專利名稱：一種靜電除塵用高頻高壓大功率電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種為各類工廠的靜電除塵設(shè)備供電的高頻高壓大功率電源。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，給環(huán)境帶來了巨大的壓力，環(huán)境保護問題日益突出，成為人 們關(guān)注的焦點。工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的廢氣中含有大量粉塵，嚴重影響空氣質(zhì)量，是造成空 氣污染的重要原因。因此，法律規(guī)定，現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)廢氣都必須經(jīng)過除塵步驟，達到國家標 準之后才能排放。目前，除塵普遍采用靜電除塵方式，靜電除塵器已成為煤炭加工、礦場、火 電廠、冶金、石油、化工等工業(yè)中不可缺少的除塵手段。由于工業(yè)企業(yè)的大量增加，環(huán)境問題逐步惡化，空氣質(zhì)量越來越讓人憂心，人們對 于青山綠水、碧空藍天的向往日益強烈。因此，國家的環(huán)境保護力度逐步加大，為了減小最 大的煙塵排放來源——工業(yè)煙塵的排放，各類工業(yè)國家排放標準比以往更加嚴格了?；痣?廠向來是煙塵排放的大戶，但從2004年1月1日起實施的《火電廠大氣污染物排放標準 GB13223-2003))規(guī)定，新建火電廠的煙塵最高允許排放濃度從200mg/m3降為50mg/m3，這體 現(xiàn)了人們對保護空氣質(zhì)量的強烈愿望，也反映了國家保護環(huán)境、凈化空氣的決心。靜電除塵效果在很大程度取決于靜電除塵電源的供電和控制能力。傳統(tǒng)的高壓直 流電源多采用晶間管相控調(diào)壓整流供電，這種方式先使三相工頻經(jīng)過晶間管調(diào)壓，至變壓 器升壓后再三相整流，這種方式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、容量大、控制技術(shù)成熟，但缺點是轉(zhuǎn)換 效率低下、體積大、重量大、造價高、動態(tài)響應(yīng)速度慢、輸出紋波大。單獨除塵效果難以完全 達到新標準的排放限制，為了適應(yīng)新排放標準，必須更新靜電除塵設(shè)備，許多工廠結(jié)合布袋 除塵加以改善，這種作法成本高，且會造成二次污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種改進的、能替代目前普 遍使用的工頻電源，不僅能夠明顯改善除塵器的除塵效果，還可節(jié)約成本、減少能耗，具有 顯著的經(jīng)濟優(yōu)勢的靜電除塵用高頻高壓大功率電源。本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的，它主要由三相工頻電源，整流部分， 逆變部分，諧振電路，高頻變壓器，高壓側(cè)整流部分，負載和控制模塊組成，所述的整流部分 由能把三相電源輸出的工頻電能整流成直流的晶間管整流模塊和濾波電容構(gòu)成，該整流部 分后連接有能將直流逆變成高頻方波的由高頻全橋IGBT逆變器構(gòu)成的逆變部分；在該逆 變部分之后相接有以諧振方式為后級電路供電的由串聯(lián)電感Lr、串聯(lián)電容Cr和并聯(lián)電容 Cp組成的諧振電路。本發(fā)明所述的串聯(lián)電感Lr是高頻變壓器的漏感，并聯(lián)電容Cp是高頻變壓器的寄 生電容；所述的諧振電路之后相接有可以為負載提供一個接近純直流電壓的高頻變壓器和 由高壓整流橋組成的高壓側(cè)整流部分。發(fā)明所述的高頻高壓電路拓撲具有多重有益效果首先，相對于現(xiàn)在實際除塵器普遍使用的只有晶閘管調(diào)壓的工頻電源而言，新型高頻電源輸出電壓接近于純直流，波動 范圍很小，提高了除塵效果，大大節(jié)約了電能，此外高頻變壓器的體積比工頻變壓器減小許 多，節(jié)省了成本；第二，新型高頻電源的控制特性和速度得到了很大提高，對于工況多變而 頻繁放電的除塵器負載，不僅關(guān)斷和啟動速度更快，而且穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)能力更加優(yōu)越；第三， 諧振電路(槽)充分利用變壓器本身的漏電感和寄生電容，減少了外加元件，簡化了電路，提 高了電路的穩(wěn)定性；第四，前端晶閘管整流模塊可以配合調(diào)壓，形成內(nèi)環(huán)高頻調(diào)壓，外環(huán)工 頻調(diào)壓的調(diào)節(jié)方式，綜合了調(diào)節(jié)范圍大和調(diào)節(jié)速度快的雙重優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明所述的電路原理圖。