zhuǎn)火花隙”，以旋轉(zhuǎn)電極的角度變化來調(diào)節(jié)導(dǎo)通時間，電極間隙的變化來調(diào)整基礎(chǔ)電壓(如上述參考資料之1、2、3)。但由于旋轉(zhuǎn)電極的旋轉(zhuǎn)速度必須和電源頻率同步所以脈沖重復(fù)頻率不易調(diào)整。另一種方案是采用點火高壓脈沖外觸發(fā)控制脈沖的產(chǎn)生，需有專門的裝置依據(jù)點火脈沖的信號調(diào)整放電間隙的大小，以補償因電極燒蝕引起的放電間隙增大(如上述參考資料3之圖3)。由于上述這些系統(tǒng)，處在高電壓下工作，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造和調(diào)整困難，不僅增加了脈沖電源成本，而且降低電源運行的可靠性和增加維護工作量。
在已有技術(shù)中，控制和調(diào)整脈沖重復(fù)頻率因受交流半波充電，另半波時間內(nèi)放電的方式所限制，使高壓脈沖的重復(fù)頻率只能與供電電網(wǎng)頻率一致，在我國即為50次/秒而不能調(diào)整。為了適應(yīng)不同性質(zhì)粉塵荷電的要求，脈沖的重復(fù)頻率又必須相應(yīng)調(diào)整，因而需要增加變頻設(shè)備，成本因此大大增加，并使此種電源設(shè)備復(fù)雜化。
上述參考文獻3中，由于電路設(shè)計的需要(半波周期是向脈沖形成單元充電，另半波周期則是釋放貯能，形成脈沖)，只能采用交流高壓半波整流，給儲能脈沖電容器充電。由于不能采用全波整流，所以交流高壓變壓器的利用率低，變壓器體積增加，對大容量電源將顯著地增加電源投資。
為了控制向儲能脈沖電容器充電電流的大小以免損壞整流元件，已有技術(shù)中通常采用高壓電阻限流，在大容量電源中，可能需要一組電阻，甚至還要用油冷卻，可見其結(jié)構(gòu)之復(fù)雜，造價必然高昂，而且電能損耗增大。
綜上所述，已有技術(shù)中的窄脈沖高壓電源，雖然在技術(shù)性能上已能滿足給靜電除塵器中粉塵(特別是高比電阻粉塵)荷電和集塵的要求，但是在上述四個方面存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高昂，運行成本高，運行可靠性差以及能耗大等等問題，以致至今仍不能在大多數(shù)情況下取代直流高壓電源發(fā)揮它優(yōu)越的捕塵性能。
鑒于上述問題是電除塵技術(shù)中急待解決的課題，本發(fā)明研制了具有新穎內(nèi)涵的節(jié)能型窄脈沖高壓電源如

圖1。構(gòu)成的此種脈沖電源，產(chǎn)生的脈沖波型較窄，適用于粉塵比電阻大于1013Ω-cm的條件下。它由交流調(diào)壓器(01)、交流升壓高壓變壓器(02)、全波整流器(03)、扼流電感(04)、脈沖貯能電容器(05)、高壓火花隙快速開關(guān)(06)、負載(如電除塵器等)(07)、輸出電壓調(diào)節(jié)單元(08)、脈沖形成電阻(09)、耦合電容(10)、脈沖阻塞電感(11)、以及直流高壓電源(12)等元件及其電路所組成。圖中(12)向(07)提供基礎(chǔ)電壓，L是火花間隙寬度。對于粉塵比電阻在1013Ω-cm以下的場合，可將圖1電路中(09)去掉;當(dāng)脈沖電源用于粉塵預(yù)荷電時，可將圖1電路中(10)、(11)和(12)三個元器件去掉，所產(chǎn)生的脈沖雖然稍寬，但仍能適用，卻簡化了電源結(jié)構(gòu)和降低了造價。
本發(fā)明采用單相(或三相)交流電經(jīng)全波整流作為高壓充電電源(其電壓Vs可以調(diào)節(jié))，通過扼流電感(04)向脈沖儲能電容器(05)充電，當(dāng)(05)上電壓Vc達到火花放電間隙(L)的擊穿電壓Vg時，儲能電容器(05)通過高壓火花隙快速開關(guān)(06)放電產(chǎn)生火花，接通回路，使負載(07)上形成一極窄高壓脈沖，給除塵器或粉塵預(yù)荷電裝置中的粉塵荷電。
根據(jù)粉塵性質(zhì)的不同，負載(07)要求的脈沖電壓峰值由高壓火花隙快速開關(guān)(06)中兩放電電極的間隙距離(L)調(diào)整設(shè)定，當(dāng)L確定后，擊穿電壓Vg也就相應(yīng)地成為定值。
