一種用於靜電除塵電源的電流控制裝置的製作方法
2023-05-18 20:06:41 2
本發明涉及靜電除塵技術領域，尤其涉及一種用於靜電除塵電源的電流控制裝置。
背景技術：
我國近9億噸鋼鐵生產以轉爐煉鋼為主，其佔全國總量的近80％。其中，100噸—300噸級轉爐的產能約佔全國鋼鐵產量的50％。因此，大型轉爐煉鋼的除塵問題是減少鋼鐵產業大氣汙染最重要的組成部分。
目前，大型轉爐煉鋼的除塵主要採用靜電除塵器。靜電除塵器的工作原理是利用高壓電場使煙氣發生電離，氣流中的粉塵荷電在電場作用下與氣流分離。負極由不同斷面形狀的金屬導線製成，叫放電電極。正極由不同幾何形狀的金屬板製成，叫集塵電極。靜電除塵器的性能受粉塵性質、設備構造和煙氣流速等三個因素的影響。粉塵的比電阻是評價導電性的指標，它對除塵效率有直接的影響。比電阻過低，塵粒難以保持在集塵電極上，致使其重返氣流。比電阻過高，到達集塵電極的塵粒電荷不易放出，在塵層之間形成電壓梯度會產生局部擊穿和放電現象。這些情況都會造成除塵效率下降。
現有用於大型轉爐煉鋼的靜電除塵器在工作過程中，溫度波動、比電阻變化大，快速變化的粉塵比電阻會導致閃絡的電壓值不斷改變，而現有的除塵設備響應速度較慢，以至於除塵效率低、電功耗大。
技術實現要素：
本發明目的是提供一種用於靜電除塵電源的電流控制裝置，以解決上述問題。
本發明解決技術問題採用如下技術方案：
一種用於靜電除塵電源的電流控制裝置，包括：
滯環寬度控制模塊，所述滯環寬度控制模塊用於接收除塵器電壓的給定值和除塵器電壓的實際值，並根據除塵器電壓的給定值和除塵器電壓的實際值獲得變壓器的給定電流值以及滯環寬度的上限和下限；
電流滯環控制模塊，所述電流滯環控制模塊與所述滯環寬度控制模塊相連，用於接收變壓器的給定電流值、變壓器的實際電流值和滯環寬度的上限、下限，並根據變壓器的給定電流值、變壓器的實際電流值和滯環寬度的上限、下限獲得總觸發脈衝；
觸發脈衝分配模塊，所述觸發脈衝分配模塊與所述電流滯環控制模塊相連，用於接收所述總觸發脈衝，並在所述總觸發脈衝中提取與靜電除塵設備相關的脈衝信號。
優選的，所述滯環寬度控制模塊，包括：
第一差運算器，所述第一差運算器的正輸入端輸入除塵器電壓的給定值，所述第一差運算器的負輸入端輸入除塵器電壓的實際值，所述除塵器電壓的給定值和除塵器電壓的實際值通過第一差運算器做差運算；
pi調節器，所述pi調節器的輸入端與所述第一差運算器的輸出端相連，用於對所述第一差運算器的輸出結果進行調節，並將調節結果作為變壓器的給定電流值；
環寬運算器，所述環寬運算器與所述pi調節器的輸出端相連，用於接收變壓器的給定電流值，並根據所述環寬運算器內預設的與靜電除塵設備相關的環寬數學模型和變壓器的給定電流值計算得到滯環寬度的上限和下限。
優選的，所述電流滯環控制模塊，包括：
第二差運算器，所述第二差運算器的正輸入端與所述pi調節器的輸出端相連，用於輸入變壓器的給定電流值，所述第二差運算器的負輸入端輸入變壓器的實際電流值，所述變壓器的給定電流值和變壓器的實際電流值通過第二差運算器做差運算獲得滯環寬度的實際值。
第一比較器，所述第一比較器的正輸入端與所述環寬運算器的滯環寬度上限輸出端相連，用於接收所述滯環寬度的上限，所述第一比較器的負輸入端與所述第二差運算器的輸出端相連，用於接收所述滯環寬度的實際值；
