專利名稱：新型高頻高壓靜電除塵電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于環(huán)保的靜電除塵裝置的電源，屬
靜電分離法類(B03C)。
(二) 背景技術(shù)
高壓靜電除塵裝置的電源大多數(shù)采用傳統(tǒng)的可控硅靜電除塵電源。雖然制 作技術(shù)日趨成熟，并在大氣污染處理行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，但隨著大氣環(huán)保
排放(塵量)標準的提高(新標準50mg/Nm3)，很多電源達不到新的要求，尤 其在節(jié)能降耗方面。見圖3,傳統(tǒng)可控硅高壓電源由順次連接的單相或三相交 流輸入ln、可控硅調(diào)相2 n、工頻升壓變壓器3n、工頻高壓整流4 n、除塵室 電場5n以及自動控制器6n組成。此可控硅高壓電源的主要缺陷如下①因 采用工頻變壓器體積龐大，重量重，最小輸出功率的產(chǎn)品也有數(shù)百公斤重；如: 一臺可控硅高壓電源，變壓器高壓側(cè)電壓為80千伏，工作電流小于1200mA， 輸出功率為96kw，變壓器體積大到1400X 1500X 1900，重量高達1900kg。且 因工作頻率低，副邊線圈匝數(shù)多，增加了制作難度和用銅量。②因工頻變壓 器自身損耗大和可控硅調(diào)整后的正弦波已經(jīng)發(fā)生畸變，加大了變壓器的損耗， 效率最高只能達到65%。 (D功率因數(shù)低；功率因數(shù)和可控硅控制角有關(guān)系， 控制角為0，導(dǎo)通角最大時，此時功率因素也只有0.7,導(dǎo)通角越小功率因數(shù) 越低，由此功率因數(shù)一般在0.6 0.7。④除塵效率有待提高(小于95%):閃 絡(luò)點較低，二次電流輸出在很低的工況條件下；電源的二次電壓平均值在 51KV時開始閃絡(luò)，但其實際峰值電壓(場強、閃絡(luò)點)為69KV。⑤安裝極為
不便，需要專門的控制室。⑥升壓變壓器用的變壓器油會帶來嚴重的二次污 染。目前可控硅電源有采用加寬、加大本體結(jié)構(gòu)的方法降低含塵量，但實際 效果也有限，不僅一次性設(shè)備投入大大增加，且日常的運行費用也成倍增長， 在目前的國內(nèi)環(huán)保環(huán)境和市場環(huán)境要求下，必須有一種新型的效率較高的節(jié) 能型的電源來替代傳統(tǒng)的可控硅電源。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型提出的新型高頻高壓靜電除塵電源，目的就是提供一種克服傳 統(tǒng)可控硅靜電除塵電源耗電高、體積大和重以及含塵量難達標等問題。其技 術(shù)方案如下新型高頻高壓靜電除塵電源，其特征是
A.主回路中三相交流電源1順次連接二極管整流電路2、 IGBT全橋逆變 器3、高頻升壓變壓器4、整流取樣電路5和除塵室電場6; B.控制回路中設(shè) 有觸摸屏8和單片機控制系統(tǒng)7，其中單片機控制系統(tǒng)7內(nèi)設(shè)有光電隔離電路7.1、 A/D轉(zhuǎn)換7.2、單片機7.3、 PWM脈寬調(diào)整和保護電路7.4;觸摸屏經(jīng)接 口電路7.5與單片機7.3連接；C.整流取樣電路5中電流、電壓取樣端接光電 隔離電路7.1; PWM脈寬調(diào)整和保護電路7.4輸出端接IGBT全橋逆變器3。 上述IGBT管可選擇額定電流在150安及以上。上述高頻升壓變壓器4 磁芯窗口比現(xiàn)有產(chǎn)品加長100 200mrn;變壓器整個付邊繞組由多個分繞組 串聯(lián)而成，每個分繞組在磁芯外圓周徑向繞制相互絕緣的多層線匝，多個分 繞組沿磁芯軸向分布排列。上述高頻升壓變壓器磁芯可采用軟磁材料鐵氧 體。上述高頻升壓變壓器可采用導(dǎo)熱絕緣固體材料澆筑。上述高頻升壓變壓 器和整個電源設(shè)置安裝在除塵室現(xiàn)場。 本實用新型有益效果
