Изобретение относится к электротехнике, а именно к источникам питания электрофильтров.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ питания электрофильтра по очистке газов с помощью источника питания, содержащего повышающий трансформатор, высоковольтный выпрямитель и ограничитель тока в виде электронной лампы с пентодной вольтамперной характеристикой во вторичной цепи трансформатора, тиристорный регулятор в первичной цепи. Способ заключается в том, что на электродах электрофильтра поднимают напряжение вплоть до пробивного и при пробое отключают тиристорный регулятор на заданный интервал времени. В этом способе при пробоях в электрофильтре ток ограничивается на уровне, близком к номинальному току питания электрофильтра, и определяется вольтамперной характеристикой лампы, а регулирование частоты искровых пробоев осуществляется по минимуму падения напряжения на лампе (Патент США N4536698 кл.323-237,1985).
Устройство, реализующее этот способ, содержит повышающий трансформатор с тиристорным регулятором в цепи первичной обмотки, высоковольтный выпрямитель в цепи вторичной обмотки и электронную лампу с пентодной вольтамперной характеристикой, включенную между выпрямителем и электрофильтром, датчик напряжения на электрофильтре, формирователь сигналов управления тиристорным регулятором, выход которого соединен с тиристорным регулятором, селектор искровых разрядов, вход которого соединен с выходом датчика напряжения электрофильтра. Для управления электронной лампой применяется устройство управления, содержащее усилитель мощности и задающий генератор.
Недостатком этого способа является то, что в течение последнего полупериода сетевого напряжения при пробое продолжается подпитка разряда током от источника питания, хотя и не превышающим номинальный ток питания электрофильтра. Кроме того, при этом способе питания сложно осуществить форсированный подъем напряжения на электрофильтре после пробоя, поскольку реакция автоматического регулятора на превышение падения напряжения на лампе, что всегда место при пробое и форсированном подъеме напряжения после пробоя, направлена на снижение напряжения источника питания. Это приведет к снижению среднего напряжения на электрофильтре, т.е. к снижению эффективности газоочистки.
Задачей изобретения является ограничение тока электрофильтра при пробое по амплитуде и по длительности и повышение среднего напряжения на электрофильтре, что приводит к повышению эффективности газоочистки, снижению энергозатрат, повышению эксплуатационной надежности электрофильтра.
Задача решается в предлагаемом способе питания электрофильтра по очистке газов и устройстве для его осуществления. Способ заключается в том, что на электродах электрофильтра поднимают напряжение,вплоть до пробивного от высоковольтного источника питания, содержащего повышающий трансформатор с тиристорным регулятором в цепи первичной обмотки, высоковольтный выпрямитель в цепи вторичной обмотки и электронный коммутатор в виде лампы с пентодной вольтамперной характеристикой, включенный между выпрямителем и электрофильтром. В случае пробоя одновременно запирают тиристорный регулятор на стороне низкого напряжения и электронный коммутатор на стороне высокого напряжения. После заданного интервала времени, необходимого для деионизации межэлектродного промежутка электрофильтра, включают сначала электронный коммутатор, осуществляя быстрый подъем напряжения на электрофильтре, а затем включают тиристорный регулятор, осуществляя медленный подъем напряжения до следующего пробоя.
Включение тиристорного регулятора производят при условии отсутствия пробоя электрофильтра в течение фиксированного интервала времени после включения электронного коммутатора, величина которого определяется, например,эмпирически для каждого случая технологического применения электрофильтра и устанавливается как параметр устройства питания.
Регулирование скорости подъема напряжения на электрофильтре после пробоя осуществляют путем изменения напряжения на управляющем входе электронного коммутатора.