第二比較器，所述所述第二比較器的正輸入端與所述第二差運算器的輸出端相連，用於接收所述滯環寬度的實際值，所述第二比較器的負輸入端與所述環寬運算器的滯環寬度下限輸出端相連，用於接收所述滯環寬度的下限；
rs觸發器，所述rs觸發器的r端與所述第一比較器的輸出端相連，所述rs觸發器的s端與所述第二比較器的輸出端相連，所述rs觸發器q端輸出總觸發脈衝。
優選的，所述觸發脈衝分配模塊，包括：
a觸發脈衝分配器，所述a觸發脈衝分配器與所述電流滯環控制模塊相連，用於接收總觸發脈衝，並在所述總觸發脈衝中提取a+觸發脈衝和a-觸發脈衝；
b觸發脈衝分配器，所述b觸發脈衝分配器與所述電流滯環控制模塊相連，用於接收總觸發脈衝，並在所述總觸發脈衝中提取b+觸發脈衝和b-觸發脈衝。
優選的，所述a觸發脈衝分配器，包括：
第一與運算器，所述第一與運算器的第一輸入端接收第一預設方波，所述第一與運算器的第二輸入端與所述電流滯環控制模塊相連，接收總觸發脈衝；
第二與運算器，所述第二與運算器的第一輸入端接收第二預設方波，所述第二與運算器的第二輸入端與所述電流滯環控制模塊相連，接收總觸發脈衝；
第一和運算器，所述第一和運算器的第一輸入端與所述第一與運算器的輸出端相連，所述第一和運算器的第二輸入端與所述第二與運算器的輸出端相連；
第二和運算器，所述第二和運算器的第一輸入端與所述第一和運算器的輸出端相連，所述第二和運算器的第二輸入端接收第三預設方波；
第一開關控制器，所述第一開關控制器的輸入端與所述第二和運算器的輸出端相連，所述第一開關控制器輸出a+觸發脈衝；
第一非門，所述第一非門輸入端與所述第二和運算器的輸出端相連；
第二開關控制器，所述第二開關控制器的輸入端與所述第一非門的輸出端相連，所述第二開關控制器輸出a-觸發脈衝。
優選的，所述b觸發脈衝分配器，包括：
第三與運算器，所述第三與運算器的第一輸入端接收第四預設方波，所述第三與運算器的第二輸入端與所述電流滯環控制模塊相連，接收總觸發脈衝；
第四與運算器，所述第四與運算器的第一輸入端接收第五預設方波，所述第四與運算器的第二輸入端與所述電流滯環控制模塊相連，接收總觸發脈衝；
第三和運算器，所述第三和運算器的第一輸入端與所述第三與運算器的輸出端相連，所述第三和運算器的第二輸入端與所述第四與運算器的輸出端相連；
第四和運算器，所述第四和運算器的第一輸入端與所述第三和運算器的輸出端相連，所述第四和運算器的第二輸入端接收第六預設方波；
第三開關控制器，所述第三開關控制器的輸入端與所述第四和運算器的輸出端相連，所述第三開關控制器輸出b+觸發脈衝；
第二非門，所述第二非門輸入端與所述第四和運算器的輸出端相連；
第四開關控制器，所述第四開關控制器的輸入端與所述第二非門的輸出端相連，所述第四開關控制器輸出b-觸發脈衝。
優選的，所述觸發脈衝分配模塊與靜電除塵設備的驅動電路相連，並向所述靜電除塵設備的驅動電路輸出a+觸發脈衝、a-觸發脈衝、b+觸發脈衝和b-觸發脈衝。
優選的，所述a+觸發脈衝、a-觸發脈衝、b+觸發脈衝和b-觸發脈衝的頻率為1khz-30khz。
