三相高頻逆變高壓整流靜電除塵集成電源的製作方法
2023-10-10 02:10:39
三相高頻逆變高壓整流靜電除塵集成電源的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種三相高頻逆變高壓整流靜電除塵集成電源，由三相工頻低壓整流器SZ、濾波器CL、三相高頻低壓逆變器PF、三相高頻低壓輸入/多相高頻高壓輸出變壓器PB和多相高頻高壓整流器PZ所集成，並依次相聯接。本發明採用三相高頻低壓逆變結構PF，可提高高頻逆變器效率和可靠性。本發明採用多相升壓變壓器結構PD，可提高高頻變壓器效率和安全性。本發明採用多相整流結構PZ，可提高高頻整流器效率並降低高次諧波。本發吸具有高功率、高效率、高可靠、低諧波、低材耗和低能耗等特點。
【專利說明】三相高頻逆變高壓整流靜電除塵集成電源
【技術領域】
[0001] 本發明涉及靜電除塵集成電源，尤其是涉及一種適宜於大容量高壓靜電除塵的三 相高頻逆變高壓整流靜電除塵集成電源。
【背景技術】
[0002] 隨著工業粉塵及廢氣排放量的日益增加，環境汙染狀況愈來越嚴重，特別是冶金、 礦山、電力、建材、化工等行業尤為嚴重。我國是一個產煤大國，也是一個耗煤大國，煤炭佔 我國能源結構的比重高達70%左右，由此還是一個排放煤粉塵大國。燃煤成為低能效、高汙 染乃至霧霾重的主要根源之一。應用高壓靜電除塵裝置能夠有效地收集尚未擴散的粉塵， 目前我國燃煤電廠除塵設備中95%以上已採用高壓靜電除塵裝置。然而，在現有的高壓靜 電除塵裝置中普遍採用工頻升壓整流電源，工頻高壓電源的火花控制特性很差，花火能量 大，電場恢復慢，導致無效除塵時間長，造成電源除塵效率低，而且同一煙道中往往採用至 少四級電場（四套電源）依次除塵，才能滿足我國煙氣汙染物排放標準。為此，開發高頻 高壓整流電源是解決工頻電源之不足的有效路徑，其除塵效率高，電源體積小，電能利用率 高，逐漸被業內所認定。但是，目前國內所研製的電除塵用高頻高壓整流電源，還停留在中 小功率階段，其輸出電流普遍偏低，導致電場內的粉塵荷電能力依然偏低，除塵效率尚未得 到顯著提高。至於倍壓整流模式，是在變換器的整流輸出環節採用倍壓整流技術，從而減小 了變壓器的升壓倍數，使變壓器的電壓等級降低。電壓等級降低了，變壓器二次繞組與一次 繞組的匝數比減小從而減小了寄生電容。同時，變壓器的絕緣設計相對變得比較容易，很大 程度上減小了變壓器的體積和整個電源系統的重量。然而，倍壓整流模式只能在負載較輕 的情況下方能正常工作，對於需要大功率電源的靜電除塵等工況下，由於負荷電流較大， 倍壓整流將會產生電壓降，達不到所需求的電壓輸出，這就限制其倍壓級數不能太多，一般 多為二級倍壓。倍壓電路在正常工作狀態下，輸出電壓很穩定，一旦負載出現短路或者負載 電場擊穿放電(靜電除塵）時，倍壓整流電路將產生超過正常電流幾十倍的浪湧電流，危及 電源系統的安全運行。為此，往往在負載端串聯限流電阻等加以保護措施。
[0003] 近年來，伴隨著電力電子技術的飛速發展，特別是新一代功率電子器件如IGBT， M0SFET等的應用，高頻逆變技術越來越成熟，各種不同類型和特點的電路廣泛地被應用於 DC/DC與DC/AC等場合。這就為設計製造高頻高壓整流電源取替常規工頻高壓整流電源，減 小高壓電源裝置的體積與重量，提高靜電除塵系統效率提供了先進的核心器件。其中，高頻 高壓大功率變壓器成為電源系統的關鍵部件，起到高頻升壓、傳遞能量、安全隔離和可靠運 行等重要作用。因此，高頻高壓大功率變壓器的設計顯得尤為重要。三相高壓高頻大功率 變壓器的設計不同於傳統三相工頻大功率變壓器，也不同於單相高頻高壓小功率變壓器， 更不同於開關電源中常規的低壓高頻變壓器。如圖2所示的一種公知的大容量三相工頻整 流、單相高頻逆變與單相高壓整流靜電除塵器電源由於採用單相高頻低壓逆變結構DF、單 相升壓變壓器結構DD、單相整流結構DZ，導致高頻逆變器、高頻變壓器和高頻整流器效率 低，安全性和可靠性差。三相高壓高頻大功率變壓器設計時必須特別考慮高壓、高頻和大功 率工況下變壓器內部的電場、磁場和熱場。
[0004] 在國外，從70年代開始，日本的一些公司開始採用開關電源技術，將市電整流後 逆變為3kHZ左右的中頻，然後升壓，從而減小變壓器體積和重量。進人80年代後，高壓開關 電源技術迅速發展.德國西門子公司採用功率電晶體做主開關元件，將電源的開關頻率提 高到20kHZ以上。使變壓器的體積和重量進一步縮小。如今，節能減排已成為經濟與社會 發展的主題，高壓靜電除塵器以其獨特的優勢廣泛應用於工業粉塵的回收與處理領域。目 前，大功率(大於10kW)、高壓(大於10kV)、高頻(大於20kHz)的AC-DC電源變換器的應用和 需求越來越廣泛。
