CN103028494B - 一种静电除尘脉冲电源控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静电除尘脉冲电源控制系统，其包括主回路、控制器及触发驱动采样回路，主回路包括对除尘器提供一连续的基波电压的第一回路和对除尘器提供一间断的脉冲电压的第二回路；控制器控制该基波电压低于除尘器电场内部火花放电的全击穿电压，控制器控制该脉冲电压为基波电压的3‑5倍。本系统输出的电压大，除尘器火花放电时，无关断时间，电场能量恢复快，能克服反电晕现场，特别是对于电除尘内的细小粉尘收尘效果明显；工作频率高，功率因数大，三相电源供电，三相电网平衡，对电网的谐波污染少，更减少了变压器的体积和重量，节约耗材。

Description

一种静电除尘脉冲电源控制系统

技术领域

本发明涉及电除尘器领域，尤其是涉及一种静电除尘脉冲电源的控制系统。

背景技术

电除尘器是一种烟气净化设备，它的工作原理是：烟气中粉尘尘粒通过高压静电场时，与电极间的正负离子和电子发生碰撞而荷电(或在离子扩散运动中荷电)，带上电子和离子的尘粒在电场力的作用下向异性电极运动并积附在异性电极上，通过振打等方式使电极上的灰尘落入收集灰斗中，使通过电除尘器的烟气得到净化，达到保护大气，保护环境的目的。

目前国内外传统静电除尘供电方式，有晶闸管相控调压整流供电装置，其具有结构简单、容量大等优点，但也有一些不足：1、工作频率为工频50Hz(国外或为60Hz)，频率低，转换效率低至75％，耗费电能；2、由于工作频率低，变压器和滤波器件体积大、重量大，耗费大量的钢铁和铜材；3、电源输入为两相电对电网来说负载不平衡，又是工频相控调压，不仅功率因数低，而且输入输出端都含有大量难以滤波的低次谐波污染，对电网的干扰大。4：晶闸管是半控型器件，在火花放电或短路时不能立即调整输出电压，动态响应速度慢。5：输出纹波大，致使电晕电压低，波形又是单一的工频波，使得无法适应高比电阻的工况，难以达到环保领域粉尘排放的新要求。上述原因成为现在传统静电除尘供电性能进一步提高的瓶颈，随着国家对环保要求的提高，传统静电除尘供电除尘器难以满足国家对环保的要求。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供一种使用安全且能有效去除高比电阻粉尘的静电除尘脉冲电源控制系统。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种静电除尘脉冲电源控制系统,其包括主回路、控制器及触发驱动采样回路，主回路包括对除尘器提供一连续的基波电压的第一回路和对除尘器提供一间断的脉冲电压的第二回路；控制器控制该基波电压低于除尘器电场内部火花放电的全击穿电压，控制器控制该脉冲电压为基波电压的3-5倍；所述第一回路包括第一整流桥、第一逆变电路及第一高频变压整流电路，第一整流桥将滤波后的三相交流电压整流成直流电压，第一逆变电路将该直流电压转换成0-50KHZ的高频矩形波交流电压，第一高频变压整流电路将该高频矩形波交流电压进行升压、整流滤波后输出所述基波电压给除尘器；所述第二回路包括可控硅单元、第二整流桥、第二逆变电路及第二高频变压整流电路，第二整流桥将滤波后的三相交流电压整流成直流电压，第二逆变电路将该直流电压转换成0-50KHZ的高频矩形波交流电压，第二高频变压整流电路将该高频矩形波交流电压进行升压、整流滤波后输出脉冲电压给除尘器；所述触发驱动采样回路与控制器相连，用于采集除尘器上的变压器实时输出的二次电压和二次电流，并反馈给控制器，控制器接收到该反馈信号后结合控制器上设置好的控制参数，控制可控硅单元中可控硅的导通角，以控制所述脉冲电压的幅值；控制器通过控制第二逆变电路的开启与关断时间，以控制所述脉冲电压的输送时间和间隔；以此往复，间断性地为基波电压叠加一脉冲电压；所述第一逆变电路和第二逆变电路均由四个桥式连接的IGBT绝缘栅双极晶体管、串联谐振电感Lr1、串联谐振电容Cr1构成；所述触发驱动采样回路包括一次电流取样电路，由一次电流互感器进行采集第二回路一次侧的电流，并将数据反馈给控制器；二次电压取样电路，由取样电阻进行采集输出的二次电压，并将数据反馈给控制器；二次电流取样电路，采集输出的二次电流，并将数据反馈给控制器。若控制器接收到的反馈信号-二次电压波动下降幅值较大，则判断为火花放电；或者检测到二次电流的上升幅值较大，也判断为火花放电；当控制器接收到火花放电的信号时，控制器立刻开始关闭可控硅单元和第二逆变电路，使第二回路停止输出大电流脉冲电压，动态响应速度非常快；控制器对触发驱动采样回路采集到的数据进行实时检测，根据回路中二次电压瞬间下降幅值和二次电流瞬间上升的幅值，来判断是否发生火花放电，例如在第一周期内采集到的二次电压数据为U₁,第二周期采集到数据为U₂，U₁-U₂＞10kV，则判断为火花放电；当设备最大量程的二次电流为I_max，当控制器采集到的实时二次电流数据为I＞1.2I_max，则判断为火花放电。