可見，本發明所公開的用於靜電除塵電源的電流控制裝置包括滯環寬度控制模塊、電流滯環控制模塊和觸發脈衝分配模塊。其中，所述滯環寬度控制模塊用於接收除塵器電壓的給定值和除塵器電壓的實際值，輸出變壓器的給定電流值以及滯環寬度的上限和下限；電流滯環控制模塊接收變壓器的給定電流值、變壓器的實際電流值和滯環寬度的上限、下限，輸出總觸發脈衝；觸發脈衝分配模塊再對總觸發脈衝進行提取，獲得與靜電除塵設備相關的脈衝信號。本發明是基於除塵設備的實際電信號與操作工藝信號來產生與靜電除塵設備相關的脈衝信號對除塵設備進行控制，運行過程簡單、響應速度快，進而提高了除塵效率、降低了功耗。
附圖說明
圖1為本發明所公開的一種用於靜電除塵電源的電流控制裝置示意圖；
圖2為本發明所公開的另一種用於靜電除塵電源的電流控制裝置示意圖；
圖3為本發明所公開的變壓器一次側電壓波形和電流波形圖；
圖4為本發明所公開的一種a觸發脈衝分配器示意圖；
圖5為本發明所公開的一種b觸發脈衝分配器示意圖；
圖6為本發明所公開的用於靜電除塵電源的電流控制裝置的相軌跡圖。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
下面結合實施例及附圖對本發明的技術方案作進一步闡述。
本實施例公開了一種用於靜電除塵電源的電流控制裝置，如圖1所示，包括：
滯環寬度控制模塊，所述滯環寬度控制模塊用於接收除塵器電壓的給定值和除塵器電壓的實際值，並根據除塵器電壓的給定值和除塵器電壓的實際值獲得變壓器的給定電流值以及滯環寬度的上限和下限；
電流滯環控制模塊，所述電流滯環控制模塊與所述滯環寬度控制模塊相連，用於接收變壓器的給定電流值、變壓器的實際電流值和滯環寬度的上限、下限，並根據變壓器的給定電流值、變壓器的實際電流值和滯環寬度的上限、下限獲得總觸發脈衝；
觸發脈衝分配模塊，所述觸發脈衝分配模塊與所述電流滯環控制模塊相連，用於接收所述總觸發脈衝，並在所述總觸發脈衝中提取與靜電除塵設備相關的脈衝信號。
其中，除塵器電壓的給定值是基於除塵設備操作工藝、經過專家系統優化得到的操作工藝信號，除塵器電壓的實際值和變壓器的實際電流值即為除塵設備本身實測的電信號，本發明就是基於除塵設備的實際電信號與操作工藝信號來產生與靜電除塵設備相關的脈衝信號對除塵設備進行控制，其運行過程簡單、響應速度快，進而提高了除塵效率、降低了功耗。
如圖2所示，所述滯環寬度控制模塊，包括：
第一差運算器，所述第一差運算器的正輸入端輸入除塵器電壓的給定值，所述第一差運算器的負輸入端輸入除塵器電壓的實際值，所述除塵器電壓的給定值和除塵器電壓的實際值通過第一差運算器做差運算；
pi調節器，所述pi調節器的輸入端與所述第一差運算器的輸出端相連，用於對所述第一差運算器的輸出結果進行調節，並將調節結果作為變壓器的給定電流值；
環寬運算器，所述環寬運算器與所述pi調節器的輸出端相連，用於接收變壓器的給定電流值，並根據所述環寬運算器內預設的與靜電除塵設備相關的環寬數學模型和變壓器的給定電流值計算得到滯環寬度的上限和下限。
滯環寬度的上限和下限與變壓器給定的電流值是一種數學映射關係，該數學映射關係即為所述環寬運算器內預設的與靜電除塵設備相關的環寬數學模型，該數學模型可能是二次曲線關係，也可能是一次函數或比例關係，這取決於除塵設備不同的工作情況和操作工藝，當負載情況發生變化或開關管的開關頻率發生變化時，同樣也會影響滯環的環寬。當滯環寬度的上限和下限環寬上、下限與與變壓器給定的電流值是一次函數關係時，變壓器一次側電壓(上)、電流(下)的波形如圖3所示，可以看出，與傳統的固定滯環寬度的滯環控制方法相比，該滯環的滯環寬度上、下限制值是時刻變化的，更能適應工況快速變化的場合。
