電除塵器高壓電源的製作方法

2023-06-13 17:37:01 2

專利名稱：電除塵器高壓電源的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電除塵器電場高壓直流供電的電除塵器高壓電源。
背景技術：
目前，公知普遍採用的電除塵器用高壓直流電源一般有如下三種，即工頻(50/60HZ )可控矽(SCR)高壓電源、中頻高壓電源和高頻高壓電源。工頻可控矽高壓電源是由反並聯可控矽、工頻(50/60HZ )高壓矽整流升壓變壓器及控制電路等構成。其工作原理是以可控矽器件為調壓元件，對單相電源或三相電壓進行調壓，通過高壓矽整流升壓變壓器升壓整流形成直流的高壓電壓和電流提供給電除塵器的電場。工頻可控矽高壓電源由於採用固定頻率的工頻(50/60HZ)移相調壓，存在的問題一是為電除塵器電場提供的高壓直流電壓不平滑脈動大；二是由於工作頻率為電網固定的工 頻頻率，在電場拉弧和閃烙時由於可控矽器件在周波內電流過零點之前不能關斷，因此縮短封鎖時間受到了限制；三是高壓矽整流變壓器為感性負載，可控矽高壓電源的固定工頻頻率使高壓電源的功率因數和電源轉換效率很低等問題。中頻高壓電源由橋式整流電路、中頻固定頻率逆變電路和中頻高壓矽整流升壓變壓器及控制電路等構成。其工作原理是由橋式整流電路將電網電壓整流成直流，通過半導體電力開關如IGBT組成的逆變電路逆變成(頻率點為400、500或600 Hz等)頻率固定的交流，然後經中頻矽整流升壓變壓器升壓整流成直流的高壓電壓和電流送至電除塵器的電場。中頻高壓電源雖然功率因數得以提高且輸出電壓的平滑度得以改善，中頻高壓電源由於採用固定的中頻頻率逆變，存在的問題一是在電場拉弧和閃烙時仍須採用停止逆變輸出停止向電除塵器電場供電的方法來進行封鎖，封鎖造成了電場的停電；二是須使用中頻固定的頻率(400、500或600 Hz等)來設計製造的中頻高壓矽整流升壓變壓器；採用中頻高壓電源對已有電除塵器的高壓電源進行改造時就須連同高壓矽整流升壓變壓器一起全部更換，因此對於電除塵器高壓電源的升級改造工程來說延長了工期且提高了成本。高頻高壓電源由整流電路、高頻逆變電路、諧振電路、高頻矽整流升壓變壓器和控制電路等構成。其工作原理是由橋式整流電路將電網電壓整流成直流，由半導體電力開關(如IGBT)組成的高頻逆變電路和電感電容組成的諧振電路將直流電壓逆變成高頻(一般為2(T50kHz)交流電壓，再經高頻矽整流升壓變壓器升壓整流成高壓的直流電壓和電流送至電除塵器的電場。高頻高壓電源具有較高的功率因數和平滑的高壓直流電壓輸出。但其存在的問題一是須採用特別設計的採用高頻磁性材料的高頻矽整流升壓變壓器；二是由於其工作在高頻，高頻的電能傳輸衰減大，因而全套的設備須組裝在一個封閉的油箱內，須電除塵器現場戶外(一般在電除塵器的頂部)安裝，因此可靠性下降且現場維護檢修變得很困難；並且，在已有電除塵器的高壓電源升級改造項目中須拆除報廢原有的高壓電源，延長了改造工期且增加了工程成本。
