專利名稱：電除塵中火花精確檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)?？刂萍夹g(shù)領(lǐng)域，涉及到電除塵中火花檢測方法，特別涉及 到一種電除塵中火花精確檢測方法。
技術(shù)背景目前，電除塵現(xiàn)場設(shè)備中對火花的檢測通常需要二次電壓和二次電流同時 檢測，才能進行判斷，而且常規(guī)的火花檢測電路通常是檢測二次電流的高次諧 波來判斷負載有否發(fā)生火花，由于在小負載電流下，電源正常運行的二次電流波 形就含有較多的高次諧波，當(dāng)負載發(fā)生火花時，其火花的反饋信號掩蓋在正常運行時的高次諧波里，很難準(zhǔn)確檢測出真正的火花信號；利用硬件電路實現(xiàn)電除塵 中火花檢測，檢測精度不高，需要二次電壓和二次電流同時取樣處理判斷的方 式，同時需要增加同步信號，而且負載特性變化對火花檢測也增加一定的難度。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了能夠?qū)崿F(xiàn)在電除塵中火花的精確檢測， 克服現(xiàn)有電除塵中硬件火花檢測精度不高，需要二次電壓和二次電流同時取樣 處理判斷的方式，同時需要增加同步信號，以及負載特性對火花檢測造成影響 的不足，本發(fā)明的目的是提供電除塵中火花精確檢測方法。該方法不用硬件實 現(xiàn)火花檢測，不需要增加同步信號，只需對連續(xù)兩個采樣點得到的二次電壓在 滿足一定的關(guān)系下進行判斷，就可以精確檢測電除塵中火花，而且對阻性和容性 負載的火花檢測同樣適用。本發(fā)明的技術(shù)方案是(1) 建立電除塵器整流變壓器次級輸出電源模型；(2) 電除塵裝置輸入電壓",經(jīng)可控硅調(diào)壓，由整流變壓器升壓、整流變換后 得到次級輸出電壓"；(3) 根據(jù)(1)建立的電源模型的等效電路求出負載兩端電壓R的數(shù)學(xué)表達 式；(4) 導(dǎo)出^對時間的導(dǎo)數(shù)，從而得到負載兩端電壓^隨時間的變化率；(5) 由AC/力^-^Q.Af ，當(dāng)電場未發(fā)生火花擊穿時，在M ;-A/時刻，Ac/^)將達到最大值M,，其中 ;代表整流輸出電壓的周期，是變壓器輸入電壓周期的一半；(6) i^將隨負載電抗、而變化，當(dāng)負載電阻A不斷增加，其電抗、達到額 定電抗Z^時，此時M,將達到最大值A(chǔ)^;(7) 在軟件實現(xiàn)中，檢測負載電壓變化量AC/^)〉A(chǔ)^時，可判斷電場發(fā)生火花 擊穿，此外電場火花擊穿的前提是電場己經(jīng)起暈，即負載電流、大于0;(8) 火花判斷條件為^(《+1)> M ， M = -2《.. c。s(2《 (7; - 7;))- 7;，a/一x^x z-，其中y;為輸入電壓頻率(Hz)， y;為整流輸出電壓 + z鵬頻率(Hz)， Z^為變壓器等效電感的電抗，n為整流變壓器變比，c^為變 壓器初級側(cè)輸入電壓峰值(V) ， ^(尺)代表一個K內(nèi)K的第X個采樣點電壓，"^ + i)代表第《+i個采樣點電壓，設(shè)負載電壓的采樣周期為7;。本發(fā)明的效果和益處是能夠?qū)崿F(xiàn)電除塵中火花的精確檢測，克服了常規(guī) 火花檢測中的不足，為實際應(yīng)用提供了一種簡單的用于精確檢測電除塵中火花 放電的方法。
附圖1是本發(fā)明整流變壓器初級電壓^波形圖。附圖2是本發(fā)明整流變壓器次級輸出電源模型圖。附圖3是本發(fā)明整流變壓器次級輸出電壓波形圖。附圖4是本發(fā)明仿真的負載電壓變化量At4隨時間t變化曲線圖。附圖5是本發(fā)明仿真的最大At^隨負載變化曲線圖。附圖6是本發(fā)明仿真的最大A^AD值隨負載變化曲線圖。附圖7是本發(fā)明實施例的火花控制波形圖。圖中C/,整流變壓器初級輸入電壓；SCR1和SCR2 反并聯(lián)可控硅；a 可 控硅觸發(fā)導(dǎo)通角；f/2整流變壓器次級輸出的脈動負電壓；《變壓器繞線等 效電阻；Z,代表變壓器內(nèi)部等效電感，其電抗通常為總電抗的35 40%; &阻 尼電阻；Q除塵器放電極與收塵極之間負載的等效電容；&負載等效電阻；^ 負載兩端的電壓，通常低于-15KV; /￡負載電流；a整流變壓器次級整流輸 出電壓^的理想波形；b負載電壓C/,波形；7;整流變壓器整流輸出電壓的 周期，是變壓器輸入電壓周期的一半；c 、為Z^的35y。時AC^隨時間,的變 化曲線；d Z&為Z^的75y。時A^隨時間,的變化曲線；e 、為Z^的10(F。 時A^隨時間f的變化曲線。
