地埋式汙水處理設備風機房供電系統驅動模塊的逆變電路的製作方法
2023-06-10 02:25:16
地埋式汙水處理設備風機房供電系統驅動模塊的逆變電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種地埋式汙水處理設備風機房供電系統驅動模塊的逆變電路，該地埋式汙水處理設備風機房供電系統包括設置於機房本體外的供電設備和設置於機房本體內的負載設備，供電設備和負載設備之間設置驅動模塊，驅動模塊的輸入端與接地端之間設置有第一防雷保護電路，驅動模塊的輸出端與接地端之間設置有第二防雷保護電路，驅動模塊包括整流電路、濾波電路以及逆變電路；逆變電路包括功率管驅動晶片，功率管驅動晶片接至微處理器電路的功率輸出端，以便根據微處理器電路的微處理器輸出的脈衝寬度調製信號，驅動對應的功率管交替導通和關斷。本實用新型至少能在安全性、抗幹擾性或可操控性等的某一個方面改善供電系統的性能。
【專利說明】地埋式汙水處理設備風機房供電系統驅動模塊的逆變電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及汙水處理技術，尤其涉及地埋式汙水處理設備風機房的供電系統及其附屬設施。
【背景技術】
[0002]地埋式汙水處理設備是一種以生物膜為淨化主體的汙水生物處理系統，充分發揮了厭氧生物濾池、接觸氧化床等生物膜反應器具有的生物密度大、耐汙能力強、動力消耗低、操作運行穩定、維護方便的特點，因而具有很廣的應用前景和推廣價值。
[0003]典型的地埋式汙水處理設備包括依次連接的格柵井、調節池、初沉池、動力氧化接觸池、澄清池以及和動力氧化接觸池連接的風機房；其中的動力氧化接觸池包括反應器主體、反應器內殼、旋切式攪拌器；反應器內殼設置在反應器主體內部，其底部開口與反應器主體連通；所述的旋切式攪拌器貫穿反應器主體和反應器內殼設置；反應器內殼內部形成曝氣區，反應器內殼外壁與反應器主體內壁之間的空間上方形成排水區，下方形成汙泥沉澱區；反應器主體底部設置有曝氣管。其中，曝氣區內充填納米懸浮生物載體，納米懸浮生物載體上的微生物膜和活性汙泥會利用汙水中的C、N、P生長繁殖，將水體中的汙染物及水體富營養物質消化吸收，同時設置的旋切式攪拌器能有效的輔助曝氣管進行曝氣工作，最終將汙水中的汙染物去除；汙水中的泥水進入汙泥沉澱區泥水分離後汙泥會自動回到曝氣區，淨化後的水通過排水區進入澄清池後進一步去除懸浮物，之後進入消毒池，當達標後排放到受納水體或作深度處理。
[0004]在地埋式汙水處理設備中，風機房中的風機是整個汙水處理設備的動力來源，必須保持其正常的運行。在風機房的供電系統中，作為負載設備的風機接通過驅動模塊接至作為供電設備(如市電、太陽能發電機、風能發電機)的輸出端，由該驅動模塊將供電設備提供的交流電轉換為負載設備所需的交流電或直流電，由此達到對負載設備的控制。
[0005]上述風機房供電系統設計上存在不足:一是防雷保護措施不夠好，在雷電流過於強大時，可能有小部分雷電流進入到負載設備，由此導致負載設備在雷擊電流殘壓衝擊下損壞，這使得系統安全性差，大大地縮短了其使用壽命；二是抗幹擾措施不夠理想，負載設備容易遭受電源及外部環境等因素的幹擾，這對負載設備的穩定運行造成較大的影響；三是控制不夠方便，其控制參數的調整不夠靈活，不能很好地滿足用戶的需求。有鑑於此，有必要涉及新的地埋式汙水處理設備的供電系統及其分系統，以便使其性能得以改善。
實用新型內容
[0006]針對現有技術存在的缺陷，本實用新型的目的在於提供地埋式汙水處理設備風機房供電系統及其附屬設施，以便至少能在安全性、抗幹擾性或可操控性等的某一個方面使供電系統的性能得以改善。
