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靜電除塵器用智能高壓直流電源的研制
2017年10月19日 09:15 電子產業網

  隨著工業生產的不斷發展,工業粉塵和廢氣的排放量及種類日益增加,對環境的污染愈加嚴重,尤以冶金、礦山、建材、化工等行業為甚,須用靜電除塵器來有效收集起這些分散性大、移動范圍廣的粉塵,但其傳統高壓電源體大笨重,移動不便,電源輸出特性和除塵效率不夠理想。近年來電力電子技術的巨大發展特別是新一代功率電子器件如IGBT(絕緣柵極晶體管)、MOSFET(場效應管)等的應用使得高頻逆變技術越來越成熟,并已廣泛應用于直流一直流變換、直流交流逆變等場合。本文基于此設計一種高壓逆變電源來代替傳統高壓電源,可減小高壓電源裝置的體積與重量,提高系統效率,同時在輸出電特性的可控性、使用效果、節約成本等方面也有明顯優勢。

  1系統硬件設計電源結構。1主電路和工作機理主電路原理見高頻逆變器中的功率開關~VT4采用目前世界上先進的電力電子器件IGBT,它是將MOSFET的高輸入阻抗、可用電點集于一體的新型復合器件。交流電壓經整流斬波器調壓濾波得到直流電流后加到全橋式高頻逆變器上,VD1~VD4與VT1~VT4反向并聯,承受負載產生的反向電流以保護開關管。引入C4和R3~R6及4個VD,以降低VTi~VT4在關斷時的電壓上升速度和關斷損耗。橋式對邊上的兩只IGBT(如VTi、VT4或VT2、VT3)同時導通和關斷,同邊上的兩只IGBT交替通斷,相位差為180°。當VHT4激勵導通而VT2、VT3關斷時Ui經V1、VT4向高頻高壓變壓器提供反極性電流;當VT2、VT3激勵導通而VTi、VT4關斷時R經VT2、VT3向高頻高壓變壓器提供正極性電流。控制這兩組IGBT的輪流導通、導通時間及相對比例,就可得到脈寬可調的高頻(20kHz)矩形波交流電11,再送到高頻高壓變壓器,經升壓整流濾波輸出給負載(靜電除塵器)供電。

  1.2控制電路的工作機理(1)單片機控制器整個電源系統為具有自診斷和人機交換式的控制功能而設有PHILIPS系列單片機80C5222,它主要負責實時監控和與上位機進行數據通信。單片機通過A/D轉換通道定時采集除塵器工作時反饋的電流電壓值,并通過一定算法得出控制量Uk,輸出給脈寬調制控制器進而改變調制脈沖寬度;同時根據用戶需求來改變電源外特性的形式如恒流、恒壓、緩降等;還定期將本電源模塊的輸出電流、電壓、火花率等信息傳遞給上位機,并將故障信息由串口發向上位機以示警告,同時接收來自上位機的控制命令使自身投入或退出工作或改變工作參數131. V一主電路原理圖Fig移相脈寬調制電路Fig脈寬調制控制器(電路見)的作用主要是為驅動電路提供控制脈沖以實現PWM控制,其核心是產生PWM信號的專用集成芯片UC3875.UC3875內部提供了軟啟動、欠壓鎖定和過流保護等功能,目前應用較成熟。脈寬調制控制器主要包括基準電壓源、高速振蕩器、鋸齒波發生器、誤差放大器、過流保護和軟啟動、移相控制信號發生器、輸出級等。

  /遜銨輸入電壓/V 2系統軟件設計各電源模塊的單片機都有獨立的主程序以及與上位機的數據通信子程序、外特性控制子程序等(見)。通信子程序的功能主要是接收上位機發送的數據和指令完成遠程控制,并定時向上位機傳遞該電源工作時的參數完成上位機對電源模塊的實時監控。外特性控制子程序的功能主要是根據用戶需求完成各種外特性的控制14.通信及外特性控制子程序流程圖除塵器工作過程中電極上大平均電壓對應于電極間火花放電的佳頻率,即保持電極上平均電壓的大水平就相當于將除塵器的運行工況保持在火花放電的佳頻率之下。因此,無論在哪種外特性下,工作電壓與電流大小的調節都以火花率為控制訊號,以此來改變給定參數,并通過PWM控制來實現調節。

  3實驗及分析主逆變橋PWM調節對效率影響的實驗研究結果(見)表明,輸入電壓相同、脈寬與周期之比即占空比<50時該電源的效率隨占空比增大而增大;占空50時效率隨占空比增大而減小。由此可見,大范圍調節占空比會使電源進入效率很低的區域而占空比為40~70時效率則很高。為了達到高效率,規范調節方式采用由斬波電路調節占空比一效率曲線圖實驗條件為靜電除塵器極板面積250m2、極間距150mm、占空比60、頻率18. 6kHz時,該電源的現場實驗測試結果(見)表明,輸出電壓達58kV(此時電流82mA)時除塵器開始發生閃絡,該電源達到設計要求。

  4結論通過主逆變橋PWM調節對效率影響研究所確定的規范調節方式(即由斬波電路調節直流母線電壓)證明是可行的;采用這種高頻逆變電路和控制方式可很方便地實現各種特點的外特性控制,系統參數動態控制響應速度快;與傳統電源相比,該高壓逆變電源的體積和重量均大為減少,對電能的利用率有所提高,對除塵器的控制也更方便,還可與工控機進行數據通信實現對除塵器的遠程控制。

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