專利名稱：原油電脫水節(jié)能大功率脈沖電源及其產(chǎn)生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高頻高壓大功率脈沖電源，尤其是一種原油電脫水節(jié)能 大功率脈沖電源及其產(chǎn)生方法。
背景技術(shù)：
研究表明，高頻高壓大功率脈沖電源在石油化工領(lǐng)域(如電破乳、溶劑 萃取、油水分離等生產(chǎn)工藝)中具有很好的應(yīng)用前景。但是到目前為止，現(xiàn) 有技術(shù)生產(chǎn)制造的可調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)脈寬、節(jié)能的高頻高壓大功率脈沖電源 還存在較多的技術(shù)問題，因此目前高頻高壓大功率脈沖電源在石化行業(yè)中還 沒有應(yīng)用實(shí)例。
中國專利(申請(qǐng)?zhí)?00610008306. 7 )提出了一種"高頻高壓脈沖電源和 高頻高壓電脈沖的產(chǎn)生方法，，，是一種通過"交-直-脈沖疊加升壓，，產(chǎn)生高 頻高壓脈沖(High Voltage High Frequency Pulse,簡稱HVHFP)電源的技 術(shù)方案，將這種HVHFP電源經(jīng)高壓防爆接口及高壓絕》彖棒引入高頻電脫水器 電極板上，可在電脫水器內(nèi)形成高頻脈沖電場(chǎng)進(jìn)行脫水。實(shí)際應(yīng)用表明，現(xiàn) 有技術(shù)這種HVHFP電源的技術(shù)方案還需要進(jìn)一步完善，主要體現(xiàn)在
(1) 由于脈沖波形存在拖尾現(xiàn)象，很難達(dá)到理想的脈沖脫水效果，脈沖 波形的上升和下降沿陡度差，使得在脫水過程中能量急聚性差；
(2) 在整流部分之前的環(huán)節(jié)，由于使用了工頻變壓器，使得整個(gè)系統(tǒng)耗 能非常大，仍存在一定的節(jié)能空間，同時(shí)由于工頻變壓器的使用，使得整個(gè) 裝置的體積較大；
(3) 電壓調(diào)節(jié)精度不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種原油電脫水節(jié)能大功率脈沖電源及其產(chǎn)生方 法，在具備可調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)脈寬的同時(shí)，具有輸出脈沖波形良好、節(jié)能和 體積小等特點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了 一種原油電脫水節(jié)能大功率脈沖電源，
包括
低壓直流電源裝置，用于對(duì)低壓交流電進(jìn)行整流濾波處理，輸出幅值經(jīng) 過調(diào)整的低壓直流電源；
大功率逆變裝置，與所述低壓直流電源裝置連接，用于對(duì)所述低壓直流 電源進(jìn)行逆變處理，通過占空比調(diào)制輸出幅值經(jīng)過調(diào)整的雙極性低壓脈沖電 源；
脈沖變壓器裝置，與所述大功率逆變裝置連接，用于對(duì)所述雙極性低壓 脈沖電源進(jìn)行升壓和整流濾波處理，輸出高壓直流電源；
脈沖開關(guān)裝置，與所述脈沖變壓器裝置連接，向負(fù)載輸出頻率經(jīng)過調(diào)整 的高壓高頻脈沖電源；
檢測(cè)裝置，用于監(jiān)測(cè)所述脈沖開關(guān)裝置輸出高壓高頻脈沖電源的電流和 電壓，獲取輸出參數(shù)；
控制裝置，分別與所述^^壓直流電源裝置、大功率逆變裝置、脈沖開關(guān) 裝置和檢測(cè)裝置連接，用于根據(jù)所述輸出參數(shù)調(diào)節(jié)所述低壓直流電源的幅值、 所述雙極性低壓脈沖電源的幅值和所述高壓高頻脈沖電源的頻率。
所述大功率逆變裝置包括逆變電路和驅(qū)動(dòng)電路，所述逆變電路的輸入端 與低壓直流電源裝置連接，輸出端與脈沖變壓器裝置連接，控制端通過逆變 驅(qū)動(dòng)電路與控制裝置連接，所述逆變電路用于對(duì)所述低壓直流電源進(jìn)行逆變 處理獲得雙極性低壓脈沖電源，并根據(jù)控制裝置輸出的控制信號(hào)調(diào)整所述雙 極性低壓脈沖電源的占空比，通過調(diào)整脈沖寬度輸出幅值經(jīng)過調(diào)整的雙極性
低壓脈沖電源。
所述脈沖變壓器裝置包括N個(gè)大功率脈沖變壓器和N個(gè)脈沖整流濾波電 路，對(duì)所述雙極性低壓脈沖電源進(jìn)行升壓處理的N個(gè)大功率脈沖變壓器的原 邊并聯(lián)，并與所述大功率逆變裝置連接，每個(gè)大功率脈沖變壓器的副邊與一 個(gè)脈沖整流濾波電路的輸入端連接，進(jìn)行整流濾波處理的N個(gè)脈沖整流濾波 電路的輸出端依次串聯(lián)，第一整流濾波電路的正輸出端和第N整流濾波電路 的負(fù)輸出端與所述脈沖開關(guān)裝置連接。
所述脈沖開關(guān)裝置包括與負(fù)載串聯(lián)的第一脈沖開關(guān)組和與負(fù)載并聯(lián)的第 二脈沖開關(guān)組，形成互補(bǔ)結(jié)構(gòu)的第一脈沖開關(guān)組和第二脈沖開關(guān)組與所述控 制裝置連接，由所述控制裝置控制一個(gè)脈沖開關(guān)組接通時(shí)另外一個(gè)脈沖開關(guān) 組斷開。每個(gè)脈沖開關(guān)組包括數(shù)個(gè)串聯(lián)連接的脈沖開關(guān)，每個(gè)脈沖開關(guān)與驅(qū) 動(dòng)單元連接，所述驅(qū)動(dòng)單元通過控制接口與所述控制裝置連接，所述驅(qū)動(dòng)單 元為控制脈沖驅(qū)動(dòng)變壓器或光纖驅(qū)動(dòng)模塊。