[0007]為解決以上技術問題，本實用新型提供一種地埋式汙水處理設備風機房供電系統驅動模塊的逆變電路，該地埋式汙水處理設備風機房供電系統包括設置於機房本體外的供電設備和設置於機房本體內的負載設備，所述供電設備和所述負載設備之間設置驅動模塊，所述驅動模塊的輸入端與接地端之間設置有第一防雷保護電路，所述驅動模塊的輸出端與接地端之間設置有第二防雷保護電路，所述驅動模塊包括用於將交流電轉換為直流電的整流電路、用於實現直流電的濾波平滑及儲能作用的濾波電路以及用於完成直流電向交流電轉換而實現調頻調壓的逆變電路；所述逆變電路包括功率管驅動晶片，所述功率管驅動晶片接至微處理器電路的功率輸出端，以便根據所述微處理器電路的微處理器輸出的脈衝寬度調製信號，驅動對應的功率管交替導通和關斷。
[0008]與現有技術相比，本實用新型可以有效地改善供電系統的性能，其至少可以取得以下某一個方面的優點:
[0009]1、安全性提高。設有二級避雷保護，其中的大部分雷擊電流通過驅動模塊輸入端的第一級接地元件洩放；而驅動模塊輸出端設置第二級接地元件，使得進入負載的殘壓更小，有利於防止負載遭受雷擊，提高其使用安全性，延長其使用壽命。
[0010]2、抗幹擾性強。主要表現在幾個方面:
[0011](I)屏蔽電纜靠供電設備的一端電纜屏蔽層通過接地元件接地，屏蔽電纜靠負載設備的另一端電纜屏蔽層直接接地，其保持了傳統二點接地的良好抗幹擾效果，同時也限制了地電流或幹擾的大小，可以避免地電流或幹擾過大時燒毀屏蔽電纜屏蔽層的危險。
[0012](2)屏蔽電纜的芯線均設計了芯線屏蔽層，有利於抑制芯線之間產生的電磁輻射、靜電耦合和電磁感應；同時也設計了電纜屏蔽層，有利於抑制外部的電磁幹擾；這兩方面因素，較好地消除了供電系統屏蔽電纜所產生的幹擾，有利於保證數據的準確性。
[0013](3)驅動模塊的輸入級設置有濾波退耦電路，其作為交流信號輸入通道的前置模擬低通濾波器，兼有抗幹擾的作用，可以抑制來自供電設備的差模幹擾，保證負載設備數據傳輸的準確性。
[0014]3、可操控性更好。通過微處理器電路控制驅動模塊的輸出模式，有利於靈活地按預定要求輸出電壓，從而滿足不同用戶的需求。對於電機類負載設備而言，可以根據人機接口電路的設定信號，對電機進行無級變頻控制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]通過閱讀下文優選實施方式的詳細描述，各種其他的優點和益處對於本領域普通技術人員將變得清楚明了。附圖僅用於示出優選實施方式的目的，而並不認為是對本實用新型的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號來表示相同的部件。在附圖中:
[0016]圖1為本實用新型實施例地埋式汙水處理設備風機房的示意圖；
[0017]圖2為圖1所示地埋式汙水處理設備風機房的供電系統組成框圖；
[0018]圖3為圖2中屏蔽電纜的接地方式；
[0019]圖4為圖2中屏蔽電纜的結構圖；
[0020]圖5為圖2中驅動模塊的組成框圖；
[0021]圖6為圖5所示驅動模塊中部分電路的實例。
【具體實施方式】
[0022]在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本實用新型。但是本實用新型能夠以很多不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本實用新型內涵的情況下做類似推廣，因此本實用新型不受下面公開的具體實施例的限制。
[0023]參見圖1，為地埋式汙水處理設備風機房的示意圖。該地埋式汙水處理設備風機房包括機房本體101:機房本體101由彩鋼夾芯板拼接而成，結構簡單，方便拆裝、生產成本低；受力骨架由型鋼製成，結構強度高；機房本體101上設百葉窗，通風、散熱性能良好；屋面成斜坡面，防止雨水流入機房內。
[0024]如圖1所示，機房本體101內設置汙水配電櫃102及風機系統，該風機系統連接供氣管道(一般為硬聚氯乙烯材料製成)106 ;風機系統設置可交替運行的兩臺以上的供曝氣用的風機103，該風機系統的驅動模塊連接至太陽能發電機104、風能發電機105和市電，可根據情況由不同供電點設備供電，有助於避免電力中斷。
[0025]上述地埋式汙水處理設備風機房設置有良好的防雷及抗幹擾措施，且操控性十分良好，具體說明如下。