發明內容[0006]本實用新型的目的是為了克服現有電除塵器高壓電源存在的問題，提供一種有較高的功率因數和高轉化效率、電除塵器電場能得到平滑的電壓和電流、能有效的抑制電場的閃烙和拉弧、能和高壓矽整流升壓變壓器進行阻抗適配、具有高可靠性和維護方便的電除塵器高壓電源。本實用新型通過下述技術解決方案實現電除塵器高壓電源，包括控制櫃、矽整流升壓變壓器；控制櫃內包括由整流電路、儲能濾波電路、逆變電路組成的主迴路；用於檢測電除塵器電場電壓、電流、閃絡、拉弧，主迴路電壓、電流，矽整流升壓變壓器溫度和瓦斯檢測的信號檢測電路；以及接收信號檢測電路信號的控制電路，與控制電路相連接的信號指示電路和計算機監控電路，逆變電路是變頻逆變電路，變頻逆變電路按脈衝寬度調製變頻逆變輸出頻率變化的交流電壓和電流，矽整流升壓變壓器的輸入為頻率變化的交流電壓和電流，經矽整流升壓變壓器升壓後得到頻率變化的高壓的交流電壓和電流，其整流後的輸出為高壓的直流電壓和電流。所述電除塵器高壓電源，變頻逆變電路是由電力半導體開關(如IGBT)等組成的逆變器(如H形全橋逆變器)，變頻逆變電路輸出頻率變化的交流電壓和電流，其變化的頻率具 有一個頻段(頻率變化的範圍)，頻段為設計工作頻率的10% 1000%。所述的電除塵器高壓電源，變頻逆變電路輸出的交流電壓和電流的頻率還在頻段內具有一個穩態工作的頻點，該頻點為矽整流升壓變壓器的設計工作頻率(如工頻50Hz、中低頻 100 或 200Hz、中頻 400Hz 或 600Hz、中高頻 800Hz)或 IOOOHz 或 1200Hz 等)。所述的電除塵器高壓電源，在變頻逆變電路輸出頻率變化的交流電壓和電流時，矽整流升壓變壓器可以得到變化的阻抗，其阻抗的變化範圍為矽整流升壓變壓器設計阻抗的 10% 1000%O所述的電除塵器高壓電源，在阻抗變化的範圍內對應穩態工作的頻點，還具有一個穩態工作阻抗值，為其設計工作頻率對應的設計阻抗。所述電除塵器高壓電源中各電路的作用整流電路將電網提供的交流電壓和電流整流成直流的電壓和電流；儲能濾波電路將整流後的直流電壓和電流進行濾波儲能後為變頻逆變電路提供平滑的直流電壓和電流；變頻逆變電路的工作任務是完成頻率變化的逆變交流輸出，逆變頻率是根據電除塵器電場的工況而變化的，是電除塵器電場電壓、電流、電壓的變化率及電流的變化率的運算結果，即逆變頻率是跟隨電除塵器電場的工況變化是動態變化的；矽整流升壓變壓器將逆變電路輸出的頻率變化的交流電壓和電流升壓整流成高壓直流電壓和電流；信號檢測電路的作用是對電場的電壓、電流、閃烙和拉弧進行檢測，將檢測到的信號提供給控制電路；控制電路的功能是完成電除塵器變頻高壓電源的各種算法和控制功能；信號指示電路及計算機監控電路的功能是實現信號的顯示和指示、控制參數設置等。本實用新型所述的電除塵器高壓電源的工作過程主迴路方面，電網的交流電壓電流由整流電路整流成脈動的直流電壓和電流；脈動的直流電壓和電流由儲能濾波電路進行濾波和儲能後形成平滑的直流電壓和電流送至變頻逆變電路；變頻逆變電路將平滑的直流電壓和電流進行逆變，形成頻率根據電除塵器電場工況變化的交流電壓和電流；再由矽整流升壓變壓器將變頻逆變完成的頻率變化的交流電壓和電流升壓並整流成電除塵器電場所需求的高壓的直流電壓和電流送至電除塵器電場。電除塵器高壓電源根據電場高壓直流電壓電流的變化實時動態的調節變頻逆變電路輸出的的交流電壓和電流的頻率，實時動態的調節矽整流升壓變壓器的阻抗。