在上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上，所述控制裝置包括
參數(shù)采集模塊，與所述檢測(cè)裝置連接，用于從檢測(cè)裝置接收輸出參數(shù)；
低壓直流電源控制;^莫塊，與所述低壓直流電源裝置連接，通過控制可控 硅觸發(fā)角調(diào)節(jié)所述低壓直流電源的幅值；
脈沖寬度調(diào)制模塊，與所述大功率逆變裝置連接，通過脈沖寬度調(diào)制方 式調(diào)節(jié)所述雙極性低壓脈沖電源的幅值；
脈沖開關(guān)控制模塊，與所述脈沖開關(guān)裝置連接，通過開關(guān)方式調(diào)節(jié)所述 高壓高頻脈沖電源的頻率；
中心處理模塊，分別與所述參數(shù)采集模塊、低壓直流電源控制模塊、脈 沖寬度調(diào)制模塊和脈沖開關(guān)控制模塊連接，用于根據(jù)所述輸出參數(shù)通過低壓 直流電源控制模塊控制所述低壓直流電源裝置輸出的低壓直流電源的幅值、 通過脈沖寬度調(diào)制模塊控制所述大功率逆變裝置輸出的雙極性低壓脈沖電源 的幅值和通過脈沖開關(guān)控制模塊控制所述脈沖開關(guān)裝置輸出的高壓高頻脈沖電源的頻率。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種原油電脫水節(jié)能大功率脈沖電
源的產(chǎn)生方法，包括
步驟IO、對(duì)低壓交流電進(jìn)行整流濾波處理，輸出幅值經(jīng)過調(diào)整的低壓直 流電源；
步驟20、對(duì)低壓直流電源進(jìn)行逆變處理，并通過占空比調(diào)制輸出幅值經(jīng) 過調(diào)整的雙極性低壓脈沖電源；
步驟30、對(duì)所述雙極性低壓脈沖電源進(jìn)行升壓和整流濾波處理，輸出高 壓直流電源；
步驟40、采用互補(bǔ)型脈沖開關(guān)組將所述高壓直流電源處理成向負(fù)載輸出 的頻率經(jīng)過調(diào)整的高壓高頻脈沖電源。
其中，所述步驟20具體包括對(duì)低壓直流電源進(jìn)行逆變處理獲得雙極性 低壓脈沖電源，通過調(diào)整所述雙極性低壓脈沖電源的占空比，通過調(diào)整脈沖 寬度輸出幅值經(jīng)過調(diào)整的雙極性低壓脈沖電源。
其中，所述步驟30具體包括N個(gè)原邊并聯(lián)的大功率脈沖變壓器對(duì)所述 雙極性低壓脈沖電源進(jìn)行升壓處理，N個(gè)輸出端依次串聯(lián)的脈沖整流濾波電 路分別對(duì)每個(gè)大功率脈沖變壓器的輸出進(jìn)行整流濾波處理，使第 一整流濾波 電路的正輸出端和第N整流濾波電路的負(fù)輸出端輸出 一個(gè)高壓直流電源。
其中，所述步驟40具體包括采用第一脈沖開關(guān)組與負(fù)載串聯(lián)、第二脈 沖開關(guān)組與負(fù)載并聯(lián)的互補(bǔ)型脈沖開關(guān)組，將所述高壓直流電源處理成向負(fù) 載輸出的頻率經(jīng)過調(diào)整的高壓高頻脈沖電源，當(dāng)?shù)谝幻}沖開關(guān)組斷開后，第 二脈沖開關(guān)組接通，使第二脈沖開關(guān)組與負(fù)載構(gòu)成一個(gè)放電回路，通過迅速 放電消除波形拖尾、脈沖上升和下降沿陡度差。
本發(fā)明提供了 一種原油電脫水節(jié)能大功率脈沖電源及其產(chǎn)生方法，通過 對(duì)交流電源進(jìn)行整流控制、濾波和逆變處理形成雙極性低壓脈沖電源，再 通過脈沖變壓器進(jìn)行升壓和整流濾波處理形成高壓直流電源，最后經(jīng)過互
補(bǔ)結(jié)構(gòu)的脈沖開關(guān)組形成高壓高頻脈沖電源。與采用"交-直-脈沖疊加"
的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明控制裝置通過控制大功率逆變裝置中IGBT器件 的驅(qū)動(dòng)脈沖，從而改變大功率逆變裝置輸出的雙極性低壓脈沖電源的輸出 占空比，達(dá)到了調(diào)節(jié)HVHFP電源幅值的目的，電壓調(diào)節(jié)精度高；由于使用 脈沖變壓器代替現(xiàn)有技術(shù)的工頻變壓器，且采用了多組脈沖變壓器原邊并 聯(lián)和副邊串聯(lián)的集成結(jié)構(gòu)，不僅達(dá)到了節(jié)能的目的，而且還克服了目前制 造大功率脈沖變壓器的技術(shù)限制；由于采用互補(bǔ)型脈沖開關(guān)組，有效解決 了現(xiàn)有技術(shù)中脈沖波形的拖尾現(xiàn)象，使本發(fā)明在原油電脫水中能真正達(dá)到 脈沖脫水效果，進(jìn)一步還可以實(shí)現(xiàn)頻率的任意調(diào)節(jié)。總之，本發(fā)明具有可 調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)脈寬、電流范圍寬、無諧波污染、節(jié)能、體積小等優(yōu)點(diǎn)。 