l)體積小重量輕因采用IGBT逆變器，IGBT為絕緣柵雙極晶體管，是一 種新式電子元件,它交替通斷，產(chǎn)生逆變頻率高達20kHz 40kHz，由此變壓 器磁芯、線包體積和重量大大縮小，為可控硅電源工頻變壓器的1/10及以下。 2)效率高首先因采用高頻變壓器，高頻磁芯具有高磁導(dǎo)率，低矯頑力，高 電阻率特性，其能量傳遞過程中效率極高。其二采用PWM脈寬調(diào)整電路7 調(diào)整脈寬，變壓器的輸入波形不會嚴重畸變，對輸出效率不會產(chǎn)生影響，因此 輸出效率可達9(^以上。例如一套除塵設(shè)備采用八臺60kw的電源共計480kw, 在相同輸出功率的情況下，采用可控硅電源每小時將多損耗205kw的電能， 一天24小時就是4920kw的電能，可見本專利將產(chǎn)生巨大經(jīng)濟效益。此處還沒 考慮除塵效率提高所帶來的社會效益。3)除塵效率高和排放煙塵濃度低經(jīng) 整流取樣電路5輸出波形波動極小，電壓平均值接近峰值，可一直升至接近 80KV，因除塵效率為電壓峰值與平均值的乘積，因而除塵效率是最高的，其二 次有效電能得到大幅度的提高。本專利還顯著提高了電壓平均值和有效電流 平均值，從而降低了煙塵的排放濃度。4)功率因數(shù)高達0.95左右因輸入的 三相交流電直接到二極管整流電路2，即是AC-DC的過程，它不會對輸入的 交流正弦波造成破壞。5)IGBT管選150安及以上及相匹配的其它參數(shù)，可使 輸出電流在0.4A以上。6)采用單片機控制系統(tǒng)7控制功能增加，性能提高； 用先進的觸摸屏實現(xiàn)顯示和操作，使之方便、快捷、直觀；觸摸屏和單片機 結(jié)合的控制系統(tǒng)可以實時顯示工作狀況，且可用曲線顯示。7)設(shè)光電隔離電 路可防止外部電磁場(特別是除塵室電極)對單片機系統(tǒng)內(nèi)部的干擾，減小波 形失真。8)變壓器整個付邊繞組設(shè)多個分繞組串聯(lián)的布置結(jié)構(gòu)，可大大降低層 間電壓和絕緣厚，又使變壓器體積減小。9)磁芯用軟磁材料鐵氧體，適合高頻 下使用，體積小重量輕小于30Kg。 IO)變壓器用導(dǎo)熱絕緣固體材料澆筑，無需變壓器油浸泡，無二次污染。ll)電源和變壓器就地安裝，無須專設(shè)控制室。

圖1高頻高壓開關(guān)電源電路框圖
圖2高頻高壓開關(guān)電源主回路電路圖及控制回路框圖 圖3現(xiàn)有的可控硅高壓電源電路框圖 具體實施方式
見圖l，見圖2,本實施例新型高頻高壓開關(guān)電源有如下部分-主回路設(shè)有如下部分三相交流電源l內(nèi)有市電A、 B、 C和手動開關(guān)l.l
和由控制回路驅(qū)動的接觸器1.2; 二極管整流電路2由六個二極管(每相內(nèi)正 反接兩個)D21、 D22; D23、 D24; D25、 D26和電容C2組成,由此將工頻三相 交流電整流濾波。IGBT全橋逆變器3內(nèi)由四個IGBT管(絕緣柵雙極晶體 管)Q1、 Q2、 Q3、 Q4接成全橋電路，并接入高頻升壓變壓器4原邊(低壓側(cè)) 線亂設(shè)四個IGBT管交替通斷,每管額定電流可選150安，產(chǎn)生高達20kHz 40kHz逆變頻率，將工頻三相交流電整流濾波后電壓電流變?yōu)槟孀冾l率通入 高頻升壓變壓器4低壓側(cè)。高頻變壓器磁芯窗口比現(xiàn)有產(chǎn)品加長100 200mm, 變壓器整個付邊繞組由多個分繞組串聯(lián)而成；每個分繞組在磁芯外圓周徑向 繞制相互絕緣的多層線匝；多個分繞組沿磁芯軸向分布排列。變壓器用導(dǎo)熱 絕緣固體材料澆筑，如新型絕緣材料硅橡膠。磁芯采用軟磁材料鐵氧體。變 壓器和整個電源設(shè)置安裝在除塵室現(xiàn)場。變壓器輸出電壓達80KV，輸出電流 0.4A以上。變壓器4付邊(高壓側(cè))與整流取樣電路5連接，整流取樣電路5 設(shè)有二極管D51、 D52、 D53、 D54和阻尼電阻R50、分壓取樣電阻R51、 R52、 R53和電流檢側(cè)電阻R54，將變壓器高壓側(cè)電壓整流濾波后為輸出電壓U6和 輸出電流16施加和通入除塵室電場6。
