一种静电除尘用的高频高压电源及其控制方法与流程

本发明涉及静电除尘用的电源技术领域，具体涉及一种静电除尘用的高频高压电源及其控制方法。

背景技术：

治理工业粉尘污染的高压静电除尘器（eps）因为除尘效率高、能耗低、维修管理方便等，越来越受到人们的重视。静电除尘的机理是使空间电场发生电晕放电，产生大量的自由电子和负离子，它们与污染空气中的粉尘碰撞形成的带负电梨子受到的空间电场静电吸引而被呈正极性的集尘极捕获，再由清灰装置定时清理，从而净化空气。

自静电除尘出现以后，许多学者致力于研究如何进一步提高除尘效率，21世纪以后高频高压电源技术日益成熟，现已经广泛取代了原有的工频高压电源，由于其具有电能质量好、更好的调节性以及更低的纹波系数等优点，因此被广泛地应用到静电除尘领域。

工业上静电除尘的除尘效率跟电源输出电压有着很大的关系，当输出电压超过起始电晕电压后，随着电压的升高，放电极放出的自由电子和负离子数量越来越多，这也使得除尘效率越来越高；但当输出电压继续提高直至超过击穿电压，由于间隙被击穿的缘故，导致除尘效率大幅度下降，甚至还有可能造成设备损坏，危害工人生命安全。

技术实现要素：

本发明利用传感器采集的粉尘浓度作为检测量，通过合理的算法反馈到控制芯片中，更加有效地指导电源输出更高水平的输出电压，但同时又保证设备的正常运行，尽可能的使提高除尘装置的除尘效率。为此本发明提供了一种静电除尘用的高频高压电源及其控制方法。

本发明目的通过采用以下技术方案实现。

一种静电除尘用的高频高压电源，包括主功率变换电路、传感收集与处理电路以及控制电路，其中控制电路通过驱动电路与主功率电路相连，传感收集与处理电路与控制电路相连；传感收集与处理电路将采集到的数据传送给控制电路中的dsp控制电路，再由dsp控制电路对驱动电路发送一个控制信号，调节主功率变换电路输出电压。

进一步地，主功率变换电路包括整流滤波电路、主变换电路、高频高压整流滤波电路和输出电路；主变换电路包括全桥式高频逆变电路（即全桥电路）和开关变压器；输入为三相交流电源，经过整流滤波电路，再经过全桥式高频逆变电路，由开关变压器升压后，经过高频高压整流滤波电路整流输出；其中dsp控制电路通过驱动电路对主功率变换电路的全桥式高频逆变电路的功率管igbt进行导通关断控制。

进一步地，所述的传感收集与处理电路包括激光散射式粉尘浓度传感器ldpm1000i、pt100工业级温度传感器、ad转换电路、辅助电源以及dsp控制电路；其中粉尘传感器和温度传感器均为工业级传感器，传感器与ad转换电路连接，通过ad转换电路将采集到的数据传输给dsp控制芯片进行数据的处理，而辅助电源则是为dsp控制电路提供稳定的工作电平；所述的控制电路包括dsp控制电路、取样电路以及运算调节器；其中dsp控制电路采用dsp芯片tms320f2812，其会将电源输出电压以及输出电流分别通过取样电路的电压互感器和电流互感器进行采集，通过运算调节器后输送进入dsp芯片的数据采集引脚进行数据采集，当出现过压过流时，dsp芯片通过对pwm发生器进行闭锁以实现对输出电压以及输出电流的过压过流保护。

进一步地，所述的激光散射式粉尘浓度传感器ldpm1000i以分成两组，每组5个传感器的形式分别布置在静电除尘装置的进风口和出风口，粉尘传感器检测到的粉尘浓度数据在传送到dsp控制电路后，在dsp控制电路中进行均值和分层计算，最终得出的结果作为对输出电压的控制依据。