所述控制器包括数字信号处理器、开关QS2及控制变压器TC1，三相电网电源的两相通过开关QS2、控制变压器TC1给数字信号处理器供电。

再进一步的，所述可控硅单元包括三个双向可控硅和用于触发双向可控硅导通的触发电路，所述触发电路包括将强电与弱电控制部分隔离开来的两个脉冲变压器T1、T2，由四个二极管V26、V27、V28、V29构成的整形电路，由电阻R32、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电阻R33、及压敏电阻RV组成的阻容滤波电路。

所述第一高频变压整流电路和第二高频变压整流电路均由一高频变压器和一高频整流模块构成。

所述第一逆变电路和第二逆变电路均由四个桥式连接的IGBT绝缘栅双极晶体管、串联谐振电感Lr1、串联谐振电容Cr1构成。

所述主回路还包括断路器QF、接触器KM、滤波模块，三相电网电源经过断路器QF、接触器KM、滤波模块后分别与所述第一回路、第二回路连接。

所述基波电压和大脉冲电压叠加后通过一阻尼电阻给除尘器供电。

本发明采用一低于击穿电压的基波电压上叠加一个幅值远远超过击穿电压的脉冲电压，基波电压一直处于工作状态，而脉冲电压则为间断性与基波电压叠加，脉冲电压的电压幅值很大，但是脉冲宽度很窄，电场两极间还没有来得及打通，脉冲就已经结束了，如此电离子便能够停留在两极之间，使粉尘荷电提高除尘效果，尤其是对高比电阻粉尘的捕集，其电除尘效果更好。当控制器当检测到火花放电时，第一回路依然启动工作，只关断第二回路输出大脉冲电压，通过控制第二回路的输入的三个可控硅的导通和第二回路的第二逆变电路的开启来控制第二回路的关断,从而保证了火花放电时，除尘器内部仍然有一基波电压存在，从而提高电除尘的收尘效率。

综上所述，本发明具有以下优点：本系统输出的电压大，除尘器火花放电时，无关断时间，电场能量恢复快，能克服反电晕现场，特别是对于电除尘内的细小粉尘收尘效果明显；工作频率高，功率因数大，三相电源供电，三相电网平衡，对电网的谐波污染少，更减少了变压器的体积和重量，节约耗材；采用的第二逆变电路开关速度快，在火花放电或短路时立即调整输出电压，使电源具有动态响应特性。

附图说明

图1为本发明的电路原理图。

图2为本发明的可控硅单元的原理图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图1-2所示，一种静电除尘脉冲电源控制系统,其包括主回路、控制器及触发驱动采样回路，主回路包括对除尘器提供一连续的基波电压的第一回路和对除尘器提供一间断的脉冲电压的第二回路；控制器控制该基波电压低于除尘器电场内部火花放电的全击穿电压，控制器控制大电流脉冲电压为基波电压的3倍，并叠加在基波电压上，最大可达为基波电压的3-5倍，甚至更大，但是脉冲宽度很窄，两极间还没有来得及打通，脉冲就已经结束了，如此电离子便能够停留在两极之间，使粉尘荷电提高除尘效果，尤其是对高比电阻粉尘的捕集，其电除尘效果很好。

三相380V电网电源输入，经主回路的断路器QF、接触器KM、三相滤波电感(Lu、Lv、Lw)、三相滤波电容(Cu、Cv、Cw)后，分别通过并联的第一回路和第二回路给除尘器供电，三相滤波电感(Lu、Lv、Lw、LQ)可提高设备的功率因素，其电磁兼容性好，三相平衡；在接触器KM上的并联电阻R1、R2、R3，起到缓冲的作用。通常所述基波电压和脉冲电压叠加后通过一阻尼电阻R7给除尘器供电。

