專利名稱：電除塵高頻脈沖饋電高壓整流電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電除塵裝置，特別涉及一種電除塵裝置 的高頻整流電源。
技術(shù)背景隨著工業(yè)粉塵及廢氣排放量的日益增加，其對(duì)環(huán)境的污染也越來(lái) 越嚴(yán)重，特別是在冶金、礦山、建材、化工等行業(yè)中。電除塵器具有 除塵效率高、處理煙氣量大、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于上述行業(yè) 的煙氣治理。但是，常規(guī)的高壓靜電除塵裝置體積龐大、笨重、使用 不方便、除塵效率低。因jfe，減小由壓靜電除塵裝置的體積、重量及 提高除塵效率就顯得尤為重要。從上世紀(jì)八十年代至現(xiàn)在，環(huán)保領(lǐng)域電除塵器所使用的高壓供電 電源基本上都是采用輸入為兩相的可控硅工頻相控電源，在可控硅工 頻相控電源做部分改進(jìn)，比如研制了將輸入改為三相的可控硅工頻相控電源，調(diào)幅式LG恒流源等，在系統(tǒng)控制方面也做了許多工作，比 如把反饋控制量由電壓改成電流，電源調(diào)節(jié)采用了單片機(jī)等等，但除 了在供電平衡及輸出電壓波動(dòng)小方面有所改善外，其他方面并沒(méi)有本 質(zhì)的改變，都跟不上環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)不斷提高和節(jié)能降耗、可持續(xù)發(fā)展的客 觀要求，其根本原因是直接利用電網(wǎng)工頻電源并采用半控型器件可控 硅進(jìn)行調(diào)壓控制，造成電源的功率變壓器和濾波電感器電容器體積龐大，耗能耗材，耗費(fèi)空間，并影響除塵效率的提高。歸納起來(lái)，電除塵器的這種傳統(tǒng)的低頻整流電源主要有五大缺 點(diǎn) 一是供電不平衡，工作頻率低，轉(zhuǎn)換效率低于75%，功率因數(shù)低 于0.7，不利于節(jié)能環(huán)保；二是供電電壓波動(dòng)大，平均輸出電壓低， 除塵效率低，三是變壓器和濾波器體積大，重量重，價(jià)格高，性價(jià)比 低；四是體積龐大的電源控制調(diào)節(jié)柜和隔離升壓用的工頻變壓器分居 兩處，耗費(fèi)空間，增加基建費(fèi)用。五是輸出高壓波形單一，對(duì)高濃度 或高電阻比的粉塵適應(yīng)性差，達(dá)不到環(huán)保領(lǐng)域粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)的新要求 (2004年火力電廠粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)由原來(lái)90年代的200毫克/立方米降 低至50毫克/立方米)。 發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種電除塵高頻脈沖饋電 高壓整流電源。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是電除塵高頻脈沖饋電高壓整流電源，電除塵高頻脈沖饋電高壓整 流電源由主電路和控制電路商部分構(gòu)成；所述的主電路主要包括配電開(kāi)關(guān)、工頻整流器、斬波器、濾波器、 IGBT橋式逆變器、保護(hù)電路、高頻高壓變壓器、高頻高壓硅堆連接 而成；所述的控制電路包括電流、電壓、火花率采樣及其處理單元， PWM信號(hào)產(chǎn)生和驅(qū)動(dòng)電路，單片機(jī)控制器，參數(shù)輸入鍵盤及液晶顯 示，通信接口。本實(shí)用新型的有益效果是減少了粉塵排放濃度，提高了除塵效 率。(1)高頻脈沖饋電高壓整流電源的轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)95%以上，節(jié) 電20%; (2)高頻脈沖饋電高壓整流電源的功率因數(shù)達(dá)0.9以上，比 傳統(tǒng)可控硅相控電源提高0.2; (3)高頻脈沖饋電高壓整流電源體積 重量?jī)H為傳統(tǒng)可控硅相控電源的1/5; (4)高頻脈沖饋電高壓整流電
源的控制柜和變壓器集成為一體，相比傳統(tǒng)可控硅相控電源省去了控 制室。

圖l、本實(shí)用新型的原理方框圖。
圖2、電除塵器等值電路圖。
圖3、高頻脈沖饋電高壓整流電源和傳統(tǒng)可控硅相控電源的輸出 直流電壓波形。
圖4、本實(shí)用新型主電路電路圖。
圖5、脈寬調(diào)制控制電路圖。
具體實(shí)施方式

請(qǐng)參見(jiàn)附圖說(shuō)明其實(shí)施過(guò)程
圖1所示為高頻脈沖饋電高壓整流電源的電路組成框圖，它主要 包括主電路及控制電路兩部分。主電路主要包括配電開(kāi)關(guān)、工頻整流
