開關(guān)電源應(yīng)用之一種電除塵器用智能高壓逆變直流電源的研制
引言
跟著工業(yè)粉塵及廢氣排放量的日益添加，其對(duì)環(huán)境的污染也越來(lái)越嚴(yán)重，特別是在冶金、礦山、建材、化工等職業(yè)中。眾所周知，運(yùn)用靜電除塵器能夠有效地搜集起這些粉塵，可是，慣例的高壓靜電除塵設(shè)備體積巨大、笨重，運(yùn)用不便利，因而，減小高壓靜電除塵設(shè)備的體積與分量就顯得尤為重要。
這些年，伴跟著電力電子技能的飛速發(fā)展，特別是新一代功率電子器件如IGBT,MOSFET等的運(yùn)用，高頻逆變技能越來(lái)越老練，各種不一樣類型和特色的電路廣泛地被運(yùn)用于DC/DC與DC/AC等場(chǎng)合。在這一前提下，規(guī)劃一種高壓逆變電源替代慣例高壓電源，到達(dá)減小高壓電源設(shè)備的體積與分量的目的已成為能夠。一起其運(yùn)用效果、輸出特性和本錢等也都比慣例高壓電源設(shè)備具有顯著的優(yōu)勢(shì)，體系功率也得到了必定程度的進(jìn)步。
1 體系硬件規(guī)劃
1.1 電源主體布局
圖1所示為高壓逆變電源的電路構(gòu)成框圖，它首要包含主電路及操控電路兩有些。主電路首要包含配電開關(guān)、工頻整流器、斬波器、濾波器、IGBT橋式逆變器、維護(hù)電路、高頻高壓變壓器、高頻高壓硅堆（高頻整流器）等有些。操控電路首要包含電流、電壓、火花率采樣及其處理單元，PWM信號(hào)發(fā)作和驅(qū)動(dòng)電路，單片機(jī)操控器，參數(shù)輸入鍵盤及液晶顯示，通訊接口等有些。
圖1 電源布局圖
1.2 主電路的作業(yè)機(jī)理
主電路的作業(yè)原理如圖2所示，高頻逆變器中的功率開關(guān)管選用IGBT（絕緣柵雙極晶體管）。它是將MOSFET和GTR的長(zhǎng)處集于一體的新式復(fù)合器件，具有MOSFET的高輸入阻抗、可用電壓驅(qū)動(dòng)，GTR的通態(tài)功耗低一級(jí)長(zhǎng)處。
圖2 主電路原理圖
圖2中溝通電壓經(jīng)整流—斬波器調(diào)壓—濾波后得到直流電壓U1，將U1加到全橋式高頻逆變器上。D1～D4與功率開關(guān)管S1～S4反向并聯(lián)，接受負(fù)載發(fā)作的反向電流以維護(hù)開關(guān)管。C1～C4及R3～R6以及D5～D8的引進(jìn)是為了避免4個(gè)開關(guān)管在關(guān)斷時(shí)過(guò)高的電壓上升率和削減管子的關(guān)斷損耗。當(dāng)柵極脈沖信號(hào)輪番驅(qū)動(dòng)S1、S4或S2、S3時(shí)，逆變主電路把直流電壓U1變換為20kHz的高頻矩形波溝通電壓送到高頻高壓變壓器，經(jīng)升壓整流濾波后給負(fù)載（電除塵器）供電。操控S1、S4和S2、S3兩組IGBT的占空比，就可得到脈寬可調(diào)的矩形波溝通電壓。
1.3 操控電路的作業(yè)機(jī)理
1.3.1 單片機(jī)操控器
為了使整個(gè)電源體系具有自診斷和人機(jī)交換式的操控功用，該電源選用PHILIPS系列單片機(jī)80C552，首要擔(dān)任實(shí)時(shí)監(jiān)控和與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的使命。當(dāng)除塵器處在作業(yè)狀況時(shí)，單片機(jī)一方面守時(shí)收集其反應(yīng)的電流電壓值，經(jīng)過(guò)A/D變換通道將其讀入，并經(jīng)過(guò)必定算法得出操控量Uk，經(jīng)過(guò)單片機(jī)輸出操控量給脈寬調(diào)制操控器，進(jìn)而改動(dòng)調(diào)制脈沖寬度；另一方面能夠完成依據(jù)用戶的需要改動(dòng)電源的外特性，如恒流，恒壓，緩降等。另外，單片機(jī)還定時(shí)地將本電源的輸出電流、輸出電壓、火花率等信息傳遞給上位機(jī)，將毛病信息由串口發(fā)向上位機(jī)，以示正告，一起接納來(lái)自上位機(jī)的操控指令，使本身投入或退出作業(yè)或改動(dòng)作業(yè)參數(shù)。
