一种新型电除尘用三相工频IGBT脉宽调制高压电源
技术领域
本实用新型涉及电除尘领域，具体地涉及一种新型电除尘用三相工频IGBT脉宽调制高压电源。
背景技术
常规电除尘器的工作原理是通过在壳体内部交替设置多列阳极板排和阴极线排构成电场，阴极线由高压电源提供负高压直流电，在阴极线放电尖端的周围形成负高压电场，阳极板连接壳体后一起接地，当工业烟气通过阳极板和阴极线构成电场通道时，工业烟气中的粉尘颗粒会发生电离带上负电荷，然后在电场力作用下朝向阳极板迁移，最终被阳极板捕获，从而达到净化工业烟气的目的。
根据多依奇电除尘效率公式：
电除尘效率与电除尘比集尘面积S、平均场强Ea、峰值场强Ep三者的乘积指数成正比。在电除尘比集尘面积和极间距一定的条件下，电除尘效率与高压电源的平均电压和峰值电压的指数成正比。现役的电除尘用工频三相高压电源，如图1所示，采用可控硅三相同步移相调压，三相升压和三相整流输出直流高压，施加到电除尘负载。但由于三相交流交替叠加导通，各相相位相差120°，当A相发生闪络放电时，在可控硅过零点换相前，B相已经处于导通状态，等效于“火上浇油”，一直要持续到B相过零点换相时，才能彻底关断并封锁输出，闪络冲击瞬间电流可能高达3-5倍，对于设备信号取样干扰冲击和阴极线放电尖端的电蚀都很大，是非常不利的。其次，由于电除尘后极电场流过的粉尘浓度越来越小，若继续采用完整的全波运行模式，电场接近空载状态，电流达到额定值，而实际输出电压反而逐级降低，能耗越来越大，对于微细粉尘荷电和除尘反而下降。后级粉尘含量小、粉尘颗粒细、比电阻更高，实际需要更高的峰值电压，而无需过大的电流(多余电流主要用于空气电离，不利收尘)。
发明内容
本实用新型旨在提供一种新型电除尘用三相工频IGBT脉宽调制高压电源，以解决上述问题。为此，本实用新型采用的具体技术方案如下：
一种新型电除尘用三相工频IGBT脉宽调制高压电源，可包括主回路、三路IGBT触发器、高压电源控制器及电流和电压采样电路，主回路由三路三相IGBT反并联电路构成，每路三相IGBT反并联电路由二只IGBT和二只二极管先分成两路各自串联再反并联构成，三路三相IGBT反并联电路一端与外部三相动力电源输入端相连接，另一端与三相升压整流变压器的输入端相连接，每只IGBT的三个引脚与IGBT触发器相连接，三路IGBT触发器均与高压电源控制器相连接，高压电源控制器用于根据电流和电压采样电路输入的电除尘负载的电流和电压输出相应控制信号给三路IGBT触发器以触发IGBT的导通和关断。
进一步地，电流和电压采样电路包括电流采样电阻Rc、电压采样电阻Rs和高压电阻排Rn，电流采样电阻Rc一端连接电除尘负载的接地端，另一端连接三相升压整流变压器正输出端和高压电源控制器相连接，电压采样电阻Rs一端连接于电除尘负载的接地端，另一端与高压电阻排Rn和高压电源控制器相连接，高压电阻排Rn一端与电压采样电阻Rs链接，另一端与三相升压整流变压器负输出端连接。
进一步地，电流采样电阻Rc和电压采样电阻Rs与高压电源控制器之间均设置一个线性光耦电路。
进一步地，线性光耦电路包括光耦及光耦前后端运算放大电路。
进一步地，IGBT的工作频率为50HZ/60HZ，导通相序与三相交流电网交流工频相序同步。
进一步地，IGBT工作模式为间歇导通，即开通2个正负半波周期，关断2N个正负半波周期，间歇控制模式与三相交流电网交流工频相序同步。
进一步地，导通与间歇的占空比为1:2、1:4、1:5、1:7或1:N。
本实用新型采用上述技术方案，具有的有益效果是：本实用新型采用IGBT作为主回路控制器件，通过选择正弦波峰值附近区域导通，能够避免在正弦波过零点附近区域的无功输出，并获得相同的负载峰值电压，可大幅节省电耗;当电除尘负载发生火花闪络时，可实现即时关断IGBT，大幅降低闪络瞬态冲击电流，避免闪络冲击电流对阴极线放电尖端的电蚀影响。
附图说明
为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
图1是现有的电除尘用工频三相高压电源的电路原理图;
图2是本实用新型的电除尘用工频三相高压电源的电路原理图;
图3是线性光耦电路的电路原理图;
图4a是现有的电除尘用工频三相高压电源在全波供电模式下的输出电压波形;
图4b是本实用新型的新型电除尘用三相工频IGBT脉宽调制高压电源在全波供电模式下的输出电压波形;
图5a是现有的电除尘用工频三相高压电源在间歇1:2供电模式下的输出电压波形;
图5b是本实用新型的新型电除尘用三相工频IGBT脉宽调制高压电源在间歇1:2供电模式下的输出电压波形。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
