專利名稱：數(shù)字閉環(huán)高頻高壓電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電氣自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是電除焦、電除塵器用可自動(dòng)控制的高 壓電源。
背景技術(shù)：
目前，我國(guó)煤焦化工業(yè)在生產(chǎn)過程中普遍使用電除焦、電除塵器濾除煤氣中的煤 焦油物質(zhì)和粉塵雜質(zhì)，電除焦、電除塵器是利用高壓直流電源產(chǎn)生的負(fù)高壓接入電暈極 (陰極)，與沉淀極(陽(yáng)極)之間產(chǎn)生電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度超過一定極限后在陰陽(yáng)兩極間產(chǎn)生電 暈放電，流經(jīng)電場(chǎng)區(qū)的氣體發(fā)生電離，產(chǎn)生大量的離子和電子，通過電場(chǎng)的煤氣中的焦油、 粉塵、水霧等粒子與離子或電子結(jié)合而荷電，在電場(chǎng)力的作用下向兩極運(yùn)動(dòng)，由于電子質(zhì)量 小，運(yùn)動(dòng)速度快，空間分布廣，主要是荷負(fù)電的粒子向沉淀極運(yùn)動(dòng)，到達(dá)沉淀極板中和后，依 靠殘存的靜電引力和分子間凝聚力首先吸附于沉淀極，而后靠自身重力順沉淀極壁落入焦 油槽達(dá)到凈化煤氣，減少污染排放的目的。
在上述工作過程中，電除焦、電除塵器用高壓直流電源普遍采用可控硅高壓電源 和電感電容與工頻變壓器串聯(lián)的LC式高壓整流電源。這兩種電源存在以下缺陷1、無(wú)法有 效跟蹤電暈強(qiáng)度，在閃絡(luò)-電暈-關(guān)斷中，電暈強(qiáng)度周而復(fù)始的發(fā)生變化，所用電源不能隨 被處理物、流量變化時(shí)而調(diào)整跟蹤，有效工作效率低，僅為75%左右；2、升壓變壓器使用工 頻變壓器，其轉(zhuǎn)換效率在70%左右，自耗電大，自重在幾百公斤，浪費(fèi)大量有色金屬；3、輸 出波紋大，提供的有效直流電壓和電暈電流較小，工作頻率低，除塵除焦效率較低；4、由于 是兩相電源供電，功率因數(shù)僅為70%，電網(wǎng)污染大，干擾大，三相不平衡，電磁兼容性差，電 壓脈動(dòng)范圍大于25%，線性度差，除塵除焦效果差。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種數(shù)字閉環(huán)高頻高壓電 源，采用現(xiàn)代電力電子、控制論技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、機(jī)電一體化等現(xiàn)代綜 合技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)提高電除焦、電除塵器除塵除焦的自動(dòng)化程度及效率、高壓電流可調(diào)可控、 減少粉塵排放的目的。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的塔體包括電暈極與沉淀極，其上有焦油煤氣進(jìn)入、排出 口，高壓電源柜裝在塔體的頂部，其高壓陰極與電暈極相連，高壓陽(yáng)極與沉淀極連接，高壓 電源柜外接三相380V交流電源，高壓電源柜的控制與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與變壓器的初級(jí)連接，所述 變壓器的多組次級(jí)繞組繞制在環(huán)形鐵芯上，每個(gè)次級(jí)繞組繞多匝，單個(gè)次級(jí)繞組與濾波電 容、整流管連接后成為一個(gè)繞組電源單元，將一個(gè)鐵芯上的多個(gè)繞組電源單元串接組成一 個(gè)鐵芯電源單元，將多個(gè)鐵芯電源單元分組疊加串聯(lián)后固定在變壓器支架上；用超高壓絕 緣管穿入環(huán)形鐵芯，貫穿環(huán)形鐵芯中心，將初級(jí)繞組從超高壓絕緣管內(nèi)繞多匝組成一個(gè)變 壓器。