Устройство для питания электрофильтра газоочистки импульсным знакопеременным напряжением Советский патент 1992 года по МПК B03C3/68 

(Л

С

Изобретение относится к электростатическим способам разделения материалов, преимущественно может быть использовано для питания электрофильтров газоочистки и позволяет повысить надежность работы источников питания электрофильтров. Устройство для питания электрофильтра газоочистки импульсным знакопеременным напряжением содержит однофазный повышающий трансформатор 2. первичная обмотка которого через низковольтный коммутатор 4 подключена к питающей сети, а вторичная 7 подключена к входу удвоителя

со со

о

го

фиг-1

напряжения на двух выпрямительных диодах 8, 9 и двух конденсаторах 10.11, выход которого подключен к катоду и аноду первого 17 и второго 18тиристорных ключей, за- шунтированных первым 24 и вторым 25 обратными диодами соответственно, причем анод первого тирмсторного ключа 17 через дроссель 20 предназначен для подключения к коронирующему электроду электрофильтра 1 газоочистки, дополнительный

Изобретение относится к электростатическим способам разделения материалов и может быть использовано в теплоэнергетике, металлургии, промышленности стройматериалов и других отраслях в качестве источника питания электрофильтра газоочистки.

Известно устройство, реализующее способ управления работой электрофильтра (ЭФ) и формирующее на ЭФ циклически изменяющееся пульсирующее напряжение в положительной и отрицательной частях цикла.

Недостатком данного устройства является наличие дополнительного коммутатора, рассчитанного на тройное напряжение источника питания, что усложняет схему устройства и снижает надежность его работы.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для питания электрофильтра, обладающее широкими функциональными возможностями, позволяющее в том числе формировать на ЭФ импульсное знакопеременное напряжение и содержащее однофазный повышающий трансформатор, первичная обмотка которого через низковольтный коммутатор, управляемый от бло- ка управления и регулирования, подключена к питающей сети, а вторичная обмотка подключена к входу удвоителя напряжения на двух выпрямительных диодах и двух конденсаторах, выход которого подключен к катоду и аноду первого и второго тиристорных ключей, управляемых от формирователя импульсов, зашунтированных первым и вторым обратными диодами соответственно, причем анод первого тиристор- ного ключа через дроссель предназначен для подключения к коронирующему электроду ЭФ газоочистки.

Однако индуктивность колебательного контура, формирующего на ЭФ импульсное напряжение требуемой формы, включена в диагональ полумостового инвертора, плечи

дроссель 21 и две демпфирующие R-цепоч- ки 12,14 и 13,15, подключенные параллельно конденсаторам 10 и 11 удвоителя напряжения в непроводящем для питающего напряжения направлении, при этом дополнительный дроссель 21 одним выводом подключен к катоду второго тиристорно/о ключа 18, а другой его вывод предназначен для подключения к коронирующему электроду электрофильтра 1 газоочистки. 3 ил.

которого образуются двумя накопительными конденсаторами и двумя тиристорными ключами.

Вследствие этого ток короткого замыкания через тиристоры ключей при аварийном опрокидывании полумостового инвертора (одновременном включении обоих тиристорных ключей из-за сбоев в системе управления) ничем не ограничен и может

достигать больших величин, что может приводить к массовому выходу из строя тиристоров ключей.

Кроме того, при рабочих коммутациях тиристорных ключей на тиристоры неработающего плеча воздействуют большие скорости нарастания прямого напряжения (dU/dt).

Это требует при реализации данного устройства применения неоправданно мощных тиристоров, что приводит к резкому удорожанию устройства, так как основную стоимость в источнике питания составляет стоимост ь тиристоров высоковольтных ключей,

Надежность работы устройства снижается из-за указанных критических воздействий на тиристоры амплитуд тока при опрокидывании инвертора и высоких значений dU/dt при рабочих коммутациях.

Целью изобретения является повышение надежности его работы.

