УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОГО ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОФИЛЬТРОВ ПОСТОЯННЫМ И ИМПУЛЬСНЫМ НАПРЯЖЕНИЯМИ Российский патент 1998 года по МПК H02P9/10 B03C3/68 

Изобретение относится к устройствам по очистке потока отходящих от ТЭЦ, металлургических и иных производств газов от пыли и вредных органических и неорганических примесей, таких, как фенол, бензол, гидрохинон, оксиды азота и серы и т.п., а именно к конструкции систем питания электрофильтров совместно постоянным и импульсным напряжением.

Известно, что питание электрофильтров комбинированным напряжением, в котором на постоянное напряжение накладывается импульсное напряжение, увеличивает эффективность электрофильтров [1]. Кроме того, известно, что воздействие на отходящие газы серы и азота, импульсной короны, возбуждаемой наносекундными импульсами напряжения с амплитудой в десятки киловольт, приводит к окислению указанных окислов в присутствии влаги до аэрозолей кислот, которые вместе с пылью удаляются из потока газа в паузе между импульсами как при работе обыкновенного электрофильтра. При этом для осуществления эффективного процесса очистки газов частота следования импульсов должна быть порядка нескольких десятков герц, а амплитуда импульсов должна быть значительно выше, чем значение постоянного напряжения [2].

Известно устройство для питания электрофильтров совместно постоянным и импульсным напряжениями, содержащее два управляемых выпрямителя, тиристорный ключ, импульсный трансформатор, накопительный и разделительный конденсаторы, поджигающие и управляющие устройства [3].

Недостатком такого устройства является наличие двух источников постоянного напряжения, синхронное управление которыми представляет существенную сложность. Кроме того, генерация мощных наносекундных импульсов с помощью импульсного трансформатора представляет значительные трудности.

Наиболее близким по техническому решению к заявляемому изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство для питания электрофильтров, содержащее последовательно включенные силовой трансформатор, выпрямитель, разделительную катушку индуктивности и электрофильтр, подключенный параллельно выпрямителю и электрофильтру генератор импульсных напряжений (ГИН), состоящий из нечетного количества последовательно соединенных конденсаторов первой группы, группы управляемых разрядников, выходами подключенных через катушки индуктивности группы параллельно каждому второму конденсатору первой группы, две группы разрядных индуктивностей, подключенных параллельно конденсаторам первой группы через один, блок запуска управляемых разрядников, подключенный выходом к управляющим электродам через вторичные обмотки импульсного трансформатора [4].

Недостатком данного устройства является то, что при его работе закрытие разрядников происходит только после протекания через них всего заряда, накопленного в конденсаторах ГИН первой группы, из-за чего резко снижается КПД. Кроме того, наличие в данном устройстве разделительной индуктивности большого номинала со значительным омическим сопротивлением также приводит к снижению КПД.

Целью изобретения является повышение КПД.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно включенные силовой трансформатор, выпрямитель и электрофильтр, подключенный параллельно выпрямителю и электрофильтру генератор импульсных напряжений (ГИН), состоящий из нечетного количества последовательно соединенных конденсаторов первой группы, группы управляемых разрядников, выходами подключенных через катушки индуктивности группы параллельно каждому второму конденсатору первой группы, двух групп зарядных катушек индуктивности, подключенных параллельно конденсаторам первой группы через один, блок запуска управляемых разрядников, подключенный выходом к управляющим электродам через вторичные обмотки импульсного трансформатора, ГИН дополнительно содержит группу зашунтированных резисторами разделительных конденсаторов, каждый из которых последовательно соединен с силовыми выходами управляемых разрядников и с соответствующими зарядными катушками индуктивности первой группы, две группы диодов, каждый из которых последовательно соединен с зарядной катушкой индуктивности соответствующей группы и параллельно - с каждым вторым конденсатором первой группы, и фазовращатель, выход которого подключен ко входу блока запуска управляемых разрядников, а вход - к силовому трансформатору.