Устройство для осуществления способа содержит повышающий трансформатор с тиристорным регулятором в цепи первичной обмотки, высоковольтный выпрямитель в цепи вторичной обмотки и электронный коммутатор в виде лампы с пентодной вольтамперной характеристикой, включенный между выпрямителем и электрофильтром. Между коронирующим и осадительным электродами электрофильтра включен датчик напряжения электрофильтра, выход которого соединен со входом селектора искровых разрядов. Устройство содержит также формирователь сигналов управления тиристорным регулятором, имеющий первый и второй входы, выход которого соединен с тиристорным регулятором, и устройство управления, содержащее усилитель мощности, выход которого соединен через формирователь импульсов управления электронным коммутатором с управляющим входом коммутатора, и задающий генератор, первый выход которого соединен со входом усилителя мощности, а второй с первым входом формирователя сигналов управления тиристорным регулятором. Между полюсами высоковольтного выпрямителя включен конденсатор.
Задающий генератор снабжен входом и третьим выходом, причем его вход соединен с выходом селектора искровых разрядов, а третий выход со вторым входом формирователя сигналов управления тиристорным регулятором.
Задающий генератор содержит формирователи длительности отключения тиристорного регулятора и коммутатора соответственно, формирователь сигнала на сброс угла регулирования и логическую схему И. Первый вход формирователя длительности отключения тиристорного регулятора и вход формирователя длительности отключения коммутатора объединены и являются входом задающего генератора. Выход формирователя длительности отключения тиристорного регулятора соединен со входом формирователя сигнала на сброс угла регулирования, с первым входом логической схемы И и является вторым выходом задающего генератора. Первый выход формирователя длительности отключения коммутатора соединен со вторым входом логической схемы И, выход которой является первым выходом задающего генератора. Второй выход формирователя длительности отключения коммутатора соединен со вторым входом формирователя длительности отключения тиристорного регулятора, а выход формирователя сигнала на сброс угла регулирования является третьим выходом задающего генератора.
Усилитель мощности снабжен вторым входом и содержит первую и вторую дифференцирующие цепочки, формирователь амплитуды и выходной преобразователь. Вход первой дифференцирующей цепочки соединен с первым входом выходного преобразователя и является первым входом усилителя мощности. Выход первой дифференцирующей цепочки соединен с первым входом формирователя амплитуды, выход которого соединен со вторым входом выходного преобразователя. Вход второй дифференцирующей цепочки соединен со вторым выходом задающего генератора и является вторым входом усилителя мощности, выход второй дифференцирующей цепочки соединен со вторым входом формирователя амплитуды, а выход выходного преобразователя является выходом усилителя мощности и устройства управления.
В предлагаемом способе питания электрофильтра снижение энергозатрат происходит за счет того, что при пробое в электрофильтре одновременно запирают тиристорный регулятор и электронный коммутатор, при этом подпитка разряда током происходит только в течение времени отключения электронного коммутатора и ограниченным током. Причем это время, например, при использовании электронно-лучевого вентиля ЭЛВ составляет примерно 20 мкс, а ток может быть ограничен на любом регулируемом уровне изменением уровня напряжения на ускоряющем электроде ЭЛВ. Кроме того, ограничение пробоя по току и во времени стабилизирует степень ионизации межэлектродного промежутка, о которой судят по интегралу квадрата тока пробоя за время пробоя [2] То есть можно сказать, что для данного электрофильтра и данного технологического процесса интенсивность пробоя постоянна и невелика, следовательно, постоянна и минимальна пауза в снятии напряжения для деионизации промежутка. При этом упрощается устройство регулирования, а следовательно, повышается надежность, повышается величина среднего напряжения на электрофильтре за счет отсутствия пробоев большой интенсивности, а следовательно, и эффективность газоочистки.
Кроме того, снижение энергозатрат в предлагаемом способе и устройстве происходит за счет того, что быстрый подъем напряжения на электрофильтре после пробоя осуществляется при отключенной сети с использованием заряда, накопленного в емкости на выходе высоковольтного выпрямителя. Поэтому вторичные пробои при быстром подъеме напряжения (по критерию возникновения вторичного пробоя оптимизируется скорость подъема напряжения) не нагружают сеть. Конденсатор, включенный на выходе высоковольтного выпрямителя, выполняет функцию источника напряжения для быстрого заряда емкости электрофильтра после пробоя при отключенной сети. При резком обрыве тока в цепи источник питания электрофильтр, что происходит при отключении лампы в результате отработки пробоя, конденсатор аккумулирует энергию, накопленную в реактивных элементах схемы перед пробоем в электрофильтре, и сохраняет ее до включения лампы после выдержки времени на деионизацию. Кроме того, установка конденсатора в предлагаемом устройстве на стороне постоянного тока до лампы повышает среднее напряжение на электрофильтре, что в результате повышает эффективность газоочистки, но не влияет на мощность пробоя, так как конденсатор отсекается от электрофильтра при пробое.
