開關電源應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，其對環(huán)境的污染也越來越嚴重，特別是在冶金、礦山、建材、化工等職業(yè)中。眾所周知，運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備體積巨大、笨重，運用不便利，因而，減小高壓靜電除塵設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等的運用，高頻逆變技能越來越老練，各種不一樣類型和特色的電路廣泛地被運用于DC/DC與DC/AC等場合。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，到達減小高壓電源設備的體積與分量的目的已成為能夠。一起其運用效果、輸出特性和本錢等也都比慣例高壓電源設備具有顯著的優(yōu)勢，體系功率也得到了必定程度的進步。
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、工頻整流器、斬波器、濾波器、IGBT橋式逆變器、維護電路、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信號發(fā)作和驅動電路，單片機操控器，參數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管選用IGBT（絕緣柵雙極晶體管）。它是將MOSFET和GTR的長處集于一體的新式復合器件，具有MOSFET的高輸入阻抗、可用電壓驅動，GTR的通態(tài)功耗低一級長處。
圖2 主電路原理圖
圖2中溝通電壓經整流—斬波器調壓—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與功率開關管S1～S4反向并聯(lián)，接受負載發(fā)作的反向電流以維護開關管。C1～C4及R3～R6以及D5～D8的引進是為了避免4個開關管在關斷時過高的電壓上升率和削減管子的關斷損耗。當柵極脈沖信號輪番驅動S1、S4或S2、S3時，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，經升壓整流濾波后給負載（電除塵器）供電。操控S1、S4和S2、S3兩組IGBT的占空比，就可得到脈寬可調的矩形波溝通電壓。
1.3 操控電路的作業(yè)機理
1.3.1 單片機操控器
為了使整個電源體系具有自診斷和人機交換式的操控功用，該電源選用PHILIPS系列單片機80C552，首要擔任實時監(jiān)控和與上位機進行數據通訊的使命。當除塵器處在作業(yè)狀況時，單片機一方面守時收集其反應的電流電壓值，經過A/D變換通道將其讀入，并經過必定算法得出操控量Uk，經過單片機輸出操控量給脈寬調制操控器，進而改動調制脈沖寬度；另一方面能夠完成依據用戶的需要改動電源的外特性，如恒流，恒壓，緩降等。另外，單片機還定時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，將毛病信息由串口發(fā)向上位機，以示正告，一起接納來自上位機的操控指令，使本身投入或退出作業(yè)或改動作業(yè)參數。
1.3.2 脈寬調制操控器
脈寬調制操控器電路如圖3所示，它的效果首要是為驅動電路供給操控脈沖以完成PWM操控。其中心是發(fā)作PWM信號的專用集成芯片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、死區(qū)調理、欠壓斷定、差錯擴大以及封閉輸出驅動信號等功用。其內部布局首要包含基準電壓源、欠壓斷定電路、鋸齒波振蕩器、差錯擴大器和脈寬調制對比器5有些。
圖3 脈寬調制操控電路
2 體系軟件規(guī)劃
各電源模塊的單片機都有獨立的主程序以及與上位機的通訊程序，數據收集子程序等。限于篇幅，這篇文章只評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，數據通訊子程序流程圖如圖5所示。
圖4 主程序流程圖
圖5 數據通訊子程序流程圖
電源模塊的軟件首要完成以下功用：接納上位機發(fā)送的數據和指令；向上位機傳遞數據；完成對電源輸出的實時監(jiān)控；依據用戶需要進行各種外特性的操控。
3 試驗及剖析
3.1 主逆變橋PWM調理對功率影響研討及規(guī)范調理方法的斷定
如圖6所示，該電源在輸入電壓一樣的情況下，占空比<50％時，跟著占空比的增大，功率也增大；在占空比>50％時，跟著占空比的增大，功率下降。由此可見，假如大范圍地進行占空比調理，將會使電源進入功率很低的區(qū)域，而占空比在40％～70％時，功率較高。為此經過調理斬波電路占空比的方法操控直流母線電壓，能夠到達高功率的目的。
圖6 不一樣占空比時的功率曲線
3.2 現場試驗測驗
試驗條件：電除塵器極板面積250m2，極距離150mm，占空比60％，頻率18.6kHz。
試驗成果：圖7為輸出電壓與輸入電壓的對應聯(lián)系，圖8為輸出電流與輸入電壓的對應聯(lián)系。當輸出電壓到達58kV（此時電流82mA）時除塵器開端發(fā)作閃絡表象,到達了規(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 結語
1）經過主逆變橋PWM調理對功率影響研討所斷定的，由斬波電路對直流母線電壓進行調理的方法是可行的；
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)的電源而言其對電能的利用率也有所進步，對除塵器的操控也比傳統(tǒng)的電源便利，一起還可和工控機進行數據通訊，完成了對除塵器的長途操控。
以上由開關電源公司提供！