負載(07)要求的脈沖重復(fù)頻率，由充電電源的電壓Vs確定(Vs＞Vg)，充電電源的電壓Vs越高，則儲能電容器(05)上電壓Vc上升越快，因而達到火花隙擊穿電壓Vg的時間越短，即火花發(fā)生的間隙時間越短，也就是脈沖重復(fù)頻率越高。反之，Vs越低則脈沖重復(fù)頻率越低，如圖2。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)充電電壓的高低，實現(xiàn)了對脈沖重復(fù)頻率的調(diào)節(jié)與控制。這一新方案不受電網(wǎng)頻率的限制，不要技術(shù)復(fù)雜費用昂貴的變頻設(shè)備，獲得了能方便地在25～250次/秒脈沖頻率范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的良好控制性能。可以充分滿足除塵器對電源脈沖頻率性能的要求。
脈沖電源的關(guān)鍵部件是高壓火花隙快速開關(guān)。本發(fā)明研制了“設(shè)定間隙、可卸園筒式、迥轉(zhuǎn)型、自擊穿點火放電電極(簡稱放電電極)，如圖3。圖中只畫出一個電極，實際上是兩個構(gòu)造完全一樣的電極成對并列配置，兩個放電面間的距離即為火花間隙寬度(L)，從而構(gòu)成高壓火花隙快速開關(guān)。圖3的放電電極是由放電面(13)、供電電刷(14)、齒輪(15)、絕緣子(16)、帶引出線的金屬軸(17)和高壓支撐絕緣子(18)等所構(gòu)成。
兩個放電電極的金屬軸(17)上的引出線，分別接在圖1中的儲能電容器(05)和負載(07)上。
放電面(13)是一個可以方便拆裝的金屬園筒(以黃銅為最佳材料)，它根據(jù)迥轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(包括軸承)的需要，通過適當(dāng)?shù)臋C械聯(lián)接方式，能在金屬軸(17)上自轉(zhuǎn)動。安裝在絕緣子(16)上的齒輪(15)受放電電極上附有的飼服電機及傳動螺桿(圖中未畫出)所驅(qū)動，通過絕緣子(16)帶動放電面(13)在軸(17)上緩慢旋轉(zhuǎn)。電極的轉(zhuǎn)動部分和固定部分之間用供電電刷(14)聯(lián)接?；鸹ǚ烹娫陔姌O的放電面(13)上進行，由于放電面自轉(zhuǎn)，火花燒蝕不是在一固定點上，所以火花燒蝕引起的間隙(L)的變化將維持在最小限度上，不需要增設(shè)自動調(diào)整裝置。而且放電面的面積大，有利于散熱，每次放電僅在轉(zhuǎn)動的放電面上的某一局部進行，燒蝕均勻，所以其使用壽命長。除放電面外，放電電極其他部分不受損壞，只要更換損壞了的放電面(13)即可保證正常運轉(zhuǎn)，與已有技術(shù)相比，這是很簡易的。兩放電極被封裝于帶排風(fēng)扇的隔音盒中。由此可見本發(fā)明的放電電極壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠，制造成本僅為已有技術(shù)的十分之一至幾十分之一。
本發(fā)明摒棄已有技術(shù)中的設(shè)計框框，以如上所述的控制調(diào)節(jié)脈沖重復(fù)頻率新設(shè)計為基礎(chǔ)，率先采用了全波整流電源，向儲能電容(05)充電，提高了交流高壓變壓器的利用率，對大容量電源，可因此而顯著地減小變壓器體積，降低造價。由于脈沖儲能電容器充電電路中平均功率雖較低，但火花放電的瞬間，脈沖功率很高，因此通常使用的限流高壓電阻的阻值大、功率大，在大容量脈沖電源中甚至是一組高壓電阻或要采用油冷卻裝置，以致充電損耗大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高。本發(fā)明根據(jù)該電路中電流變化率的特點，采用了能良好適應(yīng)這種特點的扼流電感(04)來代替限流高壓電阻，即當(dāng)對電容器充電時，可自動抑制電流變化率，減小電能損耗;放電瞬間電流變化率很大，(04)的感抗起到了限流保護整流器(03)的作用，這樣既滿足了電路設(shè)計的要求，又降低了充電損耗，大大節(jié)省了電耗，比已有技術(shù)脈沖能量轉(zhuǎn)換效率大幅度提高，而且使設(shè)備結(jié)構(gòu)大大簡化，運行可靠。
由上述可知，本發(fā)明針對已有技術(shù)中存在的四方面問題進行了研究，并采用上述各技術(shù)方案使之獲得解決，發(fā)明了節(jié)能型窄脈沖高壓電源，其結(jié)構(gòu)簡單、制造和使用方便、電能轉(zhuǎn)換效率高、運行電耗低費用少，并且制造成本低，僅相當(dāng)于普通直流高壓電源的造價(已有技術(shù)中窄脈沖高壓電源的價格是它的幾倍至十幾倍)，其性能可適用于所有電除塵器或粉塵預(yù)荷電裝置以及適于電除塵的各種粉塵。本發(fā)明節(jié)能型窄脈沖高壓電源為普遍推廣具有良好荷電性能的窄脈沖高壓電源開拓了廣闊的前景。
