开关电源应用之一种电除尘器用智能高压逆变直流电源的研制

 引言

  跟着工业粉尘及废气排放量的日益添加,其对环境的污染也越来越严重,特别是在冶金、矿山、建材、化工等职业中。众所周知,运用静电除尘器能够有效地搜集起这些粉尘,可是,惯例的高压静电除尘设备体积巨大、笨重,运用不便利,因而,减小高压静电除尘设备的体积与分量就显得尤为重要。

  这些年,伴跟着电力电子技能的飞速发展,特别是新一代功率电子器件如IGBT,MOSFET等的运用,高频逆变技能越来越老练,各种不一样类型和特色的电路广泛地被运用于DC/DC与DC/AC等场合。在这一前提下,规划一种高压逆变电源替代惯例高压电源,到达减小高压电源设备的体积与分量的目的已成为能够。一起其运用效果、输出特性和本钱等也都比惯例高压电源设备具有显着的优势,体系功率也得到了必定程度的进步。

  1    体系硬件规划

  1.1    电源主体布局

  图1所示为高压逆变电源的电路构成框图,它首要包含主电路及操控电路两有些。主电路首要包含配电开关、工频整流器、斩波器、滤波器、IGBT桥式逆变器、维护电路、高频高压变压器、高频高压硅堆(高频整流器)等有些。操控电路首要包含电流、电压、火花率采样及其处理单元,PWM信号发作和驱动电路,单片机操控器,参数输入键盘及液晶显示,通讯接口等有些。

 

图1    电源布局图

  1.2    主电路的作业机理

  主电路的作业原理如图2所示,高频逆变器中的功率开关管选用IGBT(绝缘栅双极晶体管)。它是将MOSFET和GTR的长处集于一体的新式复合器件,具有MOSFET的高输入阻抗、可用电压驱动,GTR的通态功耗低一级长处。

 

图2    主电路原理图

  图2中沟通电压经整流—斩波器调压—滤波后得到直流电压U1,将U1加到全桥式高频逆变器上。D1~D4与功率开关管S1~S4反向并联,接受负载发作的反向电流以维护开关管。C1~C4及R3~R6以及D5~D8的引进是为了避免4个开关管在关断时过高的电压上升率和削减管子的关断损耗。当栅极脉冲信号轮番驱动S1、S4或S2、S3时,逆变主电路把直流电压U1变换为20kHz的高频矩形波沟通电压送到高频高压变压器,经升压整流滤波后给负载(电除尘器)供电。操控S1、S4和S2、S3两组IGBT的占空比,就可得到脉宽可调的矩形波沟通电压。

  1.3    操控电路的作业机理

  1.3.1    单片机操控器

  为了使整个电源体系具有自诊断和人机交换式的操控功用,该电源选用PHILIPS系列单片机80C552,首要担任实时监控和与上位机进行数据通讯的使命。当除尘器处在作业状况时,单片机一方面守时收集其反应的电流电压值,经过A/D变换通道将其读入,并经过必定算法得出操控量Uk,经过单片机输出操控量给脉宽调制操控器,进而改动调制脉冲宽度;另一方面能够完成依据用户的需要改动电源的外特性,如恒流,恒压,缓降等。另外,单片机还定时地将本电源的输出电流、输出电压、火花率等信息传递给上位机,将毛病信息由串口发向上位机,以示正告,一起接纳来自上位机的操控指令,使本身投入或退出作业或改动作业参数。

  1.3.2    脉宽调制操控器

  脉宽调制操控器电路如图3所示,它的效果首要是为驱动电路供给操控脉冲以完成PWM操控。其中心是发作PWM信号的专用集成芯片SG3525A。SG3525A是电压型PWM集成操控器,外接元器件少,性能好,具有外同步、软启动、死区调理、欠压断定、差错扩大以及封闭输出驱动信号等功用。其内部布局首要包含基准电压源、欠压断定电路、锯齿波振荡器、差错扩大器和脉宽调制对比器5有些。

 

图3    脉宽调制操控电路

  2    体系软件规划

  各电源模块的单片机都有独立的主程序以及与上位机的通讯程序,数据收集子程序等。限于篇幅,这篇文章只评论电源模块的主程序及通讯子程序的软件布局。主程序流程图如图4所示,数据通讯子程序流程图如图5所示。

 

图4    主程序流程图

 

图5    数据通讯子程序流程图

  电源模块的软件首要完成以下功用:接纳上位机发送的数据和指令;向上位机传递数据;完成对电源输出的实时监控;依据用户需要进行各种外特性的操控。

 

  3    试验及剖析

 

  3.1    主逆变桥PWM调理对功率影响研讨及规范调理方法的断定

  如图6所示,该电源在输入电压一样的情况下,占空比<50%时,跟着占空比的增大,功率也增大;在占空比>50%时,跟着占空比的增大,功率下降。由此可见,假如大范围地进行占空比调理,将会使电源进入功率很低的区域,而占空比在40%~70%时,功率较高。为此经过调理斩波电路占空比的方法操控直流母线电压,能够到达高功率的目的。

 

图6    不一样占空比时的功率曲线

  3.2    现场试验测验

  试验条件:电除尘器极板面积250m2,极距离150mm,占空比60%,频率18.6kHz。

  试验成果:图7为输出电压与输入电压的对应联系,图8为输出电流与输入电压的对应联系。当输出电压到达58kV(此时电流82mA)时除尘器开端发作闪络表象,到达了规划需求。

 

图7    输出电压与输入电压联系

 

图8    输出电流与输入电压联系

  4    结语

  1)经过主逆变桥PWM调理对功率影响研讨所断定的,由斩波电路对直流母线电压进行调理的方法是可行的;

  2)该电源在大大减小体积的一起分量也大为削减,较传统的电源而言其对电能的利用率也有所进步,对除尘器的操控也比传统的电源便利,一起还可和工控机进行数据通讯,完成了对除尘器的长途操控。 

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