Указанная цель достигается тем, что устройство для питания ЭФ газоочистки импульсным знакопеременным напряжением,

содержащее однофазный повышающий трансформатор, первичная обмотка йэторо- го через низковольтный коммутатор, управляемый от блока управления ,и регулирования, подключена к питающей сети, а вторичная подключена к входу удвоителя напряжения на двух выпрямительных диодах и двух конденсаторах, выход которого подключен к катоду и аноду первого и второго управляемых от формирователя импульсов тиристорных ключей, зашунтиро- ванных первым и вторым обратными диодами соответственно, причем анод первого тиристорного ключа через дроссель предназначен для подключения к коронирующе- му электроду ЭФ газоочистки, снабжено дополнительным дросселем, а удвоитель напряжения снабжен двумя демпфирующими RD-цепочками, подключенными параллельно конденсаторам удвоителя напряжения а непроводящем для питающего напряжения направлении а дополнительный дроссель одним выводом подключен к катоду второго тиристорного ключа, а другим - к коронирующему элект роду ЭФ газоочистки.

Известно включение дросселя последовательно с тиристорами для ограничения тока короткого замыкания и dU/dt, причем снижение dU/dt осуществляется при совместной работе дросселя и защитных RC-це- пей тиристоров. Однако введение дросселей в схему приводит к значительному росту рабочих напряжений на невключенном тиристорном ключе схемы (до трехкратной величины по отношению к напряжению источника). Снизить перенапряжения до двухкратного значения можно, если при формировании напряжения одной из полярностей конденсатор формирующей цепи другой полярности не заряжается, что достигается путем подачи от сети через коммутатор только одной полуволны напряжения на схему удвоителя, а затем перед переключением на другую полярность производить обнуление напряжения на заряженном конденсаторе путем принудительного опрокидывания полумостового инвертора (одновременного включения обоих тиристорных ключей). Однако в связи с наличием обратных вентилей, подключенных параллельно тиристорным ключам, и высокой добротности контура достичь поставленной задачи обнуления напряжения не удается: к окончанию колебательного процесса в контуре опрокидывания значения напряжений на конденсаторах удвоителя напряжения возвращаются практически в исходное состояние, так как потери в колебательном контуре не превосходят 5-7% от запасенной в конденсаторе энергии. Поэтому для обнуления напряжения на конденсаторе требуется время, равное нескольким десяткам периодов частоты питающей сети. Это приводит к снижению степени очистки газа на это время, что недопустимо.

Поэтому для резкого уменьшения времени обнуления напряжения на заряженном конденсаторе удвоителя напряжения перед переключением полярности питаюа

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

щего ЭФ напряжения параллельно конденсаторам удвоителя напряжения установлены демпфирующие RD-цепи, поглощающие энергию, запасенную в колебательном контуре.

Кроме того, введение в схему демпфирующих RD-цепей снижает ток короткого замыкания в контуре опрокидывания полумостового инвертора более, чем в два раза.

На фиг. 1 приведена принципиальная функционально-электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 диаграммы, поясняющие работу устройства при формировании импульсного положительно го и отрицательного напряжения на ЭФ на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие процесс переключения полярности питающего ЭФ напряжения.

Устройство для питания ЭФ 1 газоочистки импульсным знакопеременным напряжением содержит однофазный повышающий трансформатор 2, первичная обмотка 3 которого подключена к питающей сети чеоез низковольтный коммутатор 4, который может быть выполнен из двух остречно включенных управляемых вентилей 5 и 6, а вторичная обмотка 7 подключена к входу удвоителя напряжения, выполненного на выпрямительных диодах 8 и 9 и конденсаторах 10 и 11, зашунтированных RD-цепями гз диодов 12 и 13 и резисторов 14 и 15 в net po- водящем для питающего напряжения направлении Общая точка конденсаторов удвоителя напряжения м демпфирующих RD-цепей через шунт 16 соединена с общей шиной устройства к которой подключен также один из выводов вторичной обмотки 7 трансформатора 2 Конденсаторы 10 и 11 удвоителя напряжения и тиристорные ключи (ТК) 17 и 18, управляемые формирователем 19 импульсов, с последовательно включенными дросселями 20 и 21 в их цепях и обратными вентилями 22 и 23, которые могут быть выполнены из последовательно соединенных диодов 24 и 25 и защитных дросселей 26 и 27 в цепи этих диодов и подключены параллельно тиристорным ключам 17 и 18, образуют полумостовой инвертор, в диагональ которого включен ЭФ 1. Коронирующий электрод ЭФ 1 подключен к общей точке дросселей 20 и 21, а осадител ь- ный - к общей точке шин устройства. Параллельно ЭФ 1 установлен делитель 28 напряжения, выход которого соединен с первым информационным входом блока 29 управления и регулирования низковольтным коммутатором 4, на второй информационный вход которого поступает сигнал с шунта 16.