圖中所示的標號為三相工頻電源1，晶閘管整流模塊和濾波電容2，高頻全橋 IGBT逆變器3，高頻變壓器4，高壓整流橋5，靜電除塵器等效電路6，高壓側(cè)電流電壓取樣電 阻7，控制模塊8，諧振電流傳感器9。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細的介紹圖1所示，本發(fā)明主要由三相工頻電源 1，整流部分2，逆變部分3，諧振電路，高頻變壓器4，高壓側(cè)整流部分5，負載和控制模塊8 組成，所述的整流部分由能把三相電源輸出的工頻電能整流成直流的晶間管整流模塊和濾 波電容2構(gòu)成，該整流部分后連接有能將直流逆變成高頻方波的由高頻全橋IGBT逆變器3 構(gòu)成的逆變部分；在該逆變部分之后相接有以諧振方式為后級電路供電的由串聯(lián)電感Lr、 串聯(lián)電容Cr和并聯(lián)電容Cp組成的諧振電路。本發(fā)明所述的串聯(lián)電感Lr是高頻變壓器的漏感，并聯(lián)電容Cp是高頻變壓器的寄 生電容；所述的諧振電路之后相接有可以為負載提供一個接近純直流電壓的高頻變壓器4 和由高壓整流橋5組成的高壓側(cè)整流部分；這里所述的負載為靜電除塵器等效電路6。本發(fā)明采用簡練的電路拓撲，充分利用變壓器本身的參數(shù)，實現(xiàn)電能的高頻化；它 經(jīng)過對電能的整流一逆變一諧振升壓一整流的處理后，輸出穩(wěn)定的直流高壓；具體而言，電 源包括三相晶間管整流模塊、直流濾波電容、大功率全橋IGBT逆變器及其控制驅(qū)動電路、 串并聯(lián)(LCC)諧振變換槽、大功率高頻變壓器、高頻高壓整流橋和負載。用于三相整流的三相晶閘管模塊可在市場上選購，也可購買晶閘管、控制芯片和 驅(qū)動模塊設(shè)計制造；直流濾波電容要選得足夠大，可在電子市場購買；IGBT逆變?nèi)珮騽t需 先購買IGBT模塊、散熱器、驅(qū)動電路和控制芯片后，自行按照IGBT的開發(fā)設(shè)計方法經(jīng)過硬 件安裝、電路設(shè)計、控制芯片的編程開發(fā)和調(diào)試后搭建而成；逆變后諧振槽由兩個串聯(lián)電感 電容和一個并聯(lián)電容組成，其中串聯(lián)電容是外加的高頻大電流電容，而串聯(lián)電感是高頻變 壓器的漏感，并聯(lián)電容則是高頻變壓器本身的寄生參數(shù)，后二者不必另加；大功率高頻變壓 器以鐵氧體或者非晶材料為鐵芯制作，升壓比1 :150左右；變壓器輸出后的全橋整流橋由 高頻高壓二極管組成；最后輸出到負載除塵器，除塵器相當于一個電容與可變電阻的并聯(lián)； 控制的反饋信號取輸出的電壓和電流兩路信號。本發(fā)明與類似的高頻高壓電源共有的必要特征是從三相輸入到最后輸出包括整 流一逆變一整流三個基本環(huán)節(jié)；控制信號的采樣采自高壓側(cè)的電流和電壓；電路系統(tǒng)的保護包括防止大電流線路的過流。本發(fā)明與最接近的現(xiàn)有技術(shù)不同的技術(shù)特征在于整流采用晶閘管智能模塊，可 以控制直流輸入可以配合調(diào)壓；逆變器控制采用頻率和死區(qū)雙重控制，成為主要的控制方 式；逆變器輸出后諧振電路只有三個元件，兩個串聯(lián)的電感電容，和一個并聯(lián)電容。實際上 串聯(lián)電感和并聯(lián)電容是高頻變壓器的寄生參數(shù)，這樣既節(jié)省了元件投入，充分利用設(shè)備本 身的參數(shù)，也大大簡化了電路，各元件值的大小是經(jīng)過理論計算和實際試驗確定的，變壓器 的寄生參數(shù)則通過繞組和變壓器結(jié)構(gòu)的合理設(shè)置獲得，以便達到在規(guī)定高頻下的較佳的諧 振。本發(fā)明的高頻電源包括以下幾個大部分三相工頻電源1，整流部分2，逆變部分 3，Lr、Cr和Cp組成的諧振電路，高頻變壓器4，高壓側(cè)整流部分5，負載6和控制模塊8.
