專利名稱：Esp用三相中頻直流高壓電源的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電源，尤其是指一種ESP用三相中頻直流高壓電源。
背景技術：
靜電除塵器(簡稱ESP)是環保領域中的重要設備，主要應用于等離子體放電、除塵、除霧、脫水、空氣凈化，高效除塵脫硫、雜質分離和多種原料回收等。
ESP的高壓電場等效為R、C并聯負載，其中C為高壓電場的等效電容，一般為幾千～幾萬PF，R為可變電阻，隨ESP工況隨時變化。可見，ESP為變動負載，在發生閃絡或短路時對其直流高壓電源的沖擊很大，為此必須采取相應措施保證電源可靠、穩定運行。
現有的ESP用電源主要有以下幾種1、單相SCR電源(1)工作于工頻50Hz，使得變壓器體積大、重量大、消耗大量銅、鐵及變壓器油，隨著材料價格的上漲，低成本的優勢在消失；(2)交流移相控制，使得電網側諧波嚴重，采用兩相供電，對電網來說是不均衡負載；(3)采用交流移相調壓，使得輸出高壓紋波較大，輸出給ESP的平均電壓較低。
2、高頻電源由于高頻電源的固有特點，可以明顯提高對ESP的供電性能，進而改善ESP的收塵效率，高頻電源的開發成為一個技術熱點。
但在目前，隨著ESP面積的不斷增大，高頻電源的容量不能滿足用戶的需要，特別在電力系統需要80KV/1A以上的容量，大功率高頻電源開發受限于高頻損耗，難以有大的突破，目前商用最大容量高頻電源為70KV/1A，另外，由于控制柜與變壓器不可分離，控制柜在室外運行，使用壽命較短。
3、中頻電源
中頻電源兼有SCR電源低損耗、大功率，高頻電源小體積、高供電性能的特點，且技術條件成熟，能在短期內形成大容量產品，替代大容量SCR電源，可以盡快大容量化，規模生產，占領市場先機，而且具有成本優勢。
相對上述類型電源，中頻電源的變壓器較SCR電源變壓器體積小(約為SCR電源變壓器的1/(2～3))；供電性能與高頻電源相當，易于大容量；采用較低的逆變頻率，IGBT損耗較小，變壓器采用400Hz中頻，損耗較高頻電源小；控制柜可與變壓器分離，控制柜可放置室內，運行條件較好，可靠性較高，壽命較長，便于維護與維修；中頻電源較高頻電源技術延續性好，80KV/2A與80KV/1A技術方案可以不變，便于縮短開發周期，迅速形成規模。
缺點是同等容量中頻變壓器體積較高頻電源大，但鐵芯材料及線包要求比高頻電源低。
發明內容
本發明提供了一種供電平衡，體積和重量小，高供電性能的ESP用三相中頻直流高壓電源。
一種ESP用三相中頻直流高壓電源，包括變流主電路、接口電路和電源智能控制電路，所述的變流主電路采用交流(AC)→直流(DC)→交流(AC)→直流(DC)變流工作方式，由三相電源輸入控制電路、三相全波整流電路、濾波電路、逆變電路、三相高次諧波濾波電路、三相中頻整流變壓器依次連接構成。三相電源輸入控制電路引入三相工頻交流電源，經三相全波整流電路和濾波電路整流濾波得到直流電壓，送至逆變電路，經高頻逆變、濾波后得到三相中頻交流電壓，再經三相中頻整流變壓器升壓、整流得到直流電壓，接入負載兩端。
所述的三相電源輸入控制電路由若干個空氣開關或斷路器、若干個接觸器和控制電路組成。
所述的三相電源輸入控制電路帶有軟啟動功能。
所述的三相全波整流電路由一只三相全波整流模塊或三只雙橋臂整流模塊或六只整流二極管組成，用于將三相工頻交流電源全波整流成脈動直流電。
所述的濾波電路由直流電抗器和濾波電容組成，將三相全波整流電路輸出的脈動直流電濾波成較平穩的直流電壓。