所述電流滯環控制模塊，包括：
第二差運算器，所述第二差運算器的正輸入端與所述pi調節器的輸出端相連，用於輸入變壓器的給定電流值，所述第二差運算器的負輸入端輸入變壓器的實際電流值，所述變壓器的給定電流值和變壓器的實際電流值通過第二差運算器做差運算獲得滯環寬度的實際值；
第一比較器，所述第一比較器的正輸入端與所述環寬運算器的滯環寬度上限輸出端相連，用於接收所述滯環寬度的上限，所述第一比較器的負輸入端與所述第二差運算器的輸出端相連，用於接收所述滯環寬度的實際值；
第二比較器，所述所述第二比較器的正輸入端與所述第二差運算器的輸出端相連，用於接收所述滯環寬度的實際值，所述第二比較器的負輸入端與所述環寬運算器的滯環寬度下限輸出端相連，用於接收所述滯環寬度的下限；
rs觸發器，所述rs觸發器的r端與所述第一比較器的輸出端相連，所述rs觸發器的s端與所述第二比較器的輸出端相連，所述rs觸發器q端輸出總觸發脈衝。即，如果滯環寬度的實際值超過滯環上限閾值則第一比較器產生關閉命令，如果滯環寬度的實際值低於滯環下限閥值則第二比較器產生打開命令。兩種命令輸出給rs觸發器，在rs觸發器的q端輸出即可得到總觸發脈衝pulse。
由於rs觸發器的q端輸出得到總觸發脈衝pulse合在一起的觸發脈衝，但是除塵設備有四個開關管，所以需要四種觸發脈衝，本實施例中通過觸發脈衝分配模塊在總觸發脈衝中提取與靜電除塵設備相關的四個脈衝信號。
所述觸發脈衝分配模塊，包括：
a觸發脈衝分配器，所述a觸發脈衝分配器與所述電流滯環控制模塊相連，用於接收總觸發脈衝，並在所述總觸發脈衝中提取a+觸發脈衝和a-觸發脈衝；
b觸發脈衝分配器，所述b觸發脈衝分配器與所述電流滯環控制模塊相連，用於接收總觸發脈衝，並在所述總觸發脈衝中提取b+觸發脈衝和b-觸發脈衝。
即，與靜電除塵設備相關的脈衝信號包括：a+觸發脈衝、a-觸發脈衝、b+觸發脈衝和b-觸發脈衝。
如圖4所示，所述a觸發脈衝分配器，包括：
第一與運算器，所述第一與運算器的第一輸入端接收第一預設方波vsq1，所述第一與運算器的第二輸入端與所述電流滯環控制模塊相連，接收總觸發脈衝；
第二與運算器，所述第二與運算器的第一輸入端接收第二預設方波vsq2，所述第二與運算器的第二輸入端與所述電流滯環控制模塊相連，接收總觸發脈衝；
第一和運算器，所述第一和運算器的第一輸入端與所述第一與運算器的輸出端相連，所述第一和運算器的第二輸入端與所述第二與運算器的輸出端相連；
第二和運算器，所述第二和運算器的第一輸入端與所述第一和運算器的輸出端相連，所述第二和運算器的第二輸入端接收第三預設方波vsq3；
第一開關控制器，所述第一開關控制器的輸入端與所述第二和運算器的輸出端相連，所述第一開關控制器輸出a+觸發脈衝；
第一非門，所述第一非門輸入端與所述第二和運算器的輸出端相連；
第二開關控制器，所述第二開關控制器的輸入端與所述第一非門的輸出端相連，所述第二開關控制器輸出a-觸發脈衝。