所述控制與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的觸摸屏、上下游聯(lián)鎖與可編程控制器連接，可編程控制器經(jīng)控制電源、自動(dòng)空氣開關(guān)接入三相380V交流電源，DC電抗器依次經(jīng)續(xù)流裝置、電流變送 器、三相整流器、交流輸入電抗器、交流接觸器、自動(dòng)空氣開關(guān)與三相380V交流電源串聯(lián)， 可編程控制器分別與交流接觸器、電流變送器、續(xù)流裝置、電壓變送器、高壓變送器、脈寬調(diào) 制組件、電流變送器連接，電壓變送器與電容濾波組件并聯(lián)后接入三相整流器，續(xù)流裝置與 電容濾波組件連接，驅(qū)動(dòng)橋的一端與DC電抗器連接，另一端經(jīng)電流變送器與三相整流器連 接，脈寬調(diào)制組件分別與三相整流器、驅(qū)動(dòng)橋、電流變送器串接，驅(qū)動(dòng)橋與變壓器的初級(jí)連 接，鐵芯電源單元串聯(lián)后的負(fù)極為高壓陰極，高壓陰極經(jīng)高壓變送器接入電暈極，鐵芯電源 單元串聯(lián)后的正極為高壓陽(yáng)極，高壓陽(yáng)極經(jīng)電流變送器接入沉淀極。操作時(shí)，通過觸摸屏設(shè)置需要的參數(shù)，當(dāng)電除焦、電除塵器內(nèi)焦油含量高時(shí)，電流 會(huì)降低，與變壓器連接的電流變送器的傳感器感應(yīng)后反饋給可編程控制器，以自動(dòng)提高輸 出電壓，保持電暈的產(chǎn)生與強(qiáng)度，如果產(chǎn)生閃絡(luò)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)降低輸出電壓，消除閃絡(luò)；同時(shí)， 分別與IPM驅(qū)動(dòng)橋、三相整流器連接的電流變送器的傳感器、與三相整流器連接的電壓變 送器的傳感器、與變壓器連接的高壓變送器、電流變送器的傳感器將感應(yīng)的IPM驅(qū)動(dòng)橋峰 值電流、三相整流器輸出的總電流、三相整流器輸出的總電壓、變壓器次級(jí)電壓、電流的信 號(hào)反饋到脈寬調(diào)制組件中，與來自可編程控制器設(shè)定值進(jìn)行比較，通過脈寬調(diào)制達(dá)到閉環(huán) 自動(dòng)的控制。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)1、同等工況條件下，其最高工作頻率可達(dá)50kHz，可輸出較大的電暈電流，自適應(yīng) 火花浮動(dòng)電平跟蹤控制，可有效提高除塵除焦效率，減少粉塵排放量30% -80%，以適應(yīng)新 的環(huán)保要求；2、電源實(shí)際轉(zhuǎn)換效率可達(dá)95%，提高電源轉(zhuǎn)換效率35%，大大減少電網(wǎng)供電的負(fù) 荷空損率，有利于節(jié)約能源；3、由兩相供電改為三相供電，功率因數(shù)可提高至90%以上，電網(wǎng)污染小，電磁兼容 性好；4、變壓器只需采取風(fēng)冷既可達(dá)到冷卻的效果，大大減輕了變壓器的體積，電源整 體重量為原電源的1/5，節(jié)省材料，運(yùn)輸安裝十分方便；5、將變壓器與控制柜集成為一體，節(jié)省空間和基建費(fèi)用；6、采用了網(wǎng)絡(luò)化控制，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守，人機(jī)界面友好，自動(dòng)化程度高。