На фиг. 1 представлено устройство, выполненное согласно изобретению; на фиг. 2 - полярность зарядки конденсаторов в исходном состоянии (а) и после срабатывания разрядника (b).

Устройство для одновременного питания электрофильтров постоянным и импульсным напряжением содержит последовательно включенные силовой трансформатор 1, выпрямитель 2 и коронирующий электрод электрофильтра 3, противоположный электрод 4 которого заземлен. Параллельно электрофильтру подключен генератор импульсного напряжения (ГИН), состоящий из нечетного количества последовательно соединенных конденсаторов 5.1...5.2 n+1, где n - число ступеней ГИН, первой группы зарядных катушек индуктивности 6.1...6.n, каждая из которых включена последовательно с соответствующим диодом 7.1...7.n первой группы, и второй группы зарядных катушек индуктивности 8.1...8.n, каждая из которых включена последовательно с соответствующим диодом 9.1...9.n второй группы, из группы управляемых разрядников 10.1...10.n, подключенных выходами через катушку индуктивности группы 11.1...11.n к каждому второму конденсатору первой группы 5.1...5.n, группы разделительных конденсаторов 12.1...12.n, каждый из которых зашунтирован соответствующим резистором группы 13.1...13.n и соединен с силовыми выходами соответствующих управляемых разрядников группы 10.1. . . 10.n и с соответствующими зарядными катушками индуктивности группы 6.1...6.n, блока запуска 14, подключенного к управляющим электродам разрядников группы 10.1...10.n через вторичные обмотки группы 14.1...14.n импульсного трансформатора 15 и фазовращателя 16, выход которого подключен ко входу блока запуска 14, а вход - к первичной обмотке силового трансформатора 1.

Для пояснения работы устройства рассмотрим функционирование первой ступени ГИН, образованной конденсаторами 5.1. . .5.3. (Остальные ступени функционируют аналогичным образом). При подключении силового трансформатора 1 к сети происходит зарядка конденсаторов 5 ГИН. Благодаря наличию емкости между коронирующим 3 и заземленным 4 электродами электрофильтра на электроде 3 существует постоянное напряжение U₃, близкое к амплитуде напряжения на вторичной обмотке трансформатора 1. Зарядные индуктивности 6 и 8 подсоединены к конденсаторам 5 через один, что позволяет параллельно зарядить конденсаторы ступени 5.1, 5.2, 5.3 до напряжения U₃, причем полярность зарядки среднего конденсатора 5.2 противоположна напряжению зарядки крайних конденсаторов 5.1, 5.3.

Сказанное поясняет схема (фиг. 2а), на которой полярность зарядки обозначена сплошными векторами. Фазовращатель 16 обеспечивает подачу на управляющий электрод разрядника 10.1 поджигающего импульса от блока запуска 13 через вторичную обмотку 14.1 импульсного трансформатора 15 в тот момент времени, когда синусоидальное напряжение питающей сети проходит через нуль. При этом образуется колебательный контур, составленный последовательно соединенными емкостями 5.2 и 12.1 и индуктивностью 11.1, замкнутый через сопротивление искры разрядника 10.1, в котором начинается колебательный процесс, приводящий к перезарядке конденсатора 5.2 с периодом порядка 100-200 нс, определенным величинами элементов, образующих колебательный контур. Эта перезарядка приводит к тому, что в определенный момент времени напряжение на конденсаторе 5.2 меняет свое направление, и напряжения на конденсаторах 5.1, 5.2 и 5.3 складываются. Эта ситуация показана на фиг. 2b пунктирными векторами. В том случае, когда разделительные конденсаторы 12 имеют емкость, много большую, чем емкость конденсаторов 5, амплитуда напряжения на конденсаторе 5.2 мало отличается от величины U₃, и на выходе ступени генерируется импульс с амплитудой U≈3U₃, а на выходе всего ГИН - импульс с амплитудой U≈(2n+1)U₃, который прикладывается к коронирующему электроду электрофильтра 3. При этом в электрофильтре возникает импульсная корона, и напряжение на выходе ГИН на короткое время падает вследствие частичного разряда конденсаторов 5. Поскольку длительность импульса много меньше, чем частота питающей сети, то за это время даже при двухполупериодном выпрямлении напряжение сети практически остается нулевым, поэтому подпитка искры в разряднике внешним током отсутствует, и после нескольких колебаний в контуре 5.2 - 12.1 - 11.1 напряжения на конденсаторах 5.2 и 12.1 становятся близкими по величине и противоположными по направлению, в результате чего напряжение на разряднике 10.1 оказывается близким к нулю и разряд прекращается. Расчет показывает, что в этот момент абсолютная величина остаточного напряжения на указанных конденсаторах не превышает U₃/3.

