一種靜電除塵用脈沖電源的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及電源電路領(lǐng)域。本實(shí)用新型公開了一種靜電除塵用脈沖電源，包括間歇脈沖產(chǎn)生電路和窄脈沖產(chǎn)生電路，所述間歇脈沖產(chǎn)生電路包括三相可控硅和三相升壓整流電路，所述三相可控硅的控制端與控制器連接，所述三相升壓整流電路的輸入端通過三相可控硅與三相交流電源的三相連接，所述三相升壓整流電路的輸出端與窄脈沖產(chǎn)生電路的輸出端串聯(lián)后接在電除塵器的收塵極和放電極之間，所述電除塵器的收塵極接地，從而將間歇脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生的間歇脈沖電源的脈沖同步串聯(lián)疊加在窄脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生的窄脈沖電源的脈沖上施加在電除塵器的收塵極和放電極之間。本實(shí)用新型除塵效率高，能耗少，電路易于實(shí)現(xiàn)，成本低。
【專利說明】
一種靜電除塵用脈沖電源
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于電源電路領(lǐng)域，具體地涉及一種高效節(jié)能的靜電除塵用脈沖電源。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年，全國大面積霧霾天氣事件頻發(fā)，治理霧霾已成為國家戰(zhàn)略和全社會(huì)熱點(diǎn)問題。其中燃煤電廠、鋼鐵冶煉、水泥窯爐等工業(yè)煙塵是大氣污染物主要源頭之一。國務(wù)院2013年9月10日公開發(fā)布《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，環(huán)境保護(hù)部辦公廳2015年12月11日印發(fā)《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》，全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造，是推進(jìn)煤炭清潔化利用、改善大氣環(huán)境質(zhì)量、緩解資源約束的重要舉措。
[0003]靜電除塵器具有除塵效率高、運(yùn)行阻力小、維護(hù)費(fèi)用低、使用壽命長等特點(diǎn)。是燃煤電廠、鋼鐵冶煉、水泥窯爐等工業(yè)煙塵實(shí)現(xiàn)超低排放和節(jié)能改造的首選除塵設(shè)備?，F(xiàn)役靜電除塵器受當(dāng)時(shí)污染物排放限值較為寬松和市場(chǎng)無序競(jìng)爭的因素影響，靜電除塵器原設(shè)計(jì)的集塵面積普遍偏小，現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)容空間受到極大限制，依靠本體增加電場(chǎng)的擴(kuò)容方法幾乎不可能。實(shí)施超低排放和節(jié)能改造方案，主要以高效電源提效改造+本體內(nèi)部極配優(yōu)化為主，靜電除塵器高效電源提效改造具有投資少、工期短、見效快，受到業(yè)界的普遍關(guān)注和重視。
[0004]根據(jù)多依奇電除塵效率公式，靜電除塵器的除塵效率與電除塵比集塵面積和粉塵驅(qū)進(jìn)速度成正比。當(dāng)比集塵面積(S =總集塵面積A/煙氣量Q)—定時(shí)(本體大小不變)，提高除塵效率主要取決于粉塵驅(qū)進(jìn)速度，粉塵驅(qū)進(jìn)速度與電場(chǎng)平均場(chǎng)強(qiáng)和峰值場(chǎng)強(qiáng)成正比，即與高壓電源的平均電壓和峰值電壓大小成正比。特別是后級(jí)電場(chǎng)的粉塵顆粒更細(xì)，主要以PM2.5為主，粉塵比電阻更高，更難以被荷電和捕集。常規(guī)直流高壓電源:如常用單相可控硅高壓整流電源、三相可控硅高壓整流電源、高頻開關(guān)高壓整流電源，最大峰值電壓都受電除塵電場(chǎng)粉塵閃絡(luò)擊穿電壓限制，無法有效提高微細(xì)粉塵和高比電阻粉塵的荷電和捕集效率。
