專(zhuān)利名稱：等離子點(diǎn)火大功率開(kāi)關(guān)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明步及一種煤粉鍋爐點(diǎn)火用開(kāi)關(guān)電源，特別是在煤粉鍋爐點(diǎn)火、穩(wěn)燃、 助燃時(shí)直接點(diǎn)燃煤粉用等離子點(diǎn)火大功率開(kāi)關(guān)電源。
背景技術(shù)：
目前，電站燃煤鍋爐啟動(dòng)時(shí)通用的點(diǎn)火方式是先用點(diǎn)火裝置點(diǎn)燃燃油燃 燒器進(jìn)行升溫、升壓，當(dāng)鍋爐各相關(guān)參數(shù)達(dá)到投粉要求時(shí)，啟動(dòng)制粉系統(tǒng)和煤 粉燃燒器，實(shí)現(xiàn)帶負(fù)荷運(yùn)行；當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低到50%左右時(shí)，還須投油穩(wěn)燃才能 保證鍋爐正常運(yùn)行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電力系統(tǒng)每年用于電站鍋爐點(diǎn)火、穩(wěn)燃、助燃用 油高達(dá)近千萬(wàn)噸，占全國(guó)總?cè)加土康?5%，價(jià)值數(shù)百億元，消耗了大量燃油資源。 近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外一些科研單位和企業(yè)，致力于研究等離子點(diǎn)火系統(tǒng)用于 燃煤鍋爐的點(diǎn)火和穩(wěn)燃，其等離子點(diǎn)火燃燒裝置在一些電廠得到運(yùn)用，但也存 在不少問(wèn)題，在等離子電源上存在的主要問(wèn)題是其使用的電源為可控硅整流 電源，需要大功率的工頻隔離變壓器和電抗器，龐大而笨重；可控硅整流電源 的電力電子器件工作在工頻，響應(yīng)速度慢；隔離變壓器和電抗器的體積大，工 作頻率低，損耗大，造成電源的效率偏低。發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)在等離子點(diǎn)火電源的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種響應(yīng)速度快、 體積小、工作頻率高、效率高的等離子點(diǎn)火大功率開(kāi)關(guān)電源。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是該等離子電源，設(shè)定工作電 流，設(shè)定的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)主控制器同時(shí)控制多組并聯(lián)的電源模塊，每一組獨(dú)立 的電源模塊按照主控制器分配的電流信號(hào)輸出電流，最后并聯(lián)輸出正常的工作電流；單組電源模塊化；多組電源模塊并聯(lián)的工作方式；多組電源模塊并聯(lián)的均 流方式為主從方式；單組電源模塊的控制模式為平均電流模式；功率冗余技術(shù)。單組電源模塊化，每個(gè)電源模塊的體積及輸入、輸出接口完全相同，便于 電源模塊的更換、維修、擴(kuò)展。多組電源模塊并聯(lián)的工作方式，并聯(lián)的電源模塊輸出端連接在一起，每一 組電源模塊的輸入端均與主控制器連接，受主控制器的控制，主控制器的輸入 信號(hào)與每一個(gè)電源模塊的反饋信號(hào)混合后控制電源模塊的輸出電流，電源模塊 的輸出電流被均衡分配，每一組電源模塊的輸出端均連接在一起，為電源的輸 出端。多組電源模塊并聯(lián)的均流方式為主從方式，在系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)主控制器， 在主控制器設(shè)定各電源模塊的控制電流，用來(lái)控制各個(gè)模塊電源的輸出電流， 控制輸出電流相等。功率冗余技術(shù)，提高可靠性，開(kāi)關(guān)電源采用N+l個(gè)電源并聯(lián)構(gòu)成的電源向 負(fù)載供電，每個(gè)電源的功率為負(fù)載所需功率的1/N,當(dāng)某一組電源發(fā)生故障時(shí)， 供電不中斷，僅僅是最大供電能力有所下降，不會(huì)嚴(yán)重影響負(fù)載的正常工作。