Одновременно с основным колебательным процессом в ГИН возникают дополнительные колебания с частотой, определяемой величинами емкостей 5.1, 5.3 и индуктивностей 6.1, 7.1. Частота этих колебаний много меньше частоты колебаний основного контура. Диоды 8.1, 9.1 служат для демпфирования низкочастотных колебаний. После прекращения всех колебаний происходит переток остаточного заряда по емкостям 5.1-5.3, и напряжение на выходе генератора восстанавливается до величины, которая зависит от энергии, отданной генератором в нагрузку и запасенной в емкостях 12.1. Таким образом, на следующих после первого циклах заряда мощность, отбираемая от зарядной цепи, уменьшается. Сопротивление резисторов 13, шунтирующих емкости 12, выбирается таким, чтобы в период между закрытием разрядника и приходом следующего пускового импульса емкости 12 успели разрядиться. При этом мощность, рассеиваемая в резисторах 13, не превышает 30% от мощности, потребляемой ГИН от зарядного устройства.

Устройство для одновременного питания электрофильтров постоянным и импульсным напряжениями состоит из последовательно включенных силового трансформатора, выпрямителя и коронирующего электрода электрофильтра, противоположный электрод которого заземлен и параллельно подключенного к электрофильтру генератора импульсного напряжения, состоящего из нечетного количества последовательно соединенных конденсаторов, первой группы зарядных катушек индуктивности, каждая из которых включена последовательно с соответствующим диодом первой группы, и второй группы зарядных катушек индуктивности, каждая из которых включена последовательно с соответствующим диодом второй группы из группы управляемых разрядников, подключенных выходами через катушки индуктивности группы параллельно каждому второму конденсатору первой группы, второй группы конденсаторов, каждый из которых зашунтирован соответствующим резистором группы и соединен с силовыми входами соответствующих управляемых разрядников группы и с соответствующими зарядными катушками индуктивности группы из блока запуска, подключенного к управляющим электродам разрядников группы через вторичные обмотки группы импульсного трансформатора и фазовращателя, выход которого подключен ко входу блока запуска 14, а вход - к первичной обмотке силового трансформатора. 2 ил.

Устройство для одновременного питания электрофильтра постоянным и импульсным напряжениями, содержащее последовательно соединенные силовой трансформатор, выпрямитель, электрофильтр, подключенный параллельно электрофильтру генератора импульсного напряжения, состоящий из нечетного количества последовательно включенных конденсаторов первой группы, группы управляемых разрядников, выходы которых подключены через индуктивности к каждому второму конденсатору первой группы, двух групп зарядных катушек индуктивностей, подключенных параллельно конденсаторам первой группы через один, и блок запуска управляемых разрядников, подключенный выходом к управляющим электродам управляемых разрядников через вторичные обмотки импульсного трансформатора, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит вторую группу зашунтированных резисторами конденсаторов, каждый из которых соединен последовательно с силовыми выводами управляемых разрядников, две группы диодов, каждый из которых соединен последовательно с соответствующей зарядной катушкой индуктивности соответствующей группы, и фазовращатель, выход которого подключен к входу блока запуска управляемых разрядников, а вход - к силовому трансформатору.