晶閘管整流模塊和濾波電容2把三相電源1輸出的工頻電能整流成直流，然后由高頻 全橋IGBT逆變器3將直流逆變成高頻方波，這個方波電壓在由串聯(lián)電容Cr、串聯(lián)電感Lr 和并聯(lián)電容Cp組成的諧振槽中諧振，以諧振方式為后級電路供電，其中串聯(lián)電感Lr是高頻 變壓器的漏感，并聯(lián)電容Cp是高頻變壓器的寄生電容，圖中的4就是大功率高頻變壓器， 變壓器將并聯(lián)諧振電容Cp兩端的高頻電壓升壓后，通過高頻高壓整流橋5整流后為負載6 供電，可以提供一個接近純直流的電壓。由于靜電除塵器負載6的狀態(tài)隨時變動，即其等效 電阻不斷在變化，為了穩(wěn)定而安全地為除塵器供電，通過采樣電阻7對副邊側(cè)電流和電壓 采樣，控制模塊8對信號進行分析處理，采取相應(yīng)的控制策略，改變晶間管和IGBT的驅(qū)動信 號，控制前端的整流環(huán)節(jié)和逆變環(huán)節(jié)，實時地對電壓起快速的調(diào)節(jié)作用。另外，由于各種原 因，諧振電路的電流可能過流，危及到IGBT及整個電源的安全運行，所以對其通過電流傳 感器9進行監(jiān)控，并在過流時通過控制模塊自動采取保護措施。整個電源就這樣在確保穩(wěn) 定和安全的前提下為靜電除塵器供電。
權(quán)利要求
1.一種靜電除塵用高頻高壓大功率電源，它主要由三相工頻電源，整流部分，逆變部 分，諧振電路，高頻變壓器，高壓整流橋，負載和控制模塊組成，其結(jié)構(gòu)特征為上述的整流 部分由能把三相電源輸出的工頻電能整流成直流的晶間管整流模塊和濾波電容構(gòu)成；該整 流部分后連接有能將直流逆變成高頻方波的由高頻全橋IGBT逆變器構(gòu)成的逆變部分；在 該逆變部分之后相接有以諧振方式為后級電路供電的由串聯(lián)電感Lr、串聯(lián)電容Cr和并聯(lián) 電容Cp組成的諧振電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電除塵用高頻高壓大功率電源，其特征在于所述的串聯(lián)電 感Lr是高頻變壓器的漏感，并聯(lián)電容Cp是高頻變壓器的寄生電容；所述的諧振電路之后相 接有可以為負載提供一個接近純直流電壓的高頻變壓器和由高壓整流橋組成的高壓側(cè)整 流部分。
全文摘要
一種靜電除塵用高頻高壓大功率電源，它主要由三相工頻電源，整流部分，逆變部分，諧振電路，高頻變壓器，高壓整流橋，負載和控制模塊組成。其中，整流部分由能把三相電源輸出的工頻電能整流成直流的晶閘管整流模塊和濾波電容構(gòu)成，該整流部分后連接有能將直流逆變成高頻方波的由高頻全橋IGBT逆變器構(gòu)成的逆變部分；在該逆變部分之后相接有以諧振方式為后級電路供電的由串聯(lián)電感Lr、串聯(lián)電容Cr和并聯(lián)電容Cp組成的諧振電路；它能彌補傳統(tǒng)靜電除塵電源的不足，改善除塵效果，提高電能的利用率。
文檔編號H02M7/12GK102097956SQ20111004565
公開日2011年6月15日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者丘文千, 吳為麟, 張農(nóng), 徐為民, 沈洪流, 郭亮 申請人:浙江大學, 浙江省電力設(shè)計院