下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明原油電脫水節(jié)能大功率脈沖電源實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明大功率逆變裝置的結(jié)構(gòu)示意圖3a 圖3d為本發(fā)明調(diào)節(jié)雙極性低壓脈沖電源幅值的原理示意圖4為本發(fā)明脈沖變壓器裝置的結(jié)構(gòu)示意圖5為本發(fā)明脈沖開關(guān)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖6為本發(fā)明輸出脈沖波形的示意圖7為本發(fā)明控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖8為本發(fā)明控制裝置恒流控制的原理圖9為本發(fā)明原油電脫水節(jié)能大功率脈沖電源的產(chǎn)生方法的流程圖。 附圖標(biāo)記說明
2—低壓直流電源裝置；3—大功率逆變裝置； 4一脈沖變壓器裝置； 5—脈沖開關(guān)裝置； 6—負(fù)載； 7—控制裝置；
8—檢測(cè)裝置； 31—逆變電路； 32—保護(hù)電路； 33—逆變驅(qū)動(dòng)電路； 413—第三脈沖變壓器； 422—第二整流濾波電路; 51 —第一脈沖開關(guān)組； 54—第二驅(qū)動(dòng)單元； 73—脈沖寬度調(diào)制模塊;
41,—第一脈沖變壓器； 41n—第N脈沖變壓器； 423—第三整流濾波電路; 52—第二脈沖開關(guān)組； 71 —中心處理模塊； 74—脈沖開關(guān)控制模塊;
412—第二脈沖變壓器； 42「第一整流濾波電路； 42N—第N整流濾波電路; 53—第一驅(qū)動(dòng)單元； 72—參數(shù)采集模塊； 75H組直流電源控糊孰
具體實(shí)施例方式
圖1為本發(fā)明原油電脫水節(jié)能大功率脈沖電源實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如 圖1所示，本實(shí)施例原油電脫水節(jié)能大功率脈沖電源包括低壓直流電源裝置 2、大功率逆變裝置3、脈沖變壓器裝置4、脈沖開關(guān)裝置5、控制裝置7和 檢測(cè)裝置8，其中，低壓直流電源裝置2用于對(duì)低壓交流電進(jìn)行整流濾波處 理，輸出幅值經(jīng)過調(diào)整的低壓直流電源，本實(shí)施例中，低壓直流電源裝置2 包括用于輸出交流電的交流電源裝置和對(duì)交流電源進(jìn)行交流整流濾波處理的 交流整流濾波裝置。大功率逆變裝置3與低壓直流電源裝置2連接，用于對(duì) 低壓直流電源進(jìn)行逆變處理，通過占空比調(diào)制輸出幅值經(jīng)過調(diào)整的雙極性低 壓脈沖電源。脈沖變壓器裝置4與大功率逆變裝置3連接，用于對(duì)雙極性低 壓脈沖電源進(jìn)行升壓和整流濾波處理，輸出高壓直流電源。脈沖開關(guān)裝置5 與脈沖變壓器裝置4連接，用于對(duì)高壓直流電源進(jìn)行處理，向負(fù)載6輸出頻 率經(jīng)過調(diào)整的高壓高頻脈沖電源，實(shí)際使用中，負(fù)載可以是原油電脫水中的 脫水罐。檢測(cè)裝置8連接在負(fù)載6的兩端，用于監(jiān)測(cè)脈沖開關(guān)裝置5輸出高 壓高頻脈沖電源的電流和電壓，獲取輸出參數(shù)?？刂蒲b置7分別與低壓直流 電源裝置2、大功率逆變裝置3、脈沖開關(guān)裝置5和檢測(cè)裝置8連接，用于根 據(jù)檢測(cè)裝置8監(jiān)測(cè)到的輸出參數(shù)調(diào)節(jié)低壓直流電源裝置2輸出的低壓直流電 源的幅值、大功率逆變裝置3輸出的雙極性低壓脈沖電源的幅值和脈沖開關(guān) 裝置5輸出的高壓高頻脈沖電源的頻率。
本實(shí)施例中，交流電源可以輸出一個(gè)380V交流電；交流整流濾波裝置采 用可控硅觸發(fā)角控制方式對(duì)該380V交流電進(jìn)行整流濾波處理，輸出一個(gè)幅值 可控的低壓直流電源；該低壓直流電源通過大功率逆變裝置3的逆變處理， 并通過脈沖寬度調(diào)制，輸出一個(gè)頻率固定且脈沖寬度受控的雙極性低壓脈沖 電源；該雙極性低壓脈沖電源通過脈沖變壓器裝置的升壓和整流濾波處理， 輸出一個(gè)高壓直流電源；該高壓直流電源通過脈沖開關(guān)裝置后，成為一個(gè)高 壓高頻脈沖(HVHFP )電源；并將該HVHFP電源加載到負(fù)載6的兩端；該HVHFP 電源輸出的幅值由受控制裝置7控制的低壓直流電源裝置2和受控制裝置7 控制的大功率逆變裝置3調(diào)整，該HVHFP電源輸出的頻率由受控制裝置7控 制的脈沖開關(guān)裝置5調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)HVHFP電源的幅值和頻率的控制，以滿足 整個(gè)系統(tǒng)要求。