本發(fā)明的一個實施例是在某大鋼鐵公司硅鐵電爐煙塵凈化系統(tǒng)上作布袋除塵器的預(yù)荷電器的高壓電源。煙氣粉塵比電阻高達1014Ω-cm，用直流高壓電源供電，5分鐘后電場即產(chǎn)生強烈的反電暈，供電電壓從30Kv下降至幾千伏，幾乎沒有電暈電流輸出，粉塵基本上未能荷電。當(dāng)采用本發(fā)明-節(jié)能型窄脈沖高壓電源作其電源后，供電脈沖電壓始終維持設(shè)定的30Kv，電暈電流輸出正常，工作穩(wěn)定，煙塵荷電量增高30～40%，使布袋阻力下降二分之一，節(jié)省電能50%以上。該裝置的技術(shù)指標(biāo)如下脈沖幅度20～80Kv可調(diào)脈沖寬度1～2μs脈沖重復(fù)頻率25～400次/秒連續(xù)可調(diào)基礎(chǔ)電壓20～50Kv連續(xù)可調(diào)。
權(quán)利要求
1.一種能提供高壓脈沖電壓和電流的，用于靜電除塵器中或其他類型除塵器對粉塵進行“預(yù)荷電”的裝置中，作電源用的節(jié)能型窄脈沖高壓電源，其特征在于所用的高壓火花隙快速開關(guān)，采用了新型結(jié)構(gòu)的、長壽命的“設(shè)定間隙、可卸園筒式、迥轉(zhuǎn)型、自擊穿點火放電電極”；在控制和調(diào)整脈沖的重復(fù)頻率時，率先利用調(diào)節(jié)脈沖儲能電容器充電電壓的高低來實現(xiàn)的新技術(shù)；脈沖儲能電容器充電電路中首次采用了全波整流方式的新設(shè)計；以及為控制儲能電容器充電電流大小而應(yīng)用扼流電感取代常用的大型高壓電阻(或一組高壓電阻)。
2.如權(quán)利要求1所述的節(jié)能型窄脈沖高壓電源中，作高壓火花隙快速開關(guān)用的“設(shè)定間隙、可卸園筒式、迥轉(zhuǎn)型、自擊穿點火放電電極”，其特征在于它由兩個完全相同的放電電極成對并列配置，兩電極間放電間隙的寬度，根據(jù)負載對脈沖電壓峰值大小的要求不同，而調(diào)整設(shè)定。
3.如權(quán)利要求1、2所述的節(jié)能型窄脈沖高壓電源中的放電電極，其特征在于成對電極中的每個電極有一個空心園筒狀金屬(以黃銅最佳)放電面，它通過絕緣子聯(lián)接齒輪，并受獨立的傳動裝置驅(qū)動，能在固定于高壓支撐絕緣子、帶有引出線的金屬軸上自旋轉(zhuǎn)，兩者根據(jù)迥轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(包括軸承)的需要，而采取適當(dāng)?shù)臋C械聯(lián)接方式(又能方便地拆卸，以更換新的放電面)。
4.如權(quán)利要求1所述的節(jié)能型窄脈沖高壓電源，其特征在于控制和調(diào)整脈沖重復(fù)頻率的方法，是采用直流高壓給脈沖儲能電容器充電，通過調(diào)節(jié)充電電壓高低，實現(xiàn)對脈沖重復(fù)頻率的調(diào)節(jié)與控制，因此具備了在較寬的頻率范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)的良好控制性能。
5.如權(quán)利要求1所述的節(jié)能型窄脈沖高壓電源，其特征在于采用單相(或三相)交流電源經(jīng)全波整流形成直流高壓電源，向脈沖儲能電容器充電，提高了轉(zhuǎn)換效率，使變壓器體積大大減小。
6.如權(quán)利要求1所述的節(jié)能型窄脈沖高壓電源，其特征在于采用了能良好適應(yīng)電路中電流變化率特點的扼流電感線圈，代替沿用的限流高壓電阻，以控制儲能電容器充電電流的大小。極大地減少充電損耗和簡化了本發(fā)明結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明屬電除塵技術(shù)領(lǐng)域。研制的可卸圓筒式、回轉(zhuǎn)型、放電電極延長了高壓快速開關(guān)壽命；利用調(diào)節(jié)“脈沖儲能電容器”充電電壓的方法，使脈沖重復(fù)頻率在25～250脈沖/秒范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)；脈沖儲能電容器充電電路，取消限流高壓電阻和采用全波整流，提高了高壓電源利用率，充電損耗小、轉(zhuǎn)換效率高、變壓器體積小。本發(fā)明能穩(wěn)定地產(chǎn)生高壓大功率窄脈沖，使除塵器在無火花擊穿狀態(tài)下運行，大大提高除塵效率，并降低電耗50％以上。結(jié)構(gòu)簡單，成本相當(dāng)于普通直流高壓電源。
文檔編號B03C3/66GK1038777SQ8910166
公開日1990年1月17日 申請日期1989年3月21日 優(yōu)先權(quán)日1989年3月21日
發(fā)明者楊羽軍, 劉衛(wèi)平, 曹維平 申請人:冶金工業(yè)部安全環(huán)保研究院