圖1是本發(fā)明的電氣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；圖2是圖1的鐵芯電源單元18的電氣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；圖3是本發(fā)明變壓器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；圖4是本發(fā)明的應(yīng)用簡(jiǎn)圖；圖5是圖4的電暈極21、沉淀極22、塔體30相互關(guān)系示意簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，高壓電源柜的觸摸屏24、上下游聯(lián)鎖25與可編程控制器11連接，可 編程控制器11經(jīng)控制電源8、自動(dòng)空氣開關(guān)1接入三相380V交流電源23，DC電抗器7依次經(jīng)續(xù)流裝置6、電流變送器5、三相整流器4、交流輸入電抗器3、交流接觸器2、自動(dòng)空氣開關(guān) 1與三相380V交流電源23串聯(lián)，可編程控制器11分別與交流接觸器2、電流變送器5、續(xù)流 裝置6、電壓變送器9、高壓變送器10、脈寬調(diào)制組件12、電流變送器16連接，電壓變送器9 與電容濾波組件13并聯(lián)后接入三相整流器4，續(xù)流裝置6與電容濾波組件13連接，IPM驅(qū) 動(dòng)橋14的一端與DC電抗器7連接，另一端經(jīng)電流變送器15與三相整流器4連接，脈寬調(diào) 制組件12分別與三相整流器4、IPM驅(qū)動(dòng)橋14、電流變送器15串接，IPM驅(qū)動(dòng)橋14與變壓 器的初級(jí)17連接，鐵芯電源單元18串聯(lián)后的負(fù)極為高壓陰極33，高壓陰極33經(jīng)高壓變送 器10接入電暈極21，鐵芯電源單元18串聯(lián)后的正極為高壓陽(yáng)極34，高壓陽(yáng)極34經(jīng)電流變 送器16接入沉淀極22。圖1中，20為短接線，19為超高壓絕緣管。
輸入序號(hào)為23的三相380V/50HZ或60Hz交流電A、B、C，通過自動(dòng)空氣開關(guān)1供 入系統(tǒng)中，自動(dòng)空氣開關(guān)1常閉；可編程控制器11通過編程軟件使其按預(yù)先編輯的邏輯關(guān) 系，關(guān)聯(lián)各端口的功能，操作時(shí)，可按觸摸屏電流、電壓設(shè)定鈕，彈出輸入窗口，按要求輸入 電流0 400mA，電壓0 60kV范圍內(nèi)數(shù)值，觸摸屏24與可編程控制器11采用RS485通 訊模式可編程控制器11得到新的設(shè)置后，其模擬量模塊輸出直流電壓到脈寬調(diào)制組件12， 通過其比較器限定輸出的最大值；為保證設(shè)備的正常安全運(yùn)行，上下游連鎖25主要包括煤 氣輸入設(shè)備運(yùn)行是否正常、捕焦器含氧量是否低于安全值以下((2% )、接收設(shè)備是否運(yùn) 行正常、檢修時(shí)的系統(tǒng)禁止信息等；可編程控制器11經(jīng)上下游聯(lián)鎖25檢測(cè)到外部條件滿足 時(shí)，操作人員可通過與觸摸屏24連接的控制電源8啟動(dòng)上電，交流接觸器2吸合接通，為減 少對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾，利用交流輸入電抗器3濾除雜波，經(jīng)三相整流器4整流濾波成為530V 直流電壓，再經(jīng)IPM驅(qū)動(dòng)橋14的模塊全橋高頻軟開關(guān)諧振逆變，高頻升壓整流成70kV直流 電壓供電給電捕焦器；通過續(xù)流裝置6限流給電容濾波組件13充電，充滿后，通過續(xù)流裝置 6短接，DC電抗器7用于提高功率因數(shù)及濾波；電流變送器5、電壓變送器9分別用于檢測(cè) 經(jīng)三相整流器4整流濾波后的總電流(< 200A)及總電壓(< 550V)，電流變送器15用于 IPM驅(qū)動(dòng)橋14的峰值電流(< 150A)檢測(cè)，高壓變送器10用于檢測(cè)變壓器次級(jí)高壓側(cè)電壓 (< 60kV)，電流變送器16用于檢測(cè)變壓器次級(jí)高壓側(cè)電流(< 0. 