[0005]根據(jù)除塵原理，當(dāng)煙氣粉塵在放電極附近被荷電后，在電場(chǎng)力的作用下，朝著收塵極板迀移，并最終吸附在收塵極板上。正常迀移時(shí)間大致需要150uS。如果高壓電源輸出的脈沖電壓寬度SlOOuS時(shí)，粉塵在放電極附近被荷電后，尚未達(dá)到收塵極板時(shí)，脈沖電壓將提前關(guān)斷，就不會(huì)發(fā)生閃絡(luò)擊穿放電現(xiàn)象?；谏鲜隼碚?，長期以來大家一直希望通過微秒級(jí)窄脈沖電壓超越常規(guī)高壓電源受閃絡(luò)擊穿電壓的限制，實(shí)現(xiàn)大幅度提高粉塵荷電峰值電壓，大幅提尚微細(xì)粉塵和尚比電阻粉塵的荷電捕集效率。
[0006]現(xiàn)有電除塵用脈沖電源技術(shù)方案。主要以丹麥?zhǔn)访芩构镜募夹g(shù)方案為主，如圖1所示，左邊為疊加脈沖電壓部分2'，最大額定脈沖電壓值為80kV，二次輸出脈沖電壓通過高壓耦合電容Ce施加到靜電除塵器放電極;右邊為基礎(chǔ)電壓部分V，最大額定基礎(chǔ)電壓值為65kV，通過直流電感Lc施加到電除塵器放電極。兩者采用并聯(lián)耦合方式。由于電除塵本體是一個(gè)典型的容性負(fù)載，等效電容與集塵面積成正比。采用電容并聯(lián)耦合方式，施加到電除塵負(fù)載的脈沖電壓值等于脈沖電流對(duì)負(fù)載等效電容兩端的瞬態(tài)充電值，脈沖電流越大，獲得的瞬態(tài)電壓峰值越高。依據(jù)電容充電理論，IC的充電電流，一個(gè)時(shí)間周期結(jié)束，電容兩端的電壓等于0.63額定輸出電壓值;3C的充電電流，一個(gè)時(shí)間周期結(jié)束的電壓值為0.95額定輸出電壓值。由于負(fù)載等效電容大，脈沖電壓高，脈沖電源輸出功率和瞬態(tài)脈沖電流很難做到3C以上?，F(xiàn)有的脈沖電源輸出的脈沖電流<0.5C，施加到負(fù)載等效電容的脈沖電壓只有額定輸出電壓彡40%，兩者疊加后脈沖電壓峰值=基礎(chǔ)電壓65kV+窄脈沖電壓80Kv*40% =97kV，跟常規(guī)直流高壓電源最大峰值電壓值10kV基本相當(dāng)，無法發(fā)揮脈沖電源的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)際應(yīng)用后，也沒有明顯提高現(xiàn)役電除塵器的除塵效率。這種脈沖疊加電源方案的還存在以下問題:
[0007 ] I)如果脈沖電源輸出功率和瞬態(tài)脈沖電流達(dá)到到3C以上，所需的初級(jí)瞬態(tài)開關(guān)電流可達(dá)1kA以上，在技術(shù)和工藝上難以實(shí)現(xiàn)。
[0008]2)脈沖高壓端耦合電容耐壓等級(jí)與體積成正比，高壓端耦合電容的耐壓等級(jí)和器件體積也存在工藝瓶頸。
[0009]3)基礎(chǔ)電壓為純直流電壓，提高基礎(chǔ)電壓，將增加電耗，不能充分體現(xiàn)脈沖電源能耗優(yōu)勢(shì)。
[0010]為此，公開專利:CN105080722A提出了將脈沖電源與基礎(chǔ)直流電源進(jìn)行串聯(lián)疊加后在電除塵器的收塵極和放電極之間進(jìn)行除塵，解決了上述并聯(lián)疊加存在的問題，但由于其基礎(chǔ)電源采用直流電源，能耗較大。且其窄脈沖變壓器輸出端直接采用交流疊加，而非整流后直接疊加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本實(shí)用新型目的在于為解決上述問題而提供一種除塵效率高，能耗少，電路易于實(shí)現(xiàn)，成本低的靜電除塵用脈沖電源。
[0012]為此，本實(shí)用新型公開了一種靜電除塵用脈沖電源，包括間歇脈沖產(chǎn)生電路和窄脈沖產(chǎn)生電路，所述間歇脈沖產(chǎn)生電路包括三相可控硅和三相升壓整流電路，所述三相可控硅的控制端與控制器連接，所述三相升壓整流電路的輸入端通過三相可控硅與三相交流電源的三相連接，所述三相升壓整流電路的輸出端與窄脈沖產(chǎn)生電路的輸出端串聯(lián)后接在電除塵器的收塵極和放電極之間，所述電除塵器的收塵極接地，所述控制器輸出控制信號(hào)控制三相可控硅通斷使間歇脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生與窄脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生的窄脈沖電源同步的間歇脈沖電源，且間歇脈沖電源的脈沖寬度大于窄脈沖電源的脈沖寬度，從而將窄脈沖電源串聯(lián)疊加在間歇脈沖電源的峰值上后施加在電除塵器的收塵極和放電極之間。
