專利名稱：等離子點(diǎn)火大功率開關(guān)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種在煤粉鍋爐點(diǎn)火、穩(wěn)燃、助燃時(shí)直接點(diǎn)燃煤粉用等離子點(diǎn)火大功率開關(guān)電源，是《燃煤鍋爐等離子無油點(diǎn)火燃燒系統(tǒng)》的主要設(shè)備之一。
背景技術(shù)：
目前電站燃煤鍋爐啟動時(shí)通用的點(diǎn)火方式是先用點(diǎn)火裝置點(diǎn)燃油燃燒器進(jìn)行升溫、升壓，當(dāng)鍋爐各相關(guān)參數(shù)達(dá)到投粉要求時(shí)，啟動制粉系統(tǒng)和煤粉燃燒器，實(shí)現(xiàn)帶負(fù)荷運(yùn)行；當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低到50％左右時(shí)，還須投油穩(wěn)燃才能保證鍋爐正常運(yùn)行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電力系統(tǒng)每年用于電站鍋爐點(diǎn)火，穩(wěn)燃，助燃用油高達(dá)近千萬噸，占全國總?cè)加土康?5％，價(jià)值數(shù)百億元，消耗了大量燃油資源。
近幾年來，國內(nèi)外一些科研單位和企業(yè)，致力于研究等離子點(diǎn)火系統(tǒng)用于燃煤鍋爐的點(diǎn)火和穩(wěn)燃。其等離子點(diǎn)火燃燒裝置在一些電廠得到運(yùn)用，但也存在不少問題，在等離子電源上存在的主要問題是其使用的電源為可控硅整流電源，需要大功率的工頻隔離變壓器和電抗器，龐大而笨重；可控硅整流電源的電力電子器件工作在工頻，響應(yīng)速度慢；隔離變壓器和電抗器的體積大，工作頻率低，損耗大，造成電源的效率偏低。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有等離子點(diǎn)火電源的上述問題，本實(shí)用新型提供一種高電壓、大電流的大功率開關(guān)電源，采用多組開關(guān)電源并聯(lián)的工作方式，功率擴(kuò)展容易；采用功率冗余技術(shù)，提高可靠性；輸出為高電壓、大電流；采用PID控制PWM的脈沖寬度；采用主從方式均流；輸出為恒流特性。由于采用了上述技術(shù)，本實(shí)用新型可以達(dá)到如下效果體積減小，重量減輕；工作頻率高，響應(yīng)速度快；損耗很小，工作效率高。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種等離子點(diǎn)火用高電壓、大電流的大功率開關(guān)電源，采用多組并聯(lián)的方式；單組電源采用模塊化設(shè)計(jì)，擴(kuò)展容易；多組并聯(lián)的均流方式為主從方式；單組電源的控制模式為平均電流模式；采用功率冗余技術(shù)，提高可靠性。
采用多組并聯(lián)的方式，這并不是簡單地將多個(gè)電源的輸出端接在一起，兒個(gè)結(jié)構(gòu)相同的電源并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，輸出端連接在一起，輸出端電壓被強(qiáng)制相等，由于各自參數(shù)的分散性，使得有的電流較大，有的很小，使得電源的壽命衰減不一致，為了提高可靠性，必須使各電源的輸出電流分配均衡。在本系統(tǒng)中采用主從方式均流，系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)主控制器，主控制器根據(jù)總設(shè)定電流的要求分配給各電源一個(gè)電流參考信號，用來控制各個(gè)電源的輸出電流，由于每個(gè)電流的電流參考信號都相等，因此輸出電流也都相等。
采用功率冗余技術(shù)，開關(guān)電源采用N+1個(gè)電源并聯(lián)構(gòu)成的電源向負(fù)載供電，每個(gè)電源的功率為負(fù)載所需功率的1/N，當(dāng)某一組電源發(fā)生故障時(shí)，供電并不中斷，僅僅是最大供電能力有所下降，不會嚴(yán)重影響負(fù)載的正常工作。