4A)，各變送器將上述模 擬信號(hào)傳送給可編程控制器11監(jiān)測(cè)是否超過設(shè)定值上下限，觸摸屏24實(shí)時(shí)顯示上述參數(shù) 并警告，查看電壓、電流設(shè)值是否超限后運(yùn)行設(shè)備；脈寬調(diào)制組件12輸出驅(qū)動(dòng)脈寬到驅(qū)動(dòng) 模組，由IPM驅(qū)動(dòng)橋14驅(qū)動(dòng)變壓器初級(jí)，高壓變送器10、電流變送器15、電流變送器16與 可編程控制器11比較控制輸出脈寬。整個(gè)高頻波形的產(chǎn)生和輸出電壓、輸出電流的調(diào)節(jié)以 及開路、短路、過熱保護(hù)、閃絡(luò)控制等均由可編程控制器11完成。如圖2、圖3所示，將10組次級(jí)繞組27繞制在070X090X25超微晶環(huán)形鐵芯26上， 每個(gè)次級(jí)繞組27繞45匝，單個(gè)次級(jí)繞組27與450V/220UF濾波電容28、整流管2KV/3A29 連接后成為一個(gè)繞組電源單元，將一個(gè)鐵芯上的多個(gè)繞組電源單元串接組成一個(gè)鐵芯電源 單元18，將10個(gè)鐵芯電源單元18分組疊加串聯(lián)后固定在變壓器支架32上；用聚酰亞胺管 做成的超高壓絕緣管19穿入環(huán)形鐵芯26，貫穿環(huán)形鐵芯26中心Q，將初級(jí)繞組17從聚酰亞 胺管19內(nèi)繞5匝組成一個(gè)變壓器。使變壓器次級(jí)繞組和鐵芯浮動(dòng)在高電位，初級(jí)繞組浮動(dòng) 在低電位，采用超高壓絕緣材料聚酰亞胺套筒，使初、次級(jí)得到可靠的絕緣，徹底解決了變 壓器整流器的絕緣耐壓?jiǎn)栴}，初次級(jí)之間采用松耦合結(jié)構(gòu)，增大了初級(jí)繞組的漏感采用這 種結(jié)構(gòu)高壓電源省略諧振電感，可大大減小高壓電源輸入與輸出的分布電容，采用輸入三相380伏交流工頻電源，整流后的直流電壓約550伏左右，每個(gè)電源單元升壓比約為1 6 乘以10個(gè)繞組，這樣每個(gè)電源單元整流后串聯(lián)得到約3000伏以上電壓，十個(gè)這樣的電源單 元既可得到30KV左右的直流高壓，將這樣的組件采用初級(jí)并聯(lián)，次級(jí)串聯(lián)的方法便可方便 的實(shí)現(xiàn)了模塊化組合得到60KV或90KV幾種規(guī)格的電源，以往的高壓開關(guān)電源必須將高壓 部分放入油箱中，而本發(fā)明的變壓器只需采取風(fēng)冷既可達(dá)到冷卻的效果，大大減輕了變壓 器的體積。 如圖4、圖 5所示，塔體30采用隔熱、防雨、防雷、防腐設(shè)計(jì)，無(wú)須地面安裝場(chǎng)所，輸 入電源23由控制室通過電纜引入，觸摸屏24放置在控制室便于操控位置，與高壓電源柜31 采用RS485通訊模式，上下游聯(lián)鎖25通過電纜與高壓電源柜31連接，所需通訊纜線與塔體 30的高壓電源柜31本體相連最大線長(zhǎng)控制在1200米以內(nèi)，高壓電源柜31負(fù)極(陰極)通 過高壓瓷瓶同電捕焦器內(nèi)電暈極21連接，高壓電源柜31的陽(yáng)極與沉淀極22 (外殼)連接， 通過接地導(dǎo)線與塔體30外殼相連。
權(quán)利要求
一種數(shù)字閉環(huán)高頻高壓電源，塔體(30)包括電暈極(21)與沉淀極(22)，其上有焦油煤氣進(jìn)入、排出口，高壓電源柜(31)裝在塔體(30)的頂部，其高壓陰極(33)與電暈極(21)相連，高壓陽(yáng)極(34)與沉淀極(22)連接，高壓電源柜(31)外接三相380V交流電源(23)，其特征在于高壓電源柜(31)的控制與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(35)與變壓器的初級(jí)(17)連接，所述變壓器的多組次級(jí)繞組(27)繞制在環(huán)形鐵芯(26)