На фиг.1 представлена структурная схема устройства для питания электрофильтра по очистке газов; на фиг.2 структурная схема устройства управления; на фиг.3 временные диаграммы работы устройства.
Устройство для питания электрофильтра по очистке газов (фиг.1) содержит повышающий трансформатор 1 с тиристорным регулятором 2 в цепи первичной обмотки и высоковольтным выпрямителем 3 в цепи вторичной обмотки, быстродействующий высоковольтный электронный коммутатор 4, включенный последовательно с электрофильтром 5, конденсатор 6, включенный между полюсами высоковольтного выпрямителя, датчик 7 напряжения электрофильтра, включенный между коронирующим и осадительным электродами электрофильтра, формирователь 8 импульсов управления электронным коммутатором, формирователь 9 сигналов управления тиристорным регулятором, селектор искровых разрядов 10, устройство управления 11, которое содержит задающий генератор 12 и усилитель мощности 13.
Вход селектора искровых разрядов 10 соединен с выходом датчика 7 напряжения электрофильтра, а выход со входом задающего генератора 12. Выход формирователя 9 сигналов управления тиристорным регулятором соединен с управляющим входом тиристорного регулятора 2, а первый и второй входы соединены соответственно со вторым и третьим выходами задающего генератора 12. Первый выход генератора 12 соединен с первым входом усилителя мощности 13, выход которого через формирователь 8 сигналов управления электронным коммутатором соединен с управляющим входом электронного коммутатора 4.
Задающий генератор 12 (фиг.2) содержит формирователи 14, 15 длительности отключения тиристорного регулятора и коммутатора соответственно, формирователь 16 сигнала на сброс угла регулирования и логическую схему И 17 Причем первый вход формирователя 14 и вход формирователя 15 объединены и являются входом генератора 12 и входом устройства управления 11, выход формирователя 14 является вторым выходом генератора 12 и соединен через формирователь 16 сигнала на сброс угла с третьим выходом генератора 12 и непосредственно с первым входом логической схемы 17, второй вход которой соединен с выходом формирователя 15, а выход является первым выходом генератора 12. Второй выход формирователя 15 длительности отключения коммутатора соединен со вторым входом формирователя 14 длительности отключения тиристорного регулятора.
Усилитель мощности 13 (фиг.2) содержит дифференцирующие цепочки 18, 19, формирователь 20 амплитуды, выходной преобразователь 21. Вход дифференцирующей цепочки 19 соединен с первым входом преобразователя 21 и является первым входом усилителя мощности 13, а выход соединен с первым входом формирователя 20 амплитуды, выход которого соединен с вторым входом преобразователя 21. Вход дифференцирующей цепочки 18 соединен со вторым выходом генератора 12 и является вторым входом усилителя мощности 13, а выход соединен с вторым входом формирователя 20 амплитуды. Выход преобразователя 21 является выходом усилителя мощности 13.
Селектор 10 искрового разряда, формирователь 9 сигналов управления тиристорным регулятором выполнены обычным образом. При этом формирователь 9 содержит генератор пилообразного напряжения, синхронизированный с сетью, интегратор, уровень напряжения на выходе которого определяет угол отпирания тиристоров, амплитудно-фазовый преобразователь, осуществляющий формирование угла регулирования тиристорного регулятора путем сравнения уровня напряжения с выхода интегратора и сигнала с выхода генератора пилообразного напряжения, логическую схему запрета подачи импульсов управления на тиристорный регулятор в соответствии с алгоритмом работы (отработка пробоя).
В качестве электронного коммутатора 4 может быть использован электронно-лучевой вентиль ЭЛВ 2/200, в этом случае формирователь 8 импульсов управления электронным коммутатором может быть выполнен по известной схеме.