第一回路包括第一整流桥K1、第一逆变电路及第一高频变压整流电路，第一整流桥K1将经过三相滤波电感和滤波电容滤波后的三相交流电压整流成直流电压，第一逆变电路将该直流电压转换成0-50KHZ的高频矩形波交流电压，第一高频变压整流电路将该高频矩形波交流电压进行升压、整流滤波后输出所述基波电压给除尘器；第二回路包括可控硅单元3、第二整流桥K2、第二逆变电路及第二高频变压整流电路，第二整流桥K2将滤波后的三相交流电压整流成直流电压，第二逆变电路将该直流电压转换成0-50KHZ的高频矩形波交流电压，第二高频变压整流电路将该高频矩形波交流电压进行升压、整流滤波后输出脉冲电压给除尘器。

所述控制器包括数字信号处理器1、开关QS2及控制变压器TC1，三相电网电源的两相通过开关QS2、控制变压器TC1给数字信号处理器供电。所述数字信号处理器采用以32位的DSP为核心的数字信号处理控制器，具有更快的CPU，更大容量的存储器，具有高速的数据运算能力。

所述触发驱动采样回路与控制器相连，用于采集除尘器上的变压器实时输出的二次电压和二次电流，并反馈给控制器，控制器接收到该反馈信号后结合控制器参数设置可以控制可控硅单元中可控硅的导通角，以控制所述脉冲电压的幅值，控制器通过控制第二逆变电路的开启与关断时间，以控制所述脉冲电压的输送时间和间隔；以此往复，间断性地为基波电压叠加一脉冲电压。

所述触发驱动采样回路包括一次电流取样电路，由一次电流互感器进行采集第二回路一次侧的电流，并将数据反馈给控制器；二次电压取样电路，由取样电阻进行采集输出的二次电压，并将数据反馈给控制器；二次电流取样电路，由取样电阻进行采集输出的二次电流，并将数据反馈给控制器；所述触发驱动采样回路与控制器相连，用于采集除尘器上的变压器实时输出的二次电压和二次电流，并反馈给控制器，控制器接收到该反馈信号后，结合控制器参数设置控制可控硅单元3中可控硅的导通角，以控制所述脉冲电压的幅值，控制器通过控制第二逆变电路的开启与关断时间，以控制所述脉冲电压的输送时间和间隔；以此往复，间断性地为基波电压叠加一脉冲电压。

所述可控硅单元3包括三双向可控硅和用于触发双向可控硅导通的触发电路，触发电路包括将强电与弱电控制部分隔离开来的两个脉冲变压器T1、T2，由四个二极管V26、V27、V28、V29构成的整形电路，由电阻R32、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电阻R33、及压敏电阻RV组成的阻容滤波电路。每个双向可控硅与其触发电路的连接原理图如图2所示，每个可控硅与其触发电路连接图都是如图2所示。从数字信号处理控制器1出来的控制脉冲先经过脉冲变压器T1、T2，再经过后面二极管V26、V27、V28、V29整形电路，然后直接触发可控硅单元3。

所述第一高频变压整流电路由一高频变压器TM1和一高频整流模块构成,第二高频变压整流电路由一高频变压器TM2和另一高频整流模块构成。所述第一逆变电路和第二逆变电路均由四个桥式连接的IGBT绝缘栅双极晶体管、串联谐振电感Lr1、串联谐振电容Cr1构成。

触发驱动采样回路采样到的参数为数字信号处理控制器火花判断依据，控制器实时检测取样回来的二次电压，二次电流数据，例如在第一周期内采集到的二次电压数据为U₁,第二周期采集到数据为U₂，U₁-U₂＞10kV，则判断为火花放电；当设备最大量程的二次电流为I_max，当控制器采集到的实时二次电流数据为I＞1.2×I_max，则判断为火花放电。

第一回路中的第一逆变电路的工作过程：数字信号处理控制器由触摸屏，数字控制单元组成。通过控制触摸屏的开机触摸按键，再根据设定好的工作模式和控制方式按不同的算法确定回路一的IGBT的占空比，设备开启后，控制器控制输出IGBT触发脉冲，首先驱动IGBT绝缘栅双极晶体管Q1、Q4导通，直流电压经绝缘栅双极晶体管Q1、高频变压器TM1、串联谐振电容Cr1、串联谐振电感Lr1、绝缘栅双极晶体管Q4向串联谐振电容Cr1充电，形成正弦电流的正半波，在串联谐振电容Cr1的电压达到最大值，充电电流为零后，控制器根据触发信号关断Q1、Q4的绝缘栅双极晶体管，串联谐振电容Cr1的电压经高频变压器TM1、绝缘栅双极晶体管Q1上的二极管、绝缘栅双极晶体管Q4上的二极管、串联谐振电感Lr1、串联谐振电容Cr1放电，形成正弦电流的负半波，在负半波结束后，因Q1、Q4未能再次打开，回路电流为零；然后控制器控制Q2、Q3导通，串联谐振电容Cr1被反相充电，工作过程与前述相同。控制器交替的控制Q1、Q4与Q2、Q3导通，使第一回路中一直为除尘器提供一基波电压。