圖2為本發(fā)明大功率逆變裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，大功率逆變 裝置3包括逆變電路31、保護(hù)電路32和逆變驅(qū)動(dòng)電路33，其中逆變電路31 的輸入端與低壓直流電源裝置2連接，其輸出端與脈沖變壓器裝置4連接， 其控制端通過逆變驅(qū)動(dòng)電路33與控制裝置7連接。逆變電路31用于對(duì)低壓 直流電源裝置2輸出的低壓直流電源進(jìn)行逆變處理，得到一個(gè)雙極性低壓脈 沖電源并向脈沖變壓器裝置4輸出，保護(hù)電路32與逆變電路31連接，用于 提供保護(hù)，逆變驅(qū)動(dòng)電路33的一端與控制裝置7連接，用于從控制裝置7接 收控制信號(hào)，逆變驅(qū)動(dòng)電路33的另一端與逆變電路31連接，用于向逆變電 路31輸入控制信號(hào)，以調(diào)節(jié)逆變電路31輸出的雙極性低壓脈沖電源的幅值。 本實(shí)施例上述技術(shù)方案中，控制裝置7采用脈沖寬度調(diào)制(P麵)方式通過調(diào) 節(jié)大功率逆變裝置3輸出的雙極性低壓脈沖電源的占空比來達(dá)到調(diào)節(jié)其幅值 的目的。
圖3a 圖3d為本發(fā)明調(diào)節(jié)雙極性低壓脈沖電源幅值的原理示意圖。當(dāng) 脈沖變壓器裝置的變比是1: 1時(shí)，圖3a的波形經(jīng)過脈沖變壓器裝置的升壓 和整流濾波處理后，坐標(biāo)軸下的波形就翻轉(zhuǎn)變成了正的波形，如圖3b所示，其幅值沒有變化；如果通過改變圖3a中正負(fù)波形的占空比，得到如圖3c所 示的波形，經(jīng)過脈沖變壓器裝置的升壓和整流濾波處理后，最后得到的波形 如圖3d所示，由于輸出波形的占空比已經(jīng)改變，因此輸出的電壓平均值將改 變。由占空比公式D-T。n/ (T。n+T。ff),其中D表示占空比，T。n表示接通時(shí)間， T。ff表示關(guān)斷時(shí)間，可知電壓平均值lHDx V，其中U表示電壓平均值，V表示 電壓最高值，因此通過改變占空比，達(dá)到了調(diào)節(jié)輸出高精度電壓的目的。同 時(shí)在調(diào)節(jié)控制過程中，保持脈沖變壓器裝置工作的頻率恒定，從而使脈沖變 壓器裝置工作在所設(shè)計(jì)的頻率上，可以達(dá)到最佳節(jié)能的目的。附加說明的是， 欲使脈沖變壓器裝置節(jié)能，在設(shè)計(jì)過程中，由制造材料可決定其工作頻率， 而在脈沖變壓器裝置運(yùn)行中其工作頻率必須恒定。本實(shí)施例的控制裝置通過 控制大功率逆變裝置中IGBT器件的驅(qū)動(dòng)脈沖，從而改變大功率逆變裝置輸 出的雙極性低壓脈沖電源的輸出占空比，達(dá)到調(diào)節(jié)HVHFP電源幅值的目的， 具有系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度高等優(yōu)點(diǎn)。
圖4為本發(fā)明脈沖變壓器裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，本發(fā)明脈沖 變壓器裝置(也稱PC/DC電路組)包括N個(gè)大功率脈沖變壓器和N個(gè)脈沖整 流濾波電路，N為正整數(shù)，N個(gè)大功率脈沖變壓器用于分別對(duì)雙極性低壓脈沖 電源進(jìn)行升壓處理，包括第一脈沖變壓器4L、第二脈沖變壓器412、第三脈
沖變壓器413.......、第N脈沖變壓器41N， N個(gè)脈沖整流濾波電路用于對(duì)升
壓處理后的電源進(jìn)行整流濾波處理，包括第一整流濾波電路42,、第二整流濾
波電路422、第三整流濾波電路423........第N整流濾波電路42x。其中第一
脈沖變壓器41,、第二脈沖變壓器412........第N脈沖變壓器4L的原邊并聯(lián)，
并與大功率逆變裝置3連接，每個(gè)大功率脈沖變壓器的副邊與一個(gè)脈沖整流 濾波電路的輸入端連接，即第一脈沖變壓器41,的副邊與第一整流濾波電路 42,的輸入端連接，第二脈沖變壓器412的副邊與第二整流濾波電路422的輸入 端連接，……，第N脈沖變壓器4lN的副邊與第N整流濾波電路42N的輸入端 連接，每個(gè)脈沖整流濾波電路分別對(duì)經(jīng)過一個(gè)大功率脈沖變壓器升壓處理后
的電源進(jìn)行整流濾波處理，得到N個(gè)中壓直流電源；N個(gè)脈沖整流濾波電路 的輸出端依次串聯(lián)，即第 一整流濾波電路42,的負(fù)輸出端與第二整流濾波電路 422的正輸出端連接，第二整流濾波電路422的負(fù)輸出端與第三整流濾波電路 423的正輸出端連接，……，第N-l脈沖整流濾波電路42^的負(fù)輸出端與第N 整流濾波電路42N的正輸出端連接，將N個(gè)中壓直流電源串聯(lián)，使第一整流濾 波電路42!的正輸出端和第N整流濾波電路42N的負(fù)輸出端最終輸出 一個(gè)高壓 直流電源。
需要說明的是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)HPHVP電源存在電能損較大和體積過于龐 大的技術(shù)缺陷，本發(fā)明通過采用脈沖變壓器裝置的技術(shù)方案即可實(shí)現(xiàn)節(jié)能、 體積小的目的。由于單個(gè)大功率脈沖變壓器受到脈沖變壓器原邊和副邊的電 壓均不能過大以及原邊和副邊的變比不能過大等技術(shù)條件限制，本發(fā)明上述 實(shí)施例提出的采用大功率脈沖變壓器集成的技術(shù)方案有效克服了上述技術(shù)條 件限制，本實(shí)施例通過采用多個(gè)脈沖變壓器原邊并聯(lián)、副邊串聯(lián)的集成方案， 既解決了現(xiàn)有技術(shù)采用工頻變壓器技術(shù)方案耗能較大的問題，又具有結(jié)構(gòu)緊 湊、體積小等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能和減小體積的目的。