如图2所示，一种新型电除尘用三相工频IGBT脉宽调制高压电源，可包括主回路、三路IGBT触发器2、高压电源控制器3及电流和电压采样电路。所述主回路由三路三相IGBT反并联电路1构成，每路三相IGBT反并联电路1由二只IGBT和二只二极管先分成两路各自串联再反并联构成。即，一只IGBT(QA1、QA2或QA3)的栅极和一只二极管串联，另一只IGBT(QB1、QB2或QB3)的栅极和另一只二极管串联，然后再反向并联。在三相IGBT反并联电路1中，正向IGBT控制交流正半波的关断和导通，反向IGBT控制交流负半波的关断和导通;而二极管用于正或负半波的导向和保护IGBT，防止反向电压损坏IGBT。三路三相IGBT反并联电路1一端与外部三相动力电源输入端相连接，另一端与三相升压整流变压器4的输入端相连接，每只IGBT的三个引脚与IGBT触发器2相连接。三路IGBT触发器2均与高压电源控制器3相连接。电流和电压采样电路包括电流采样电阻Rc、电压采样电阻Rs和高压电阻排Rn，其中电流采样电阻Rc一端连接电除尘负载5的接地端，另一端连接三相升压整流变压器4正输出端和高压电源控制器3相连接;电压采样电阻Rs一端连接于电除尘负载5的接地端，另一端与高压电阻排Rn和高压电源控制器3相连接，高压电阻排Rn一端与Rs链接，另一端与三相升压整流变压器4负输出端连接。高压电源控制器3用于根据电流和电压采样电路输入的电流和电压(二次电压Vs和二次电流Is)输出相应控制信号给三路IGBT触发器2以触发IGBT的导通和关断。
具体地，IGBT触发器2的控制指令是高压电源控制器3根据来自电除尘负载取样的二次电压Vs和二次电流Is的大小，并通过一定数学算法输出的控制指令。当高压电源控制器3检测负载闪络击穿放电信号时，高压电源控制器3通过软硬件组合分析判断后，快速给IGBT触发器2下达关断指令，暂时停止电压输出。当负载恢复状态后，高压电源控制器3自动跟踪反馈二次电压Vs和二次电流Is的大小，自动调节IGBT输出波形脉宽，负载电压快速升至上一次击穿电压的90%左右，然后再转为慢升，慢慢接近上一次闪络击穿放电电压点，直至下一次闪络击穿放电，由此循环跟踪控制，实现了电除尘用三相工频IGBT脉宽调制高压电源对烟气粉尘荷电过程的控制逻辑。
本实用新型采用IGBT作为主回路控制器件，通过选择正弦波峰值附近区域导通，能够避免在正弦波过零点附近区域的无功输出，并获得相同的负载峰值电压，可大幅节省电耗;当电除尘负载发生火花闪络时，可实现即时关断IGBT，大幅降低闪络瞬态冲击电流，避免闪络冲击电流对阴极线放电尖端的电蚀影响。
优选地，电流采样电阻Rc和电压采样电阻Rs与高压电源控制器之间均设置一个线性光耦电路6。由于线性光耦电路具有较好的线性度和光电隔离性能，一方面使得高压电源控制器3的采样反馈信号较准确，可以更好控制主回路IGBT的导通角，对整流变压器4的输出控制精度提高;另一方面，由于线性光耦电路良好的光电隔离性能，使得控制器免收冲击，既保护控制器又提高整个高压电源的抗干扰性能。
具体地，如图3所示，线性光耦电路6可包括光耦61及光耦前后端运算放大电路62、63。该线性光耦电路6既可提高电路的线性度，又可提高电流和电压信号的光电隔离性能。
IGBT的工作频率为50HZ/60HZ，导通相序与三相电网工频交流相序同步。IGBT工作模式可以每一个正弦波连续导通，也可以间歇导通，即开通2个正负半波周期，关断2N个正负半波周期。导通与间歇的占空比可以是1:2,1:4,1:5,1:7或1:N。间歇控制模式与三相电网工频交流相序同步。通过脉宽调制和间歇导通占空比，可以更精准匹配烟气粉尘，特别是微细粉尘荷电特点，有效提高除尘效率，大幅节省运行电耗。
下面对现有的三相工频可控硅高压电源与本实用新型的新型三相工频IGBT脉宽调制高压电源在模拟测试台上进行模拟试验，测量其输出工作波形。在获得相同输出峰值电压的状态下，两种电源分别采用全波供电模式和间歇导通供电模式，存储示波器分别显示二次电压、二次电流的对比波形图。具体如下：
如图4a和4b所示，在全波供电模式下，三相工频可控硅高压电源输出的二次电压电流波形是一个波动系数很小的直流电平;而新型三相工频IGBT脉宽调制高压电源输出的二次电压电流波形则是系列脉冲波形。
如图5a和5b所示，在间歇1:2供电模式下，三相可控硅电源两个半波叠加成一个近似方波输出;而新型三相工频IGBT脉宽调制高压电源则是两个相对独立的脉冲波形输出。
从上述两组对比波形可以明显看出，采用三相工频可控硅高压电源的输出电流要大于新型三相工频IGBT脉宽调制高压电源，新型三相工频IGBT脉宽调制高压电源具有较好的可控性和节能效果。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。