所述觸發脈衝分配模塊與靜電除塵設備的驅動電路相連，並向所述靜電除塵設備的驅動電路輸出a+觸發脈衝、a-觸發脈衝、b+觸發脈衝和b-觸發脈衝。
如圖5所示，所述b觸發脈衝分配器，包括：
第三與運算器，所述第三與運算器的第一輸入端接收第四預設方波vsq4，所述第三與運算器的第二輸入端與所述電流滯環控制模塊相連，接收總觸發脈衝；
第四與運算器，所述第四與運算器的第一輸入端接收第五預設方波vsq5，所述第四與運算器的第二輸入端與所述電流滯環控制模塊相連，接收總觸發脈衝；
第三和運算器，所述第三和運算器的第一輸入端與所述第三與運算器的輸出端相連，所述第三和運算器的第二輸入端與所述第四與運算器的輸出端相連；
第四和運算器，所述第四和運算器的第一輸入端與所述第三和運算器的輸出端相連，所述第四和運算器的第二輸入端接收第六預設方波vsq6；
第三開關控制器，所述第三開關控制器的輸入端與所述第四和運算器的輸出端相連，所述第三開關控制器輸出b+觸發脈衝；
第二非門，所述第二非門輸入端與所述第四和運算器的輸出端相連；
第四開關控制器，所述第四開關控制器的輸入端與所述第二非門的輸出端相連，所述第四開關控制器輸出b-觸發脈衝。
所述觸發脈衝分配模塊與靜電除塵設備的驅動電路相連，並向所述靜電除塵設備的驅動電路輸出a+觸發脈衝、a-觸發脈衝、b+觸發脈衝和b-觸發脈衝。
需要說明的是，所述變壓器的給定電流值和變壓器的實際電流值均是將電流取絕對值，即把電流的負半部分翻到正半部分再參與運算，因此在觸發脈衝分配模塊的取負半部分觸發脈衝計算中，從這一正半部分取得的脈衝取反後才能作為負半部分的觸發脈衝計算。
另外，本實施例中的預設方波是根據除塵設備中脈衝信號所需要的頻率預設的，在本實施例中，所述a+觸發脈衝、a-觸發脈衝、b+觸發脈衝和b-觸發脈衝的頻率都是1khz-30khz。在該頻率下，本實施例所公開的電流控制裝置可以達到快速跟蹤現場電壓、電流和精確調節電壓、電流的目的。而且，同等開關頻率下採用硬開關模式的雙穩態(通斷和斷態)和雙瞬態(開通和關斷)的功率損耗比採用軟開關模式的較大，因此本發明預設的工作頻率是1khz-30khz可以提高開關頻率的同時降低開關管的功率損耗。
可見，本實施例所公開的用於靜電除塵電源的電流控制裝置包括滯環寬度控制模塊、電流滯環控制模塊和觸發脈衝分配模塊。其中，所述滯環寬度控制模塊用於接收除塵器電壓的給定值和除塵器電壓的實際值，輸出變壓器的給定電流值以及滯環寬度的上限和下限；電流滯環控制模塊接收變壓器的給定電流值、變壓器的實際電流值和滯環寬度的上限、下限，輸出總觸發脈衝；觸發脈衝分配模塊再對總觸發脈衝進行提取，獲得與靜電除塵設備相關的脈衝信號。本發明是基於除塵設備的實際電信號與操作工藝信號來產生與靜電除塵設備相關的脈衝信號對除塵設備進行控制，運行過程簡單、響應速度快，進而提高了除塵效率、降低了功耗。
如圖6所示，本電流控制裝置的相軌跡圖是一個封閉的圖形，且存在一個穩定的極限環，不論系統初始狀態如何，經過一次開關轉換過程，相軌跡都會收斂於極限環，非常穩定。本電流控制裝置是一種魯棒性很強的非線性控制器，更加適合於具有明顯非線性特徵的除塵設備系統。
最後應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。