專利名稱：大功率臭氧發(fā)生裝置的級聯(lián)電源及控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及到臭氧發(fā)生設(shè)備領(lǐng)域，特指一種專供介質(zhì)阻擋放電(DBD)臭氧發(fā) 生裝置使用的大功率臭氧發(fā)生裝置的級聯(lián)電源及控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
臭氧具有廣譜殺菌能力，它消毒效率高、除色、臭味快而且無二次污染，在供水系 統(tǒng)的水處理、污水處理、中水回收及消毒等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，但臭氧不能存儲和運 輸，只能在應(yīng)用的現(xiàn)場生產(chǎn)，因此臭氧發(fā)生裝置成了上述行業(yè)的重要設(shè)備。在技術(shù)先進 的國家，臭氧已得到非常廣泛的應(yīng)用，單臺臭氧發(fā)生裝置的臭氧發(fā)生量已達到 400~500/fegO3//2，歐洲一些國家已經(jīng)立法規(guī)定，供水系統(tǒng)的水處理必須采用臭氧消毒 工藝，我國臭氧行業(yè)起步較晚，國產(chǎn)單臺臭氧發(fā)生裝置的臭氧發(fā)生量大多在 0.1~2&O3/A ，單臺發(fā)生量最高只有20^^(93/& 。 我國也進口 了少量的單臺產(chǎn)量 100&CV/z以上的臭氧發(fā)生裝置，但價格昂貴；顯然，靠進口設(shè)備來在我國推廣臭氧的 應(yīng)用是不現(xiàn)實的。
介質(zhì)阻擋放電(DBD)是當前大規(guī)模生產(chǎn)臭氧的唯一的方法，直接從工頻電網(wǎng)供電 的方法已被淘汰，因為它的效率低，而且給電網(wǎng)帶來大量的諧波，利用電力電子器件組 成的變頻電路是當前普遍采用的方案,但用現(xiàn)有的方案生產(chǎn)單臺產(chǎn)量50 100^<93//2以 上的臭氧發(fā)生裝置的電源就存在較大的困難。第一個困難是不能方便地購置大容量的電 力電子器件，目前市場上能方便得到的IGBT大約在600A、 1700V左右的水平，如果采 用現(xiàn)在常用的單臺單相全控逆變橋，最大輸出功率只有200 30(U『，按每lytg化M的臭 氧產(chǎn)量要求電源功率為10 ~ 20 A:『計算，用這種電源只能生產(chǎn)單臺產(chǎn)量為10 ~ 30紐(93 //2 的臭氧發(fā)生裝置。如果堅持用單臺逆變橋的方案，首先可選用更大的IGBT，但其價格急 劇增加，其驅(qū)動保護等技術(shù)要求更高，可靠性也就降低。其次采用多管串聯(lián)或并聯(lián)也是 --個解決辦法，但其均流和均壓至今仍是電力電子領(lǐng)域待解決的難題。第二個困難是電 源的調(diào)節(jié)和控制技術(shù)尚不成熟，這種電源的控制系統(tǒng)的主要要求是在保證臭氧轉(zhuǎn)換效率 的前提下，根據(jù)所需的臭氧發(fā)生量來調(diào)節(jié)電源的輸出功率，并能消除外界的擾動對電源 的影響，使臭氧發(fā)生裝置平穩(wěn)地工作，特別是要防止因電網(wǎng)電壓波動等因素使發(fā)生管承 受過高的電壓而擊穿。
實用新型內(nèi)容
本實用新型要解決的技術(shù)問題就在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本實用新型 提出一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、采用級聯(lián)逆變電路以提高輸出電壓和功率、同時對串聯(lián) 的各個逆變橋采用分布式計算機控制的大功率臭氧發(fā)生裝置的級聯(lián)電源及控制系統(tǒng)。