單組電源模塊的控制模式為平均電流模式，在輸出電壓閉環(huán)的控制系統(tǒng)中， 增加電流反饋控制，平均電流模式控制采用PID調(diào)節(jié)器作為電流調(diào)節(jié)器，并將 調(diào)節(jié)器輸出的控制量與鋸齒波信號(hào)相比較，得到周期固定、占空比變化的PWM 信號(hào)，用以控制開(kāi)關(guān)的通與斷。單組電源模塊的開(kāi)關(guān)器件采用IGBT代替可控硅，變壓器采用納米晶磁性材 料，電抗器采用非晶材料，冷卻方式為強(qiáng)制風(fēng)冷；輸出電壓在300V以上，輸出 電流在300A以上，功率為25KW，工作頻率為20KHZ;采用N+l個(gè)開(kāi)關(guān)電源多組并聯(lián)的方式向負(fù)載供電，每個(gè)電源的功率為負(fù)載所需功率的1/N。單組電源模塊由整流二極管(2)、電容(3)、 IGBT (4)、高頻變壓器(5)、 高頻整二極管(6)、電抗器(7)、保護(hù)控制驅(qū)動(dòng)電路順序電連接構(gòu)成，'三相交 流經(jīng)6個(gè)整流二極管整流和電容濾波后變成直流，再由4個(gè)IGBT組成的全橋電 路逆變器逆變成高頻交流方波脈沖電壓，逆變器輸出經(jīng)高頻變壓器隔離并變換 成合適的交流電壓，經(jīng)過(guò)14個(gè)高頻整流二極管整流和電抗器濾波變成所需要的 直流輸出電壓，提供給等離子弧。有益效果由于采用了上述技術(shù)，采用多組開(kāi)關(guān)電源并聯(lián)的工作方式，功 率擴(kuò)展容易；采用功率冗余技術(shù)，提高可靠性；輸出為高電壓、大電流；采用 PID控制PWM的脈沖寬度；采用主從方式均流；輸出為恒流特性。本發(fā)明達(dá)到了 如下效果體積減小，重量輕；工作頻率高，響應(yīng)速度快；損耗很小，工作效率咼。在電源模塊的輸出電壓閉環(huán)的控制系統(tǒng)中，采用電流反饋控制，電流反饋 模式控制有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性增強(qiáng)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性改善，具有快速 限制電流的能力。由于開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)器件采用IGBT代替可控硅，其工作頻率在20KHZ以上， 工作頻率提高了 400倍以上，由于電源工作頻率的提高，可以使電源的體積減 小，重量'減輕；由于采用高頻逆變技術(shù)，變壓器的工作頻率大大提高，使變壓器和電抗器 的體積和重量大大減小，從而使變壓器的電抗器的各種損耗比工頻時(shí)小很多；由于電源工作頻率的提高，控制周期由可控硅整流電路的毫秒級(jí)提高到微 秒級(jí)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)迅速；因此本發(fā)明電源能適應(yīng)于非接觸高頻引弧、觸針引弧、 接觸引弧等各種引弧方式；由于采用功率冗余技術(shù)，整套電源的可靠性得到大幅度提高； 由于采用多組并聯(lián)工作方式，開(kāi)關(guān)電源在需要擴(kuò)展功率時(shí)，只要增加相應(yīng) 數(shù)量的單組電源模塊，然后對(duì)主控器進(jìn)行設(shè)定即可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展。 '


圖1是本發(fā)明的總體控制原理方框圖。圖2是本發(fā)明的單組電源模塊控制原理方框圖。圖3是本發(fā)明的單組電源模塊的主電路原理圖。圖4是本發(fā)明的單組電源模塊的控制保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路原理圖。圖3中，1、交流輸入；2、整流二極管；3、電容；4、 IGBT; 5、高頻變壓 器；6、高頻整流二極管；7、電抗器；8、等離子弧。圖4中，控制部分分為電源供應(yīng)、PID調(diào)節(jié)、PWM產(chǎn)生、'IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)、電 源的啟動(dòng)停止控制和保護(hù)顯示電路等。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l:該等離子電源，設(shè)定工作電流，設(shè)定的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)主控制器同 時(shí)控制多組并聯(lián)的電源模塊，每一組獨(dú)立的電源模塊按照主控制器分配的電流 信號(hào)輸出電流，最后并聯(lián)輸出正常的工作電流；該大功率開(kāi)關(guān)電源，采用多組并聯(lián)的方式；單組電源采用模塊化設(shè)計(jì)，擴(kuò) 展容易；多組并聯(lián)的均流方式為主從方式；單組電源的控制模式為平均電流模 式；功率冗余技術(shù)，提高可靠性。