圖5為本發(fā)明脈沖開關(guān)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，本發(fā)明脈沖開 關(guān)裝置(也稱DC/PC電路)包括第一脈沖開關(guān)組51和第二脈沖開關(guān)組52, 第一脈沖開關(guān)組51與負(fù)載6串聯(lián)，第二脈沖開關(guān)組52與負(fù)載6并聯(lián)，形 成互補(bǔ)結(jié)構(gòu)。實(shí)際使用中，第一脈沖開關(guān)組51可以串接在脈沖變壓器裝置 4的第 一 整流濾波電路4 2,的正輸出端與負(fù)載6之間，負(fù)載6的另 一 端連接 脈沖變壓器裝置4的第N整流濾波電路42w的負(fù)輸出端，第一脈沖開關(guān)組 51也可以串接在脈沖變壓器裝置4的第N整流濾波電路42w的負(fù)輸出端與 負(fù)載6之間，負(fù)載6的另一端連接脈沖變壓器裝置4的第一整流濾波電路 42,的正輸出端，形成與負(fù)載6的串聯(lián)結(jié)構(gòu)。具體地，第一脈沖開關(guān)組51 包括數(shù)個(gè)串聯(lián)連接的脈沖開關(guān)，每個(gè)脈沖開關(guān)均與第一驅(qū)動(dòng)單元53連接， 通過控制接口與控制裝置7連接的第一驅(qū)動(dòng)單元53用于控制第一脈沖開
關(guān)組51的接通或斷開；第二脈沖開關(guān)組52包括數(shù)個(gè)串聯(lián)連接的脈沖開關(guān)， 每個(gè)脈沖開關(guān)均與第二驅(qū)動(dòng)單元54連接，通過控制接口與控制裝置7連 接的第二驅(qū)動(dòng)單元54用于控制第二脈沖開關(guān)組52的接通或斷開。該結(jié)構(gòu) 使第一脈沖開關(guān)組51和第二脈沖開關(guān)組52形成互補(bǔ)結(jié)構(gòu)，通過控制裝置 7的控制信號(hào)使得一個(gè)脈沖開關(guān)組接通，另外一個(gè)脈沖開關(guān)組斷開，即當(dāng) 第一脈沖開關(guān)組51斷開后，第二脈沖開關(guān)組52接通，使第二脈沖開關(guān)組 52與負(fù)載6構(gòu)成了一個(gè)放電回路，通過第二脈沖開關(guān)組52迅速放電，因 此有效消除了現(xiàn)有技術(shù)輸出波形存在的拖尾、脈沖上升和下降沿陡度差等 技術(shù)問題。
圖6為本發(fā)明輸出脈沖波形的示意圖，其中虛線為現(xiàn)有技術(shù)的脈沖波 形，存在拖尾現(xiàn)象，實(shí)線為本發(fā)明脈沖波形，輸出波形無拖尾，因此本發(fā) 明利用第一脈沖開關(guān)組和第二脈沖開關(guān)組形成的互補(bǔ)結(jié)構(gòu)很好地解決了 脈沖波形的拖尾現(xiàn)象。本發(fā)明上述技術(shù)方案中，每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元還可以連接 一保護(hù)電路。
本發(fā)明上述技術(shù)方案中，驅(qū)動(dòng)單元可以采用兩種技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。 一種 是采用控制脈沖驅(qū)動(dòng)變壓器方案，驅(qū)動(dòng)單元采用控制脈沖驅(qū)動(dòng)變壓器，控 制脈沖驅(qū)動(dòng)變壓器的一端與脈沖開關(guān)連接，另一端通過控制接口與控制裝 置連接；另一種是采用光纖驅(qū)動(dòng)模塊方案，驅(qū)動(dòng)單元采用光纖驅(qū)動(dòng)模塊， 光纖驅(qū)動(dòng)模塊的一端與脈沖開關(guān)連接，另一端通過控制接口與控制裝置連 接。當(dāng)驅(qū)動(dòng)單元采用光纖驅(qū)動(dòng)模塊方案，HFHVP電源的頻率范圍可以做到 任意調(diào)節(jié)，控制脈沖驅(qū)動(dòng)變壓器和光纖驅(qū)動(dòng)模塊已在現(xiàn)有技術(shù)中廣泛應(yīng) 用，不再贅述。
圖7為本發(fā)明控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖7所示，本發(fā)明控制裝置 包括中心處理模塊71、參數(shù)采集模塊72、脈沖寬度調(diào)制模塊73、脈沖開關(guān) 控制模塊74和低壓直流電源控制模塊75，其中，參數(shù)采集模塊72與中心處 理模塊71和檢測(cè)裝置8連接，用于從檢測(cè)裝置8接收輸出參數(shù)，并發(fā)送給中