[0026]參見圖2，表示本實用新型供電系統的較優實施例。該供電系統包括負載設備(如配電櫃102、風機103等)3，它與供電設備(包括太陽能發電機104、風能發電機105、、市電及供電切換裝置等)I之間設置有驅動模塊2，其中供電設備I與驅動模塊2之間、驅動模塊2與負載設備3之間均通過連接電纜連接。
[0027]本實施例中，供電設備I為交流供電設備，如普通市電220V或380V ;驅動模塊2為AD-CD (交流-直流)驅動模塊，也可為交流-交流驅動模塊；連接電纜為屏蔽電纜4，其接有防雷保護電路，以便將雷電流引入大地，由此提高系統的安全性。特別地，本實施例中。為了使雷電電流安全流過，各電路元件之間均通過屏蔽電纜4連接，其接線端用螺釘固定。
[0028]本實施例的防雷保護電路包括二級防雷保護電路，具體是兩級接地元件5，優選地:第一級接地元件5為密閉式火花間隙，接於驅動模塊2的輸入端與接地端之間，可洩放雷電電流可達20KA ;第二級接地元件5放電管，接於驅動模塊2的輸出端與接地端之間，對流經驅動模塊2的小部分雷擊電流進一步放電，即對進入負載設備3的殘壓再作一次限流，使其低於額定的安全範圍。這就可使得大部分雷擊電流通過驅動模塊2輸入端的第一級接地元件5洩放，而驅動模塊2輸出端設置的第二級接地元件5則可使得進入負載的殘壓更小，從而有利於防止負載遭受雷擊，提高其使用安全性，延長其使用壽命。
[0029]上述的第一級接地元件5、第二級接地元件5均可選擇氧化鋅壓敏電阻或其它類型的接地電阻代替，同樣具有較好的防雷效果。在雷電電流較大時，氧化鋅壓敏電阻被擊穿，雷電電流迅速經過氧化鋅壓敏電阻流入接地端，使得進入負載設備3的殘壓被鉗制在預定範圍內。
[0030]由於設有二級避雷保護，來自供電設備I線路傳輸線的大部分雷擊電流通過第一級接地元件5洩放，而第二級接地元件5使進入負載設備3的殘壓更小。這有利於防止負載遭受雷擊，提高使用安全性，延長其使用壽命。
[0031]如上所述，供電設備I與驅動模塊2之間、驅動模塊2與負載設備3之間均通過屏蔽電纜4連接，其中的屏蔽電纜4的屏蔽層均接至地，以下進一步說明。
[0032]參見圖3，表示屏蔽電纜4的接地方式。負載設備3通過屏蔽電纜4與供電設備I連接，該屏蔽電纜4由電纜芯線及電纜屏蔽層構成，該電纜屏蔽層包裹住電纜芯線以降低電磁幹擾，其中:屏蔽電纜4靠近供電設備I的一端電纜屏蔽層通過接地元件5接地，屏蔽電纜4靠近負載設備的另一端電纜屏蔽層直接接地。
[0033]在實際電力系統中，屏蔽電纜4的長度一般大於20m，因此可使接地元件5接於距供電設備4m?6m的位置。該接地元件5可為接地電阻，具體類型可為氧化鋅壓敏電阻等(當然也可為其它元件)。該接地電阻的阻值與屏蔽電纜4的電纜屏蔽層的等效電阻相等，也可以依據實際情況另行選取。
[0034]此實施例負載設備3和供電設備I之間的屏蔽電纜4採用了二點接地方案，因而仍然保持了傳統二點接地方案的良好抗幹擾效果；由於屏蔽電纜4靠近供電設備I的一端電纜屏蔽層通過接地元件接地，有利於對接地電流或幹擾限流，由此避免了地電流或幹擾過大時燒毀屏蔽層的危險，同時也可以達到較好地電磁兼容效果，而且不會引起負面天線效應。
[0035]參見圖4，表示屏蔽電纜的具體結構。該屏蔽電纜4的外保護層41內設置有多根芯線45，其中每根芯線包裹有內保護層43 ;特別地，外保護層內41層設置有電纜屏蔽層42，內保護層43的內側設置有芯線屏蔽層44。
[0036]由於屏蔽電纜4的芯線及電纜自身均設置屏蔽層，可以抑制芯線之間的幹擾及外界的幹擾，具體而言:屏蔽電纜的芯線均設計了芯線屏蔽層，有利於抑制芯線之間產生的電磁福射、靜電稱合和電磁感應；電纜自身設置電纜屏蔽層，有利於抑制外部的電磁幹擾；這兩方面因素，較好地消除了供電系統屏蔽電纜所產生的幹擾，有利於保證數據的準確性。
[0037]優選地，電纜屏蔽層42和芯線屏蔽層44的兩端分別接地，以便有效降低幹擾源。較優地，是使電纜屏蔽層42和芯線屏蔽層44靠近供電設備I的一端通過接地元件5接地，電纜屏蔽層42和或芯線屏蔽層44靠近負載設備3的一端直接接地。