上，每個(gè)次級(jí)繞組(27)繞多匝，單個(gè)次級(jí)繞組(27)與濾波電容(28)、整流管(29)連接后成為一個(gè)繞組電源單元，將一個(gè)鐵芯上的多個(gè)繞組電源單元串接組成一個(gè)鐵芯電源單元(18)，將多個(gè)鐵芯電源單元(18)分組疊加串聯(lián)后固定在變壓器支架(32)上；用超高壓絕緣管(19)穿入環(huán)形鐵芯(26)，貫穿環(huán)形鐵芯(26)中心，將初級(jí)繞組(17)從超高壓絕緣管(19)內(nèi)繞多匝組成一個(gè)變壓器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字閉環(huán)高頻高壓電源，所述控制與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(35)的觸摸屏(24)、上下游聯(lián)鎖(25)與可編程控制器(11)連接，可編程控制器(11)經(jīng)控制電源(8)、自 動(dòng)空氣開關(guān)⑴接入三相380V交流電源(23)，DC電抗器(7)依次經(jīng)續(xù)流裝置(6)、電流變 送器(5)、三相整流器⑷、交流輸入電抗器(3)、交流接觸器⑵、自動(dòng)空氣開關(guān)⑴與三相 380V交流電源(23)串聯(lián)，可編程控制器(11)分別與交流接觸器(2)、電流變送器(5)、續(xù) 流裝置(6)、電壓變送器(9)、高壓變送器(10)、脈寬調(diào)制組件(12)、電流變送器(16)連接， 電壓變送器(9)與電容濾波組件(13)并聯(lián)后接入三相整流器(4)，續(xù)流裝置(6)與電容濾 波組件(13)連接，驅(qū)動(dòng)橋(14)的一端與DC電抗器(7)連接，另一端經(jīng)電流變送器(15)與 三相整流器⑷連接，脈寬調(diào)制組件(12)分別與三相整流器(4)、驅(qū)動(dòng)橋(14)、電流變送器 (15)串接，驅(qū)動(dòng)橋(14)與變壓器的初級(jí)(17)連接，鐵芯電源單元(18)串聯(lián)后的負(fù)極為高 壓陰極(33)，高壓陰極(33)經(jīng)高壓變送器(10)接入電暈極(21)，鐵芯電源單元(18)串聯(lián) 后的正極為高壓陽(yáng)極(34)，高壓陽(yáng)極(34)經(jīng)電流變送器(16)接入沉淀極(22)。
全文摘要
一種數(shù)字閉環(huán)高頻高壓電源，用于電捕焦、除塵器。高壓電源柜控制與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與變壓器初級(jí)連接，變壓器多組次級(jí)繞組繞制在鐵芯上，單個(gè)次級(jí)繞組與濾波電容、整流管連接后為繞組電源單元，將多個(gè)繞組電源單元串接組成的鐵芯電源單元分組疊加串聯(lián)后固定在變壓器支架上；初級(jí)繞組從鐵芯內(nèi)的絕緣管內(nèi)繞多匝組成一個(gè)變壓器。整個(gè)高頻波形產(chǎn)生和輸出電壓、輸出電流調(diào)節(jié)以及開路、短路、過熱保護(hù)、閃絡(luò)控制等均由可編程控制器完成。本發(fā)明可有效提高除塵除焦效率，減少粉塵排放量；電源轉(zhuǎn)換效率高，大大減少電網(wǎng)供電負(fù)荷空損率；功率因數(shù)高，電網(wǎng)污染小，電磁兼容性好；整體重量小，節(jié)省材料，節(jié)省空間和基建費(fèi)用；采用網(wǎng)絡(luò)化控制，自動(dòng)化程度高。
文檔編號(hào)B03C3/66GK101816976SQ20101016327
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2010年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者劉長(zhǎng)春, 繆玉軍 申請(qǐng)人:襄樊市博藍(lán)環(huán)保設(shè)備有限公司