所述的逆變電路由若干個可關斷元件構成，用于將輸入的直流電壓逆變成載波fs為4.8kHz或7.2kHz，調制波fr為400Hz的三相PWM脈沖，各可關斷元件的控制端與相應的模塊驅動電路的輸出端相連，模塊驅動電路輸入端接入電源智能控制電路。
所述的可關斷元件采用絕緣柵晶體管、靜電感應晶體管、可關斷晶閘管或巨型晶體管。
所述的三相高次諧波濾波電路由三個分別于逆變電路輸出端相連的電感及三個Δ連接的電容組成，其輸出端接入三相中頻整流變壓器，用于將逆變電路輸出的載波fs為4.8kHz或7.2kHz，調制波fr為400Hz的三相PWM脈沖濾波成頻率為400Hz的三相中頻交流電。
所述的三相中頻整流變壓器由三相中頻電抗器、三相中頻升壓變壓器、三相中頻整流器和二次電壓電流取樣電路組成，二次電壓電流取樣電路的輸出端接入接口電路，用于將三相中頻交流電經升壓整流成直流高壓電。
所述的逆變電路上接有直流母線取樣電路，包含電壓取樣電路和電流取樣電路，其輸入端與逆變電路的直流母線連接，輸出端接入接口電路，用于檢測逆變電路直流母線的電壓和電流信號。
所述的三相高次諧波濾波電路與三相中頻整流變壓器之間接入有一次電壓電流取樣電路，包含至少一只電流互感器和一只電壓互感器，其輸出端接入接口電路。
所述的接口電路由開關量信號輸出驅動電路、開關量輸入信號調理電路，一次和二次電流電壓取樣信號調理電路等組成，其一端與主電路相連，另一端與電源智能控制電路相連。
所述的電源智能控制電路包括由控制電路、顯示電路和鍵盤組成的硬件結構和控制、顯示軟件。
本發明提供的電源采用交流(AC)→直流(DC)→交流(AC)→直流(DC)的變流工作方式；三相高頻逆變，中頻400Hz升壓整流可有效提高電源工作效率、減小電源的體積、重量，減小輸出紋波；可產生適用ESP不同工況的各種波形，使ESP除塵效果有較大的改善；電源轉換效率高(＞92％)、三相供電平衡且功率因數高(＞0.9)、對電網的諧波干擾小；有專門設計的監控軟件界面，操作方便，用戶界面友好，可實現無人、少人值守；采用獨立運行，集中監控的先進控制模式；具有完善的保護功能，工作安全可靠；是集現代電力電子技術、計算機控制技術(DSP技術)、網絡控制技術于一體的電源。
圖1是本發明的電路結構示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，一種ESP用三相中頻直流高壓電源，包括變流主電路、接口電路和電源智能控制電路。
變流主電路由三相電源輸入控制電路1、三相全波整流電路2、濾波電路3、直流母線取樣電路4、逆變電路5、三相高次諧波濾波電路6、一次電壓電流取樣電路7、三相中頻整流變壓器8及負載電路9依次連接構成。
三相電源輸入控制電路1由若干個空氣開關(或斷路器)、接觸器(含真空接觸器)和控制電路組成，其輸入端接三相工頻交流電源，向變流主電路供電，將三相工頻交流電A、B、C控制送到三相全波整流電路2，并含有軟啟動功能。
三相全波整流電路2由一只三相全波整流模塊或三只雙橋臂整流模塊或六只整流二極管組成，用于將三相工頻交流電源全波整流成脈動直流電。
濾波電路3由直流電抗器和濾波電容組成，將三相全波整流電路輸出的脈動直流電濾波成較平穩的直流電壓。
逆變電路5由若干個可關斷元件構成，用于將輸入的直流電壓逆變成載波fs為4.8kHz或7.2kHz，調制波fr為400Hz的三相PWM脈沖，各可關斷元件的控制端與相應的模塊驅動電路10的輸出端相連，模塊驅動電路10輸入端接入電源智能控制電路12。可關斷元件采用絕緣柵晶體管、靜電感應晶體管、可關斷晶閘管或巨型晶體管。