器、斬波器、濾波器、IGBT橋式逆變器、保護(hù)電路、高頻高壓變壓 器、高頻高壓硅堆(高頻整流器)等部分?？刂齐娐分饕娏?、 電壓、火花率采樣及其處理單元，PWM信號(hào)產(chǎn)生和驅(qū)動(dòng)電路，單片 機(jī)控制器，參數(shù)輸入鍵盤及液晶顯示，通信接口等部分。假定電除塵器所需供電電源為70KV高壓直流電源。輸入三相 380V/50HZ或60HZ交流電源，經(jīng)三相整流濾波成約520V直流電壓， 再經(jīng)IGBT模塊高頻20KHZ逆變，高頻變壓整流為70KV,經(jīng)限流電阻 R0供給電除塵器極板。輸出電流、電壓、反饋至單片機(jī)控制器改變 脈沖工作頻率或脈沖寬度經(jīng)隔離驅(qū)動(dòng)器送給IGBT全橋高頻逆變器以 對(duì)輸出電流、輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。輸出開(kāi)路保護(hù)、斷路保護(hù)、變壓器 油和IGBT的過(guò)熱保護(hù)、輸出網(wǎng)絡(luò)控制和處理等均由單片機(jī)控制器一 并實(shí)現(xiàn)。
電除塵器ESP可等效為RC并聯(lián)電路，如圖2所示。R為電暈電流 的等值電阻，隨粉塵濃度、顆粒大小、粉塵性質(zhì)、化學(xué)成分、溫度、 濕度等變化，同時(shí)與電除塵器類型、結(jié)構(gòu)、大小、風(fēng)速等都有關(guān)系， 變化范圍很大，20千歐 10兆歐。C是電極間的等值電容， 一般較為 恒定，大小隨極間距離，極板面積和極間粉塵而有不同， 一般范圍是 5000pF 100000pF。
圖3是高頻脈沖饋電高壓整流電源和傳統(tǒng)可控硅相控電源的輸 出直流電壓波形。
從圖3可以看出常規(guī)的電除塵器可控硅工頻相控整流電源T/R 產(chǎn)生的輸出谷值電壓，比高頻脈沖饋電高壓整流電源產(chǎn)生的輸出直流 電壓要低25%。常規(guī)的工'頻相控整流電源為100Hz，高頻脈沖饋電高 壓整流電源為20kHz以上，谷值電壓在靜電餘塵器電場(chǎng)中觸發(fā)火花。 電火花能抑制電離，顯著的限制了加在電極上的平均電壓，嚴(yán)重影響 電除塵器的除塵效率。高頻脈沖饋電高壓整流電源工作在20KHz以上，同常規(guī)的T/R相比，高頻脈沖饋電高壓整流電源提供了幾乎無(wú)波 動(dòng)的直流輸出，能夠跟蹤火花發(fā)生點(diǎn)電壓，調(diào)節(jié)輸出電壓。高頻脈沖 饋電高壓整流電源提高了靜電除塵器的供電電壓和電流，對(duì)于細(xì)而低 比電阻的灰塵，電除塵器粉塵排放濃度顯著降低。以25%來(lái)計(jì)算，則 在上述相同工況下，高頻脈沖饋電高壓整流電源輸出功率比可控硅工 頻相控整流電源T/R要高出56c/c，從而減少了粉塵排放濃度，提高了 除塵效率。
此外，對(duì)于高比電阻的工況，高頻開(kāi)關(guān)電源容易通過(guò)單片機(jī)程 序調(diào)整得到各類能提高除^效果的供電波形，常規(guī)電源則因波形單 一，無(wú)法提高除塵效率。加上系統(tǒng)控制，高頻脈沖饋電高壓整流電源 比常規(guī)電源可減少粉塵排放量30% 80%。上述著重說(shuō)明了高頻脈沖 饋電高壓整流電源能提高除塵效傘，減少粉塵排放量。高頻脈沖饋電 高壓整流電源克服常規(guī)的工頻可控硅整流電源的前述四個(gè)缺點(diǎn)則是 顯而易見(jiàn)的(1)高頻脈沖饋電高壓整流電源的轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)95% 以上，節(jié)電20%; (2)高頻脈沖饋電高壓整流電源功率因數(shù)達(dá)0.9以 上，比常規(guī)工頻可控硅整流電源提高0.2; (3)高頻脈沖饋電高壓整 流電源體積重量比常規(guī)工頻可控硅整流電源減為1/5以下；(4)高頻 脈沖饋電高壓整流電源控制柜和變壓器集成為一體，比常規(guī)工頻可控 硅整流電源省去了控制室。
主電路的工作原理如圖4所示，高頻逆變器中的功率開(kāi)關(guān)管采用 IGBT (絕緣柵雙極晶體管)。它是將MOSFET和GTR的優(yōu)點(diǎn)集于一 體的新型復(fù)合器件，具有MOSFET的高輸入阻抗、可用電壓驅(qū)動(dòng)，GT的通態(tài)功耗低等優(yōu)點(diǎn)。
圖4中交流電壓經(jīng)整流-斬波器調(diào)壓-濾波后得到直流電壓U!，將 U,加到全橋式高頻逆變器上。D廣D4分別與功率開(kāi)關(guān)管S廣S4反向并 聯(lián)，承受負(fù)載產(chǎn)生的反向電流以保護(hù)開(kāi)關(guān)管。C廣C4及R3~R6以及 DrD8的引入是為了避免4個(gè)開(kāi)關(guān)管在關(guān)斷時(shí)過(guò)高的電壓上升率和減
