中大功率恒流斩波调压等离子炬电源的制作方法

本发明涉及一种等离子电源，具体涉及一种中大功率恒流斩波调压等离子炬电源。

背景技术：

目前国际国内垃圾废物处理最先进的设备是等离子气化炉，等离子电源是等离子气化炉能否正常运行的关键。目前危废处理处置主流技术有：焚烧(回转窑、废液焚烧炉、热解炉)、物化(过滤、中和、氧化还原、气浮、混凝、沉淀、破乳、超滤、多效蒸发、mvr蒸发、高级氧化、固液分离等)、固化(稳定化固化、水泥固化、石灰、粉煤灰固化)、综合利用(废油再生、废有机溶剂蒸精馏)等主要工艺技术，除固化外其处理利用过程中均会产生“二次危废”，特别是焚烧残渣和飞灰需要填埋处置，安全填埋场作为终端处置设施，其兜底角色在目前十分重要和关键。

建设危废安全填埋场存在着选址难的困境，由于土地资源宝贵、选址要求高、硬性条件多、邻避效应、建设成本高、后期封场维护、潜在风险隐患等，因此安全填埋场项目实际落地数量少。

等离子气化处理工艺中残渣和飞灰在高温下熔融形成玻璃体物质，其浸出毒性远低于国家标准，可以作为一般建材进行综合利用，因此等离子气化技术的先进性注定其应用前景十分广阔，我国危废市场潜力大、实际处置缺口大，等离子工艺技术从试验到工业化、自动化、大型化、现代化的革新进程步入高速期，工艺完善会突飞猛进。

等离子气化技术国内刚刚起步目前主要是200kw以下小功率等离子电源设备，大功率等离子电源设备目前国内处于研发阶段，所以急需设计研发大功率等离子电源设备。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种运行稳定，可靠，自动化程度高满足等离子设备工艺要求的中大功率恒流斩波调压等离子炬电源。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

所述中大功率恒流斩波调压等离子炬电源，包括三相交流进线、隔离升压变压器zlb、总电抗器lk1、整流器zl1、电源斩波模块和plc控制器，所述三相交流进线经隔离升压变压器zlb连接至整流器zl1，整流器zl1将交流电整流为直流电，整流器zl1输出经总电抗器lk1连接四路并联的电源斩波模块后连接至等离子炬的阳极和阴极，每路电源斩波模块均串联一个无铁心空心电感线圈，对应每组电源斩波模块设置电流、电压取样装置，四路电源斩波模块设置有总电流、总电压取样装置，所有的电流和电压信号均输送至plc控制器输入端，plc控制器输出端控制电源斩波模块。

三相380v50hz交流电源经隔离升压变压器zlb升压后由整流器zl1整流为直流电，然后通过调节电源斩波模块一个周波内的导通时间和关断时间的长短来实现恒电流调电压，为了保证四路并联的电源斩波模块电流平衡和稳定为各支路分别串联了无铁心空心电感线圈，利用电感di/dt阻止电流变化，并为各支路设计电流反馈信号，该电流反馈信号连接至plc控制器，由plc控制器进行pid自动调节，高压引弧电源通过引弧接触器连接至等离子炬的阳极和阴极，等离子炬设有三个阳极，分别为第一阳极、第二阳极和第三阳极，对应三个阳极分别设置三个引弧接触器km01-km03，引弧接触器km01-km03通过plc控制器进行自动投切。三相380v50hz交流电源进线连接相序器xj-d输入端，相序器xj-d输出端连接plc控制器输入端，当电网故障相序异常时通过plc实现自动化控制。