多組并聯(lián)的方式，這并不是簡(jiǎn)單地將多個(gè)電源的輸出端接在一起，幾個(gè)結(jié) 構(gòu)相同的電源并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，輸出端連接在一起，輸出端電壓被強(qiáng)制相等，由于 各自參數(shù)的分散性，使得有的電流較大，有的很小，使得電源的壽命衰減不一 致，為了提高可靠性，必須使各電源的輸出電流分配均衡。對(duì)單組電源采用模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)，每個(gè)模塊的體積、輸入輸出接口完全相 同，便于電源模塊的更換和維修。單組電源包括整流二極管、電容、IGBT、高 頻變壓器、高頻整流二極管、電抗器、散熱器、冷卻風(fēng)機(jī)、控制保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路。在本系統(tǒng)中采用主從方式均流，系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)主控制器，主控制器根據(jù) 總設(shè)定電流的要求分配給各電源一個(gè)電流參考信號(hào)，用來(lái)控制各個(gè)電源的輸出 電流，由于每個(gè)電源的電流參考信號(hào)都相等，因此輸出電流也相等。功率冗余技術(shù)，開(kāi)關(guān)電源采用N+l個(gè)電源并聯(lián)構(gòu)成的電源向負(fù)載供用，每個(gè)電源的功率為負(fù)載所需功率的1/N，當(dāng)某一組電源發(fā)生故障時(shí)，供電并不中斷，僅僅是最大供電能力有所下降，不會(huì)嚴(yán)重影響負(fù)載的正常工作。平均電流模式控制，其基本思想是在輸出電壓閉環(huán)的控制系統(tǒng)中，增加了 電流反饋控制，電流模式控制的引入給開(kāi)關(guān)電源的控制性能帶來(lái)了一次革命性 飛躍。平均電流模式控制采用PI調(diào)節(jié)器作為電流調(diào)節(jié)器，并將調(diào)節(jié)器輸出的控 制量與鋸齒波信號(hào)相比較，得到周期固定、占空比變化的p麗信號(hào)，用以控制開(kāi)關(guān)的通與斷，電流模式控制有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性增強(qiáng)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài) 特性改善，具有快速限制電流的能力。由于受開(kāi)關(guān)器件、磁性材料的性能限制，單組開(kāi)關(guān)電源的功率以25KW為宜， 開(kāi)關(guān)電源的工作頻率為20KHZ，電源的開(kāi)關(guān)器件采用IGBT，變壓器采用納米晶 磁性材料，電抗器采用非晶材料，冷卻方式為強(qiáng)制風(fēng)冷。在圖1中，本發(fā)明的等離子點(diǎn)火大功率開(kāi)關(guān)電源的工作過(guò)程如下人工設(shè) 定等離子電源的工作電流，設(shè)定的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)主控制器，'分配到各獨(dú)立的電 源模塊，電源模塊接收到電流信號(hào)以后，按照分配的信號(hào)輸出電流，最后并聯(lián) 輸出正常的工作電流。實(shí)施例2:在圖2中，本發(fā)明的等離子點(diǎn)火大功率開(kāi)關(guān)電源的單組電源模塊的工作過(guò)程如下主控制器輸出的是流信號(hào)作為設(shè)定信號(hào)，.和單組的輸出電流 信號(hào)進(jìn)行比較，輸出一個(gè)誤差信號(hào)，指示本組實(shí)際輸出電流和分配到本組電流 的差別，進(jìn)入PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行運(yùn)算，輸出一個(gè)控制信號(hào)，送P麗電路，P她電路 根據(jù)控制信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)脈沖寬度，以調(diào)節(jié)IGBT輸出，使本組輸出電流和分配到 的電流相等。