心處理模塊71;脈沖寬度調(diào)制模塊73與中心處理模塊71和大功率逆變裝置 3連接，用于從中心處理模塊71接收控制參數(shù)，采用脈沖寬度調(diào)制(PWM) 方式通過調(diào)節(jié)大功率逆變裝置3輸出的雙極性低壓脈沖電源的占空比來實(shí)現(xiàn) 其幅值的調(diào)節(jié)；脈沖開關(guān)控制模塊74與中心處理模塊71和脈沖開關(guān)裝置5 連接，用于從中心處理模塊71接收控制參數(shù)，調(diào)節(jié)脈沖開關(guān)裝置5輸出高壓 高頻脈沖電源的頻率；低壓直流電源控制模塊75與中心處理模塊71和低壓 直流電源裝置2連接，用于通過控制可控硅觸發(fā)角調(diào)節(jié)低壓直流電源裝置2 輸出低壓直流電源的幅值；中心處理模塊71分別與參數(shù)采集模塊72、脈沖 寬度調(diào)制模塊73、脈沖開關(guān)控制模塊74和低壓直流電源控制模塊75連接， 用于根據(jù)參數(shù)采集模塊72的輸出參數(shù)通過低壓直流電源控制模塊75控制低 壓直流電源裝置2輸出的低壓直流電源的幅值，通過脈沖寬度調(diào)制模塊73調(diào) 節(jié)大功率逆變裝置3輸出的雙極性低壓脈沖電源的幅值，以及通過脈沖開關(guān) 控制模塊74調(diào)節(jié)脈沖開關(guān)裝置5輸出的高壓高頻脈沖電源的頻率。
由于原油電脫水中的脫水罐(負(fù)載)要求恒流輸出，因此實(shí)際使用中， 本發(fā)明控制裝置還通過低壓直流電源裝置和脈沖變壓器裝置控制恒流輸出。 圖8為本發(fā)明控制裝置恒流控制的原理圖。如圖8所示，控制裝置中包括電 流PI調(diào)節(jié)器和電壓PI調(diào)節(jié)器，從負(fù)載采集一個(gè)被測(cè)電流I，與參考電流值 I哪經(jīng)過電流PI調(diào)節(jié)器得到一個(gè)參考電壓值UREF，從脈沖變壓器裝置的輸出端 采集一個(gè)被測(cè)電壓U，與參考電壓值IW經(jīng)過電壓PI調(diào)節(jié)器得到相應(yīng)的操作 控制信號(hào)，低壓直流電源裝置根據(jù)該操作控制信號(hào)調(diào)整低壓直流電源的電流， 作為粗調(diào)，脈沖變壓器裝置根據(jù)該操作調(diào)節(jié)信號(hào)調(diào)整雙極性低壓脈沖電源的 的電流，作為精調(diào)過程，使本發(fā)明經(jīng)過兩個(gè)雙閉環(huán)控制最終輸出了一個(gè)恒定 的電流ji。
本發(fā)明提供了 一種原油電脫水節(jié)能大功率脈沖電源，通過對(duì)交流電源進(jìn) 行整流控制、濾波和逆變處理形成雙極性低壓脈沖電源，再通過脈沖變壓 器進(jìn)行升壓和整流濾波處理形成高壓直流電源，最后經(jīng)過互補(bǔ)結(jié)構(gòu)的脈沖開關(guān)組形成高壓高頻脈沖電源。與采用"交-直-脈沖疊加"的現(xiàn)有技術(shù)相
比，本發(fā)明控制裝置通過控制大功率逆變裝置中IGBT器件的驅(qū)動(dòng)脈沖， 從而改變大功率逆變裝置輸出的雙極性低壓脈沖電源的輸出占空比，達(dá)到 了調(diào)節(jié)HVHFP電源幅值的目的，系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度高；由于使用脈沖變壓器代 替現(xiàn)有技術(shù)的工頻變壓器，且采用了多組脈沖變壓器原邊并聯(lián)和副邊串聯(lián) 的集成結(jié)構(gòu)，不僅達(dá)到了節(jié)能的目的，而且還克服了目前制造大功率脈沖 變壓器的技術(shù)限制；由于采用互補(bǔ)型脈沖開關(guān)組，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中 脈沖波形的拖尾現(xiàn)象，使本發(fā)明在原油電脫水中能真正達(dá)到脈沖脫水效果， 進(jìn)一步還可以實(shí)現(xiàn)頻率的任意調(diào)節(jié)?？傊?，本發(fā)明具有可調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào) 脈寬、電流范圍寬、無諧波污染、節(jié)能、體積小等優(yōu)點(diǎn)。
圖9為本發(fā)明原油電脫水節(jié)能大功率脈沖電源的產(chǎn)生方法的流程圖，具 體包括
步驟IO、對(duì)低壓交流電進(jìn)行整流濾波處理，輸出幅值經(jīng)過調(diào)整的低壓直 流電源；
步驟20、對(duì)低壓直流電源進(jìn)行逆變處理，并通過占空比調(diào)制輸出幅值經(jīng) 過調(diào)整的雙極性低壓脈沖電源；
步驟30、對(duì)所述雙極性低壓脈沖電源進(jìn)行升壓和整流濾波處理，輸出高 壓直法u電源；
步驟40、采用互補(bǔ)型脈沖開關(guān)組將所述高壓直流電源處理成向負(fù)載輸出 的頻率經(jīng)過調(diào)整的高壓高頻脈沖電源。
在上述技術(shù)方案中，所述步驟10具體包括對(duì)低壓交流電進(jìn)行整流濾波 處理，通過控制可控硅觸發(fā)角，輸出幅值經(jīng)過調(diào)整的低壓直流電源。所述步驟 20具體包括對(duì)低壓直流電源進(jìn)行逆變處理獲得雙極性低壓脈沖電源，通過 調(diào)整所述雙極性低壓脈沖電源的占空比，通過調(diào)整脈沖寬度輸出幅值經(jīng)過調(diào) 整的雙極性低壓脈沖電源。所述步驟30具體包括N個(gè)原邊并聯(lián)的大功率脈 沖變壓器對(duì)所述雙極性低壓脈沖電源進(jìn)行升壓處理，N個(gè)輸出端依次串聯(lián)的脈沖整流濾波電路分別對(duì)每個(gè)大功率脈沖變壓器的輸出進(jìn)行整流濾波處理，