具體實施方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的具體實施方式
。在圖l中，電除塵裝置為除塵器放電極與收塵極之間提供高壓電源，輸入 單相交流，經(jīng)空氣開關(guān)QF1后，由反并聯(lián)可控硅SCR1和SCR2調(diào)壓，再與整流變壓器初級相連，經(jīng)升壓、整流變換后，次級輸出脈動負高壓，為除塵器放電極和收塵極供電，控制器根據(jù)電流電壓反饋對可控硅進行觸發(fā)控制，輸入電壓^ 可表示為",=C/Pxsin(2(0 (1) t/,為輸入電壓峰值，X為輸入電壓頻率，,為時間。輸入電壓經(jīng)可控硅調(diào) 壓后連接到整流變壓器初級，在t/,.正半波，觸發(fā)SCR1，導(dǎo)通角為a，在C/,負半 波觸發(fā)SCR2。在圖2中，整流變壓器升壓、整流變換，次級得到脈動負高壓，為除塵器 供電，整流變壓器次級輸出可等效為電壓源，將輸出負載等效為電阻和電容并 聯(lián)。在圖3中，觸發(fā)可控硅后，"瞬間由O上升到觸發(fā)點電壓值，然后按a所示 正弦曲線變化；而負載電壓[/,由于變壓器分布參數(shù)及負載電容影響，當(dāng)可控硅 觸發(fā)后，由O快速上升到觸發(fā)點電壓需要一個過程，然后按b所示正弦曲線變化。 根據(jù)圖2， w可表示為<formula>formula see original document page 6</formula>z&為變壓器繞線電阻的電抗，z^為變壓器內(nèi)部等效電感的電抗，z&為阻 尼電阻的電抗，z^A代表負載等效電抗，z^為負載等效電容的電抗，z&為負載等效電阻的電抗，ZQ和Z^由除塵器煙氣流量、粉塵性質(zhì)、放電極與收塵極間距、收塵極面積等決定。電除塵裝置輸入電壓經(jīng)可控硅調(diào)壓，由整流變壓器升壓、整流變換后，得到次級輸出電壓，"可表示為L" x f/P x sin(2< ")fff ^ S K一 ^ . J j 一"為整流變壓器變比，r，代表整流輸出電壓的周期，是變壓器輸入電壓周期 的一半，"為可控硅觸發(fā)導(dǎo)通角，^為可控硅觸發(fā)時刻。通常變壓器繞線電阻凡小于30Q，阻尼電阻i ,為600 800Q，其電抗Z^與變壓器等效電感的電 抗&及負載電抗zCt//&相比可以忽略。對于阻性負載，通常Q為O. 1 lnF，負載電阻^為30 800KQ，因此負載 電容可以忽略，因此(2)式可簡化為^ = i""、 ). sin(2;^ . f)^ " 7;"z^(Zyf )= "x"尸x-^- (5)tU々)代表負載電壓的峰值，是負載電抗、的函數(shù)。一個z;內(nèi)，設(shè)負載電壓在^時間內(nèi)的變化量為A(Z^)，則火花擊穿時M/^)就 為^—，設(shè)火花擊穿時刻為/,，貝U:A^(0《(zjsin(2(0 當(dāng)電場未發(fā)生火花擊穿時，M/^)則可表示為(,) = ). [sin(2《 0— sin(2^ . (, + △,))W《(6)(7內(nèi)，無論什么時刻電場發(fā)生火花擊穿，火花擊穿時t/,的變化量均大于火花未擊穿時K的變化量，設(shè)A^為火花未擊穿時f/,變 化量的最大值，則當(dāng)Af/^X時，則可判斷出電場發(fā)生火花擊穿。根據(jù)(4)式 可得^|^ = 2(f/ S(2(,) (8) 顯然當(dāng)電場未發(fā)生火花擊穿時，在^ ;-A/時刻，AC/^)將達到最大值i^ :M￡ = -2; /;. "w ) cos(2《.(7S - ( 9 )M^將隨Z&而變化，根據(jù)(5)式可知，當(dāng)^不斷增加，其電抗Z&達到額定 電抗Z,時，C^fe」將達到最大值M^此時M,也將達到最大值M"，設(shè)負載電 壓的采樣周期為7;，貝U:m = -2; /;. cos(2《 ( ； - : ;)) rc (10)顯然若負載電壓變化量AC/力hMj寸，可判斷電場發(fā)生火花擊穿，此外電場 火花擊穿的前提是電場已經(jīng)起暈，即負載電流々大于0，因此火花判斷條件為L^)-t/i(A:+i)^在圖4中，實例變壓器額定輸出容量為1.0A/72KV，輸入電壓為380V， _/;=50HZ， Z^設(shè)計為總電抗的35%， 7;=400us。