單組電源模塊設(shè)有檢測(cè)電路和保護(hù)電路，對(duì)電壓信號(hào)、溫度信號(hào)、電流信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并和IGBT錯(cuò)誤信號(hào)一起，產(chǎn)生一個(gè)故障信號(hào)，封鎖P麗輸出。在 不發(fā)生任何故障時(shí)，主控電路發(fā)來(lái)的啟動(dòng)信號(hào)加在PWM控制端，允許PWM輸出。 其它與實(shí)施例1同，略。實(shí)施例3:在圖3中，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的等離子點(diǎn)火大功率開(kāi)關(guān)電源專(zhuān)用的單組 電源模塊的主電路原理如下三相交流輸入1經(jīng)六個(gè)整流二極管2整流和電容3濾波后變成直流，再由 四個(gè)IGBT4組成的全橋電路逆變器逆變成高頻交流方波脈沖電壓，全橋電路逆 變器由控制驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路驅(qū)動(dòng)，逆變器輸出經(jīng)高頻變壓器5隔離并變換成合適 的交流電壓，經(jīng)過(guò)四個(gè)高頻整流二極管6整流和電抗器7濾波變成所需要的直 流輸出電壓，提供給等離子弧8。實(shí)施例4:在圖4中，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的等離子點(diǎn)火大功率開(kāi)關(guān)電源專(zhuān)用的單組 電源模塊的控制驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路原理如下-主控電路發(fā)來(lái)的啟動(dòng)停止信號(hào)控制電路啟動(dòng)停止和電流大小。在主控電路 發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)以后，.電流信號(hào)經(jīng)過(guò)PID電路調(diào)整，送出控制信號(hào)到P麵產(chǎn)生電 路，產(chǎn)生P麗輸出，P麗信號(hào)送IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，形成IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng) 全橋電路逆變器工作，同時(shí)保護(hù)IGBT，電源啟動(dòng)停止及保護(hù)顯示電路，控制單 組電源的工作狀態(tài)并進(jìn)行顯示，電源供應(yīng)電路提供整個(gè)控制電路的電壓供應(yīng)。
權(quán)利要求
1、一種等離子點(diǎn)火大功率開(kāi)關(guān)電源，由整流器件、變壓器、開(kāi)關(guān)器件、電抗器等組成，其特征是該等離子電源，設(shè)定工作電流，設(shè)定的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)主控制器同時(shí)控制多組并聯(lián)的電源模塊，每一組獨(dú)立的電源模塊按照主控制器分配的電流信號(hào)輸出電流，最后并聯(lián)輸出正常的工作電流；單組電源模塊化；多組電源模塊并聯(lián)的工作方式；多組電源模塊并聯(lián)的均流方式為主從方式；單組電源模塊的控制模式為平均電流模式；功率冗余技術(shù)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子點(diǎn)火大功率開(kāi)關(guān)電源，其特征是單組電 源模塊化，每個(gè)電源模塊的體積及輸入、輸出接口完全相同，便于電源模塊的 更換、維修、擴(kuò)展。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子點(diǎn)火大功率開(kāi)關(guān)電源，其特征是多組電 源模塊并聯(lián)的工作方式，并聯(lián)的電源模塊輸出端連接在一起，每一組電源模塊 的輸入端均與主控制器連接，受主控制器的控制，主控制器的輸入信號(hào)與每一 個(gè)電源模塊的反饋信號(hào)混合后控制電源模塊的輸出電流，電源模塊的輸出電流 被均衡分配，每一組電源模塊的輸出端均連接在一起，為電源的輸出端。