1.3.2 脈寬調(diào)制操控器
脈寬調(diào)制操控器電路如圖3所示，它的效果首要是為驅(qū)動(dòng)電路供給操控脈沖以完成PWM操控。其中心是發(fā)作PWM信號(hào)的專用集成芯片SG3525A。SG3525A是電壓型PWM集成操控器，外接元器件少，性能好，具有外同步、軟啟動(dòng)、死區(qū)調(diào)理、欠壓斷定、差錯(cuò)擴(kuò)大以及封閉輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)等功用。其內(nèi)部布局首要包含基準(zhǔn)電壓源、欠壓斷定電路、鋸齒波振蕩器、差錯(cuò)擴(kuò)大器和脈寬調(diào)制對(duì)比器5有些。
圖3 脈寬調(diào)制操控電路
2 體系軟件規(guī)劃
各電源模塊的單片機(jī)都有獨(dú)立的主程序以及與上位機(jī)的通訊程序，數(shù)據(jù)收集子程序等。限于篇幅，這篇文章只評(píng)論電源模塊的主程序及通訊子程序的軟件布局。主程序流程圖如圖4所示，數(shù)據(jù)通訊子程序流程圖如圖5所示。
圖4 主程序流程圖
圖5 數(shù)據(jù)通訊子程序流程圖
電源模塊的軟件首要完成以下功用：接納上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)和指令；向上位機(jī)傳遞數(shù)據(jù)；完成對(duì)電源輸出的實(shí)時(shí)監(jiān)控；依據(jù)用戶需要進(jìn)行各種外特性的操控。
3 試驗(yàn)及剖析
3.1 主逆變橋PWM調(diào)理對(duì)功率影響研討及規(guī)范調(diào)理方法的斷定
如圖6所示，該電源在輸入電壓一樣的情況下，占空比<50％時(shí)，跟著占空比的增大，功率也增大；在占空比>50％時(shí)，跟著占空比的增大，功率下降。由此可見(jiàn)，假如大范圍地進(jìn)行占空比調(diào)理，將會(huì)使電源進(jìn)入功率很低的區(qū)域，而占空比在40％～70％時(shí)，功率較高。為此經(jīng)過(guò)調(diào)理斬波電路占空比的方法操控直流母線電壓，能夠到達(dá)高功率的目的。
圖6 不一樣占空比時(shí)的功率曲線
3.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)驗(yàn)
試驗(yàn)條件：電除塵器極板面積250m2，極距離150mm，占空比60％，頻率18.6kHz。
試驗(yàn)成果：圖7為輸出電壓與輸入電壓的對(duì)應(yīng)聯(lián)系，圖8為輸出電流與輸入電壓的對(duì)應(yīng)聯(lián)系。當(dāng)輸出電壓到達(dá)58kV（此時(shí)電流82mA）時(shí)除塵器開端發(fā)作閃絡(luò)表象,到達(dá)了規(guī)劃需求。
圖7 輸出電壓與輸入電壓聯(lián)系
圖8 輸出電流與輸入電壓聯(lián)系
4 結(jié)語(yǔ)
1）經(jīng)過(guò)主逆變橋PWM調(diào)理對(duì)功率影響研討所斷定的，由斬波電路對(duì)直流母線電壓進(jìn)行調(diào)理的方法是可行的；
2）該電源在大大減小體積的一起分量也大為削減，較傳統(tǒng)的電源而言其對(duì)電能的利用率也有所進(jìn)步，對(duì)除塵器的操控也比傳統(tǒng)的電源便利，一起還可和工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，完成了對(duì)除塵器的長(zhǎng)途操控。
以上由開關(guān)電源公司提供！