用于所述的一种静电除尘用的高频高压电源的控制方法，包含以下两个部分：

a、传感数据的收集和处理

s1接通电源后，激光散射式粉尘浓度传感器和温度传感器进行预热，预热结束后，传感器将采集到的传感数据输送到dsp控制电路中，按照传感器采集的位置将其得到的传感数据分为进风口粉尘浓度和出风口粉尘浓度；

s2将粉尘浓度按照0-100mg/m³、100-800mg/m³以及800-1000mg/m³分别轻度粉尘浓度、中度粉尘浓度以及重度粉尘浓度这三段区间，并定义一个用来衡量除尘效果的物理量：除尘效率系数；当粉尘浓度均值处于轻度粉尘浓度区间时，除尘效率系数=（1-出风口粉尘浓度/进风口粉尘浓度）*100%+校正百分比系数；当粉尘浓度均值处于中度粉尘浓度区间时，除尘效率系数=（1-出风口粉尘浓度/进风口粉尘浓度）*100%；当粉尘浓度均值处于重度粉尘浓度区间时，除尘效率系数=（1-出风口粉尘浓度/进风口粉尘浓度）*100%-校正百分比系数；其中引入校正百分比系数的原因是因为在浓度过低或者过高时，传感器只能测量到局部的粉尘浓度而无法完全反应整体的粉尘平均浓度而会造成测量误差，校正百分比系数取值范围为2%-10%；但静电装置在正常工作时粉尘浓度处于中度粉尘浓度区间，此时认为传感器的检测结果能够反应进出风口的粉尘浓度情况；

dsp控制电路将收集到的进风口和出风口的粉尘浓度数据进行均值和分层计算进而整合成一个分段的除尘效率系数，并将处理后除尘效率系数进行保存以作为后续输出控制的依据；

b、dsp控制电路的控制策略

s1接通电源后，dsp控制电路进行粉尘浓度数据采样处理后得到第一个除尘效率系数保存在内部一个变量temp1中；

s2dsp控制电路在第一秒后将输出电压提高1000v，升压后第一次处理得到的除尘效率系数保存在一个变量temp2中；

s3dsp控制电路比较temp1和temp2的数值大小，此时temp2的数值比temp1大，则将二者的差值保存在一个变量temp3中，之后再把temp2的值赋给temp1，完成除尘效率系数的数据交替；

s4再一次提高输出电压1000v，重复s2-s3的操作，每一次最新获得的除尘效率系数都保存到temp2中，其中这一次s3中temp1与temp2的差值保存在一个变量temp4中，其余保持不变；

s5观察temp4是否比temp3大5%以上，如果大于5%，则继续重复s2-s4的步骤，否则维持输出电压不变；并把temp4的数值赋给temp3，完成除尘效率系数的数值差的数据交替；

s6重复执行s2-s5，若在此过程中，检测到的变量temp2突然明显小于temp1，则此时静电装置发生闪络，记录升压前的输出电压，并快速关断功率管igbt以防止闪络的进一步发展，重新开机后将输出电压快速调节到之间记录的输出电压，并进行稳定输出。

进一步地，通过对升压前后除尘效率系数temp1和temp2的数值的比较以及两次升压前后除尘效率系数数值差temp3和temp4的比较，前者能保证高频高压电源在静电装置不被击穿的前提下，尽可能的提高输出电压以达到更高的除尘效率；后者则是在提高输出电压已经无法明显提高除尘效率的情况下，自动放弃继续升压以防止静电装置发生闪络故障。

进一步地，当检测到第二次除尘效率系数temp2相比第一次除尘效率系数temp1明显下降的时候，dsp控制电路会自动判定此时发生了静电装置的闪络故障，故其会快速关断功率管igbt，并且重新开机把输出电压快速提升到之前记录的稳定输出电压值，这样更能确保静电装置和高频高压电源的可靠运行。

进一步地，在运行控制算法的过程中，每一次提高电压后都将最后一次测得的除尘效率系数temp2赋值给temp1，而把最新一次的数据赋值给temp2，从而实现除尘效率系数的数据更替；同时，将最后一次测得的除尘效率系数的数值差temp4赋值给temp3，而把最新一次的数据赋值给temp4，从而实现了除尘效率系数的数值差的数据更替。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明对现有静电除尘装置的电源进行优化改善，借助传感器技术得出净化效果评估参数，反馈到电源控制电路以达到最合适的输出电压，实现最佳的净化效果，有效地保证了在系统能够安全运行下的最优电压输出，进而一定程度提高了除尘效率，这是对现有静电电源的一种优化改善。同时，这种将检测装置和净化装置形成一个反馈整体的思路也可以作为诸如空气净化器等含有静电除尘装置的设备的一种设计思路，为民用净化器电源的优化设计提供了参考。