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子點(diǎn)火大功率開(kāi)關(guān)電源，其特征是多組電 源模塊并聯(lián)的均流方式為主從方式，在系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)主控制器，在主控制器 設(shè)定各電源模塊的控制電流，用來(lái)控制各個(gè)模塊電源的輸出電流，控制輸出電 流相等。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子點(diǎn)火大功率開(kāi)關(guān)電源，其特征是功率冗 余技術(shù)，提高可靠性，開(kāi)關(guān)電源采用N+1個(gè)電源并聯(lián)構(gòu)成的電源向負(fù)載供電， 每個(gè)電源的功率為負(fù)載所需功率的1/N，當(dāng)某一組電源發(fā)生故障時(shí)，供電不中斷， 僅僅是最大供電能力有所下降，不會(huì)嚴(yán)重影響負(fù)載的正常工作。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子點(diǎn)火大功率開(kāi)關(guān)電源，其特征是單組電 源模塊的控制模式為平均電流模式，在輸出電壓閉環(huán)的控制系統(tǒng)中，增加電流 反饋控制，平均電流模式控制采用PID調(diào)節(jié)器作為電流調(diào)節(jié)器，并將調(diào)節(jié)器輸 出的控制量與鋸齒波信號(hào)相比較，得到周期固定、占空比變化的PWM信號(hào)，用 以控制開(kāi)關(guān)的通與斷。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子點(diǎn)火大功率開(kāi)關(guān)電源，其特征是單組電源模塊的開(kāi)關(guān)器件采用IGBT代替可控硅，變壓器采用納米晶磁性材料，電抗器 采用非晶材料，冷卻方式為強(qiáng)制風(fēng)冷；輸出電壓在300V以上，輸出電流在300A 以上，功率為25KW，工作頻率為20KHZ;采用N+l個(gè)開(kāi)關(guān)電源多組并聯(lián)的方 式向負(fù)載供電，每個(gè)電源的功率為負(fù)載所需功率的1/N。
8、 一種實(shí)現(xiàn)等離子點(diǎn)火大功率開(kāi)關(guān)電源專(zhuān)用的電源模塊，其特征是單組 電源模塊由整流二極管(2)、電容(3)、 IGBT (4)、高頻變壓器(5)、高頻整 二極管(6)、電抗器(7)、保護(hù)控制驅(qū)動(dòng)電路順序電連接構(gòu)成，三相交流經(jīng)6 個(gè)整流二極管整流和電容濾波后變成直流，再由4個(gè)IGBT組成的全橋電路逆變 器逆變成高頻交流方波脈沖電壓，逆變器輸出經(jīng)高頻變壓器隔離并變換成合適 的交流電壓，經(jīng)過(guò)14個(gè)高頻整流二極管整流和電抗器濾波變成所需要的直流輸 出電壓，提供給等離子弧。
全文摘要
一種等離子點(diǎn)火大功率開(kāi)關(guān)電源，屬于開(kāi)關(guān)電源。該等離子電源，設(shè)定工作電流，設(shè)定的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)主控制器同時(shí)控制多組并聯(lián)的電源模塊，每一組獨(dú)立的電源模塊按照主控制器分配的電流信號(hào)輸出電流，最后并聯(lián)輸出正常的工作電流；單組電源模塊化；多組電源模塊并聯(lián)的工作方式；多組電源模塊并聯(lián)的均流方式為主從方式；單組電源模塊的控制模式為平均電流模式；功率冗余技術(shù)。該開(kāi)關(guān)電源用于在煤粉鍋爐中直接點(diǎn)燃煤粉的等離子發(fā)生器提供大功率直流電源；為多組開(kāi)關(guān)電源并聯(lián)；輸出為高電壓、大電流；多組并聯(lián)的均流方式為主從方式；單組電源的控制模式為平均電流模式；采用功率冗余技術(shù)，提高可靠性；具有恒電流的特性；體積減小，重量減輕；工作頻率高，響應(yīng)速度快；損耗很小，工作效率高；單組電源采用模塊化設(shè)計(jì)，擴(kuò)展容易。
文檔編號(hào)H02M3/335GK101271345SQ20071013534
公開(kāi)日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2007年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月6日
發(fā)明者朱德明, 李廣偉, 王文舉, 袁邦銀 申請(qǐng)人:徐州燃燒控制研究院有限公司