跟著工業(yè)粉塵及廢氣排放量的日益添加，其對(duì)環(huán)境的污染也越來(lái)越嚴(yán)重，特別是在冶金、礦山、建材、化工等職業(yè)中。眾所周知，運(yùn)用靜電除塵器能夠有效地搜集起這些粉塵，可是，慣例的高壓靜電除塵設(shè)備體積巨大、笨重，運(yùn)用不便利，因而，減小高壓靜電除塵設(shè)備的體積與分量就顯得尤為重要。
這些年，伴跟著電力電子技能的飛速發(fā)展，特別是新一代功率電子器件如IGBT,MOSFET等的運(yùn)用，高頻逆變技能越來(lái)越老練，各種不一樣類型和特色的電路廣泛地被運(yùn)用于DC/DC與DC/AC等場(chǎng)合。在這一前提下，規(guī)劃一種高壓逆變電源替代慣例高壓電源，到達(dá)減小高壓電源設(shè)備的體積與分量的目的已成為能夠。一起其運(yùn)用效果、輸出特性和本錢等也都比慣例高壓電源設(shè)備具有顯著的優(yōu)勢(shì)，體系功率也得到了必定程度的進(jìn)步。
1 體系硬件規(guī)劃
1.1 電源主體布局
圖1所示為高壓逆變電源的電路構(gòu)成框圖，它首要包含主電路及操控電路兩有些。主電路首要包含配電開關(guān)、工頻整流器、斬波器、濾波器、IGBT橋式逆變器、維護(hù)電路、高頻高壓變壓器、高頻高壓硅堆（高頻整流器）等有些。操控電路首要包含電流、電壓、火花率采樣及其處理單元，PWM信號(hào)發(fā)作和驅(qū)動(dòng)電路，單片機(jī)操控器，參數(shù)輸入鍵盤及液晶顯示，通訊接口等有些。
圖1 電源布局圖
1.2 主電路的作業(yè)機(jī)理
主電路的作業(yè)原理如圖2所示，高頻逆變器中的功率開關(guān)管選用IGBT（絕緣柵雙極晶體管）。它是將MOSFET和GTR的長(zhǎng)處集于一體的新式復(fù)合器件，具有MOSFET的高輸入阻抗、可用電壓驅(qū)動(dòng)，GTR的通態(tài)功耗低一級(jí)長(zhǎng)處。
圖2 主電路原理圖
圖2中溝通電壓經(jīng)整流—斬波器調(diào)壓—濾波后得到直流電壓U1，將U1加到全橋式高頻逆變器上。D1～D4與功率開關(guān)管S1～S4反向并聯(lián)，接受負(fù)載發(fā)作的反向電流以維護(hù)開關(guān)管。C1～C4及R3～R6以及D5～D8的引進(jìn)是為了避免4個(gè)開關(guān)管在關(guān)斷時(shí)過(guò)高的電壓上升率和削減管子的關(guān)斷損耗。當(dāng)柵極脈沖信號(hào)輪番驅(qū)動(dòng)S1、S4或S2、S3時(shí)，逆變主電路把直流電壓U1變換為20kHz的高頻矩形波溝通電壓送到高頻高壓變壓器，經(jīng)升壓整流濾波后給負(fù)載（電除塵器）供電。操控S1、S4和S2、S3兩組IGBT的占空比，就可得到脈寬可調(diào)的矩形波溝通電壓。
1.3 操控電路的作業(yè)機(jī)理
1.3.1 單片機(jī)操控器
為了使整個(gè)電源體系具有自診斷和人機(jī)交換式的操控功用，該電源選用PHILIPS系列單片機(jī)80C552，首要擔(dān)任實(shí)時(shí)監(jiān)控和與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的使命。當(dāng)除塵器處在作業(yè)狀況時(shí)，單片機(jī)一方面守時(shí)收集其反應(yīng)的電流電壓值，經(jīng)過(guò)A/D變換通道將其讀入，并經(jīng)過(guò)必定算法得出操控量Uk，經(jīng)過(guò)單片機(jī)輸出操控量給脈寬調(diào)制操控器，進(jìn)而改動(dòng)調(diào)制脈沖寬度；另一方面能夠完成依據(jù)用戶的需要改動(dòng)電源的外特性，如恒流，恒壓，緩降等。另外，單片機(jī)還定時(shí)地將本電源的輸出電流、輸出電壓、火花率等信息傳遞給上位機(jī)，將毛病信息由串口發(fā)向上位機(jī)，以示正告，一起接納來(lái)自上位機(jī)的操控指令，使本身投入或退出作業(yè)或改動(dòng)作業(yè)參數(shù)。