第二回路中的第二逆变电路的工作过程：数字信号处理控制器由触摸屏，数字控制单元组成。通过控制触摸屏的开机触摸按键，再根据设定好的工作模式和控制方式按不同的算法确定三相可控硅的导通角和IGBT的占空比，并送出相应的三相可控硅导通角触发信号；当设备第一回路正常工作后，开启数字信号处理控制器启动内部定时器，定时器时间到，先控制绝缘栅双极晶体管Q5、Q8导通，直流电压经绝缘栅双极晶体管Q5、高频变压器TM2、串联谐振电容Cr2、串联谐振电感Lr2、绝缘栅双极晶体管Q8向串联谐振电容Cr2充电，形成正弦电流的正半波，在串联谐振电容Cr2的电压达到最大值，充电电流为零后，控制器根据定触发驱动采样电路采集的信号关断Q5、Q8，串联谐振电容Cr2的电压经绝缘栅双极晶体管Q5上的二极管、绝缘栅双极晶体管Q8上的二极管、串联谐振电感Lr2、串联谐振电容Cr2、高频变压器TM2放电，形成正弦电流的负半波，经升压整流后形成一个大电流脉冲电压，叠加给基波电压后一起为除尘器供电。在正弦电流正负半波结束后，因绝缘栅双极晶体管Q5、绝缘栅双极晶体管Q8未能再次打开，绝缘栅双极晶体管Q4、绝缘栅双极晶体管Q6也没有打开，整个第二回路电流为零，停止大脉冲电压的供应；当控制器中的定时器重新开始计时到时，控制器才开始控制绝缘栅双极晶体管Q4、Q6导通,串联谐振电容Cr2被反相充电，其工作过程与前述相同，回路中再次出现大脉冲电压，但是脉冲宽度很窄，两极间还没有来得及打通，脉冲就已经结束了，如此电离子便能够停留在两极之间，使粉尘荷电提高除尘效果，尤其是对高比电阻粉尘的捕集，其电除尘效果很好。依此重复，控制器通过三个双向可控硅导通角和控制IGBT的占空比，来改变脉冲电压的幅值和产生大脉冲的产生频率大小。

具体的实施如下：第一回路通过控制器控制IGBT的脉冲占空比，输出IGBT触发脉冲，经过IGBT驱动板直接驱动IGBT绝缘栅双极晶体管Q1～Q4。第一逆变电路把直流电压转换为0～50KHz的高频矩形波交流电压送到高频高压变压器、整流滤波后输出直流高压电压。第二回路控制器通过三个双向可控硅(V1、V2、V3、V4、V5、V6)导通角和控制IGBT的脉冲占空比，输出IGBT触发脉冲，经过IGBT驱动板直接驱动IGBT绝缘栅双极晶体管Q5～Q8。第二逆变电路把直流电压转换为0～50KHz的高频矩形波交流电压送到高频高压变压器、整流滤波后输出直流高压大脉冲电流电源，但是脉冲宽度很窄，电场两极间还没有来得及打通，脉冲就已经结束了。输出的直流高压电源是回路一和回路二之和。当火花发生时，触发驱动采样回路采样到的二次电压或者二次电流发生异常，反馈给控制器，控制器判断可以立刻关闭绝缘栅双极晶体管Q5-Q8，关闭第二回路的大脉冲高压电流电压。当经过定时器中设定好的时间之后，再输出第二回路中的大脉冲高压电流电压。第一回路的基波电压保持不变，从而保证了本体内，始终处于一基波高压直流电压情况下，第二回路触发产生输出大电流脉冲电压，平时没有检测到火花发生时对于比电阻大等现场情况，具有良好的收尘效率。