逆變電路5上接有直流母線取樣電路4，包含電壓取樣電路和電流取樣電路，其輸入端與逆變電路5的直流母線連接，輸出端接入接口電路11，用于檢測逆變電路5直流母線的電壓和電流信號。
三相高次諧波濾波電路6由三個分別于逆變電路5輸出端相連的電感及三個Δ連接的電容組成，其輸出端接入三相中頻整流變壓器8，用于將逆變電路5輸出的載波fs為4.8kHz或7.2kHz，調制波fr為400Hz的三相PWM脈沖濾波成頻率為400Hz的三相中頻交流電。
一次電壓電流取樣電路7，包含至少一只電流互感器和一只電壓互感器，其輸出端接入接口電路11。
三相中頻整流變壓器8由三相中頻電抗器、三相中頻升壓變壓器、三相中頻全波整流器和二次電壓電流取樣電路組成，二次電壓電流取樣電路的輸出端接入接口電路11，用于將三相中頻交流電經升壓整流成直流高壓電。
三相中頻整流變壓器8的鐵芯材料可采用0.21mm的硅鋼或微晶；線包材料采用普通漆線；變壓器三相線包繞組采用Δ/Y結構；三相整流整流橋采用普通或中頻硅堆；變壓器散熱可采用油冷加散熱片。
本發明的變流控制采用SVPWM(空間矢量PWM)逆變技術，可減小開關損耗，提高直流利用率。其變流控制原理是通過空間矢量PWM(SVPWM)實現輸出電壓的調節，具體為通過調節開關周期Ts(fs＝12*400Hz＝4.8kHz)中，插入電壓矢量作用時間T1、T2的大小來調節400Hz正弦波的幅值，進而調節輸出電壓；由調制頻率fr，決定正弦波相位θ＝2π*fr*t。
三相工頻交流電源AC380V經三相電源輸入控制電路1、三相全波整流電路2和濾波電路3整流濾波得到510V左右直流電壓，送至IGBT逆變電路5，經IGBT逆變電路5產生載波fs為4.8kHz或7.2kHz，調制波fr為400Hz的三相PWM脈沖，經三相高次諧波濾波電路6產生400Hz正弦交流電壓，送到三相中頻整流變壓器8，經三相中頻整流變壓器8升壓、整流得到80kV直流電壓，80KV直流電壓給負載ESP電路9供電。
變流主電路采用AC→DC→AC→DC的變流工作方式即三相整流、三相IGBT高頻逆變及高頻LC濾波，中頻400Hz升壓、整流；具有三相供電平衡且功率因數高(＞0.9)，對電網的諧波干擾小；可有效提高電源工作效率，減小電源的體積、重量，減小輸出紋波的優點，兼有SCR電源低損耗、大功率和高頻電源小體積、高性能的優點，且技術條件成熟，易于大批量生產，而且具有成本優勢，能在較短時間內替代大容量SCR電源。
接口電路11由開關量信號輸出驅動電路、開關量輸入信號調理電路，一次和二次電流電壓取樣信號調理電路等組成，其一端與主電路相連，另一端與電源智能控制電路相連。
電源智能控制電路12包括由控制電路、顯示電路和鍵盤組成的硬件結構和控制、顯示軟件。
控制電路采用三相中頻(400Hz)調幅調壓，實現輸出電壓的調節，且閃絡處理響應速度快，實現對ESP的最佳供電。
穩壓/恒流控制采用PI(比例積分)控制算法，實現無靜差穩壓/恒流控制。
運行控制采用TI公司的數字信號處理器DSPs(TMS320F2812)，可實現電源系統的最佳控制。
監控采用ARM或PC機，通過RS485/CAN通信網通訊，實現集散式遠程控制。
權利要求