1.3.2 脈寬調(diào)制操控器
脈寬調(diào)制操控器電路如圖3所示，它的效果首要是為驅(qū)動(dòng)電路供給操控脈沖以完成PWM操控。其中心是發(fā)作PWM信號(hào)的專用集成芯片SG3525A。SG3525A是電壓型PWM集成操控器，外接元器件少，性能好，具有外同步、軟啟動(dòng)、死區(qū)調(diào)理、欠壓斷定、差錯(cuò)擴(kuò)大以及封閉輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)等功用。其內(nèi)部布局首要包含基準(zhǔn)電壓源、欠壓斷定電路、鋸齒波振蕩器、差錯(cuò)擴(kuò)大器和脈寬調(diào)制對(duì)比器5有些。
圖3 脈寬調(diào)制操控電路
2 體系軟件規(guī)劃
各電源模塊的單片機(jī)都有獨(dú)立的主程序以及與上位機(jī)的通訊程序，數(shù)據(jù)收集子程序等。限于篇幅，這篇文章只評(píng)論電源模塊的主程序及通訊子程序的軟件布局。主程序流程圖如圖4所示，數(shù)據(jù)通訊子程序流程圖如圖5所示。
圖4 主程序流程圖
圖5 數(shù)據(jù)通訊子程序流程圖
電源模塊的軟件首要完成以下功用：接納上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)和指令；向上位機(jī)傳遞數(shù)據(jù)；完成對(duì)電源輸出的實(shí)時(shí)監(jiān)控；依據(jù)用戶需要進(jìn)行各種外特性的操控。
3 試驗(yàn)及剖析
3.1 主逆變橋PWM調(diào)理對(duì)功率影響研討及規(guī)范調(diào)理方法的斷定
如圖6所示，該電源在輸入電壓一樣的情況下，占空比<50％時(shí)，跟著占空比的增大，功率也增大；在占空比>50％時(shí)，跟著占空比的增大，功率下降。由此可見(jiàn)，假如大范圍地進(jìn)行占空比調(diào)理，將會(huì)使電源進(jìn)入功率很低的區(qū)域，而占空比在40％～70％時(shí)，功率較高。為此經(jīng)過(guò)調(diào)理斬波電路占空比的方法操控直流母線電壓，能夠到達(dá)高功率的目的。
圖6 不一樣占空比時(shí)的功率曲線
3.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)驗(yàn)
試驗(yàn)條件：電除塵器極板面積250m2，極距離150mm，占空比60％，頻率18.6kHz。
試驗(yàn)成果：圖7為輸出電壓與輸入電壓的對(duì)應(yīng)聯(lián)系，圖8為輸出電流與輸入電壓的對(duì)應(yīng)聯(lián)系。當(dāng)輸出電壓到達(dá)58kV（此時(shí)電流82mA）時(shí)除塵器開端發(fā)作閃絡(luò)表象,到達(dá)了規(guī)劃需求。
圖7 輸出電壓與輸入電壓聯(lián)系
圖8 輸出電流與輸入電壓聯(lián)系
4 結(jié)語(yǔ)
1）經(jīng)過(guò)主逆變橋PWM調(diào)理對(duì)功率影響研討所斷定的，由斬波電路對(duì)直流母線電壓進(jìn)行調(diào)理的方法是可行的；
2）該電源在大大減小體積的一起分量也大為削減，較傳統(tǒng)的電源而言其對(duì)電能的利用率也有所進(jìn)步，對(duì)除塵器的操控也比傳統(tǒng)的電源便利，一起還可和工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，完成了對(duì)除塵器的長(zhǎng)途操控。
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