采用平均電流模式控制，其基本思想是在輸出電壓閉環(huán)的控制系統(tǒng)中，增加了電流反饋控制，電流模式控制的引入給開關(guān)電源的控制性能帶來了一次革命性的飛躍。平均電流模式控制采用PI調(diào)節(jié)器作為電流調(diào)節(jié)器，并將調(diào)節(jié)器輸出的控制量與鋸齒波信號相比較，得到周期固定、占空比變化的PWM信號，用以控制開關(guān)的通與斷。電流模式控制有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性增強(qiáng)，系統(tǒng)動態(tài)特性改善，具有快速限制電流的能力。
由于受開關(guān)器件、磁性材料的性能限制，單組開關(guān)電源的功率以25kW為宜，開關(guān)電源的工作頻率為20kHz，電源的開關(guān)器件采用IGBT，變壓器采用納米晶磁性材料，電抗器采用非晶材料，冷卻方式為強(qiáng)制風(fēng)冷。單組電源包括整流二極管、電容、IGBT、高頻變壓器、高頻整流二極管、電抗器、散熱器、冷卻風(fēng)機(jī)、保護(hù)控制驅(qū)動電路。
對單組電源采用模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)，每個(gè)模塊的體積、輸入輸出接口都完全相同，便于電源模塊的更換和維修。
本實(shí)用新型的有益效果是由于電源的開關(guān)器件采用IGBT代替可控硅，可以使電源的工作頻率由工頻提高到20kHz以上，工作頻率提高了400倍以上，由于電源工作頻率的提高，可以使電源的體積減小，重量減輕；由于采用高頻逆變技術(shù)，變壓器的工作頻率大大提高，使變壓器和電抗器的體積和重量大大減小，從而使變壓器和電抗器的損耗(包括鐵耗和銅耗)比工頻時(shí)小很多；由于電源工作頻率的提高，控制周期由可控硅整流電路的毫秒級提高到微秒級，動態(tài)響應(yīng)迅速；由于電源的動態(tài)響應(yīng)迅速，可以使電源適應(yīng)于非接觸高頻引弧、觸針引弧、接觸引弧等各種引弧方式；由于采用功率冗余技術(shù)，整套電源的可靠性得到大幅度提高；由于采用多組并聯(lián)工作方式，開關(guān)電源在需要擴(kuò)展功率時(shí)，只要增加相應(yīng)數(shù)量的單組模塊，然后對主控器進(jìn)行設(shè)定即可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。


圖1是本實(shí)用新型的控制原理框圖。
圖2是本實(shí)用新型的單組模塊控制原理框圖。
圖3是本實(shí)用新型的單組模塊的電路原理圖。
圖中1.交流輸入，2.整流二極管，3.電容，4.IGBT，5.高頻變壓器，6.高頻整流極管，7.電抗器，8.等離子弧。
具體實(shí)施方式
參照圖1.本實(shí)用新型的等離子點(diǎn)火大功率開關(guān)電源的工作過程如下
人工設(shè)定等離子電源的工作電流，設(shè)定的電流信號經(jīng)過主控制器，分配到各獨(dú)立的電源模塊，電源模塊接收到電流信號以后，按照分配的信號輸出電流，最后通過并聯(lián)輸出正常的工作電流。
參照圖2，本實(shí)用新型的等離子點(diǎn)火大功率開關(guān)電源的單組電源的工作過程如下主控制器輸出的電流信號作為設(shè)定信號，和單組的輸出電流信號進(jìn)行比較，輸出一個(gè)誤差信號，指示本組實(shí)際輸出電流和分配到本組電流的差別，進(jìn)入PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行運(yùn)算，輸出一個(gè)控制信號，送PWM電路，PWM電路根據(jù)控制信號產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖寬度，以調(diào)節(jié)IGBT輸出，使本組輸出電流和分配到的電流相等。
單組電源模塊設(shè)有檢測電路和保護(hù)電路，對電壓信號、溫度信號、電流信號進(jìn)行檢測，并和IGBT錯(cuò)誤信號一起，產(chǎn)生一個(gè)故障信號，封鎖PWM輸出。在不發(fā)生任何故障時(shí)，啟動信號加在PWM控制端，允許PWM輸出。