控制迴路方面，信號檢測電路實時的對電場的電壓、電流、閃烙和拉弧進行檢測，將檢測到的信號提供給控制電路；控制電路根據信號檢測電路的實時數據進行運算，輸出變頻逆變電路的控制信號而實現逆變電路的變頻逆變的交流輸出；控制電路的通信控制功能還將電除塵器高壓電源和上位計算機系統相連，實現向上位計算機系統傳送電除塵器高壓電源的工作參數；控制電路還和電除塵器高壓電源的人機接口相連，實現控制參數的設置及工作狀況參數的指示和顯示。本實用新型的有益效果如下。I、本實用新型所提供的電除塵器高壓電源改善了電除塵器的供電特性，提高了電除塵器電場的供電平均電壓，提高了電除塵器的除塵效率。相對於傳統的工頻可控矽(SCR)高壓電源，本實用新型所涉及的電除塵器高壓電源的變頻逆變電路按正弦脈衝寬度調製(SPWM)變頻逆變輸出，矽整流升壓變壓器的輸入為完整的正弦交流調製波電壓，其二次側高壓交流輸出也為完整的正弦波交流電壓，高壓交流有效值得以提高，因此提高了電除塵器電場的平均電壓，使電除塵器的效率得以提高；並且，本實用新型的交流高壓整流後的直 流高壓電壓減少了脈動，電除塵器電場得到的是平滑的直流，提高了電場電暈放電的穩定性，可以有效的避免由於電場高壓直流電壓波動而引起電場擊穿後的閃烙和強烈拉弧，不僅提聞除塵效率，還具有良好的節能效果。2、本實用新型所提供的電除塵器高壓電源能快速的跟蹤電場工況的變化，提高了對電除塵器電場工況的響應能力。本實用新型對電除塵器電場工況進行實時檢測，在電除塵器電場工況變化時本實用新型能及時的調整變頻逆變電路的逆變頻率和逆變調製脈衝寬度，適時的調節輸出直流高壓電壓，快速的跟蹤電場工況波動時電場內電暈放電的強度變化，取得最佳的電暈放電效果。3、本實用新型所提供的電除塵器高壓電源有很好的阻抗適應能力。根據矽整流升壓變壓器的阻抗控制變頻逆變電路的逆變輸出頻率，使本實用新型的各部分電路處於阻抗的最佳匹配狀態。因此，本實用新型不僅適用於新建的電除塵器以提高除塵效率和提高能效，而且還特別適合已有電除塵器的高壓電源的改造升級以達到提高除塵效率和降低能耗。在已有電除塵器的高壓電源的改造升級項目中，本實用新型通過和原有高壓電源矽整流升壓變壓器的阻抗相匹配，可以使本實用新型工作在頻段內最佳的頻率以獲得最好的除塵效果、適應電除塵器工況的波動且達到節能的目的。因此，在已有電除塵器的高壓電源的改造升級項目中，可以保留並利用原有的矽整流升壓變壓器，可以達到節省費用和縮短工期的效果。4、本實用新型所提供的電除塵器高壓電源具有很高的功率因數。

圖I電除塵器高壓電源的電路原理框圖。圖2控制櫃內整流電路、儲能濾波電路、變頻逆變電路原理圖。圖3矽整流升壓變壓器電路原理圖。圖4控制櫃正面圖。圖5控制櫃內部布置圖。[0024]圖中I.整流電路，2.儲能濾波電路，3.變頻逆變電路，4.矽整流升壓變壓器，
5.信號檢測電路，6.控制電路，7.計算機監控電路，8.上位計算機系統，9.電除塵器。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步的說明。電除塵器高壓電源，包括控制櫃、矽整流升壓變壓器4 ;控制櫃內包括由整流電路I、儲能濾波電路2、變頻逆變電路3組成的主迴路；用於檢測電除塵器電場電壓、電流、閃絡、拉弧，主迴路電壓、電流，矽整流升壓變壓器溫度和瓦斯檢測的信號檢測電路5 ;以及接收信號檢測電路5信號的控制電路6，與控制電路6相連接的信號指示電路和計算機監控電路7。