附图说明

图1为高频高压电源电路结构和原理图。

图2为电源输出电压控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

图1为高频高压电源电路结构图，其包括主功率变换电路、传感收集与处理电路以及控制电路，其中控制电路通过驱动电路与主功率电路相连，传感收集与处理电路与控制电路相连；传感收集与处理电路将采集到的数据传送给控制电路中的dsp控制电路，再由dsp控制电路对驱动电路发送一个控制信号，调节主功率变换电路输出电压，尽可能地将净化效率保证在一个较高的数值。

主功率变换电路包括整流滤波电路、主变换电路（全桥电路、开关变压器）、高频高压整流滤波电路和输出电路；输入为三相交流电源，经过整流滤波电路，再经过全桥式高频逆变电路，由开关变压器升压后，经过高频高压整流滤波电路整流输出；其中dsp控制电路通过驱动电路对主功率变换电路的全桥式高频逆变电路的功率管igbt进行导通关断控制。

所述的一种静电除尘用的高频高压电源，其特征在于：所述的传感器检测处理电路包括激光散射式粉尘浓度传感器ldpm1000i、pt100工业级温度传感器以及dsp控制电路，二者的数据输出口均直接与dsp控制电路相连接；其中粉尘传感器和温度传感器均为工业级传感器，dsp控制电路采用tms320f2812为主控单元，其执行功能主要包括pwm驱动控制信号的发生和控制、火花检测、故障检测以及保护电路的驱动，驱动及保护电路以ir2110为核心,pwm控制信号发生与输出电路产生信号经电平转换和光耦隔离后送给ir2100驱动模块进而控制逆变器中功率管的通断。

更进一步的，粉尘传感器采用的是工业级的激光散射式粉尘浓度传感器ldpm1000i，有数字型和4-20ma模拟型两种，本发明中使用的是数字型的，测量范围为0-1000mg/m³，测量误差为<10%，稳定性相对误差为±2.5%；温度传感器采用的是工业级的pt100工业级温度传感器，具有精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区（-200～650℃）最常用的一种温度检测器。

所述的一种静电除尘用的高频高压电源，其特征在于：所述的激光散射式粉尘浓度传感器ldpm1000i以分成两组，每组5个传感器的形式分别布置在静电除尘装置的进风口和出风口，粉尘传感器检测到的粉尘浓度数据在传送到dsp控制电路后，在dsp控制电路中进行均值和分层计算，最终得出的除尘效率系数作为对输出电压的控制依据。

更进一步的，以进风口采集到的5个数据为例，dsp芯片直接对这5个粉尘浓度数据进行均值计算，同时将粉尘浓度按照0-100mg/m³、100-800mg/m³以及800-1000mg/m³分别轻度粉尘浓度、中度粉尘浓度以及重度粉尘浓度这三段区间。当粉尘浓度均值处于轻度粉尘浓度区间时，除尘效率系数=（1-出风口粉尘浓度/进风口粉尘浓度）*100%+校正百分比系数；当粉尘浓度均值处于中度粉尘浓度区间时，除尘效率系数=（1-出风口粉尘浓度/进风口粉尘浓度）*100%；当粉尘浓度均值处于重度粉尘浓度区间时，除尘效率系数=（1-出风口粉尘浓度/进风口粉尘浓度）*100%-校正百分比系数。

其中引入校正百分比系数的原因是因为在浓度过低或者过高时，传感器只能测量到局部的粉尘浓度而无法完全反应整体的粉尘平均浓度而会造成测量误差，校正百分比系数可根据实际情况进行选择；但静电装置在正常工作时一般粉尘浓度处于中度粉尘浓度区间，此时粗略地认为传感器的检测结果基本能够反应进出风口的粉尘浓度情况。

所述的一种静电除尘用的高频高压电源，其特征在于：所述的控制电路包括dsp芯片控制电路、采集电路以及运算调节器；其中dsp芯片控制电路如权利3中所述采用tms320f2812为主控单元，其会将电源输出电压以及输出电流分别通过电压互感器和电流互感器进行采集，通过运算调节器后输送进入dsp芯片的数据采集引脚进行数据采集，当出现过压过流等故障时，dsp芯片通过对pwm发生器进行闭锁以实现对输出电压以及输出电流的过压过流保护。

图2为电源输出电压控制流程图，现结合该图来说明电源输出电压的控制方法。首先相关传感器进行各自的数据收集，并把收集到的数据输送给dsp芯片，dsp芯片控制将接收到的数据进行均值和分层计算得到除尘效率系数，并通过事先写好的控制策略进行输出电压的控制。