[0013]進(jìn)一步的，所述三相可控硅由六個(gè)普通可控硅兩兩反并聯(lián)后再并聯(lián)組成。
[0014]進(jìn)一步的，所述三相升壓整流電路包括三相升壓變壓器和三相整流橋，所述三相升壓變壓器的初級(jí)端采用D型接法與三相可控硅的一端連接，所述三相可控硅的另一端連接三相交流電源的三相，所述三相升壓變壓器的次級(jí)端采用Y型接法與三相整流橋的輸入端連接，所述三相整流橋的輸出端為三相升壓整流電路的輸出端。
[0015]進(jìn)一步的，所述窄脈沖產(chǎn)生電路包括開關(guān)器件、電容，脈沖變壓器和脈沖整流橋。所述開關(guān)器件的輸入端分別接輸入電源和電容的一端，所述電容的另一端接脈沖變壓器初級(jí)的其中一端，開關(guān)器件的輸出端接脈沖變壓器初級(jí)的另一端，所述開關(guān)器件的控制端與控制器連接，所述脈沖變壓器次級(jí)輸出端接脈沖整流橋的輸入端，脈沖整流橋的輸出端為窄脈沖產(chǎn)生電路的輸出端。
[0016]更進(jìn)一步的，所述開關(guān)器件為絕緣柵雙極型晶體管。
[0017]進(jìn)一步的，所述窄脈沖產(chǎn)生電路還包括濾波電感，所述輸入電源通過濾波電感接開關(guān)器件的輸入端和電容的一端。
[0018]本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果:
[0019]I)施加到負(fù)載的電壓高。采用高壓整流后串聯(lián)疊加方式，在三相高壓整流電源的基礎(chǔ)上串聯(lián)疊加窄脈沖整流電壓，直接100%施加到負(fù)載放電極，負(fù)載等效電容兩端的瞬態(tài)脈沖電壓值=(間隙脈沖電壓值+窄脈沖電壓值)。
[0020]2)有效脈沖寬度可控。對(duì)于負(fù)載等效電容的作用為放電模式。IC的放電電流，一個(gè)時(shí)間周期后，在負(fù)載等效電容兩端的瞬態(tài)電壓值多60 %額定輸出脈沖電壓峰值，有效維持尚脈沖電壓粉塵電尚能，有利于提尚除塵效率。
[0021]3)運(yùn)行電耗更低。三相基礎(chǔ)電源采用間歇脈沖供電模式，窄脈沖電壓可同步直接疊加在基礎(chǔ)電壓峰值之上。基礎(chǔ)電源間歇脈沖占空比可調(diào)，與純直流基礎(chǔ)電源相比較，至少可降低電耗50%以上。
[0022]此外，在工藝和技術(shù)上易于實(shí)現(xiàn)，成本低。
【附圖說明】
[0023]圖1為【背景技術(shù)】的電源電路原理圖；
[0024]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的電路原理圖；
[0025]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的間歇脈沖電源與窄脈沖電源串聯(lián)疊加示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]現(xiàn)結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
[0027]如圖2所示，一種靜電除塵用脈沖電源，包括間歇脈沖產(chǎn)生電路I和窄脈沖產(chǎn)生電路2，所述間歇脈沖產(chǎn)生電路I包括三相可控硅和三相升壓整流電路，本實(shí)施例中，三相可控硅由六個(gè)普通可控硅Val、Va2、Vbl、Vb2、Vcl和Vc2兩兩反并聯(lián)后再并聯(lián)組成，當(dāng)然，在其它實(shí)施例，也可以是由3個(gè)雙向可控硅并聯(lián)組成，三相升壓整流電路包括三相升壓變壓器CT和三相整流橋Qc，本實(shí)施例中，三相整流橋Qc為由六個(gè)二極管組成的三相硅整流全橋，窄脈沖產(chǎn)生電路2包括濾波電感Ls、開關(guān)器件、電容Cs、脈沖變壓器PT和脈沖整流橋Qs，本實(shí)施例中，開關(guān)器件優(yōu)選為絕緣柵雙極型晶體管Ts，當(dāng)然，在其它實(shí)施例中，也可以是可控硅或MOS管等開關(guān)器件，脈沖整流橋Qs為由4個(gè)二極管組成的單相硅整流全橋。