可計算得到""290， Zra,e"7.2X104 Q， 7;=10ms。 c、 d、 e分別代表、為Zra,e的35%、 75%、 100%時^^隨時間r的變化曲線，可以看出，不同負載時，在^t;-j;時刻，At/,均達到最大值在圖5中，當(dāng)、達到Z^時，A^達到最大值M,12.6KV;當(dāng)々^Z^時， AD采樣達到最大值Ma二143。仿真條件^通過電阻分壓方式線性轉(zhuǎn)換為0 2V 信號，進入10bit AD轉(zhuǎn)換，AD轉(zhuǎn)換的參考電壓^,2.5V。下表是本發(fā)明實施例的火花擊穿數(shù)據(jù)表。A/丄乂《—m，卿闊80i,i343120120201.61602.44941321200002404.37031391200003006.5947148120010.8其中，d放電極與收塵極間距；f/,t電壓表顯示的火花擊穿點電壓；/￡ 電流表顯示的火花擊穿點電流；Mi AD采樣得到的M" 乂總的火花擊穿實 驗次數(shù)；1漏檢次數(shù)；乂誤檢次數(shù)；&錯誤率。在該表中，實例變壓器額定輸出容量為1.0A/72KV，輸入電壓為380V， /=50Hz， Z&設(shè)計為總電抗的35%， 7;=400us?？捎嬎愕玫?"290， ZraK"7.2X104Q， rs=10ms。利用兩根4隨2銅絲分別代替放電極與收塵極，二者尖端 相對，改變二者間距，在空氣介質(zhì)下，可獲得不同的t/，r從而模擬不同負載。 以M^143為判據(jù)，可以看出，火花檢測具有較高準(zhǔn)確性。當(dāng)間距為80mm時， 發(fā)生2次漏檢，是由于間距較小，即負載電抗較小，使得火花擊穿時M^較小， 當(dāng)小于M:時將漏檢；當(dāng)間距為300腿時，發(fā)生1次誤檢，是由于間距較大，即 負載電抗較大，使得Mi較大，當(dāng)超過M二將發(fā)生誤檢。實際應(yīng)用時，可根據(jù)實際 工況對<進行適當(dāng)調(diào)整。
權(quán)利要求
1、一種電除塵中火花精確檢測方法，其特征是根據(jù)電除塵器整流變壓器次級輸出電源模型的等效電路推導(dǎo)出負載兩端電壓UL的數(shù)學(xué)表達式，并求其導(dǎo)數(shù) id="icf0001" file="A2009100127560002C1.tif" wi="13" he="9" top= "51" left = "23" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>由負載電壓變化量<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>Δ</mi><msub> <mi>U</mi> <mi>L</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mo>-</mo><mfrac> <mrow><mo>∂</mo><msub> <mi>U</mi> <mi>L</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><mo>∂</mo><mi>t</mi> </mrow></mfrac><mo>·</mo><mi>Δt</mi><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0002" file="A2009100127560002C2.tif" wi="38" he="9" top= "51" left = "81" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>當(dāng)電場未發(fā)生火花擊穿時，在t＝Ts-Δt時刻，ΔUL(t)將達到最大值ML，其中Ts代表整流輸出電壓的周期，是變壓器輸入電壓周期的一半；ML將隨負載電抗 id="icf0003" file="A2009100127560002C3.tif" wi="5" he="4" top= "78" left = "116" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>而變化，當(dāng)負載電阻RL不斷增加，其電抗 id="icf0004" file="A2009100127560002C4.tif" wi="4" he="4" top= "88" left = "46" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>達到額定電抗Zrate時，此時ML將達到最大值Mu；在軟件實現(xiàn)中，檢測負載電壓變化量ΔUL(t)＞Mu時，可判斷電場發(fā)生火花擊穿，此外電場火花擊穿的前提是電場已經(jīng)起暈，即負載電流IL大于0；火花精確判斷條件為UL(K)-UL(K+1)＞Mu，Mu＝-2πfi·Mk·cos(2πfs·(Ts-Tc))·Tc，<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>M</mi> <mi>k</mi></msub><mo>=</mo><mi>n</mi><mo>×</mo><msub> <mi>U</mi> <mi>P</mi></msub><mo>×</mo><mfrac> <msub><mi>Z</mi><mi>rate</mi> </msub> <mrow><msub> <mi>Z</mi> <msub><mi>L</mi><mi>S</mi> </msub></msub><mo>+</mo><msub> <mi>Z</mi> <mi>rate</mi></msub> </mrow></mfrac><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0005" file="A2009100127560002C5.tif" wi="42" he="10" top= "119" left = "140" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>其中fi為輸入電壓頻率，fs為整流輸出電壓頻率， id="icf0006" file="A2009100127560002C6.tif" wi="4" he="4" top= "135" left = "125" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>為變壓器等效電感的電抗，Zrate為負載的額定電抗，n為整流變壓器變比，UP為變壓器初級側(cè)輸入電壓峰值，UL(K)代表一個Ts內(nèi)UL的第K個采樣點電壓，UL(K+1)代表第K+1個采樣點電壓，設(shè)負載電壓的采樣周期為Tc。
全文摘要
一種電除塵中火花精確檢測方法，屬于環(huán)?？刂萍夹g(shù)領(lǐng)域。其特征是檢測負載電壓變化量ΔU<sub>L</sub>(t)＞M<sub>u</sub>時，可判斷電場發(fā)生火花擊穿，此外電場火花擊穿的前提是電場已經(jīng)起暈；火花精確判斷條件U<sub>L</sub>(K)-U<sub>L</sub>(K+1)＞M<sub>u</sub>，M<sub>u</sub>＝-2πf<sub>i</sub>·M<sub>k</sub>·cos(2πf<sub>s</sub>·(T<sub>s</sub>-T<sub>c</sub>))·T<sub>c</sub>，M<sub>k</sub>＝n×U<sub>P</sub>×(Z<sub>rate</sub>/(Z<sub>Ls</sub>+Z<sub>rate</sub>))，其中f<sub>i</sub>為輸入電壓頻率，f<sub>s</sub>、T<sub>s</sub>分別為整流輸出電壓頻率與周期，Z<sub>Ls</sub>為變壓器等效電感的電抗，Z<sub>rate</sub>為負載的額定電抗，n為整流變壓器變比，U<sub>P</sub>為變壓器初級側(cè)輸入電壓峰值，U<sub>L</sub>(K)、U<sub>L</sub>(K+1)分別代表第K、K+1個采樣點電壓，設(shè)負載電壓的采樣周期為T<sub>c</sub>，利用兩根4mm<sup>2</sup>銅絲分別代替放電極與收塵極，二者尖端相對，改變二者間距，在空氣介質(zhì)下，可獲得不同的火花擊穿電壓U<sub>spark</sub>，從而模擬不同負載。本發(fā)明的效果和益處是克服了常規(guī)火花檢測中的不足，為實際應(yīng)用提供了一種簡單的用于精確檢測電除塵中火花放電的方法。
文檔編號G01R19/00GK101620246SQ20091001275
公開日2010年1月6日 申請日期2009年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月25日
發(fā)明者唐云龍, 毅 安, 徐高峰, 李卓函 申請人:大連理工大學(xué)