為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提出的解決方案為 一種大功率臭氧發(fā)生裝置 的級聯(lián)電源及控制系統(tǒng)，其特征在于它包括工頻配電電路、三相整流變壓器、 一個以 上的變頻器、電感以及控制系統(tǒng)，所述工頻配電電路接入三相電源后經(jīng)三相整流變壓器 與變頻器的輸入端相連， 一個以上的變頻器的輸出端串聯(lián)后通過電感與臭氧發(fā)生裝置相 連，所述變頻器包括依次相連的整流橋、濾波電感、電容器以及單相全控逆變橋。
所述控制系統(tǒng)包括主控制器、通信單元以及一個以上的分控制器和驅(qū)動器，主控 制器通過通信單元與一個以上的分控制器的輸入端相連，分控制器的輸出端與驅(qū)動器相 連，分控制器的反饋信號輸入端通過電流互感器與變頻器中的單相逆變橋輸出端相連。
所述主控制器和分控制器構(gòu)成兩級分布式計算機控制系統(tǒng)，利用逆變器輸出電流 實現(xiàn)各個串聯(lián)逆變器的同步和協(xié)調(diào)，所采用的光纖通信或光電隔離只要求兩個訊道，而 且通訊系統(tǒng)無須對逆變器的波形進行實時控制。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于
1、 本發(fā)明采用多個變頻器組成級聯(lián)逆變電路，每級的IGBT承受的電流和電壓強度 低，不但元器件的選擇方便而且價格低廉，無均流均壓要求，任何一級的損壞不會影響 其它級的工作，可以很方便地采用n+l備份方案，提高了電路可靠性及穩(wěn)定性；
2、 本實用新型的調(diào)節(jié)系統(tǒng)保證臭氧轉(zhuǎn)換效率的前提下，可根據(jù)所需的臭氧發(fā)生量 來調(diào)節(jié)電源的輸出功率，并能消除外界的擾動對電源的影響，使臭氧發(fā)生裝置平穩(wěn)地工 作，特別是能防止因電網(wǎng)電壓波動等因素使發(fā)生管承受過高的電壓而擊穿；
3、 本實用新型的控制系統(tǒng)采用一個主控制器和多個分控制器的設(shè)計，使臭氧發(fā)生 裝置使用的級聯(lián)電源成為一個分布式計算機控制系統(tǒng)，同時主控制器與多個分控制器之 間采用光纖通信或光電隔離單元；
4、 本實用新型用逆變橋輸出電流信號解決各臺逆變器之間的同步和協(xié)調(diào)，因而所 采用的光纖通信或光電隔離只要求兩個訊道，而且通訊系統(tǒng)無須對逆變器的波形進行實 時控制，從而減少了對通訊電路容量的要求，提高了控制系統(tǒng)的可靠性，節(jié)約了成本， 在保證最佳放電電壓的前提下實現(xiàn)功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。


圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)框架示意圖2是本實用新型中級聯(lián)電源主回路的電路原理示意圖3是本實用新型中控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)示意圖; 圖4是本實用新型中級聯(lián)電源柜的背面布局示意圖； 圖5是本實用新型中級聯(lián)電源柜的正面布局示意圖。 圖例說明
1、工頻配電電路2、.三相整流變壓器
3、變頻器31、整流橋
32、濾波電感33、電容器
34、單相全控逆變橋4、電感
5、控制系統(tǒng)51、主控制器
52、通信單元53、分控制器
54、驅(qū)動器6、臭氧發(fā)生裝置
具體實施方式
以下將結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明。
如圖1所示，本實用新型的大功率臭氧發(fā)生裝置的級聯(lián)電源及控制系統(tǒng)，它包括
工頻配電電路l、三相整流變壓器2、 一個以上的變頻器3、電感4以及控制系統(tǒng)5，工 頻配電電路1接入三相電源后經(jīng)三相整流變壓器2與變頻器3的輸入端相連， 一個以上 的變頻器3的輸出端串聯(lián)后通過電感4與臭氧發(fā)生裝置6相連，變頻器3包括依次相連 的整流橋31、濾波電感32、電容器33以及單相全控逆變橋34。