[0038]本實用新型實施例的供電系統具有濾波退耦式抗幹擾功能，以下進行說明。
[0039]參見圖5，為驅動模塊的較優實施例。該供電系統包括負載設備3，其通過驅動模塊2接至供電設備I的輸出端，用以將供電設備I提供的交流電轉換為負載設備3所需的交流電或直流電；特別地，該驅動模塊2的輸入級設置有濾波退耦電路20，它優選為RC濾波退耦電路，由串接的限流電阻R和濾波電容C構成，由此使得供電設備的輸出正端和輸出地端接入串接的限流電阻R和濾波電容C，可以抑制來自供電設備I的差模幹擾，保證負載設備3數據傳輸的準確性。
[0040]本實施例中的濾波退耦電路20為RC濾波退耦電路，其作為交流信號輸入通道的前置模擬低通濾波器，兼有抗幹擾的作用；交直流信號輸入通道兩個端子間接入退耦電容，可為高頻差模幹擾信號提供旁路。順便指出地是，從抗幹擾角度考慮，RC濾波器比LC濾波器好:RC濾波器是耗散式濾波器，可把噪聲能量變成熱能耗散掉了 ；LC濾波器則會產生附加的磁場幹擾，因而電感要加屏蔽罩。
[0041]上述實施例中的驅動模塊2可進行優化，本實例的驅動模塊2依次包括整流電路21、功率因素調整電路22、濾波電路23、逆變電路24及微處理器電路25、人機接口電路26等部分，其中:整流電路21由整流二極體或橋堆組成(優選為全橋整流電路)，包括必要的幹擾濾除電路，其主要功能是把交流電轉換為直流電；功率因數校正電路22為可選部件，由功率半導體及控制晶片組成，它還接至微處理器電路25的功率因素校正端，作用是使輸入電流接近正弦波，減少電網諧波含量，實現提高功率因數的目的；濾波電路23(優選為RC濾波電路)主要由電解電容等元件組成，完成直流電的濾波平滑以及儲能作用；逆變電路24由功率模塊及驅動電路組成，功率模塊可以是智能功率模塊，它還接至所述微處理器電路的驅動信號端，其主要功能是，完成直流電向三相交流電的轉換，實現調頻調壓目的；微處理器電路25由微處理器(DSP)及外圍電路組成，其根據人機接口電路26發來的命令，發出對應的指令信號，控制功率因數校正電路22和逆變電路24工作，並根據電路反饋信息，進行必要的電路保護和故障處理。這樣，該實施例通過微處理器電路控制驅動模塊的輸出模式，有利於靈活地按預定要求輸出電壓，從而滿足不同用戶的需求。
[0042]參見圖6，為驅動模塊中部分電路結構的實施例。具體是用於風機的電機31的逆變電路與微處理器電路的實例，其工作方式為:市電經過整流電路21變為直流電，通過電解電容濾波後，接入逆變電路24的直流電源241的兩端，該直流電源241的兩端間接入濾波電容。而微處理器電路25的微處理器(MCU/DSP) 251根據人機接口電路26的設定信號，對負載設備3的電機31進行控制。
[0043]本實施例中，逆變電路24包括功率管驅動晶片242，該功率管驅動晶片242接至微處理器電路25的微處理器(MCU/DSP)251，以便根據微處理器251輸出的脈衝寬度調製信號，驅動對應的功率管交替導通和關斷。具體的，所述逆變電路24包括六個功率管SI?S6，這六個功率管分成三組，每組功率管控制三相電機31的一相繞組。
[0044]各個功率管的具體連接方式是:功率管S1、S2、S3的源極共同接直流電源241的一端，功率管S4、S5、S6的漏極共同接直流電源241的另一端，功率管SI的漏極和功率管S4的源極的連接點接電機的U相端子，功率管S2的漏極和功率管S5的源極的連接點接電機的V相端子，功率管S3的漏極和功率管S6的源極連接點接電機的W相端子；功率管，功率管S1、S2、S3、S4、S5、S6的柵極分別接功率管驅動晶片242的一個輸出端，該功率管驅動晶片242的各個輸入端分別受微處理器251的輸出脈衝寬度調節信號PWM1、PWM2、PWM3、P麗4、P麗5、P麗6中的一路控制。