[0005] 國內高頻高壓整流電源已達80kW，電壓大於70kV，頻率約為20kHz，且有控制方式 靈活、輸出高壓波形可控、閃絡後關閉速度快和重啟迅速等優點，成為當今靜電除塵電源的 主要研究發展方向。但是，仍然存在容量較小、波紋依然較大、運行穩定性較差等問題，遠不 能滿足節能減排的市場需求和技術需要。
[0006] 今後靜電除塵裝置的發展趨勢是，火力發電廠向"大"發展，眾多的熱電廠正在拆 "小"並"大"，除塵的精度要求愈來愈高，捕捉的塵埃顆粒要求愈來愈小。我國在2011年7 月頒布的《火電廠大氣汙染物排放標準》（GB 13223- 2011)中規定燃煤電廠煙塵排放濃度 限制降低到30 mg / m3的嚴格要求。目前還嚴格規定了 PM2. 5減排指標，將來的趨勢還會 進一步縮小至PM1. 0。為此，節能減排對高壓靜電除塵裝置及其高頻高壓整流電源的需求 趨勢，迫切向"大"的方向發展。如大多需要72kV、2000mA高壓直流電源。2004年我國電 除塵委員會統計我國電除塵設備年產超過100億元大關，其中高壓電源佔1/10?1/8,即 10億元?12. 5億元。但我國電除塵器使用的電源過去和現在基本上都是工頻50Hz可控矽 相控電源，效率低，輸出紋波大，不利於節能減排，消耗大量的銅材和鋼鐵，不利於可持續發 展。
【發明內容】
[0007] 本發明針對現有單相高頻高壓整流裝置之不足，提供一種大容量三相高頻逆變高 壓整流靜電除塵集成電源，實施三相工頻低壓整流一LC濾波一三相高頻低壓逆變一三相 高頻低壓/多相高頻高壓變壓一多相高頻高壓整流，為節能減排、特別是大規模靜電除塵， 提供一種高功率、高效率、高精度、高可靠的靜電除塵集成電源。
[0008] 本發明採用的技術方案是： 三相高頻逆變高壓整流靜電除塵集成電源，由三相工頻低壓整流器SZ、濾波器CL、三 相高頻低壓逆變器PF、三相高頻低壓輸入/多相高頻高壓輸出變壓器PB和多相高頻高壓整 流器PZ所集成，並依次相聯接。
[0009] 所述的三相高頻低壓逆變器PF，輸出10kHZ?20kHZ及以上三相高頻低壓交流電。 [0010] 所述的三相高頻低壓輸入/多相高頻高壓輸出變壓器PB採用三相高頻低壓輸入 和多相高頻高壓輸出多相輸出結構，多相高頻高壓輸出多相輸出繞組採用Y形接線結構， 使每相繞組的電壓降至1/ V 3 ;每相繞組採用η個餅式線圈分壓結構，使每個線圈的電壓 降至1/η。 toon] 本發明所具有的優點與效果是： 本發明採取三相高頻低壓逆變、三相高頻升壓和多相高頻高壓整流的高效技術路線。
[0012] 如何提高頻高壓大功率變壓器的可靠性是長期以來靜電除塵行業所面臨的一個 關鍵技術問題。
[0013] 由於高頻高壓變壓器採用λ /Y接線組別且無零線接地點，可消除3和3倍率的高 次諧波。
[0014] 初級為三相低壓繞組△接法，次級為高壓繞組為Υ接法。高壓繞組的絕緣強度成 為核心技術問題。本發明採取兩大技術措施： 一是高壓繞組採用Υ接，可使每相繞組的端電壓降低V 3倍，即： υφ = Ul/ V 3 = 0. 577 U1 ...........................(式 1) 式中： υΦ--高壓繞組相電壓（V); U1--高壓繞組線電壓（V)，即高頻高壓變壓器額定輸出電壓（V)。
[0015] 二是每相高壓繞組採用串聯餅式線圈，縱向疊式結構，可使每相繞組的端電壓降 低η倍，即： Ud = Ul/ V 3n = 0. 577 Ul /η ........................(式 2) Ud-高壓繞組餅式線圈電壓（V); η--高壓繞組餅式線圈串聯個數。
[0016] 每個餅式線圈的線間絕緣和外部絕緣採用耐高溫、耐高壓和耐電暈的絕緣材料， 形成縱向疊式繞組結構；或者採用環氧樹脂分段式骨架繞制而成。
[0017] 高頻升壓變壓器的鐵芯視頻率和功率需求不同，可優選高頻鐵氧體 (Hi-Ferrite)、娃鋼（Silicon Steel)、坡莫合金（Permalloy)、納米晶（Nanocrystalline) 等軟磁材料。
[0018] 依據諧波次數h的基本公式： h = mn ± 1 ..........................................(式 3 ) 式中： m-脈衝數； η 一自然數。