为实现设备对等离子炬的全方位智能控制，在等离子炬冷却水管路上设置压力开关lsp、温度开关lst及流量开关lsw，压力开关lsp、温度开关lst及流量开关lsw，均与plc控制器相连，一旦有参数异常，plc控制器立即发送报警信号，对应等离子炬的等离子发生器设置发生器气压传感器fsp和发生器故障继电器fgz，发生器故障继电器fgz线圈接入等离子发生器供电回路，发生器故障继电器fgz常开触点和气压传感器fsp均连接plc控制器输入端，如果等离子发生器故障不工作，发生器故障继电器fgz常开触点吸合，发送故障信号，如果等离子发生器气压或气流异常，由气压传感器fsp向plc控制器发送报警信号，以便及时停止等离子炬的工作。

其中，优选方案为：

所述三相交流进线的进线端均串联进线交流接触器km1和快速熔断器，进线交流接触器km1并联预充电开关km2,预充电开关km2串联限流电阻，进线交流接触器km1的辅助触点及快速熔断器触点均连接plc控制器输入端。

所述隔离升压变压器zlb、总电抗器lk1、整流器zl1和电源斩波模块分别对应设有散热风机，每个散热风机均串联有热保护开关，隔离升压变压器zlb的三相线圈上分别设置热保护开关wj1-wj3，热保护开关wj1-wj3与中间继电器wzj1线圈串联，整流器zl1分别设置热保护开关wj4-wj6，热保护开关wj4-wj6与中间继电器wzj2线圈串联，中间继电器wzj1、wzj2的常开触点一端连接plc控制器输入端，另一端连接dc24v电源，散热风机可及时散发设备工作产生的热量，如果风机出现过热的情况，及时停止工作，以免烧毁。dc24v电源由整流电源ty1提供，通过继电器ka1检测整流电源ty1是否正常。

电源控制回路包括并联的控制电源指示回路、电源运行指示回路、电源停止指示回路、电源故障指示回路、主回路合闸控制回路、预充电控制回路、电机正转引弧控制回路、电机反转引弧控制回路和风机控制回路，控制电源指示回路包括指示灯ld1，电源运行指示回路包括串联的指示灯ld2和运行继电器pj2常开触点，运行继电器pj2线圈连接plc控制器输出端，电源停止指示回路包括串联的指示灯ld3和运行继电器pj2常闭触点，电源故障指示回路包括串联的指示灯hd1和故障继电器gzj常闭触点，故障继电器gzj线圈连接plc控制器输出端，主回路合闸控制回路包括串联的进线交流接触器km1控制线圈和合闸继电器pj3常开触点，合闸继电器pj3线圈连接plc控制器输出端，预充电控制回路包括串联的预充电开关km2控制线圈和预充电继电器pj4常开触点，预充电继电器pj4线圈连接plc控制器输出端，电机正转引弧控制回路包括串联的电机正转动作继电器km3线圈、电机正转引弧继电器pj5常开触点和24v整流电源，24v整流电源正、负极输出线上均串联电机正转动作继电器km3常开触点后接至电机正、负接线端子，电机正转引弧继电器pj5线圈连接plc控制器输出端，电机反转引弧控制回路包括串联的电机反转动作继电器km4线圈和电机反转引弧继电器pj6常开触点，24v整流电源正极输出串联电机反转动作继电器km4常开触点后连接至电机负接线端子，24v整流电源负极输出线上串联电机反转动作继电器km4常开触点后连接至电机正接线端子，电机反转引弧继电器pj6线圈连接plc控制器输出端，风机控制回路包括串联的散热风机和热继电器，热继电器的节点连接至plc控制器输入端。

每个风机对应设置一个风机控制回路，主要包括变压器风机控制回路、电抗器风机控制回路、整流器风机控制回路和斩波风机控制回路，变压器风机控制回路和电抗器控制回路还串联进线交流接触器km1辅助触点。变压器风机fd1-2和电抗器风机fd3-6是交流220v电源供电，两者共用一个热继电器rj1，热继电器rj1的节点连接plc控制器输入端，电源斩波模块和整流器风机由ty2提供24v直流电源，第四电源斩波模块风机和整流器风机共用一个热继电器rj2，热继电器rj2的节点连接plc控制器输入端，第一至第三电源斩波模块风机共用热继电器rj3，热继电器rj3的节点连接plc控制器输入端。