本数字信号处理控制器是以32位的DSP为核心的高速，高性能，大容量的专用控制器，具有处理速度快，功能强，结构简单，外围元件少，可靠性高等优点。采用触摸屏显示，运行参数显示更直观，修改操作更方便快捷。火花判断技术先进，能非常准确地判断闪络，并作出最佳处理。闪络处理上实现电场电压恢复快，损失极小，并能有效克服反电晕的发生，向电场提供最大的有效电晕功率，从而稳定提高除尘效率。在运行方式上分全波、间歇供电两大模式，共六种运行方式。并由编程专家以程序进行优化，简化操作，加强了人工智能模糊控制，使设备的使用更加方便。具有快速准确的过电压和过电流控制措施，确保设备在运行过程中不出现输出过压现象和输出过流现象。具有完善的短路，开路，过流，超油温度等故障检测功能，设备保护更为完善。系统内有EPAC(Electrostatic Precipitator AutoControl)软件，能根据变化的工况所导致的电特性的变化，自动选择最佳的电流极限和充电比，从而有利于极板极线的清洁，使排放量最小，而且可节约30％以上的整流变能耗。强化网络系统控制。通过远程网络技术，利用中央集控(IPC)系统，技术人员可以远距离在线观测电压，电流波形，电场动态U-I曲线，可对反电晕，电晕封锁，电场积灰等工况的发生及程序作出准确的判断，并将参数特性调至最佳状态。与中央集控(IPC)系统联网时，可监控到设备系统的实时控制控制状态，所有功能均可远距离控制。设备预留A/D，I/O及信号变送器接口，以满足厂家现场特殊要求的实现。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种静电除尘脉冲电源控制系统,其特征在于：其包括主回路、控制器及触发驱动采样回路，主回路包括对除尘器提供一连续的基波电压的第一回路和对除尘器提供一间断的脉冲电压的第二回路；控制器控制该基波电压低于除尘器电场内部火花放电的全击穿电压，控制器控制该脉冲电压为基波电压的3-5倍；所述第一回路包括第一整流桥、第一逆变电路及第一高频变压整流电路，第一整流桥将滤波后的三相交流电压整流成直流电压，第一逆变电路将该直流电压转换成0-50KHZ的高频矩形波交流电压，第一高频变压整流电路将该高频矩形波交流电压进行升压、整流滤波后输出所述基波电压给除尘器；所述第二回路包括可控硅单元、第二整流桥、第二逆变电路及第二高频变压整流电路，第二整流桥将滤波后的三相交流电压整流成直流电压，第二逆变电路将该直流电压转换成0-50KHZ的高频矩形波交流电压，第二高频变压整流电路将该高频矩形波交流电压进行升压、整流滤波后输出脉冲电压给除尘器；所述触发驱动采样回路与控制器相连，用于采集除尘器上实时输出的二次电压和二次电流，并反馈给控制器，控制器接收到该反馈信号后控制可控硅单元中可控硅的导通角，以控制所述脉冲电压的幅值；控制器通过控制第二逆变电路的开启与关断时间，以控制所述脉冲电压的输送时间和间隔；以此往复，间断性地为基波电压叠加一脉冲电压；所述第一逆变电路和第二逆变电路均由四个桥式连接的IGBT绝缘栅双极晶体管、串联谐振电感Lr1、串联谐振电容Cr1构成；所述触发驱动采样回路包括一次电流取样电路，由一次电流互感器进行采集第二回路一次侧的电流，并将数据反馈给控制器；二次电压取样电路，由取样电阻进行采集输出的二次电压，并将数据反馈给控制器；二次电流取样电路，采集输出的二次电流，并将数据反馈给控制器。

2.根据权利要求1所述的一种静电除尘脉冲电源控制系统,其特征在于：所述控制器包括数字信号处理器、开关QS2及控制变压器TC1，三相电网电源的两相通过开关QS2、控制变压器TC1给数字信号处理器供电。

3.根据权利要求2所述的一种静电除尘脉冲电源控制系统,其特征在于：所述可控硅单元包括三个双向可控硅和用于触发双向可控硅导通的触发电路，所述触发电路包括将强电与弱电控制部分隔离开来的两个脉冲变压器T1、T2，由四个二极管V26、V27、V28、V29构成的整形电路，由电阻R32、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电阻R33、及压敏电阻RV组成的阻容滤波电路。

4.根据权利要求3所述的一种静电除尘脉冲电源控制系统,其特征在于：所述第一高频变压整流电路和第二高频变压整流电路均由一高频变压器和一高频整流模块构成。

5.根据权利要求4所述的一种静电除尘脉冲电源控制系统,其特征在于：所述主回路还包括断路器QF、接触器KM、滤波模块，三相电网电源经过断路器QF、接触器KM、滤波模块后分别与所述第一回路、第二回路连接。

6.根据权利要求5所述的一种静电除尘脉冲电源控制系统,其特征在于：所述基波电压和脉冲电压叠加后通过一阻尼电阻给除尘器供电。