Формирователь 19 импульсов формирует узкие (до 30 мкс) импульсы управления с требуемой частотой повторения (25-200 Гц) и может быть выполнен, например, .согласно.

Блок 29 управления и регулирования осуществляет фазово-импульсное управление тиристорами низковольтного коммутатора А и регулирует ток ЭФ при искрениях и к.з. в ЭФ и может быть выполнен, напри- мер, согласно.

Устройство работает следующим образом.

Для формирования на ЭФ импульсного напряжения положительной полярности включается вентиль 5 коммутатора 4 и через трансформатор 2 передается положительная полуволна напряжения питающей сети, заряжая через диод конденсатор 10 удвоителя напряжения. Напряжение, до которого заряжается конденсатор, задается блоком 29 управления, который вырабатывает соответствующий угол управления на вентиль 5. Затем от формирователя 19 выдается импульс управления на ТК 17, после вклю- чения которого начинается колебательный разряд конденсатора 10 через дроссель 20 на емкость ЭФ 1, заряжая ее до напряжения

Uoo 2E - УЭФО,

где УЭФ амплитуда напряжения на ЭФ; Е - напряжение на конденсатор 10; иэфо - начальное напряжение на ЭФ. В разрядном контуре ток имеет синусоидальную форму. В момент изменения знака тока через ТК 17 он выключается, что приводит к коммутации тока с ТК 17 на обратный вентиль 22 и в цепи протекает обратная полуволна тока, что свидетельствует о колебательном разряде емкости ЭФ на емкость источника - конденсатора 10, возвра- щая накопленную энергию в источник. После прохождения обратной полуволны тока через нуль вентиль 22 отключается. Протекающий через дроссель 26 вентиля 22 обратный ток создает на ТК 17 обратное напряжение, необходимое для восстановления управляющей способности тиристоров ТК 17. Время приложения обратного напряжения должно превышать время восстановления управляющей способности тиристоров ТК 17. Это время равно длительности обратной полуволны тока и оно определяется суммарной индуктивностью дросселей 20, 26 и емкостью ЭФ 1. После выключения вентиля 22 колебательный процесс завершается и емкость ЭФ 1 разряжается током короны по экспоненциальному закону до напряжения не ниже напряжения начала короны. Так как энергия источника - конденсатора 10 затрачивается в ЭФ на ионизацию пылегазового

потока, заряд частиц пыли и их осаждение на осадительный электрод ЭФ. требуется периодический подзаряд конденсатора 10. который осуществляется .включением вентиля 5 коммутатора 4.

Далее процесс формирования импульсного напряжения положительной полярности повторяется. Таким образом на ЭФ воздействует постоянная составляющая напряжения на уровне не ниже напряжения начала короны, на которое накладываются импульсы напряжения, имеющие указанную амплитуду и следующие с заданной частотой.

Формирование импульсного напряжения отрицательной полярности осуществляется аналогично формированию импульсного положительного напряжения, при этом задействованы вентиль 6 коммутатора 4 и соответствующие каналы удвоителя напряжения (диод 9 и конденсатор 11) и полумостового инвертора (конденсатор 11, ТК 18, дроссель 21 и обратный вентиль 23).

Длительность каждой полярности и частота следования импульсов напряжения на ЭФ определяется особенностями технологического процесса улавливания пыли и задается формирователем 19.

Рассмотрим процесс перехода с одной полярности питающего ЭФ напряжения на другую. Предположим, что на ЭФ формировалось импульсное положительное напряжение, т.е. конденсатор 10 заряжен через трансформатор 2 и вентиль 8 до напряжения источника питания путем включения вентиля 5 коммутатора 4, а конденсатор 11 разряжен. Полярность напряжения на конденсаторе 10 указана на фиг. 1.