Формирователь 14, 15 длительности отключения тиристорного регулятора и коммутатора представляют собой схемы зависимых выдержек. Формирователь 16 сигнала на сброс угла регулирования также выполнен в виде схемы выдержки. Формирователь 20 амплитуды представляет собой преобразователь постоянного напряжения регулируемой амплитуды. Выходной преобразователь 21 содержит генератор высокой частоты и оконечный усилитель. Формирователи 14, 15, 16, 20, 21 построены с помощью известных типов схем, в соответствии с требуемым алгоритмом работы.
Способ осуществляется следующим образом. При включенном источнике в цепи питания электрофильтра протекает ток, величина которого определяется напряжением на выходе выпрямителя 3, вольтамперными характеристиками коммутатора 4 и электрофильтра 5. На выходе выпрямителя 3 устанавливается напряжение, величина которого определяется сигналом U3 (фиг.3), поступающим с формирователя 9 сигналов управления тиристорным регулятором на управляющий вход тиристорного регулятора 2. Сигнал U3 представляет собой синхронизированную с сетью последовательность импульсов частотой 100 Гц, фронт которых определяет момент включения тиристора регулятора 2, а длительность - время его проводящего состояния. Электронный коммутатор 4 имеет пентодную вольтамперную характеристику, "высота" которой определяется величиной напряжения Uу на его управляющем электроде. Таким образом, изменяя величину Uу, можно изменять уровень ограничения тока в цепи источник питания - электрофильтр. Напряжение Uу формирует формирователь 8 импульсов управления по сигналу U2 (фиг.3), поступающему с устройства управления 11.
В рабочем режиме напряжение на выходе выпрямителя и соответственно на электрофильтре медленно растет. Пусть в момент времени t1 (фиг.3) в электрофильтре 5 произошел пробой. Благодаря пентодной характеристике коммутатора ток в цепи питания электрофильтра ограничивается. Селектор искровых разрядов 10 формирует импульс U4, который инициирует появление на выходах задающего генератора 12 сигналов U5 (на разрыв коммутатором 4 цепи источник питания электрофильтр) и U6 (на запирание тиристорного регулятора 2). Одновременно на другом выходе генератора 12 формируется сигнал U7, воздействующий на формирователь 9 сигналов управления тиристорным регулятором таким образом, что сформированный к моменту пробоя угол уменьшается на величину угла отработки и запоминается.
В промежутке времени t1-t2 электрофильтр отключен от источника, происходит восстановление электрической прочности межэлектродного промежутка. На выходе высоковольтного выпрямителя 3 (на конденсаторе 6) остается напряжение, равное или больше напряжения пробоя (за счет перенапряжений, возникших при обрыве тока). В момент времени t2 коммутатор 4 соединяет электрофильтр с источником питания. Импульсы управления на тиристорный регулятор не подаются. Емкость электрофильтра заряжается от заряженного конденсатора 6 практически постоянным током, который задается вольтамперной характеристикой коммутатора. Изменяя величину напряжения Uу, можно изменять ток заряда конденсатора электрофильтра, т.е. скорость подъема напряжения на электрофильтре. Таким образом, в промежутке времени t2-t3 происходит заряд емкости электрофильтра до напряжения, меньшего Uпр на величину Uo (напряжение отработки), конденсатор 6 на выходе высоковольтного выпрямителя разряжается до величины, меньшей Uпр.
В момент времени t3 снимается запрет (сигнал U6) на подачу импульсов управления на тиристорный регулятор. Регулятор включается с углом, запомненным в формирователе 9 при отработке пробоя, а на управляющий электрод электронного коммутатора подается напряжение Uу, задающее его рабочую вольтамперную характеристику. В интервале времени t3-t4 напряжение на электродах электрофильтра медленно поднимают, изменяя угол регулирования тиристорного регулятора 2, до напряжения пробоя (момент времени t4). Затем процесс повторяется.