參見圖2所示，本實施例中，BY是三相整流變壓器2，它的輸入端子(Al、 Bi和 Cl)通過工頻配電電路1接三相電源。三相整流變壓器BY有四個電氣上互相隔離的副 邊繞組，相互之間的絕緣等級應(yīng)能承受設(shè)備的工作電壓，其中兩個副邊繞組接成三角形 連接，另外兩個接成星型連接，用以減少輸入電流的諧波。整流橋31 (ZL1 4)、濾波 電感32 (Ll 4)、電容器33 (Cl 4)和單相全控逆變橋34 (NB1 4)分別組成四臺 變頻器3 (BP1 4)，其功能是將工頻電源變成中頻電源。各臺變頻器3之間以及每臺 變頻器3對地在電氣上是互相隔離的，只是在輸出端將它們串聯(lián)連接，最后在M4和N1 之間得到的輸出電壓等于四臺變頻器3輸出電壓之和；其輸出端M4經(jīng)補償電感4 (L) 連接臭氧發(fā)生器的電源輸入端子，Nl端接臭氧發(fā)生器的另一電源輸入端子。電感4 (L) 是補償電感，用來補償負載回路的功率因數(shù)，因為DBD臭氧方式裝置是容性負載。事實 上，單相全控逆變橋34、電感4和DBD負載組成串聯(lián)諧振式逆變器。
參見圖3所示，在本實施例中，控制系統(tǒng)5包括主控制器51 (主控板ZHKB中的 控制器)、通信單元52 (其低壓端在主控板ZHKB中，而高壓端在分控板KB1 4中)
以及4個分控制器53 (控制器1 4)和驅(qū)動器54 (驅(qū)動器1 4)，主控制器51通過通 信單元52與一個以上的分控制器53的輸入端相連，分控制器53的輸出端與驅(qū)動器54 相連，驅(qū)動器54的輸出信號直接接到逆變橋的各個開關(guān)器件的門極；分控制器53的反 饋輸入端通過電流互感器與變頻器3中的單相全控逆變橋34輸出端相連。本實施例中， 通信單元52采用光纖通信。主控制器51和分控制器53均采用以TMS320F240為基礎(chǔ)的 嵌入式計算機控制單元。本實施例中，該控制系統(tǒng)5由5塊控制板組成l塊主控板和 4塊分控制板；每個單相全控逆變橋34 (NB1 4)有一塊單獨的控制板(KB1 4)，其 作用為實現(xiàn)對該單相全控逆變橋34的控制和保護，產(chǎn)生每個開關(guān)器件的驅(qū)動信號；主 控制板(ZHKB)的功能是調(diào)節(jié)、保護和實現(xiàn)各單相全控逆變橋34的同歩工作。單相全 控逆變橋34 (NB1 4)對地的電壓是浮動的，因此，控制板(KB1 4)互相之間及它 們對地在電氣上是隔離的，主控制板(ZHKB)和控制板(KB1 4)之間采用光纖通訊 或光電隔離；此外，單相全控逆變橋34輸出電流反饋信號靠電流互感器隔離，而它們 的控制電源也要相互隔離和對地隔離?？刂瓢?KB1 4)中的分控制器53和主控制板 (ZHKB)中的主控制器51都是以TMS320F240為基礎(chǔ)的嵌入式計算機控制單元，它 們分別形成第1級的分布式計算機控制和第2級的主計算機控制。
參見圖4，變頻板BPB1 4上分別安裝了變頻器3 (BP1 4)和它們的控制板(KB1 4);常規(guī)的工頻配電電路包括隔離開關(guān)、空氣斷路器和接觸器等元件。變頻板BPB1 4 要安裝在絕緣瓷瓶上，以實現(xiàn)相互之間和對地的隔離。三相380r的工頻電壓接到工頻 進線電路板的工頻配電電路1的輸入端子(A、 B和C);工頻配電電路板的輸出端子 Al、 Bl和Cl接到三相整流變壓器2的原邊繞組相應(yīng)的端子；三相整流變壓器的副邊 的12個輸出端子分別與變頻板BPB1 4上標號相同的端子連接；變頻板BPB1 4的輸 出按如下接線串聯(lián)N4接M3、 N3接M2和N2接M1;變頻板BPB4的端子M4與補償電感 4的端子M4連接。變頻板BPB1的端子Nl和補償電感4的另一個端子就是整個電源柜的 輸出端子，應(yīng)該接到DBD臭氧發(fā)生裝置。變頻板BPB1 4上的控制回路的接線插座X1、 X2、 X和X4要分別與主控制板ZHKB上的相應(yīng)的插座連接。在圖5中，主控制板ZHKB 上的插座X1、 X2、 X和X4要分別與變頻板BPB1 4上的控制回路相應(yīng)的接線端子連接。 