Для обнуления напряжения на конденсаторе 10 от блока 19 выдаются импульсы управления на ТК 17 и 18 (фиг. 3), после включения которых начинается колебательный разряд конденсатора 11 по цепи: (+) - ТК 17 - дроссели 20 и 21 - ТК 18 - резистор 15 - вентиль 13-(-). Ток в контуре ограничивается дросселями 20, 21. Этот режим аналогичен аварийному режиму опрокидывания инвертора, когда самопроизвольно включаются оба ТК. При изменении знака напряжения на конденсаторе 10 ток из его коммутируется на цепь: резистор 14 - вентиль 12, в дальнейшем ток, запасенный в дросселях 20 и 21, начинает спадать по экспоненте с постоянной времени, определяемой соотношением активного сопротивления контура и индуктивностей дросселей 20 и 21. После спадания тока в контуре до величины ниже тока удержания тиристоров ТК 17 и 18 они выключаются и процесс обнуления завершается. Задаваясь величиной резисторов 14

и 15, можно регулировать в нужных пределах время окончания переходного процес- са.т.е, время подготовки схемы к переключению полярности питающего ЭФ напряжения.К моменту завершения обнуления напряжения на конденсаторе 10 емкость ЭФ также разряжается до нуля.Затем включается вентиль 6 коммутатора 4 и конденсатор 11 заряжается через трансформатор 2 и диод 9 до требуемого напряжения.Затем включается от формирова- теля 19 ТК 18 и на ЭФ формируется импульсное напряжение отрицательной полярности.

Переход с отрицательной полярности питания ЭФ на положительную производится аналогичным образом. Диаграммы, поясняющие процесс переключения полярности питающего ЭФ напряжения, приведены на фиг.З.

Такая последовательность работы элементов схемы устройства в режиме форми- рования импульсного напряжения той или иной полярности снижаетуровень напряжения на невключенном тиристорном ключе с трехкратной величины до двухкратной по отношению к напряжению источника пита- ния, т.е. напряжению на конденсаторах 10 и 11, что повышает надежность работы устройства.

Вследствие того, что переключение с полярности на полярность происходит при нулевом напряжении на ЭФ, не возникает перенапряжений ни на самом ЭФ, ни на тиристорных ключах, что дополнительно повышает надежность работы устройства.

Таким образом, благодаря введению дросселей последовательно с высоковольтными тиристорными ключами резко снижается величина тока к.з. при одновременном включении обоих ключей и скорость нарастания прямого напряжения на тиристорах неработающего ключа, а за счет установки RD-цепей параллельно конденсаторам

воителя напряжения уменьшается время переключения напряжения питания ЭФ с одной на другую полярность до одного полупериода частоты питающей сети. Формула изобретения Устройство для питания электрофильтра газоочистки импульсным знакопеременным напряжением, содержащее однофазный повышающий трансформатор, первичная обмотка которого через низковольтный коммутатор подключена к питающей сети, а его вторичная обмотка подключена к входу удвоителя напряжения, выполненного на двух в ыпрямительных диодах и двух конденсаторах, выходы которого подключены к катоду и аноду первого и второго тиристорных ключей, зашунтированных соответственно первым и вторым обратными вентилями, формирователь импульсов, своими выходами подключенный к управляющим входам тиристорных ключей, блок управления и регулирования, своими выходами подключенный к управляющим входам низковольтного коммутатора, и первый дроссель, один вывод которого подключен к аноду первого тиристорного ключа, а второй является выходом устройства, предназначенный для подключения к коронирующему электроду электрофильтра, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства, оно дополнительно содержит второй дроссель, а удвоитель напряжения - две демпфирующие RD-цепочки, при этом RD-це- почки включены параллельно конденсаторам удвоителя напряжения в непроводящем для питающего напряжения направлении, один вывод второго дроссел-я подключен к катоду второго тиристорного ключа, а его второй вывод является.выходом устройства и предназначен для подключения к коронирующему электроду электрофильтра.

Ц18 ff6

фиг.З

t