Если при ускоренном подъеме напряжения на электрофильтре (интервал времени t5-t6) происходит повторный пробой промежутка (это может быть результатом слишком быстрого подъема напряжения, недостаточной деионизации промежутка, изменения технологического процесса), селектор 10 искрового разряда формирует сигнал U4 (момент времени t6), который инициирует на выходе генератора 12 сигнал U5. Вновь разрывается цепь источник питания - -электрофильтр, дается выдержка на деионизацию промежутка, подается сигнал на усилитель мощности 13 на снижение скорости подъема напряжения на электрофильтре при последующем включении коммутатора 4.
Задающий генератор 12 (фиг.2) работает следующим образом. По сигналу U4 (фиг. 3) с выхода селектора 10 искрового разряда запускаются формирователи 14, 15, представляющие собой схемы зависимых выдержек. На выходе формирователя 14 формируется импульс напряжения, длительность которого определяет время отключения источника от сети, на выходе формирователя 15 формируется импульс напряжения, длительность которого определяет время отключения электрофильтра от источника. Оба сигнала поступают на входы логической схемы И 17, которая не допускает отключение коммутатора, если не сформирован сигнал на отключение тиристорного регулятора. С выхода схемы 17 сигнал U5 поступает на усилитель мощности 14.
Сформированные сигналы "жестко" связаны между собой: их фронты формируются одновременно, спад импульса на выходе формирователя 14 отстает от спада импульса на выходе формирователя 15 на фиксированный интервал времени Δt... Причем, если в течение времени Dt вновь формируется фронт импульса на выходе формирователя 15, длительность импульса, сформированного на выходе формирователя 14, автоматически увеличивается на сумму величин длительности импульса на выходе формирователя 15 и Δt. Фиксированный интервал времени Δt определяется расчетным путем, подтверждается опытным путем и зависит от параметров конкретного устройства питания, электрофильтра, а также от особенностей технологического процесса.
Такое построение задающего генератора 12 позволяет повысить среднее напряжение на электрофильтре, не допуская уменьшения угла регулирования при вторичных пробоях; обеспечивает автоматическое регулирование длительности сигнала отключения тиристорного регулятора, организовывая "мягкую" работу устройства без увеличения частоты вторичных пробоев; "жестко" фиксирует недопустимость отключения электронного коммутатора без отключения тиристорного регулятора, что также обеспечивает работу устройства без перенапряжений.
Усилитель мощности 13 (фиг.2) работает следующим образом. По сигналам на отключение электронного коммутатора U5 (фиг.3) и тиристорного регулятора U6 (фиг. 3) дифференцирующие цепочки 18 и 19 формируют последовательности импульсов U8 (соответствует фронту сигнала U5) и U9 (соответствует срезу сигнала U6). Эти импульсы поступают на соответствующие входы формирователя 20 амплитуды. Формирователь 20 амплитуды работает следующим образом. В рабочем режиме на его выходе присутствует уровень напряжения U10о (фиг.3), определяющий амплитуду сигнала 12 (фиг.3), необходимую для задания соответствующей вольтамперной характеристики коммутатора. В момент времени t1 или t4 при первом пробое в электрофильтре по сигналу U8 устанавливается уровень U10 U10o + Uф, определяющий вольтамперную характеристику электронного коммутатора при ускоренном подъеме напряжения на электрофильтре (промежутки времени t2-t3, t5-t6 на фиг.3). Если первым после этого приходит сигнал U9 (включение тиристорного регулятора), то на выходе формирователя 20 вновь устанавливается напряжение U10о, соответствующее рабочему режиму. Если после появления первого импульса U8 на первом входе формирователя 20 появляется второй импульс U8 (момент времени t6 на фиг.3), то на выходе формирователя устанавливается уровень напряжения U10 U10o + Uф к * Uф (где к 0,1 0,2), уменьшающий скорость подъема напряжения на электрофильтре после пробоя. Если произойдет еще один вторичный пробой, то величина U10 вновь уменьшится на /к Uф/ и т.д. При следующем "первичном" пробое величина напряжения U10 для ускоренного подъема напряжения на электрофильтре устанавливается такой, какая была найдена при отработке предыдущего пробоя (не приводящая к вторичному пробою). Спустя установленный промежуток времени, при отсутствии вторичных пробоев вновь осуществляется попытка увеличить скорость подъема напряжения на электрофильтре после пробоя, т.е. вновь формирование напряжения U10 начинается с шага Uф. Таким образом осуществляется поиск оптимальной скорости подъема напряжения на электрофильтре после пробоя, обеспечивающей максимальную вольт-секундную площадь напряжения U1, но не приводящую к вторичному пробою.