[0045]開機時，微處理器251根據設定的電機轉速產生相應的6路脈衝寬度調製信號，SP驅動信號PWMl?PWM6 ;通過功率管驅動晶片242驅動6個功率管(M0SFET或IGBT) SI?S6 ;這些功率管的交替導通和關斷，產生三相調製波形，輸出電壓可調、頻率可變的三相交流電，輸出到電機31的U、V、W接線端，從而實現電機31的無級變頻調速。
[0046]以上僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出的是，上述優選實施方式不應視為對本實用新型的限制，本實用新型的保護範圍應當以權利要求所限定的範圍為準。對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型的精神和範圍內，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。
【權利要求】
1.一種地埋式汙水處理設備風機房供電系統驅動模塊的逆變電路，該地埋式汙水處理設備風機房供電系統包括設置於機房本體外的供電設備和設置於機房本體內的負載設備，所述供電設備和所述負載設備之間設置驅動模塊，所述驅動模塊的輸入端與接地端之間設置有第一防雷保護電路，所述驅動模塊的輸出端與接地端之間設置有第二防雷保護電路，所述驅動模塊包括用於將交流電轉換為直流電的整流電路、用於實現直流電的濾波平滑及儲能作用的濾波電路以及用於完成直流電向交流電轉換而實現調頻調壓的逆變電路，其特徵在於，所述逆變電路包括功率管驅動晶片，所述功率管驅動晶片接至微處理器電路的功率輸出端，以便根據所述微處理器電路的微處理器輸出的脈衝寬度調製信號，驅動對應的功率管交替導通和關斷。
2.如權利要求1所述的地埋式汙水處理設備風機房供電系統驅動模塊的逆變電路，其特徵在於，所述逆變電路包括六個功率管，所述六個功率管分成三組，其中每組功率管控制三相電機的一相繞組。
3.如權利要求2所述的地埋式汙水處理設備風機房供電系統驅動模塊的逆變電路，其特徵在於，所述六個功率管均為MOSFET功率管或IGBT功率管。
4.如權利要求1所述的地埋式汙水處理設備風機房供電系統驅動模塊的逆變電路，其特徵在於，所述驅動模塊包括功率因素調整電路人機接口電路，所述功率因素調整電路設置於所述整流電路與所述濾波電路之間，所述功率因素調整電路接至所述微處理器電路的功率因素校正端，所述人機接口電路接至所述微處理器電路的輸入端。
5.如權利要求1所述的地埋式汙水處理設備風機房供電系統驅動模塊的逆變電路，其特徵在於，所述驅動模塊的輸入級設置用於抑制來自所述供電設備的差模幹擾的濾波退耦電路。
6.如權利要求5所述的地埋式汙水處理設備風機房供電系統驅動模塊的逆變電路，其特徵在於，所述濾波退耦電路為RC濾波退耦電路，所述RC濾波退耦電路由串接於所述供電設備的輸出正端和輸出地端的限流電阻和濾波電容構成。
7.如權利要求1所述的地埋式汙水處理設備風機房供電系統驅動模塊的逆變電路，其特徵在於，所述第一防雷保護電路包括密閉式火花間隙或接地電阻，所述第二防雷保護電路包括放電管或接地電阻。
8.如權利要求1所述的地埋式汙水處理設備風機房供電系統驅動模塊的逆變電路，其特徵在於，所述供電設備與所述驅動模塊之間、所述驅動模塊與所述負載設備之間均通過屏蔽電纜連接，所述屏蔽電纜電纜的外保護層內設置多根芯線，所述芯線包裹有內保護層。
9.如權利要求8所述的地埋式汙水處理設備風機房供電系統驅動模塊的逆變電路，其特徵在於，所述屏蔽電纜的外保護層的內側設置有電纜屏蔽層，所述屏蔽電纜的內保護層的內側設置有芯線屏蔽層。
10.如權利要求9所述的地埋式汙水處理設備風機房供電系統驅動模塊的逆變電路，其特徵在於，所述屏蔽電纜靠近所述供電設備的一端所述電纜屏蔽層和所述芯線屏蔽層通過接地元件接地，所述屏蔽電纜靠近所述負載設備的另一端所述電纜屏蔽層和所述芯線屏蔽層直接接地。
【文檔編號】H02H9/04GK203984254SQ201420406845
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月22日 優先權日:2014年7月22日
【發明者】周磊 申請人:諸暨市沃思環保技術有限公司