所述电源控制回路串接远程/本地控制开关kk1，plc控制器设有远程控制输入端子用于连接远程设备，通过远程/本地控制开关kk1实现远程或本地控制的切换。

四路电源斩波模块并联放电电阻r1、r2，放电电阻r1、r2并联过电压保护电阻re1-re3，放电电阻r1、r2同时并联分压电阻r3-r7，电阻r7两端电压经电压变送器wbv4传输至plc控制器输入端，放电电阻、放电电阻和分压电阻并联后与霍尔电流传感器lm1串联，霍尔电流传感器lm1的电流采集端子if和gnd经电流变送器wbv5输出端连接至plc控制器输入端，plc控制器输出端经变送器wbv6连接至各分路电源斩波模块的变送器输入端，变送器输出端分别连接各驱动电路的输入端。

所述电源斩波电路包括斩波控制器、斩波驱动电路和igbt模块，所述igbt模块输出线路串接霍尔电流传感器，霍尔电流传感器电流采集信号连接变送器输入端，变送器输出端连接plc控制器输入端，斩波驱动控制器的电源进线串联中间继电器pj1的常开触点，中间继电器pj1线圈连接plc控制器输出端，斩波驱动控制器运行信号输出端子、过热故障信号输出端子和igbt故障信号输出端子均连接至plc控制器输入端，将电源斩波模块的实时运行状态发送至plc控制器，以便发生异常时，plc控制器能够及时动作。

所述隔离升压变压器zlb、总电抗器lk1、整流器zl1和四个电源斩波模块集成于变压器柜和控制柜内，变压器柜内设置热敏电阻pt100，热敏电阻pt100经温度电压变换器ydb输出端连接至plc控制器输入端，在柜内温度异常时，plc控制器控制设备停机。

上述中大功率恒流斩波调压等离子炬电源还包括触摸显示屏和rs485通信模块，触摸显示屏和rs485通信模块均与plc控制器相连，当出现故障时可通过触摸显示屏查看是什么原因引起的故障，由维修人员及时处理排除故障，也可通过触摸显示屏输入控制指令，rs485通信模块将实时状态传输至监控室的监控后台，方便监控人员及时了解现场状况。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明三相380v50hz交流电源经隔离升压变压器zlb升压后由整流器zl1整流为直流电，然后通过调节电源斩波模块一个周波内的导通时间和关断时间的长短来实现恒电流调电压，为了保证四路并联的电源斩波模块电流平衡和稳定为各支路分别串联了无铁心空心电感线圈，利用电感di/dt阻止电流变化，并为各支路设计电流反馈信号，该电流反馈信号通过变送器连接plc控制器，由plc控制器进行pid自动调节，自动化程度高，运行稳定可靠，实现了恒电流自动化控制，满足等离子设备工艺要求，可通过触摸屏设置和查询设备运行情况，信号可上传到监控室实现远距离监控。本发明标志着恒流斩波调压直流电源技术在等离子汽化炉上开始应用，恒流斩波是目前直流调压技术对电网污染最小的一种控制方式，属于谐波含量最低、效果最为突出的直流调压电源。

附图说明

图1是本发明电源主回路电气原理图。

图2是本发明中一路电源斩波模块电气原理图。

图3是本发明plc1控制回路电气原理图。

图4是本发明plc2控制回路电气原理图。

图5是本发明电源控制回路电气原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例做进一步描述：

实施例1：

如图1所示，本发明所述中大功率恒流斩波调压等离子炬电源，包括三相交流进线、隔离升压变压器zlb、总电抗器lk1、整流器zl1、电源斩波模块和plc控制器，所述三相交流进线经隔离升压变压器zlb连接至整流器zl1，整流器zl1将交流电整流为直流电，整流器zl1输出经总电抗器lk1连接四路并联的电源斩波模块后接至等离子炬的阳极和阴极，每路电源斩波模块均串联一个无铁心空心电感线圈，对应每组电源斩波模块设置电流、电压取样装置，四路电源斩波模块设置有总电流、总电压取样装置，所有的电流和电压信号均输送至plc控制器输入端，plc控制器输出端控制电源斩波模块。