Выходной преобразователь 21 формирует сигнал U2 управления электронным коммутатором, находящимся на потенциале. Этот сигнал представляет собой последовательность знакопеременных прямоугольных импульсов высокой частоты (15-20 кГц), амплитуда которых задается сигналом U10, а подача или снятие - сигналом U5.
Такое построение усилителя мощности 13 обеспечивает гибкое управление электронным коммутатором, не допуская неоправданных пробоев межэлектродного промежутка электрофильтра, что в конечном счете повышает эффективность газоочистки.
Таким образом, предлагаемые способ и устройство для питания электрофильтра позволяет ограничить ток пробоя по величине и по длительности, повысить среднее напряжение на электрофильтре, что обеспечивает повышение эффективности газоочистки, снижение энергозатрат, упрощение системы регулирования и организует "мягкую" (без перегрузок) работу источника, повышая его эксплуатационную надежность.
Сравнительные испытания известного и предлагаемого способа питания электрофильтра показали, что энергия, передаваемая от источника в канал пробоя, может быть снижена более чем в сто раз и не превышает 1 Дж, а величина среднего напряжения и соответственно скорость осаждения частиц пыли повышаются в 2-3 раза.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
ОЗОНАТОР | 1995 |
|
RU2085479C1 |
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) | 1998 |
|
RU2138876C1 |
ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ФОРМЫ | 1995 |
|
RU2102834C1 |
ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ | 1998 |
|
RU2137240C1 |
ТРЕХПОЛЮСНЫЙ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ | 1999 |
|
RU2143149C1 |
Устройство питания электрофильтра знакопеременным напряжением | 1987 |
|
SU1426636A1 |
ПСЕВДОИСКРОВОЙ РАЗРЯДНИК | 1995 |
|
RU2082253C1 |
Устройство питания электрофильтра знакопеременным напряжением | 1988 |
|
SU1579567A1 |
Устройство для питания электрофильтра знакопеременным напряжением | 1986 |
|
SU1382493A1 |
Устройство питания электрофильтра знакопеременным напряжением | 1989 |
|
SU1763025A1 |
Использование: очистка газов электрофильтрами и относится к электротехнике, а именно к источникам питания электрофильтров. Сущность заключается в том, что на электродах электрофильтра поднимают напряжение, вплоть до пробоя, от высоковольтного источника питания, содержащего повышающий трансформатор с тиристорным регулятором (ТР) в цепи первичной обмотки, высоковольтного выпрямителя в цепи вторичной обмотки и электронного коммутатора (ЭК) в виде лампы с пентодной вольтамперной характеристикой, включенного между выпрямителем и электрофильтром. При пробое одновременно запирают ЭК и ТР, а после заданного интервала времени, необходимого для деионизации межэлектродного промежутка, включают сначала ЭК, осуществляя быстрый подъем напряжения на электрофильтре, затем включают ТР, осуществляя медленный подъем напряжения до следующего пробоя. Устройство содержит датчик напряжения электрофильтра, селектор искровых разрядов, формирователь сигналов управления ТР, устройство управления, включающее усилитель мощности и задающий генератор. Между полюсами выпрямителя включен конденсатор, задающий генератор снабжен управляющим входом и третьим выходом, причем его вход соединен с выходом селектора искровых разрядов, а третий выход - со вторым входом формирователя сигналов управления ТР. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Патент США N 4536698, кл | |||
Прибор для наглядного представления свойств кривых 2 порядка (механические подвижные чертежи) | 1921 |
|
SU323A1 |
Авторы
Даты
1996-08-10—Публикация
1995-02-22—Подача