變頻逆變電路3輸出頻率變化的交流電壓和電流，矽整流升壓變壓器4的輸入為頻率變化的交流電壓和電流，矽整流升壓變壓器4升壓後得到頻率變化的高壓的交流電壓和電流，其整流後的輸出為高壓的直流電壓和電流。變頻逆變電路3輸出的頻率變化的交流電 壓和電流具有一個頻段，頻段為設計工作頻率的10% 1000%。變頻逆變電路3輸出的頻率變化的交流電壓和電流在頻段內有一個穩態工作頻點，頻點為設計工作頻率。變頻逆變電路3輸出的頻率變化的交流電壓和電流，矽整流升壓變壓器4得到變化的阻抗，阻抗的變化範圍為設計阻抗的10% 1000%。在阻抗變化的範圍內有一個穩態工作阻抗值，與穩態工作頻點相對應。圖I中的信號檢測電路5由電網交流電壓和電流檢測器件VAC和IAC、整流電路I(REC)的直流輸出直流母線迴路的電壓和電流檢測器件VDC和IDC、變頻逆變電路3 (INV)的交流輸出的電壓和電流檢測器件VINV和IINV、矽整流升壓變壓器4 (HVT)的溫度和瓦斯檢測器件TTR和GTR、電除塵器9 (ESP)的電場電壓電流檢測器件VD和ID等組成。在圖I中，電網的交流電壓電流由整流電路I (REC)整流成脈動的直流電壓和電流；脈動的直流電壓和電流由儲能濾波電路2 (C)進行濾波和儲能後形成平滑的直流電壓和電流送至變頻逆變電路3 (INV);變頻逆變電路3 (INV)將平滑的直流電壓和電流進行逆變，形成頻率根據電除塵器9 (ESP)電場工況變化的交流電壓和電流；再由矽整流升壓變壓器4 (HVT)將變頻逆變完成的頻率變化的交流電壓和電流升壓並整流成電除塵器9 (ESP)電場所需求的高壓的直流電壓和電流送至電除塵器9 (ESP)的電場；信號檢測電路5實時的對電場的電壓、電流、閃烙和拉弧進行檢測，將檢測到的信號提供給控制電路6 (C0N);控制電路6 (CON)根據信號檢測電路5的實時數據進行運算，輸出變頻逆變電路3 (INV)的控制信號而實現變頻逆變電路3 (INV)的變頻逆變交流的輸出；控制電路6 (CON)的通信控制功能和上位計算機系統8 (IPC)相連，實現向上位計算機系統8 (IPC)進行工作參數的相互傳送；控制電路6 (CON)還連接有計算機監控電路7 (HMI)，實現控制參數的設置及工作狀況參數的指示和顯示。在圖2中，整流電路I (REC)的整流器件RECLV由整流二極體Dlf D16組成或由整流模塊構成。儲能濾波電路2 (C)由電容器Cl、C2、C3、C4等電容器構成。變頻逆變電路3 (INV)由雙極型絕緣柵場效應管IGBTf IGBT4等電力半導體開關模塊組成。在圖3中，矽整流升壓變壓器4 (HVT)主要由升壓變壓器TR、高壓交流整流電路RECHV等組成；高壓交流整流電路RECHV由TDf TD4高壓整流二極體構成；在矽整流升壓變壓器4 (HVT)還包括有信號檢測電路5中的矽整流升壓變壓器4 (HVT)的溫度檢測器件TTR、瓦斯檢測GTR的上限GTRH和下限GTRL的檢測器件、電除塵器9 (ESP)的電場電壓電流檢測器件VD和ID等。信號檢測電路5包括有由電阻網絡所構成的整流電路I (REC)將交流整流成直流後的電壓VIDC表和電流IIDC指示電路、由電壓變送器HLVDC和電流變送器HLIDC構成的VDC和IDC、由電壓變送器HLVAC和電流變送器HLIAC構成的變頻逆變電路3 (INV)變頻逆變輸出的頻率跟隨電除塵器9 (ESP)的電場工況而變化的交流電壓和電流VINV和IINV