控制回路設(shè)如下部分設(shè)觸摸屏8和單片機控制系統(tǒng)7。單片機控制系統(tǒng) 7如下形成①設(shè)光電隔離電路7.1,可采用線性隔離，它的信號輸入端接整流 取樣電路5中M點，電流信號取樣；與N點連接，電壓信號取樣。②設(shè)A/D轉(zhuǎn) 換7.2將模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號送入單片機。③單片機7.3用型號為 PIC18F452,信號輸出端接PWM脈寬調(diào)整和保護電路。④PWM脈寬調(diào)整和 保護電路7.4:通過單片機控制將取樣電壓電流波進行脈寬調(diào)整后，再通過輸 出端四個端口7k 72、 73、74分別與四個IGBT管Qi、 Q2、 Q3、 Q4連接并進 行控制。保護電路主要對四個IGBT管進行超溫和過流保護。⑤觸摸屏8經(jīng) 接口電路7.5與單片機7.3連接。⑥在取樣返饋線路上裝設(shè)保護接地裝置9。
權(quán)利要求1.新型高頻高壓靜電除塵電源，其特征是A.主回路中三相交流電源(1)順次連接二極管整流電路(2)、IGBT全橋逆變器(3)、高頻升壓變壓器(4)、整流取樣電路(5)和除塵室電場(6)；B.控制回路中設(shè)有觸摸屏(8)和單片機控制系統(tǒng)(7)，其中單片機控制系統(tǒng)(7)內(nèi)設(shè)有光電隔離電路(7.1)、A/D轉(zhuǎn)換(7.2)、單片機(7.3)、PWM脈寬調(diào)整和保護電路(7.4)；觸摸屏經(jīng)接口電路(7.5)與單片機(7.3)連接；C.整流取樣電路(5)中電流、電壓取樣端接光電隔離電路(7.1)；PWM脈寬調(diào)整和保護電路(7.4)輸出端接IGBT全橋逆變器(3)。
2. 按權(quán)利要求1所述除塵電源，其特征是IGBT管選擇額定電流在150 安及以上。
3. 按權(quán)利要求1所述除塵電源，其特征是高頻升壓變壓器(4)磁芯窗口比 現(xiàn)有產(chǎn)品加長100 200mm;變壓器整個付邊繞組由多個分繞組串聯(lián)而成; 每個分繞組在磁芯外圓周徑向繞制相互絕緣的多層線匝；多個分繞組沿磁 芯軸向分布排列。
4. 按權(quán)利要求1所述除塵電源，其特征是高頻升壓變壓器(4)磁芯采用軟 磁材料鐵氧體。
5. 按權(quán)利要求1所述除塵電源，其特征是高頻升壓變壓器(4)內(nèi)設(shè)有澆 筑用的導(dǎo)熱絕緣固體材料。
6. 按權(quán)利要求1所述除塵電源，其特征是高頻升壓變壓器(4)和整個電源 設(shè)置安裝在除塵室現(xiàn)場。
專利摘要新型高頻高壓靜電除塵電源。交流電經(jīng)二極管整流、IGBT全橋逆變、高頻升壓變壓器、整流取樣送入除塵室電場；控制回路設(shè)觸摸屏和單片機系統(tǒng)；取樣端經(jīng)光電隔離、A/D轉(zhuǎn)換、單片機、PWM脈寬調(diào)整和保護電路，返饋入逆變器。頻率達20kHz～40kHz，變壓器體重減小為1/10。有高磁導(dǎo)率磁芯和脈寬調(diào)整，波形不畸變，效率可達90％。除塵效率高、排煙濃度低及功率因數(shù)高。磁芯用軟磁材料鐵氧體重量輕。變壓器用導(dǎo)熱絕緣固體材料澆筑，無油無二次污染。變壓器付邊由多個分繞組串聯(lián)布置，可降低層間電壓、絕緣厚和體積。電源就地安裝，無須專門控制室。用單片機功能多，性能提高，用觸摸屏方便，兩者結(jié)合可實時顯示工作狀況；光電隔離可防干擾，減小波形失真。本電源輸出電壓為80KV，電流達0.4A及以上。可用于環(huán)保領(lǐng)域的靜電除塵。
文檔編號B08B6/00GK201132164SQ200720082708
公開日2008年10月15日 申請日期2007年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日
發(fā)明者李裔紅, 梁宏偉, 蔣維康, 濤 陳 申請人:成都金創(chuàng)立科技有限責(zé)任公司