如图3-4所示，plc控制器由plc1和plc2组成plc系统，plc1为主控制器带cpu，plc2是扩展模块为辅助控制，plc1连接触摸显示屏和rs485通信模块，当出现故障时可通过触摸显示屏查看故障原因，由维修人员及时处理排除故障，也可通过触摸显示屏输入控制指令，rs485通信模块将实时状态传输至监控室的监控后台，方便监控人员及时了解现场状况。

等离子炬设有三个阳极，分别为第一阳极引弧接触器km01、第二阳极引弧接触器km02和第三阳极引弧接触器km03，对应第一阳极引弧接触器km01设置引弧中间继电器pj7，对应第二阳极引弧接触器km02设置引弧中间继电器pj8；对应第三阳极引弧接触器km03设置引弧中间继电器pj9，引弧中间继电器pj7线圈连接plc1q0.6，控制第一阳极km01分合闸，引弧中间继电器pj8线圈连接plc1q0.7，控制第二阳极km02分合闸，引弧中间继电器pj9线圈连接plc1q0.8，控制第三阳极km03分合闸,第一阳极km01、第二阳极km02和第三阳极km03的合闸信号分别传输至plc2的i4.1、i4.5、i3.2信号输入端，以使plc控制器能即时获知等离子炬阳极的分合闸状态。

三相交流进线的进线端均串联进线交流接触器km1和快速熔断器rs1、rs2、rs3，a、b、c三相进线电源与进线交流接触器km1串联，并联预充电开关km2,预充电开关km2串联限流电阻，进线交流接触器km1的辅助触点连接plc1的i1.1端口，快速熔断器rs1、rs2、rs3分别与plc2的i4.2、i4.6、i4.3连接，

隔离升压变压器zlb、总电抗器lk1、整流器zl1和电源斩波模块分别对应设有散热风机，每个散热风机均串联有热保护开关，隔离升压变压器zlb的三相线上分别设置常闭型热保护开关wj1-wj3，热保护开关wj1-wj3与中间继电器wzj1线圈串联，整流器zl1的三相线上分别设置常闭型热保护开关wj4-wj6，热保护开关wj4-wj6与中间继电器wzj2线圈串联，中间继电器wzj1常开触点一端连接plc2i3.7端口，另一端连接dc24v电源；中间继电器wzj2常开触点一端连接plc2i3.3端口，另一端连接dc24v电源，散热风机可及时散发设备工作产生的热量，如果风机出现过热的情况，及时停止工作，以免烧毁。dc24v电源由整流电源ty1提供，通过继电器ka1检测整流电源ty1是否正常。