坐寸ο整流電路I (REC)的整流器件RECLV可以由整流二極體、或單相、兩相、三相或多相整流模塊組成，其規格可以根據本發明的輸出功率確定。儲能濾波電路2 (C)電容器的電容量根據變頻逆變電路3 (INV)對直流迴路的文波要求和整流電路I (REC)輸出的直流電壓幅值確定。變頻逆變電路3 (INV)可以採用單相、兩相、三相或多相變頻逆變，由電力 半導體開關模塊組成；既可以採用單開關模塊組合而成，也可以採用成對開關封裝的模塊構成；其規格可以按照本發明的輸出功率參數確定。矽整流升壓變壓器4 (HVT)的規格參數按照電除塵器9 (ESP)的電場參數確定。控制電路6 (CON)可以選擇由MCU或DSP等集成電路構成。計算機監控電路7(HMI)可以選擇採用觸控螢幕、IXD監控裝置和平板電腦等所構成。上位計算機系統8 (IPC)和控制電路6 (CON)的通信控制埠連接，選擇和控制電路6 (CON)通信協議相符的計算機監控設備即可。在圖2所示的電路原理圖中，電網交流電源經開關QFl進入由整流二極體模塊DlfD16構成的整流電路I (REC)被整流成直流的電壓和電流。整流電路I (REC)輸出的直流電壓和電流由電容器Cl、C2、C3、C4等構成的儲能濾波電路2 (C)所濾波儲能後變成平滑的直流電壓和電流。在整流電路(I )REC和儲能濾波電路(2 )C所構成的直流迴路中還包括有信號檢測電路5的一些信號檢測元件，其中由電阻網絡所構成的直流電壓表VIDC及電流表IIDC ;由電壓電流變送器HLl和HL2構成的直流電壓電流檢測器件VDC和IDC，其信號提供給控制電路6 (CON)0平滑的直流電壓電流由IGBTf IGBT4等電力半導體開關構成的變頻逆變電路3 (INV)變頻逆變成頻率隨電除塵器9 (ESP)電場工況而變化的交流電壓和電流。隨變頻逆變電路3 (INV)還配置有信號檢測電路5的THS、VINV和IINV等檢測器件，其中THS為變頻逆變電路3 (INV)的溫度檢測器件，用於控制電路6 (CON)監視變頻逆變電路(3) INV的發熱狀況；VINV和IINV檢測器件為變頻逆變電路3 (INV)變頻逆變輸出的交流電壓和電流的檢測元件，用於控制電路6 (CON)監視變頻逆變電路3 (INV)的變頻逆變輸出。在圖3所示的電路原理圖中，由變頻逆變電路3(INV)變頻逆變成頻率隨電除塵器9 (ESP)電場工況而變化的交流電壓和電流進入矽整流升壓變壓器4 (HVT);通過矽整流升壓變壓器4 (HVT)內升壓變壓器TR的升壓形成頻率隨電除塵器9 (ESP)電場工況而變化的高壓交流電壓和電流；頻率變化的高壓交流電壓和電流經矽整流升壓變壓器4 (HVT)內由TDf TD4所構成的整流電路RECHV整流後得到高壓的直流電壓和電流；高壓的直流電壓和電流經限流電阻R提供給電除塵器9 (ESP)0配套矽整流升壓變壓器4 (HVT)，信號檢測電路5配置有溫度檢測器件TTR、瓦斯檢測GTR的上限GTRH和下限GTRL的檢測器件、電除塵器9 (ESP)的電場電壓電流檢測器件VD和ID等，它們的信號均進入控制電路6 (C0N),其中，電除塵器9 (ESP)的電場電壓電流檢測器件VD和ID由Rl-kV、R2-kV和R_mA所組成的電阻網絡所構成；檢測器件TTR用於矽整流升壓變壓器4 (HVT)的工作溫度檢測，瓦斯檢測GTR採用瓦斯傳感器，瓦斯傳感器GTR設置上限(重瓦斯)GTRH和下限(輕瓦斯)GTRL檢測，用於矽整流升壓變壓器4 (HVT)運行期間的瓦斯檢測和保護。