使第一整流濾波電路的正輸出端和第N整流濾波電路的負(fù)輸出端輸出一個(gè)高 壓直流電源。所述步驟40具體包括采用第一脈沖開關(guān)組與負(fù)載串聯(lián)、第 二脈沖開關(guān)組與負(fù)載并聯(lián)的互補(bǔ)型脈沖開關(guān)組，將所述高壓直流電源處理成 向負(fù)載輸出的高壓高頻脈沖電源，當(dāng)?shù)谝幻}沖開關(guān)組斷開后，第二脈沖開 關(guān)組接通，使第二脈沖開關(guān)組與負(fù)載構(gòu)成了一個(gè)放電回路，通過迅速放電 消除波形拖尾、脈沖上升和下降沿陵度差。
本發(fā)明原油電脫水節(jié)能大功率脈沖電源的產(chǎn)生方法可以采用本發(fā)明原油 電脫水節(jié)能大功率脈沖電源的結(jié)構(gòu)，其工作過程已經(jīng)詳細(xì)說明，不再贅述。
最后應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制， 盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技 術(shù)方案的精神和范圍。
本專利得到國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)支持，項(xiàng)目名稱 高效節(jié)能環(huán)保原油混沌脈沖電脫水器產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)研究(項(xiàng)目編號(hào) 2007AA05Z230)。
權(quán)利要求
1.一種原油電脫水節(jié)能大功率脈沖電源，其特征在于，包括低壓直流電源裝置，用于對(duì)低壓交流電進(jìn)行整流濾波處理，輸出幅值經(jīng)過調(diào)整的低壓直流電源；大功率逆變裝置，與所述低壓直流電源裝置連接，用于對(duì)所述低壓直流電源進(jìn)行逆變處理，通過占空比調(diào)制輸出幅值經(jīng)過調(diào)整的雙極性低壓脈沖電源；脈沖變壓器裝置，與所述大功率逆變裝置連接，用于對(duì)所述雙極性低壓脈沖電源進(jìn)行升壓和整流濾波處理，輸出高壓直流電源；脈沖開關(guān)裝置，與所述脈沖變壓器裝置連接，向負(fù)載輸出頻率經(jīng)過調(diào)整的高壓高頻脈沖電源；檢測(cè)裝置，用于監(jiān)測(cè)所述脈沖開關(guān)裝置輸出高壓高頻脈沖電源的電流和電壓，獲取輸出參數(shù)；控制裝置，分別與所述低壓直流電源裝置、大功率逆變裝置、脈沖開關(guān)裝置和檢測(cè)裝置連接，用于根據(jù)所述輸出參數(shù)調(diào)節(jié)所述低壓直流電源的幅值、所述雙極性低壓脈沖電源的幅值和所述高壓高頻脈沖電源的頻率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的原油電脫水節(jié)能大功率脈沖電源，其特征在于， 所述大功率逆變裝置包括逆變電路和驅(qū)動(dòng)電路，所述逆變電路的輸入端與低 壓直流電源裝置連接，輸出端與脈沖變壓器裝置連接，控制端通過逆變驅(qū)動(dòng) 電路與控制裝置連接，所述逆變電路用于對(duì)所述低壓直流電源進(jìn)行逆變處理 獲得雙極性低壓脈沖電源，并根據(jù)控制裝置輸出的控制信號(hào)調(diào)整所述雙極性 低壓脈沖電源的占空比，通過調(diào)整脈沖寬度輸出幅值經(jīng)過調(diào)整的雙極性低壓 脈沖電源。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的原油電脫水節(jié)能大功率脈沖電源，其特征在于， 所述脈沖變壓器裝置包括N個(gè)大功率脈沖變壓器和N個(gè)脈沖整流濾波電路， 對(duì)所述雙極性低壓脈沖電源進(jìn)行升壓處理的N個(gè)大功率脈沖變壓器的原邊并 聯(lián)，并與所述大功率逆變裝置連接，每個(gè)大功率脈沖變壓器的副邊與一個(gè)脈沖整流濾波電路的輸入端連接，進(jìn)行整流濾波處理的N個(gè)脈沖整流濾波電路 的輸出端依次串聯(lián)，第一整流濾波電路的正輸出端和第N整流濾波電路的負(fù) 輸出端與所述脈沖開關(guān)裝置連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的原油電脫水節(jié)能大功率脈沖電源，其特征在于， 所述脈沖開關(guān)裝置包括與負(fù)載串聯(lián)的第一脈沖開關(guān)組和與負(fù)載并聯(lián)的第二脈 沖開關(guān)組，形成互補(bǔ)結(jié)構(gòu)的第一脈沖開關(guān)組和第二脈沖開關(guān)組與控制裝置連 接，由所述控制裝置控制一個(gè)脈沖開關(guān)組接通時(shí)另外一個(gè)脈沖開關(guān)組斷開。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的原油電脫水節(jié)能大功率脈沖電源，其特征在于， 每個(gè)脈沖開關(guān)組包括數(shù)個(gè)串聯(lián)連接的脈沖開關(guān)，每個(gè)脈沖開關(guān)與驅(qū)動(dòng)單元連 接，所述驅(qū)動(dòng)單元通過控制接口與所述控制裝置連接，所述驅(qū)動(dòng)單元為控制 脈沖驅(qū)動(dòng)變壓器或光纖驅(qū)動(dòng)模塊。