少管子的關(guān)斷損耗。當(dāng)柵極脈沖信號(hào)輪流驅(qū)動(dòng)S,、 S4或S2、 S3時(shí)，
逆變主電路把直流電壓U,轉(zhuǎn)換為20KHz的高頻矩形波交流電壓送到 高頻高壓變壓器，經(jīng)升壓整流濾波后給負(fù)載(電除塵器)供電?？刂?Si、 S4和S2、 S3兩組IGBT的占空比，就可得到脈寬可調(diào)的矩形波交 流電壓。
為了使整個(gè)電源系統(tǒng)具有自診斷和人機(jī)交換式的控制功能，該電 源選用PHILIPS系列單片機(jī)80C552,主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)控和與上位機(jī) 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信任務(wù)。當(dāng)除塵器處在工作狀態(tài)時(shí)，單片機(jī)一方面定時(shí)采 集其反饋的電流電壓值，濾波后逋過(guò)A/D轉(zhuǎn)換通道將其讀入，并通 過(guò)一定算法得出控制量Uk，通過(guò)單片機(jī)輸出控制量給脈寬調(diào)制控制 器，進(jìn)而改變調(diào)制脈沖寬度；另一方面可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)用戶的需求改變 電源的外特性，如恒流，恒壓，緩降等。另外，單片機(jī)還定時(shí)地將本 電源的輸出電流、輸出電S、火花率等信息傳遞給上位機(jī)，將故障信 息由串口發(fā)向上位機(jī)，W示警告，同時(shí)接收來(lái)自上位機(jī)的控制指令， 使自身投入或退出工作或改變工作參數(shù)。
PWM脈寬調(diào)制控制器電路如圖5所示，它的作用主要是為驅(qū)動(dòng) 電路提供控制脈沖以實(shí)現(xiàn)PWM控制。采用產(chǎn)生PWM信號(hào)的專用集成芯片SG3525A為核心。SG3525A是電壓型PWM集成控制器，外 接元器件少，性能好，具有外同步、軟啟動(dòng)、死區(qū)調(diào)節(jié)、欠壓鎖定、 誤差放大以及關(guān)閉輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)等功能。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括基準(zhǔn)電 壓源、欠壓鎖定電路、鋸齒波振蕩器、誤差放大器和脈寬調(diào)制比較器 5部分。
權(quán)利要求1、電除塵高頻脈沖饋電高壓整流電源，其特征在于，電除塵高頻脈沖饋電高壓整流電源由主電路和控制電路兩部分構(gòu)成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電除塵高頻脈沖饋電高壓整流電源，其 特征在于，所述的主電路主要包括配電開(kāi)關(guān)、工頻整流器、斬波器、 濾波器、IGBT橋式逆變器、保護(hù)電路、高頻高壓變壓器、高頻高壓 硅堆連接而成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電除塵高頻脈沖饋電高壓整流電源，其 特征在于，所述的控制電路包括電流、電壓、火花率采樣及其處理 單元，PWM信號(hào)產(chǎn)生和驅(qū)動(dòng)電路，單片機(jī)控制器，參數(shù)輸入鍵盤及 液晶顯示，通信接口。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種電除塵高頻脈沖饋電高壓整流電源，電除塵高頻脈沖饋電高壓整流電源由主電路和控制電路兩部分構(gòu)成；本實(shí)用新型的有益效果是減少了粉塵排放濃度，提高了除塵效率。(1)高頻脈沖饋電高壓整流電源的轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)95％以上，節(jié)電20％；(2)高頻脈沖饋電高壓整流電源的功率因數(shù)達(dá)0.9以上，比傳統(tǒng)可控硅相控電源提高0.2；(3)高頻脈沖饋電高壓整流電源體積重量?jī)H為傳統(tǒng)可控硅相控電源的1/5；(4)高頻脈沖饋電高壓整流電源的控制柜和變壓器集成為一體，相比傳統(tǒng)可控硅相控電源省去了控制室。
文檔編號(hào)H02M7/04GK201404859SQ200920071228
公開(kāi)日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2009年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月28日
發(fā)明者敏 張, 楊曉軍, 謝孟晴, 陳黎君 申請(qǐng)人:上海冶金礦山機(jī)械廠