如图5所示，电源控制回路包括并联的控制电源指示回路、电源运行指示回路、电源停止指示回路、电源故障指示回路、主回路合闸控制回路、预充电控制回路、电机正转引弧控制回路、电机反转引弧控制回路和风机控制回路，控制电源指示回路包括指示灯ld1，电源运行指示回路包括串联的指示灯ld2和运行继电器pj2常开触点，运行继电器pj2线圈连接plc1的q0.1端口，电源停止指示回路包括串联的指示灯ld3和运行继电器pj2常闭触点，电源故障指示回路包括串联的指示灯hd1和故障继电器gzj常闭触点，故障继电器gzj线圈连接plc1的q1.1端口，主回路合闸控制回路包括串联的进线隔离开关km1控制线圈和合闸继电器pj3常开触点，合闸继电器pj3线圈连接plc1q0.2端口，预充电控制回路包括串联的预充电开关km2控制线圈和预充电继电器pj4常开触点，预充电继电器pj4线圈连接plc1q0.3端口，电机正转引弧控制回路包括串联的电机正转动作继电器km3线圈、电机正转引弧继电器pj5常开触点和24v整流电源，24v整流电源正、负极输出线上均串联电机正转动作继电器km3常开触点后接至电机正、负接线端子，电机正转引弧继电器pj5线圈连接plc1q0.4端口，电机反转引弧控制回路包括串联的电机反转动作继电器km4线圈和电机反转引弧继电器pj6常开触点，24v整流电源正极输出线上串联电机反转动作继电器km4常开触点后连接至电机负接线端子，24v整流电源负极输出线上串联电机反转动作继电器km4常开触点后连接至电机正接线端子，电机反转引弧继电器pj6线圈连接plc1q0.6端口，风机控制回路包括串联的散热风机和热继电器，热继电器的节点连接至plc控制器输入端，24v整流电源由整流电源ty5提供。

每个风机对应设置一个风机控制回路，主要包括变压器风机控制回路、电抗器风机控制回路、整流器风机控制回路和斩波风机控制回路，变压器风机控制回路和电抗器控制回路还串联进线隔离开关km1辅助触点。变压器风机fd1-2和电抗器风机fd3-6是交流220v电源供电，两者共用一个热继电器rj1，热继电器rj1的节点连接plc2i5.5输入端，四个电源斩波模块散热风机分别为1-fd、2-fd、3-fd、4-fd，整流器风机为5-fd，前述五个风机由ty2提供24v直流电源，通过继电器ka2检测整流电源ty2是否正常，第四电源斩波模块风机4-fd和整流器风机5-fd共用一个热继电器rj2，热继电器rj2的节点连接plc2i5.6输入端，第一至第三电源斩波模块风机1-fd、2-fd、3-fd共用热继电器rj3，热继电器rj3的节点连接plc2i5.7输入端。

所述电源控制回路串接远程/本地控制开关kk1，plc1的i0.1—i0.6是远程控制输入端子，通过远程/本地控制开关kk1实现远程或本地控制的切换。

四路电源斩波模块并联放电电阻r1、r2，放电电阻r1、r2并联过电压保护电阻re1-re3，放电电阻r1、r2同时并联分压电阻r3-r7，电阻r7两端电压经电压变送器wbv4uf1和600连接plc2的2+和2-，放电电阻和分压电阻并联后与总霍尔电流传感器lm串联，总霍尔电流传感器lm的电流采集端子if和gnd经电流变送器wbv5输出端if1600连接plc2的1+和1-，plc1的2m和0输出端对应线号600和ug0输出0-20ma电流信号经变送器wbv6输出线号600和ug分别连接各分路电源斩波模块变送器的输入端，各分路电源斩波模块变送器的输出端连接各分路电源斩波模块驱动控制器的输入端。

如图2所示，电源斩波模块选用德国英飞凌ff开头的2单元半桥ff系列德国英飞凌第四代igbt模块和日本三菱公司生产的m系列驱动模块，以第一路电源斩波模块为例，包括斩波驱动控制器、斩波驱动电路和igbt模块，所述igbt模块输出线路串接霍尔电流传感器lm1，霍尔电流传感器lm1电流采集端子1-if和gnd1采集的电流信号经变送器wbv2输出if和600接入plc2控制器输入端6+6-，变送器wbv1输出端连接斩波驱动控制器输入端。斩波驱动控制器的电源进线串联中间继电器pj1的常开触点，中间继电器pj1线圈连接plc1q0.0，斩波驱动控制器运行信号输出端子、过热故障信号输出端子和igbt故障信号输出端子分别连接至plc1i1.5、plc1i1.4和plc1i1.3，同理，第二路电源斩波模块的霍尔电流传感器lm2电流采集端子2-if和gnd2采集的电流信号经电流变送器输出端2-if和600接plc2模拟输入端4+和4-，斩波驱动控制器运行信号输出端子、过热故障信号输出端子和igbt故障信号输出端子分别连接至plc1i2.0、plc1i2.4和plc1i2.1；第三路电源斩波模块的霍尔电流传感器lm3电流采集端子3-if和gnd3采集的电流信号经电流变送器输出端3-if和600接plc2模拟输入端7+和7-，斩波驱动控制器运行信号输出端子、过热故障信号输出端子和igbt故障信号输出端子分别连接至plc1i2.5、plc1i2.2和plc1i2.6；第四路电源斩波模块的霍尔电流传感器lm4电流采集端子4-if和gnd4采集的电流信号经电流变送器输出端4-if和600接plc2模拟输入端5+和5-，斩波驱动控制器运行信号输出端子、过热故障信号输出端子和igbt故障信号输出端子分别连接至plc1i2.3、plc1i2.7和plc2i4.0；各电源斩波模块的实时运行状态发送至plc控制器，以便发生异常时，plc控制器能够及时动作。