跟著工業(yè)粉塵及廢氣排放量的日益添加，其對環(huán)境的污染也越來越嚴重，特別是在冶金、礦山、建材、化工等職業(yè)中。眾所周知，運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備體積巨大、笨重，運用不便利，因而，減小高壓靜電除塵設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等的運用，高頻逆變技能越來越老練，各種不一樣類型和特色的電路廣泛地被運用于DC/DC與DC/AC等場合。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，到達減小高壓電源設備的體積與分量的目的已成為能夠。一起其運用效果、輸出特性和本錢等也都比慣例高壓電源設備具有顯著的優(yōu)勢，體系功率也得到了必定程度的進步。
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、工頻整流器、斬波器、濾波器、IGBT橋式逆變器、維護電路、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信號發(fā)作和驅動電路，單片機操控器，參數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管選用IGBT（絕緣柵雙極晶體管）。它是將MOSFET和GTR的長處集于一體的新式復合器件，具有MOSFET的高輸入阻抗、可用電壓驅動，GTR的通態(tài)功耗低一級長處。
圖2 主電路原理圖
圖2中溝通電壓經整流—斬波器調壓—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與功率開關管S1～S4反向并聯(lián)，接受負載發(fā)作的反向電流以維護開關管。C1～C4及R3～R6以及D5～D8的引進是為了避免4個開關管在關斷時過高的電壓上升率和削減管子的關斷損耗。當柵極脈沖信號輪番驅動S1、S4或S2、S3時，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，經升壓整流濾波后給負載（電除塵器）供電。操控S1、S4和S2、S3兩組IGBT的占空比，就可得到脈寬可調的矩形波溝通電壓。
1.3 操控電路的作業(yè)機理
1.3.1 單片機操控器
為了使整個電源體系具有自診斷和人機交換式的操控功用，該電源選用PHILIPS系列單片機80C552，首要擔任實時監(jiān)控和與上位機進行數據通訊的使命。當除塵器處在作業(yè)狀況時，單片機一方面守時收集其反應的電流電壓值，經過A/D變換通道將其讀入，并經過必定算法得出操控量Uk，經過單片機輸出操控量給脈寬調制操控器，進而改動調制脈沖寬度；另一方面能夠完成依據用戶的需要改動電源的外特性，如恒流，恒壓，緩降等。另外，單片機還定時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，將毛病信息由串口發(fā)向上位機，以示正告，一起接納來自上位機的操控指令，使本身投入或退出作業(yè)或改動作業(yè)參數。
1.3.2 脈寬調制操控器
脈寬調制操控器電路如圖3所示，它的效果首要是為驅動電路供給操控脈沖以完成PWM操控。其中心是發(fā)作PWM信號的專用集成芯片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、死區(qū)調理、欠壓斷定、差錯擴大以及封閉輸出驅動信號等功用。其內部布局首要包含基準電壓源、欠壓斷定電路、鋸齒波振蕩器、差錯擴大器和脈寬調制對比器5有些。
圖3 脈寬調制操控電路
2 體系軟件規(guī)劃
各電源模塊的單片機都有獨立的主程序以及與上位機的通訊程序，數據收集子程序等。限于篇幅，這篇文章只評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，數據通訊子程序流程圖如圖5所示。
圖4 主程序流程圖
圖5 數據通訊子程序流程圖
電源模塊的軟件首要完成以下功用：接納上位機發(fā)送的數據和指令；向上位機傳遞數據；完成對電源輸出的實時監(jiān)控；依據用戶需要進行各種外特性的操控。
3 試驗及剖析
3.1 主逆變橋PWM調理對功率影響研討及規(guī)范調理方法的斷定
如圖6所示，該電源在輸入電壓一樣的情況下，占空比<50％時，跟著占空比的增大，功率也增大；在占空比>50％時，跟著占空比的增大，功率下降。由此可見，假如大范圍地進行占空比調理，將會使電源進入功率很低的區(qū)域，而占空比在40％～70％時，功率較高。為此經過調理斬波電路占空比的方法操控直流母線電壓，能夠到達高功率的目的。
圖6 不一樣占空比時的功率曲線
3.2 現場試驗測驗
試驗條件：電除塵器極板面積250m2，極距離150mm，占空比60％，頻率18.6kHz。
試驗成果：圖7為輸出電壓與輸入電壓的對應聯(lián)系，圖8為輸出電流與輸入電壓的對應聯(lián)系。當輸出電壓到達58kV（此時電流82mA）時除塵器開端發(fā)作閃絡表象,到達了規(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 結語
1）經過主逆變橋PWM調理對功率影響研討所斷定的，由斬波電路對直流母線電壓進行調理的方法是可行的；
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)的電源而言其對電能的利用率也有所進步，對除塵器的操控也比傳統(tǒng)的電源便利，一起還可和工控機進行數據通訊，完成了對除塵器的長途操控。
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