[发明专利]等离子点火大功率开关电源

说明书

所属技术领域

本发明步及一种煤粉锅炉点火用开关电源，特别是在煤粉锅炉点火、稳燃、助燃时直接点燃煤粉用等离子点火大功率开关电源。

背景技术

目前，电站燃煤锅炉启动时通用的点火方式是：先用点火装置点燃燃油燃烧器进行升温、升压，当锅炉各相关参数达到投粉要求时，启动制粉系统和煤粉燃烧器，实现带负荷运行；当锅炉负荷降低到50％左右时，还须投油稳燃才能保证锅炉正常运行。据统计，电力系统每年用于电站锅炉点火、稳燃、助燃用油高达近千万吨，占全国总燃油量的15％，价值数百亿元，消耗了大量燃油资源。

近几年来，国内外一些科研单位和企业，致力于研究等离子点火系统用于燃煤锅炉的点火和稳燃，其等离子点火燃烧装置在一些电厂得到运用，但也存在不少问题，在等离子电源上存在的主要问题是：其使用的电源为可控硅整流电源，需要大功率的工频隔离变压器和电抗器，庞大而笨重；可控硅整流电源的电力电子器件工作在工频，响应速度慢；隔离变压器和电抗器的体积大，工作频率低，损耗大，造成电源的效率偏低。

发明内容

为了克服现在等离子点火电源的上述问题，本发明提供一种响应速度快、体积小、工作频率高、效率高的等离子点火大功率开关电源。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该等离子电源，设定工作电流，设定的电流信号经过主控制器同时控制多组并联的电源模块，每一组独立的电源模块按照主控制器分配的电流信号输出电流，最后并联输出正常的工作电流；

单组电源模块化；多组电源模块并联的工作方式；多组电源模块并联的均流方式为主从方式；单组电源模块的控制模式为平均电流模式；功率冗余技术。

单组电源模块化，每个电源模块的体积及输入、输出接口完全相同，便于电源模块的更换、维修、扩展。

多组电源模块并联的工作方式，并联的电源模块输出端连接在一起，每一组电源模块的输入端均与主控制器连接，受主控制器的控制，主控制器的输入信号与每一个电源模块的反馈信号混合后控制电源模块的输出电流，电源模块的输出电流被均衡分配，每一组电源模块的输出端均连接在一起，为电源的输出端。

多组电源模块并联的均流方式为主从方式，在系统中设置一个主控制器，在主控制器设定各电源模块的控制电流，用来控制各个模块电源的输出电流，控制输出电流相等。

功率冗余技术，提高可靠性，开关电源采用N+1个电源并联构成的电源向负载供电，每个电源的功率为负载所需功率的1/N，当某一组电源发生故障时，供电不中断，仅仅是最大供电能力有所下降，不会严重影响负载的正常工作。

单组电源模块的控制模式为平均电流模式，在输出电压闭环的控制系统中，增加电流反馈控制，平均电流模式控制采用PID调节器作为电流调节器，并将调节器输出的控制量与锯齿波信号相比较，得到周期固定、占空比变化的PWM信号，用以控制开关的通与断。

单组电源模块的开关器件采用IGBT代替可控硅，变压器采用纳米晶磁性材料，电抗器采用非晶材料，冷却方式为强制风冷；输出电压在300V以上，输出电流在300A以上，功率为25KW，工作频率为20KHZ；采用N+1个开关电源多组并联的方式向负载供电，每个电源的功率为负载所需功率的1/N。

单组电源模块由整流二极管(2)、电容(3)、IGBT(4)、高频变压器(5)、高频整二极管(6)、电抗器(7)、保护控制驱动电路顺序电连接构成，三相交流经6个整流二极管整流和电容滤波后变成直流，再由4个IGBT组成的全桥电路逆变器逆变成高频交流方波脉冲电压，逆变器输出经高频变压器隔离并变换成合适的交流电压，经过14个高频整流二极管整流和电抗器滤波变成所需要的直流输出电压，提供给等离子弧。

有益效果：由于采用了上述技术，采用多组开关电源并联的工作方式，功率扩展容易；采用功率冗余技术，提高可靠性；输出为高电压、大电流；采用PID控制PWM的脉冲宽度；采用主从方式均流；输出为恒流特性。本发明达到了如下效果：体积减小，重量轻；工作频率高，响应速度快；损耗很小，工作效率高。

在电源模块的输出电压闭环的控制系统中，采用电流反馈控制，电流反馈模式控制有以下几个优点：系统的稳定性增强，系统动态特性改善，具有快速限制电流的能力。

由于开关电源的开关器件采用IGBT代替可控硅，其工作频率在20KHZ以上，工作频率提高了400倍以上，由于电源工作频率的提高，可以使电源的体积减小，重量减轻；