工作時，向位于第一級的主控制器51 (ZHKB)輸入設(shè)定的功率給定信號后，它先進 行數(shù)據(jù)處理，再通過光纖通訊將控制信號分別送至位于第二級的分控制器53 (KB1 4), 分控制器53(KB1 4)根據(jù)主控制器5KKB1 4)的控制信號，分別控制變頻器3(BPB1 4)，變頻器3 (BPB1 4)輸出端串連，M、 N端輸出電源驅(qū)動臭氧發(fā)生器工作，在工作 中，變頻器3 (BPB1 4)的單相全控逆變橋34 (NB1 4)輸出電流信號反饋至分控制 器53 (KB1 4)，后者將從主控制器51 (ZHKB)輸入的給定信號與反饋信號對比處理后， 控制調(diào)整變頻器3 (BP1 4)的工作狀態(tài)，臭氧發(fā)生器的電壓反饋信號和功率反饋信號 回送至主控制器51 (ZHKB)，主控制器51 (ZHKB)根據(jù)臭氧發(fā)生器的反饋信號與輸入設(shè) 定的數(shù)據(jù)是否一致來調(diào)整送往分控制器53 (KB1 4)的信號。來自逆變橋的故障信號分 別通過分控板KB1 4送到主控板ZHKB的控制器。
權(quán)利要求1、一種大功率臭氧發(fā)生裝置的級聯(lián)電源及控制系統(tǒng)，其特征在于它包括工頻配電電路(1)、三相整流變壓器(2)、一個以上的變頻器(3)、電感(4)以及控制系統(tǒng)(5)，所述工頻配電電路(1)接入三相電源后經(jīng)三相整流變壓器(2)與變頻器(3)的輸入端相連，一個以上的變頻器(3)的輸出端串聯(lián)后通過電感(4)與臭氧發(fā)生裝置相連，所述變頻器(3)包括依次相連的整流橋(31)、濾波電感(32)、電容器(33)以及單相全控逆變橋(34)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率臭氧發(fā)生裝置的級聯(lián)電源及控制系統(tǒng)，其特征在 于所述控制系統(tǒng)(5)包括主控制器(51)、通信單元(52)以及一個以上的分控制器(53)和驅(qū)動器(54),主控制器(51)通過通信單元(52)與一個以上的分控制器(53) 的輸入端相連，分控制器(53)的輸出端與驅(qū)動器(54)相連，分控制器(53)的反饋 信號輸入端通過電流互感器與變頻器(3)中的單相逆變橋(34)輸出端相連。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大功率臭氧發(fā)生裝置的級聯(lián)電源及控制系統(tǒng)，其特征在 于所述通信單元(52)采用的光纖通信或光電隔離只要求兩個訊道。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的大功率臭氧發(fā)生裝置的級聯(lián)電源及控制系統(tǒng)，其特 征在于所述主控制器(51)和分控制器(53)構(gòu)成兩級分布式計算機控制系統(tǒng)。
專利摘要本實用新型公開了一種大功率臭氧發(fā)生裝置的級聯(lián)電源及控制系統(tǒng)，它包括工頻配電電路、三相整流變壓器、一個以上的變頻器、電感以及控制系統(tǒng)，所述工頻配電電路接入三相電源后經(jīng)三相整流變壓器與變頻器的輸入端相連，一個以上的變頻器的輸出端串聯(lián)后通過電感與臭氧發(fā)生裝置相連，所述變頻器包括依次相連的整流橋、濾波電感和電容器以及單相全控逆變橋。本實用新型是一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、采用級聯(lián)逆變電路以提高輸出電壓和功率、同時對串聯(lián)的各個逆變橋采用分布式計算機控制的大功率臭氧發(fā)生裝置的級聯(lián)電源及控制系統(tǒng)。
文檔編號C01B13/11GK201058811SQ200620052470
公開日2008年5月14日 申請日期2006年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月12日
發(fā)明者嘉 劉, 崇 彭 申請人:長沙宇清環(huán)?？萍加邢薰?br>