[0019] 如3相全波整流單元的脈衝數m為6,6±1為5和7,亦即，5次和7次及以下各次 諧波都將得到有效抑制；6相全波整流單元的脈衝數m為12,12±1為11和13,亦即，11次 和13次及以下各次諧波都將得到有效抑制。
[0020] 多相整流器採用高頻高壓二極體均壓串聯而成；或者採用高頻高壓整流模塊。
[0021] 本發明三相高頻逆變高壓整流靜電除塵集成電源，具有以下特點： (1)在高頻逆變器方面，本發明採用三相高頻低壓逆變結構PF，可提高高頻逆變器效率 和可靠性。
[0022] (2)在高頻升壓變壓器方面，本發明採用多相升壓變壓器結構ro，可提高高頻變壓 器效率和安全性。
[0023] (3)在高頻高壓整流器方面，本發明採用多相整流結構PZ，可提高高頻整流器效率 並降低高次諧波。
[0024] (4)本發吸具有1?功率、1?效率、1?可罪、低諧波、低材耗和低能耗等特點。
[0025] 本發明技術規格： 輸入電壓：3相380V; 輸出功率：10kW?200kW ; 輸出頻率：10kHZ?20kHZ ; 效率：> 90% ; 電壓總諧波：符合國家標準GB/T14549- 93《電能質量公用電網諧波》規定； 變頻運行模式：現場手控/遠控切換； 遠控接口：為PLC、DCS、FCS等控制系統預留模擬和數字接口。
[0026] 本發明應用領域： (1) 燃煤電廠、熱電廠高壓靜電除塵； (2) 其他工業高壓靜電除塵； (3) X光高頻高壓電源； (4) 其他【技術領域】高頻高壓電源。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發明三相高頻逆變高壓整流靜電除塵集成電源電路原理圖； 圖2為一種公知的大容量三相工頻低壓整流、單相高頻低壓逆變與單相高頻高壓整流 的低效靜電除塵電源電路原理圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合附圖對本發明作進一步詳述： 如圖1所示，本發明三相高頻逆變高壓整流靜電除塵集成電源，由三相工頻低壓整流 器SZ、濾波器CL、三相高頻低壓逆變器PF、三相高頻低壓輸入/多相高頻高壓輸出變壓器 PB和多相高頻高壓整流器PZ所集成，並依次相聯接。
[0029] 所述的三相高頻低壓逆變器PF，輸出10kHZ?20kHZ及以上三相高頻低壓交流電。
[0030] 所述的三相高頻低壓輸入/多相高頻高壓輸出變壓器PB採用三相高頻低壓輸入 和多相高頻高壓輸出多相輸出結構，多相高頻高壓輸出多相輸出繞組採用Y形接線結構， 使每相繞組的電壓降至1/ V 3 ;每相繞組採用η個餅式線圈分壓結構，使每個線圈的電壓 降至1/η。
[0031] 每個餅式線圈的線間絕緣和外部絕緣採用耐高溫、耐高壓和耐電暈的絕緣材料， 形成縱向疊式繞組結構；或者採用環氧樹脂分段式骨架繞制而成。
[0032] 高頻升壓變壓器的鐵芯視頻率和功率需求不同，可優選高頻鐵氧體 (Hi-Ferrite)、娃鋼（Silicon Steel)、坡莫合金（Permalloy)、納米晶（Nanocrystalline) 等軟磁材料。
[0033] 多相整流器採用高頻高壓二極體均壓串聯而成；或者採用高頻高壓整流模塊。
【權利要求】
1. 三相高頻逆變高壓整流靜電除塵集成電源，由三相工頻低壓整流器SZ、濾波器CL、 三相高頻低壓逆變器PF、三相高頻低壓輸入/多相高頻高壓輸出變壓器PB和多相高頻高壓 整流器PZ所集成，並依次相聯接。
2. 根據權利要求1所述的三相高頻逆變高壓整流靜電除塵集成電源，其特徵在於所述 的三相高頻低壓逆變器PF，輸出lOkHZ?20kHZ及以上三相高頻低壓交流電。
3. 根據權利要求1所述的三相高頻逆變高壓整流靜電除塵集成電源，其特徵在於所述 的三相高頻低壓輸入/多相高頻高壓輸出變壓器PB採用三相高頻低壓輸入和多相高頻高 壓輸出多相輸出結構，多相商頻商壓輸出多相輸出繞組米用Y形接線結構，使每相繞組的 電壓降至1/ V 3 ;每相繞組採用η個餅式線圈分壓結構，使每個線圈的電壓降至1/n。
【文檔編號】B03C3/66GK104065282SQ201410335382
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月15日 優先權日:2014年7月15日
【發明者】呂志鬥, 馬成家, 莫戈林, 李成林, 孫榮福, 侯衛剛, 馬東傑, 王林, 王哲, 張國梁, 劉懷秋, 王鳳林, 王福慶 申請人:鞍山市權晟電子電力有限公司