一种电除尘器用智能高压逆变直流电源的研制

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摘要:本文介绍了一种电除尘器用高压逆变电源。就其电源的主体结构,主电路的工作原理,及控制电路的工作原理作了简要的论述。同时对系统的软件也进行了简要说明。

关键词:电除尘;高压逆变器;智能化

0    引言

    随着工业粉尘及废气排放量的日益增加,其对环境的污染也越来越严重,特别是在冶金、矿山、建材、化工等行业中。众所周知,应用静电除尘器能够有效地收集起这些粉尘,但是,常规的高压静电除尘装置体积庞大、笨重,使用不便,因此,减小高压静电除尘装置的体积与重量就显得尤为重要。

    近年来,伴随着电力电子技术的飞速发展,特别是新一代功率电子器件如IGBT,MOSFET等的应用,高频逆变技术越来越成熟,各种不同类型和特点的电路广泛地被应用于DC/DC与DC/AC等场合。在这一前提下,设计一种高压逆变电源代替常规高压电源,达到减小高压电源装置的体积与重量的目的已成为可能。同时其使用效果、输出特性和成本等也都比常规高压电源装置具有明显的优势,系统效率也得到了一定程度的提高。

1    系统硬件设计

1.1    电源主体结构

    图1所示为高压逆变电源的电路组成框图,它主要包括主电路及控制电路两部分。主电路主要包括配电开关、工频整流器、斩波器、滤波器、IGBT桥式逆变器、保护电路、高频高压变压器、高频高压硅堆(高频整流器)等部分。控制电路主要包括电流、电压、火花率采样及其处理单元,PWM信号产生和驱动电路,单片机控制器,参数输入键盘及液晶显示,通信接口等部分。

图1    电源结构图

1.2    主电路的工作机理

    主电路的工作原理如图2所示,高频逆变器中的功率开关管采用IGBT(绝缘栅双极晶体管)。它是将MOSFET和GTR的优点集于一体的新型复合器件,具有MOSFET的高输入阻抗、可用电压驱动,GTR的通态功耗低等优点。

图2    主电路原理图

    图2中交流电压经整流—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,承受负载产生的反向电流以保护开关管。C1~C4及R3~R6以及D5~D8的引入是为了避免4个开关管在关断时过高的电压上升率和减少管子的关断损耗。当栅极脉冲信号轮流驱动S1、S4或S2、S3时,逆变主电路把直流电压U1转换为20kHz的高频矩形波交流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。控制S1、S4和S2、S3两组IGBT的占空比,就可得到脉宽可调的矩形波交流电压。

1.3    控制电路的工作机理

1.3.1    单片机控制器

    为了使整个电源系统具有自诊断和人机交换式的控制功能,该电源选用PHILIPS系列单片机80C552,主要负责实时监控和与上位机进行数据通信的任务。当除尘器处在工作状态时,单片机一方面定时采集其反馈的电流电压值,通过A/D转换通道将其读入,并通过一定算法得出控制量Uk,通过单片机输出控制量给脉宽调制控制器,进而改变调制脉冲宽度;另一方面可以实现根据用户的需求改变电源的外特性,如恒流,恒压,缓降等。另外,单片机还定期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,将故障信息由串口发向上位机,以示警告,同时接收来自上位机的控制命令,使自身投入或退出工作或改变工作参数。