作为实例，一种静电除尘用的高频高压电源的控制方法，包含以下两个部分：

a、传感数据的收集和处理

s1接通电源后，激光散射式粉尘浓度传感器ldpm1000i和pt100工业温度传感器进行预热，预热结束后，各个传感器将采集到的传感数据输送到dsp芯片中，按照传感器采集的位置将其得到的传感数据分为进风口粉尘浓度和出风口粉尘浓度；

s2将粉尘浓度按照0-100mg/m³、100-800mg/m³以及800-1000mg/m³分别轻度粉尘浓度、中度粉尘浓度以及重度粉尘浓度这三段区间，并定义一个用来衡量除尘效果的物理量：除尘效率系数；当粉尘浓度均值处于轻度粉尘浓度区间时，除尘效率系数=（1-出风口粉尘浓度/进风口粉尘浓度）*100%+校正百分比系数；当粉尘浓度均值处于中度粉尘浓度区间时，除尘效率系数=（1-出风口粉尘浓度/进风口粉尘浓度）*100%；当粉尘浓度均值处于重度粉尘浓度区间时，除尘效率系数=（1-出风口粉尘浓度/进风口粉尘浓度）*100%-校正百分比系数；其中引入校正百分比系数的原因是因为在浓度过低或者过高时，传感器只能测量到局部的粉尘浓度而无法完全反应整体的粉尘平均浓度而会造成测量误差，校正百分比系数可根据实际情况进行选择，取值范围为2%-10%；但静电装置在正常工作时一般粉尘浓度处于中度粉尘浓度区间，此时粗略地认为传感器的检测结果基本能够反应进出风口的粉尘浓度情况；

s3dsp芯片将收集到的进风口和出风口的粉尘浓度数据进行均值和分层计算进而整合成一个分段的除尘效率系数，并将处理后除尘效率系数进行保存以作为后续输出控制的依据；

b、dsp芯片的控制策略

s1接通电源后，dsp芯片进行粉尘浓度数据采样处理后得到第一个除尘效率系数保存在内部一个变量temp1中；

s2dsp芯片在第一秒后将输出电压提高1000v，升压后第一次处理得到的除尘效率系数保存在一个变量temp2中；

s3dsp芯片比较temp1和temp2的数值大小，此时temp2的数值比temp1大，则将二者的差值保存在一个变量temp3中，之后再把temp2的值赋给temp1，完成除尘效率系数的数据交替；

s4再一次提高输出电压1000v，重复s2-s3的操作，每一次最新获得的除尘效率系数都保存到temp2中，其中这一次s3中temp1与temp2的差值保存在一个变量temp4中，其余保持不变；

s5观察temp4是否比temp3大5%以上，如果大于5%，则继续重复s2-s4的步骤，否则维持输出电压不变；并把temp4的数值赋给temp3，完成除尘效率系数的数值差的数据交替；

s6重复执行s2-s5，若在此过程中，检测到的变量temp2突然明显小于temp1，则此时静电装置发生闪络，记录升压前的输出电压，并快速关断功率管igbt以防止闪络的进一步发展，重新开机后将输出电压快速调节到之间记录的输出电压，并进行稳定输出。

所述的dsp芯片的控制策略，是通过对升压前后除尘效率系数temp1和temp2的数值的比较以及两次升压前后除尘效率系数数值差temp3和temp4的比较，前者可以保证高频高压电源在静电装置不被击穿的前提下，尽可能的提高输出电压以达到更高的除尘效率；后者则是在提高输出电压已经无法明显提高除尘效率的情况下，自动放弃继续升压以防止静电装置发生闪络故障。

所述的dsp芯片的控制策略，是当检测到第二次除尘效率系数temp2相比第一次除尘效率系数temp1明显下降的时候，dsp芯片会自动判定此时发生了静电装置的闪络故障，故其会快速关断功率管igbt，并且重新开机把输出电压快速提升到之前记录的稳定输出电压值，这样可以较好的确保静电装置和高频高压电源的可靠运行。

所述的dsp芯片的控制策略，是在运行控制算法的过程中，每一次提高电压后都将最后一次测得的除尘效率系数temp2赋值给temp1，而把最新一次的数据赋值给temp2，从而实现除尘效率系数的数据更替；同时，将最后一次测得的除尘效率系数的数值差temp4赋值给temp3，而把最新一次的数据赋值给temp4，从而实现了除尘效率系数的数值差的数据更替。