參照圖3，本實(shí)用新型的等離子點(diǎn)火大功率開關(guān)電源的單組電源的電路原理如下三相交流輸入(1)經(jīng)6個(gè)整流二極管(2)整流和電容(3)濾波后變成直流，再由4個(gè)IGBT(4)組成的全橋電路逆變器逆變成高頻交流方波脈沖電壓。逆變器輸出經(jīng)高頻變壓器(5)隔離并變換成合適的交流電壓，經(jīng)過4個(gè)高頻整流二極管(6)整流和電抗器(7)濾波變成所需要的直流輸出電壓，提供給等離子弧(8)。
權(quán)利要求1.一種等離子點(diǎn)火大功率開關(guān)電源，由整流器件、變壓器、開關(guān)器件、電抗器等組成，為燃煤鍋爐上直接點(diǎn)燃煤粉的等離子發(fā)生器提供直流電源，其特征是開關(guān)器件采用IGBT代替可控硅，電源的工作頻率由工頻提高到20kHz以上；采用N+1個(gè)開關(guān)電源多組并聯(lián)的方式向負(fù)載供電，輸出300V以上高電壓，300A以上大電流，每個(gè)電源的功率為負(fù)載所需功率的1/N。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子點(diǎn)火大功率開關(guān)電源，其特征是采用主從方式均流，電源系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)主控制器，主控制器根據(jù)總設(shè)定電流分配給各單組電源一個(gè)電流參考信號，控制單組電源的輸出電流，每個(gè)電源的電流參考信號都相等，輸出電流也都相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子點(diǎn)火大功率開關(guān)電源，其特征是單組電源采用平均電流模式控制，在輸出電壓閉環(huán)的控制系統(tǒng)中，增加了電流反饋控制；平均電流模式控制采用PI調(diào)節(jié)器作為電流調(diào)節(jié)器，并將調(diào)節(jié)器輸出的控制量與鋸齒波信號相比較，得到周期固定、占空比變化的PWM信號，用以控制開關(guān)的通與斷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子點(diǎn)火大功率開關(guān)電源，其特征是單組電源由整流二極管(2)、電容(3)、IGBT(4)、高頻變壓器(5)、高頻整流二極管(6)、電抗器(7)、保護(hù)控制驅(qū)動電路順序電連接構(gòu)成，三相交流經(jīng)6個(gè)整流二極管整流和電容濾波后變成直流，再由4個(gè)IGBT組成的全橋電路逆變器逆變成高頻交流方波脈沖電壓，逆變器輸出經(jīng)高頻變壓器隔離并變換成合適的交流電壓，經(jīng)過4個(gè)高頻整流二極管整流和電抗器濾波變成所需要的直流輸出電壓，提供給等離子弧。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子點(diǎn)火大功率開關(guān)電源，其特征是單組電源采用模塊化設(shè)計(jì)，每個(gè)模塊的體積、輸入輸出接口完全相同，擴(kuò)展容易。
專利摘要一種等離子點(diǎn)火大功率開關(guān)電源，用于在煤粉鍋爐中直接點(diǎn)燃煤粉的等離子發(fā)生器提供大功率直流電源；本電源結(jié)構(gòu)形式為多組開關(guān)電源并聯(lián)；輸出為高電壓、大電流；多組并聯(lián)的均流方式為主從方式；單組電源的控制模式為平均電流模式；采用功率冗余技術(shù)，提高可靠性；具有恒電流的特性；體積減小，重量減輕；工作頻率高，響應(yīng)速度快；損耗很小，工作效率高；單組電源采用模塊化設(shè)計(jì)，擴(kuò)展容易。
文檔編號G05F1/46GK2927444SQ200620013108
公開日2007年7月25日 申請日期2006年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月10日
發(fā)明者王文舉, 李廣偉, 袁邦銀 申請人:徐州燃燒控制研究院有限公司