第一至第四电源斩波模块也分别串联快速熔断器rs4-rs7，快速熔断器rs4-rs7分别与plc2的i4.7、i5.0、i5.1、i5.2连接。

所述隔离升压变压器zlb、总电抗器lk1、整流器zl1和四个电源斩波模块集成于变压器柜和控制柜内，变压器柜内设置热敏电阻pt100，热敏电阻pt100经温度电压变换器ydb输出端wd和600端输出0—10v电压连接plc2模拟输入端0+和0-，在柜内温度异常时，plc控制器控制设备停机，另外，分别为两个柜门设置电子锁sq1、sq2，电子锁sq1、sq2与plc控制器输入端相连，将两个电子锁设为连锁，连锁信号连接至plc2的i3.1。

三相380v50hz交流电源经隔离升压变压器zlb升压后由整流器zl1整流为直流电，然后通过调节电源斩波模块一个周波内的导通时间和关断时间的长短来实现恒电流调电压，为了保证四路并联的电源斩波模块电流平衡和稳定为各支路分别串联了无铁心空心电感线圈，四个无铁心空心电感线圈分别为lk3-1、lk3-2、lk3-3、lk3-4，利用电感di/dt阻止电流变化，并为各支路设计电流反馈信号，该电流反馈信号通过变送器连接plc控制器，由plc控制器进行pid自动调节，电源斩波模块输出的电压连接至等离子炬的阳极和阴极，等离子炬设有三个阳极，分别为第一阳极、第二阳极和第三阳极，对应三个阳极设置三个引弧接触器km01-km03，第一阳极中间继电器pj7，连接plc1q0.6控制km01第一阳极分合闸，pj8是第二阳极中间继电器连接plc1q0.7控制km02第二阳极分合闸，pj9是第三阳极中间继电器连接plc1q1.0控制km03第三阳极分合闸

引弧接触器km01-km03通过plc控制器进行自动投切。三相380v50hz交流电源进线连接相序器xj-d输入端，相序器xj-d输出端连接plc控制器输入端，当电网故障相序异常时通过plc实现自动化控制。

为实现设备对等离子炬的全方位智能控制，在等离子炬冷却水管路上设置压力开关lsp、温度开关lst及流量开关lsw，压力开关lsp、温度开关lst及流量开关lsw，均与plc控制器相连，一旦有参数异常，plc控制器立即发送报警信号，对应等离子炬的等离子发生器设置发生器气压传感器fsp和发生器故障继电器fgz，发生器故障继电器fgz线圈接入等离子发生器供电回路，发生器故障继电器fgz常开触点和气压传感器fsp均连接plc控制器输入端，如果等离子发生器故障不工作，发生器故障继电器fgz常开触点吸合，发送故障信号，如果等离子发生器气压或气流异常，由气压传感器fsp向plc控制器发送报警信号，以便及时停止等离子炬的工作。