[0028]三相可控硅的一端分別與外部三相380V交流電網(wǎng)的三相L1、L2和L3連接，三相可控硅的另一端分別與三相升壓變壓器CT的初級(jí)端連接，三相可控硅的控制端與控制器(圖中未示出)連接，三相升壓變壓器CT的次級(jí)端連接三相整流橋Qc的輸入端，本具體實(shí)施例中，三相升壓變壓器CT的初級(jí)采用D型接法，次級(jí)采用Y型接法，以消除諧波，三相整流橋Qc的正輸出端接地和靜電除塵器ESP的收塵極，負(fù)輸出端接脈沖整流橋Qs的正輸出端，脈沖整流橋Qs的負(fù)輸出端接靜電除塵器SEP的放電極，脈沖整流橋Qs的輸入端接脈沖變壓器PT的次級(jí)端，脈沖變壓器PT的初級(jí)端的一端接絕緣柵雙極型晶體管Ts的發(fā)射極，絕緣柵雙極型晶體管Ts的集電極分別接濾波電感Ls的輸出端和電容Cs的一端，電容Cs的另一端接脈沖變壓器PT的初級(jí)端的另一端，濾波電感Ls的輸入端接輸入電源Ups，絕緣柵雙極型晶體管Ts的柵極與控制器連接，本實(shí)施例中，輸入電源Ups由三相交流電源升壓整流而來。
[0029]工作過程:控制器輸出相應(yīng)控制信號(hào)控制三相可控硅通斷，使三相交流電源依次經(jīng)過三相可控硅、三相升壓變壓器CT和三相整流橋Qc變換處理后輸出與窄脈沖產(chǎn)生電路2產(chǎn)生的窄脈沖電源同步的間歇脈沖電源(如圖3的11所示，脈沖寬度小于10ms，頻率為50PPS)作為基礎(chǔ)電源，間歇脈沖電源的脈沖寬度大于窄脈沖電源的脈沖寬度，輸入電源Ups經(jīng)過絕緣柵雙極型晶體管Ts、電容Cs、脈沖變壓器PT和脈沖整流橋Qs變換處理后輸出窄脈沖電源(如圖3的21所示，脈沖寬度小于10us，頻率為50PPS)作為疊加電源，通過控制器輸出相應(yīng)的三相可控硅控制信號(hào)和絕緣柵雙極型晶體管Ts的控制信號(hào)，使的窄脈沖電源的脈沖同步串聯(lián)疊加在間歇脈沖電源的峰值上，如圖3所示，再將其施加到電除塵器的收塵極和放電極之間驅(qū)動(dòng)電除塵器進(jìn)行除塵。
[0030]本實(shí)用新型的間歇脈沖產(chǎn)生電路采用三相交流電源同步輸入，三相可控硅同步移相調(diào)壓，可輸出純直流電源或各種占空比間歇脈沖電源(如圖3的11所示)，間歇脈沖電源的額定電壓值，可根據(jù)靜電除塵器的本體極間距，對(duì)應(yīng)的高壓直流電源額定電壓值選型，常規(guī)400mm同極距靜電除塵器，基礎(chǔ)額定電壓值優(yōu)選90kV，間歇脈沖電壓寬度小于10毫秒，由于本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)間歇脈沖供電模式，即便提高25kV(原來最大為65kV)，實(shí)際運(yùn)行的電耗可較前者降低30%以上;其次是當(dāng)疊加的窄脈沖電源關(guān)閉或停止輸出時(shí)，間歇脈沖產(chǎn)生電路額定輸出90kV的基礎(chǔ)電源，仍可保證常規(guī)三相高壓直流電源的最佳性能，保證較高的除塵效率;窄脈沖產(chǎn)生電路采用絕緣柵雙極型晶體管Ts作為開關(guān)器件，通過儲(chǔ)能電容Cs和脈沖變壓器PT，可輸出小于100微秒的窄脈沖電源(如圖3的21所示)，優(yōu)選窄脈沖寬度為75uS，為了提高窄脈沖瞬態(tài)輸出電流，窄脈沖額定輸出電壓優(yōu)選40kV，采取降低窄脈沖額定電壓值，從最大80kV降低到40kV，因?yàn)樨?fù)載所需的能量，相同窄脈沖電源輸出功率，脈沖電壓降低50%，瞬態(tài)脈沖電流提高一倍，即脈沖額定電流可以從0.5C提高到IC以上，確保一個(gè)脈沖周期后，等效電容兩端的電壓值多60%峰值電壓，兩者串聯(lián)疊加后(如圖3所示)的脈沖電壓峰值多130kV，大大提高了除塵效率。與丹麥?zhǔn)访芩共⒙?lián)耦合脈沖電源相比較，脈沖電源初級(jí)開關(guān)電流和輸出功率相同的條件下，本實(shí)用新型疊加后脈沖電壓峰值至少提高30kV以上，有效克服了高壓耦合電容和耦合電感的技術(shù)工藝瓶頸，實(shí)現(xiàn)一種新型電除塵用寬脈沖同步串聯(lián)置加窄脈沖尚效節(jié)能電源。
[0031]經(jīng)過發(fā)明人大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，電除塵器的除塵效率主要取決于電源電壓峰值，則采用脈沖電源串聯(lián)疊加基礎(chǔ)直流電源的電源方式，其基礎(chǔ)直流電源的大部分電能浪費(fèi)掉，因此，實(shí)用新型人采用將窄脈沖電源同步串聯(lián)疊加在間隔脈沖電源的峰值上，其電源電壓峰值可以達(dá)到采用脈沖電源串聯(lián)疊加基礎(chǔ)直流電源的電源電壓值，即除塵效率基本不變，但其耗費(fèi)電能大大降低。