1.一種ESP用三相中頻直流高壓電源，包括變流主電路、接口電路(11)和電源智能控制電路(12)，其特征在于所述的變流主電路采用交流→直流→交流→直流的變流工作方式，由三相電源輸入控制電路(1)、三相全波整流電路(2)、濾波電路(3)、逆變電路(5)、三相高次諧波濾波電路(6)、三相中頻整流變壓器(8)依次連接構成，三相電源輸入控制電路(1)引入三相工頻交流電源，經三相全波整流電路(2)和濾波電路(2)整流濾波得到直流電壓，送至逆變電路(5)，經高頻逆變、濾波后得到三相中頻交流電壓，再經三相中頻整流變壓器(8)升壓、整流得到直流電壓，接入負載(9)兩端。
2.如權利要求1所述的ESP用三相中頻直流高壓電源，其特征在于所述的三相電源輸入控制電路(1)由若干個空氣開關或斷路器、若干個接觸器和控制電路組成。
3.如權利要求1所述的ESP用三相中頻直流高壓電源，其特征在于所述的三相全波整流電路(2)由一只三相全波整流模塊或三只雙橋臂整流模塊或六只整流二極管組成。
4.如權利要求1所述的ESP用三相中頻直流高壓電源，其特征在于所述的濾波電路(3)由直流電抗器和濾波電容組成，對三相全波整流電路(2)輸出的脈動直流電壓濾波。
5.如權利要求1所述的ESP用三相中頻直流高壓電源，其特征在于所述的逆變電路(5)由若干個可關斷元件構成，各可關斷元件的控制端與相應的模塊驅動電路(10)的輸出端相連，模塊驅動電路(10)輸入端接入電源智能控制電路(12)。
6.如權利要求5所述的ESP用三相中頻直流高壓電源，其特征在于所述的可關斷元件采用絕緣柵晶體管、靜電感應晶體管、可關斷晶閘管或巨型晶體管。
7.如權利要求1所述的ESP用三相中頻直流高壓電源，其特征在于所述的三相高次諧波濾波電路(6)由三個分別與逆變電路(5)輸出端相連的電感及三個Δ連接的電容組成，其輸出端接入三相中頻整流變壓器(8)。
8.如權利要求1所述的ESP用三相中頻直流高壓電源，其特征在于所述的三相中頻整流變壓器(8)由三相中頻電抗器、三相中頻升壓變壓器、三相中頻整流器和二次電壓電流取樣電路組成，二次電壓電流取樣電路的輸出端接入接口電路(11)。
9.如權利要求1所述的ESP用三相中頻直流高壓電源，其特征在于所述的逆變電路(5)上接有直流母線取樣電路(4)，包含電壓取樣電路和電流取樣電路，其輸入端與逆變電路(5)的直流母線連接，輸出端接入接口電路(11)。
10.如權利要求1所述的ESP用三相中頻直流高壓電源，其特征在于所述的三相高次諧波濾波電路(6)與三相中頻整流變壓器(8)之間接入有一次電壓電流取樣電路(7)，包含至少一只電流互感器和一只電壓互感器，其輸出端接入接口電路(11)。
全文摘要
本發明公開了一種ESP用三相中頻直流高壓電源，包括變流主電路、接口電路和電源智能控制電路，所述的變流主電路由三相電源輸入控制電路、三相全波整流電路、濾波電路、逆變電路、三相高次諧波濾波電路、三相中頻整流變壓器依次連接構成，三相電源輸入控制電路引入三相工頻交流電源，經三相全波整流電路和濾波電路整流濾波得到直流電壓，送至逆變電路，經高頻逆變、濾波后得到中頻交流電壓，再經三相中頻整流變壓器升壓、整流得到直流電壓，接入負載兩端。本發明采用交流→直流→交流→直流的變流工作方式，電源轉換效率高、三相供電平衡且功率因數高、對電網的諧波干擾小，操作方便，可實現無人、少人值守。
文檔編號H02M7/06GK101075783SQ20071006916
公開日2007年11月21日 申請日期2007年6月1日 優先權日2007年6月1日
發明者蔣云峰, 張之平, 蔣慶龍, 宋榮群, 周承鳴, 汪飛, 楊希, 馮國勝 申請人:武漢大學, 浙江佳環電子有限公司