在圖4、圖5所示的控制櫃組裝示意圖中，整流電路I (REC)、儲能濾波電路2 (C)、變頻逆變電路3 (INV)、信號檢測電路5、控制電路6 (C0N)、計算機監控電路7 (HMI)等安裝布置在一個控制櫃內。控制櫃和矽整流變壓器4分開安裝，控制櫃既可以在室內安裝，也可以在電除塵器現場矽整流變壓器4就近處安 裝；矽整流升壓變壓器4既可以在電除塵器現場頂部安裝，也可以在遠離電除塵器安裝，通過高壓電纜和電除塵器電場連接。
權利要求1.電除塵器高壓電源，包括控制櫃、矽整流升壓變壓器(4);控制櫃內包括由整流電路(I)、儲能濾波電路(2)、逆變電路組成的主迴路；用於檢測電除塵器電場電壓、電流、閃絡、拉弧，主迴路電壓、電流，矽整流升壓變壓器溫度和瓦斯檢測的信號檢測電路(5);以及接收信號檢測電路(5)信號的控制電路(6)，與控制電路(6)相連接的信號指示電路和計算機監控電路(7 )，其特徵是逆變電路是變頻逆變電路(3 )，變頻逆變電路(3 )輸出頻率變化的交流電壓和電流，矽整流升壓變壓器(4)的輸入為頻率變化的交流電壓和電流，矽整流升壓變壓器(4)升壓後得到頻率變化的高壓交流電壓和電流，其整流後的輸出為高壓的直流電壓和電流。
2.如權利要求I所述的電除塵器高壓電源，其特徵是變頻逆變電路(3)輸出的頻率變化的交流電壓和電流具有一個頻段，頻段為設計工作頻率的10% 1000%。
3.如權利要求2所述的電除塵器高壓電源，其特徵是變頻逆變電路(3)輸出的頻率變化的交流電壓和電流在頻段內有一個穩態工作頻點，頻點為設計工作頻率，變頻逆變電路(3)輸出的頻率變化的交流電壓和電流，矽整流升壓變壓器(4)得到變化的阻抗，阻抗的變化範圍為設計阻抗的10% 1000%。
4.如權利要求3所述的電除塵器高壓電源，其特徵是在阻抗變化的範圍內有一個穩態工作阻抗值，與穩態工作頻點相對應。
專利摘要本實用新型涉及一種電除塵器電場高壓直流供電的電除塵器高壓電源，包括控制櫃、矽整流升壓變壓器4；控制櫃內包括由整流電路1、儲能濾波電路2、逆變電路組成的主迴路；用於檢測電除塵器電場電壓、電流、閃絡、拉弧，主迴路電壓、電流，矽整流升壓變壓器溫度和瓦斯檢測的信號檢測電路5；以及接收信號檢測電路5信號的控制電路6，與控制電路6相連接的信號指示電路和計算機監控電路7，其特徵是逆變電路是變頻逆變電路3。本實用新型所提供的電除塵器高壓電源有很好的阻抗適應能力，很高的功率因數，並改善了電除塵器的供電特性，能快速的跟蹤電場工況的變化，提高了對電除塵器電場工況的響應能力和供電平均電壓，提高了電除塵器的除塵效率。
文檔編號H02M7/06GK202550900SQ20122001691
公開日2012年11月21日 申請日期2012年1月16日 優先權日2012年1月16日
發明者劉衛平, 汪引紅 申請人:中鋼集團天澄環保科技股份有限公司