[0032]以300MW機(jī)組配套電源為例，設(shè)定基礎(chǔ)電源的電壓為60kV，基礎(chǔ)電源的電流為
1.2A，則基礎(chǔ)直流電源輸出功率=60*1.2 = 72kW;本實(shí)用新型的占空比設(shè)定為1: 2，則其間歇脈沖電源輸出功率=(60*1.2)/3 = 24kW。通過兩者相比較可知，在基礎(chǔ)電源電壓同為60kV的條件下，本實(shí)用新型可節(jié)省電耗75%。
[0033]盡管結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方案具體展示和介紹了本實(shí)用新型，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細(xì)節(jié)上可以對(duì)本實(shí)用新型做出各種變化，均為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種靜電除塵用脈沖電源，其特征在于:包括間歇脈沖產(chǎn)生電路和窄脈沖產(chǎn)生電路，所述間歇脈沖產(chǎn)生電路包括三相可控硅和三相升壓整流電路，所述三相可控硅的控制端與控制器連接，所述三相升壓整流電路的輸入端通過三相可控硅與三相交流電源的三相連接，所述三相升壓整流電路的輸出端與窄脈沖產(chǎn)生電路的輸出端串聯(lián)后接在電除塵器的收塵極和放電極之間，所述電除塵器的收塵極接地，所述控制器輸出控制信號(hào)控制三相可控硅通斷使間歇脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生與窄脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生的窄脈沖電源同步的間歇脈沖電源，且間歇脈沖電源的脈沖寬度大于窄脈沖電源的脈沖寬度，從而將窄脈沖電源串聯(lián)疊加在間歇脈沖電源的峰值上后施加在電除塵器的收塵極和放電極之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電除塵用脈沖電源，其特征在于:所述三相可控硅由六個(gè)普通可控硅兩兩反并聯(lián)后再并聯(lián)組成。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的靜電除塵用脈沖電源，其特征在于:所述三相升壓整流電路包括三相升壓變壓器和三相整流橋，所述三相升壓變壓器的初級(jí)端采用D型接法與三相可控硅的一端連接，所述三相可控硅的另一端連接三相交流電源的三相，所述三相升壓變壓器的次級(jí)端采用Y型接法與三相整流橋的輸入端連接，所述三相整流橋的輸出端為三相升壓整流電路的輸出端。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的靜電除塵用脈沖電源，其特征在于:所述窄脈沖產(chǎn)生電路包括開關(guān)器件、電容，脈沖變壓器和脈沖整流橋;所述開關(guān)器件的輸入端分別接輸入電源和電容的一端，所述電容的另一端接脈沖變壓器初級(jí)的其中一端，開關(guān)器件的輸出端接脈沖變壓器初級(jí)的另一端，所述開關(guān)器件的控制端與控制器連接，所述脈沖變壓器次級(jí)輸出端接脈沖整流橋的輸入端，脈沖整流橋的輸出端為窄脈沖產(chǎn)生電路的輸出端。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的靜電除塵用脈沖電源，其特征在于:所述開關(guān)器件為絕緣柵雙極型晶體管。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的靜電除塵用脈沖電源，其特征在于:所述窄脈沖產(chǎn)生電路還包括濾波電感，所述輸入電源通過濾波電感接開關(guān)器件的輸入端和電容的一端。
【文檔編號(hào)】B03C3/66GK205587153SQ201620357595
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年4月25日
【發(fā)明人】謝友金, 柯嵐, 謝捷傳, 陳清春, 湯超奇
【申請(qǐng)人】廈門綠洋電氣有限公司