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1~5中任一權(quán)利要求所述的原油電脫水節(jié)能大功率脈 沖電源，其特征在于，所述控制裝置包括參數(shù)采集模塊，與所述檢測(cè)裝置連接，用于從檢測(cè)裝置接收輸出參數(shù)； 低壓直流電源控制模塊，與所述低壓直流電源裝置連接，通過控制可控硅觸發(fā)角調(diào)節(jié)所述低壓直流電源的幅值；脈沖寬度調(diào)制模塊，與所述大功率逆變裝置連接，通過脈沖寬度調(diào)制方式調(diào)節(jié)所述雙極性低壓脈沖電源的幅值；脈沖開關(guān)控制;^莫塊，與所述脈沖開關(guān)裝置連接，通過開關(guān)方式調(diào)節(jié)所述 高壓高頻脈沖電源的頻率；中心處理模塊，分別與所述參數(shù)采集模塊、低壓直流電源控制模塊、脈 沖寬度調(diào)制模塊和脈沖開關(guān)控制模塊連接，用于根據(jù)所述輸出參數(shù)通過低壓 直流電源控制模塊控制所述低壓直流電源裝置輸出的低壓直流電源的幅值、 通過脈沖寬度調(diào)制模塊控制所述大功率逆變裝置輸出的雙極性低壓脈沖電源 的幅值和通過脈沖開關(guān)控制模塊控制所述脈沖開關(guān)裝置輸出的高壓高頻脈沖電源的頻率。
7. —種原油電脫水節(jié)能大功率脈沖電源的產(chǎn)生方法，其特征在于，包括 步驟IO、對(duì)低壓交流電進(jìn)行整流濾波處理，輸出幅值經(jīng)過調(diào)整的低壓直流電源；步驟20、對(duì)低壓直流電源進(jìn)行逆變處理，并通過占空比調(diào)制輸出幅值經(jīng) 過調(diào)整的雙極性低壓脈沖電源；步驟30、對(duì)所述雙極性低壓脈沖電源進(jìn)行升壓和整流濾波處理，輸出高 壓直流電源；步驟40、采用互補(bǔ)型脈沖開關(guān)組將所述高壓直流電源處理成向負(fù)載輸出 的頻率經(jīng)過調(diào)整的高壓高頻脈沖電源。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的原油電脫水節(jié)能大功率脈沖電源的產(chǎn)生方法， 其特征在于，所述步驟20具體包括對(duì)低壓直流電源進(jìn)行逆變處理獲得雙極 性低壓脈沖電源，通過調(diào)整所述雙極性低壓脈沖電源的占空比，輸出幅值經(jīng) 過調(diào)整的雙極性低壓脈沖電源。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的原油電脫水節(jié)能大功率脈沖電源的產(chǎn)生方法， 其特征在于，所述步驟30具體包括N個(gè)原邊并聯(lián)的大功率脈沖變壓器對(duì)所 述雙極性低壓脈沖電源進(jìn)行升壓處理，N個(gè)輸出端依次串聯(lián)的脈沖整流濾波 電路分別對(duì)每個(gè)大功率脈沖變壓器的輸出進(jìn)行整流濾波處理，使第一整流濾 波電路的正輸出端和第N整流濾波電路的負(fù)輸出端輸出一個(gè)高壓直流電源。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的原油電脫水節(jié)能大功率脈沖電源的產(chǎn)生方 法，其特征在于，所述步驟40具體包括采用第一脈沖開關(guān)組與負(fù)載串聯(lián)、 第二脈沖開關(guān)組與負(fù)載并聯(lián)的互補(bǔ)型脈沖開關(guān)組，將所述高壓直流電源處理 成向負(fù)載輸出的頻率經(jīng)過調(diào)整的高壓高頻脈沖電源，當(dāng)?shù)谝幻}沖開關(guān)組斷開 后，第二脈沖開關(guān)組接通，使第二脈沖開關(guān)組與負(fù)載構(gòu)成一個(gè)放電回路，通 過迅速放電消除波形拖尾、脈沖上升和下降沿P走度差。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種原油電脫水節(jié)能大功率脈沖電源及其產(chǎn)生方法。大功率脈沖電源包括輸出低壓直流電源的低壓直流電源裝置、對(duì)所述低壓直流電源進(jìn)行逆變處理并輸出雙極性低壓脈沖電源的大功率逆變裝置、對(duì)所述雙極性低壓脈沖電源進(jìn)行升壓和整流濾波處理并輸出高壓直流電源的脈沖變壓器裝置、使所述高壓直流電源成為向負(fù)載輸出的高壓高頻脈沖電源的脈沖開關(guān)裝置以及檢測(cè)裝置和控制裝置。本發(fā)明通過對(duì)交流電源進(jìn)行整流、濾波和逆變處理形成雙極性低壓脈沖電源，再通過脈沖變壓器進(jìn)行升壓和整流濾波處理形成高壓直流電源，最后經(jīng)過互補(bǔ)結(jié)構(gòu)的脈沖開關(guān)組形成高壓高頻脈沖電源，具有可調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)脈寬、電流范圍寬、無諧波污染、節(jié)能、體積小等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02M9/00GK101345492SQ20081011916
公開日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月28日
發(fā)明者梁志珊 申請(qǐng)人:中國石油大學(xué)(北京)