[实用新型]大功率臭氧发生装置的级联电源及控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及到臭氧发生设备领域，特指一种专供介质阻挡放电(DBD)臭氧发生装置使用的大功率臭氧发生装置的级联电源及控制系统。

背景技术

臭氧具有广谱杀菌能力，它消毒效率高、除色、臭味快而且无二次污染，在供水系统的水处理、污水处理、中水回收及消毒等领域得到广泛的应用，但臭氧不能存储和运输，只能在应用的现场生产，因此臭氧发生装置成了上述行业的重要设备。在技术先进的国家，臭氧已得到非常广泛的应用，单台臭氧发生装置的臭氧发生量已达到400～500kgO₃/h，欧洲一些国家已经立法规定，供水系统的水处理必须采用臭氧消毒工艺，我国臭氧行业起步较晚，国产单台臭氧发生装置的臭氧发生量大多在0.1～2kgO₃/h，单台发生量最高只有20kgO₃/h。我国也进口了少量的单台产量100kgO₃/h以上的臭氧发生装置，但价格昂贵；显然，靠进口设备来在我国推广臭氧的应用是不现实的。

介质阻挡放电(DBD)是当前大规模生产臭氧的唯一的方法，直接从工频电网供电的方法已被淘汰，因为它的效率低，而且给电网带来大量的谐波，利用电力电子器件组成的变频电路是当前普遍采用的方案，但用现有的方案生产单台产量50～100kgO₃/h以上的臭氧发生装置的电源就存在较大的困难。第一个困难是不能方便地购置大容量的电力电子器件，目前市场上能方便得到的IGBT大约在600A、1700V左右的水平，如果采用现在常用的单台单相全控逆变桥，最大输出功率只有200～300kW，按每1kgO₃/h的臭氧产量要求电源功率为10～20kW计算，用这种电源只能生产单台产量为10～30kgO₃/h的臭氧发生装置。如果坚持用单台逆变桥的方案，首先可选用更大的IGBT，但其价格急剧增加，其驱动保护等技术要求更高，可靠性也就降低。其次采用多管串联或并联也是一个解决办法，但其均流和均压至今仍是电力电子领域待解决的难题。第二个困难是电源的调节和控制技术尚不成熟，这种电源的控制系统的主要要求是在保证臭氧转换效率的前提下，根据所需的臭氧发生量来调节电源的输出功率，并能消除外界的扰动对电源的影响，使臭氧发生装置平稳地工作，特别是要防止因电网电压波动等因素使发生管承受过高的电压而击穿。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提出一种结构简单、成本低廉、采用级联逆变电路以提高输出电压和功率、同时对串联的各个逆变桥采用分布式计算机控制的大功率臭氧发生装置的级联电源及控制系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出的解决方案为：一种大功率臭氧发生装置的级联电源及控制系统，其特征在于：它包括工频配电电路、三相整流变压器、一个以上的变频器、电感以及控制系统，所述工频配电电路接入三相电源后经三相整流变压器与变频器的输入端相连，一个以上的变频器的输出端串联后通过电感与臭氧发生装置相连，所述变频器包括依次相连的整流桥、滤波电感、电容器以及单相全控逆变桥。

所述控制系统包括主控制器、通信单元以及一个以上的分控制器和驱动器，主控制器通过通信单元与一个以上的分控制器的输入端相连，分控制器的输出端与驱动器相连，分控制器的反馈信号输入端通过电流互感器与变频器中的单相逆变桥输出端相连。

所述主控制器和分控制器构成两级分布式计算机控制系统，利用逆变器输出电流实现各个串联逆变器的同步和协调，所采用的光纤通信或光电隔离只要求两个讯道，而且通讯系统无须对逆变器的波形进行实时控制。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1、本发明采用多个变频器组成级联逆变电路，每级的IGBT承受的电流和电压强度低，不但元器件的选择方便而且价格低廉，无均流均压要求，任何一级的损坏不会影响其它级的工作，可以很方便地采用n+1备份方案，提高了电路可靠性及稳定性；

2、本实用新型的调节系统保证臭氧转换效率的前提下，可根据所需的臭氧发生量来调节电源的输出功率，并能消除外界的扰动对电源的影响，使臭氧发生装置平稳地工作，特别是能防止因电网电压波动等因素使发生管承受过高的电压而击穿；

3、本实用新型的控制系统采用一个主控制器和多个分控制器的设计，使臭氧发生装置使用的级联电源成为一个分布式计算机控制系统，同时主控制器与多个分控制器之间采用光纤通信或光电隔离单元；