Durag高压脉冲点火器在净化厂的应用

刘海泉 张熙川 李良伦 顾胜前

(重庆天然气净化总厂，重庆 408324)

Durag高压脉冲点火器在净化厂的应用

刘海泉 张熙川 李良伦 顾胜前

(重庆天然气净化总厂，重庆 408324)

介绍Durag高压脉冲点火器的电路和点火原理，并总结了在天然气净化领域应用中日常维护和故障检修的要点。

高压脉冲点火器 原理 维护与检修

随着国家对环境保护的高度重视，高压脉冲点火器在污水处理、废气处理、天然气净化处理及硫磺回收等领域应用越来越广泛。在天然气净化厂的硫磺回收工艺中，高压脉冲点火器常用于主燃烧炉、废气焚烧炉及火炬等。

高压点火装置由整流电路、振荡电路、升压部件和放电电极组成[1]。目前，重庆天然气净化厂的Durag高压脉冲点火器，点火性能稳定、控制简单、点火能量大。在此，介绍Durag高压脉冲点火器的电路和点火原理，并总结在天然气净化领域应用中日常维护和故障检修的要点。

1.1 交直流变换

交直流变换是把220V/50Hz的交流电经桥式整流滤波转换为稳定的直流电。

1.1.1单相桥式整流原理

单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，如图1所示，其波形如图2所示。

图1 单相桥式交流转直流电路

图2 波形图

根据图2，输出是单相脉动电压，通常用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压为：

(1)

流过负载的平均电流为：

(2)

流过二极管的平均电流为：

(3)

二极管所承受的最大反向电压为：

(4)

1.1.2电容滤波原理

现以在单相桥式整流电路中并联一只电容滤波为例来说明。电容滤波电路如图3所示。若电路处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压V2给电容器C充电。此时电容C相当于并联在V2上，所以输出波形同V2，是正弦形。所以，在t1～t2时刻，二极管导电，电容C充电，VC=VL按正弦规律变化；t2～t3时刻，二极管关断，VC=VL按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。从图4所示的波形可以看出，经过滤波后的输出电压不仅变得平滑，而且平均值也得以提高。

图3 电容滤波电路

图4 电容滤波波形

电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多，工程上有详细的曲线可供查阅。一般采用近似估算法[2]，即用锯齿波近似表示为：

(5)

天然气净化厂所用Durag高压脉冲点火器的交直流变换电路，如图5所示。

图5 Durag高压脉冲点火器交直流变换电路

220V交流电由中心控制室控制现场的接触器K1使触点闭合，电流流过电源熔断丝F1后，由电容C1和C2进行高频滤波，电感L1和L2滤除电网中的噪声干扰(同时也防止其电源工作时产生的谐波干扰窜入其他电网形成污染)，C3再次进行高频滤波，得到较纯净的正弦波电压，加到桥式整流滤波电路，经整流桥进行单向桥式整流，电容C4滤波后获得平滑的约300V的直流电压。

1.2直交流变换

直交流变换(即高压点火变换器的作用)是将直流电变换成一定频率的交流电，按照驱动类型的不同，变换器分为它激式驱动和自激式驱动[3]。它激式驱动就是通过外加IC集成芯片为主电路提供驱动，其优点是电路工作原理简单，电路参数易于设计，工作性能可靠；而自激式驱动不需要外部IC，其驱动信号来自内部[4]。

此部分的变换就是典型的开关电源中的集成电路它激式开关部分(图5)。

整流滤波得到的约300V的直流电，再次经电感L3滤波加至脉冲升压器(即BV.73665 19 DT61 NK型开关变压器)的初级线圈的一端。另一端接至大功率NPN型开关管的集电极上。开关管基极连接的V1是由集成块MC14060B、电阻和电容组成的脉宽控制器(图5)，由脉宽控制器推动开关管的导通与截止，这样在升压变压器中形成交变磁场，通过升压器的次级线圈感应出交变电流，以约1kV的高压输出。图5中的R1、C8、D7组成的是尖峰吸收回路，可避免开关管在截止时因其集电极的尖峰电压过高而损坏[5]。

电路中的NPN型开关管型号为BUX48A，具有高电压性能、大电流输入输出和转换速度快的特点，被广泛用于开关电源模式，其主要参数如图6所示。

图6 开关管的主要参数

驱动开关管的脉宽控制芯片为MC14060B，是14位二进制移位计数器芯片，携带有振荡器缓冲区，可配置RC或晶体振荡器电路。该芯片具有复位功能，被应用于延时电路、计数器控制和分频电路。MC14060B的外形如图7所示，内部结构如图8所示。

图7 MC14060B的外形

图8 MC14060B的内部结构

利用MC14060B很方便地配置成RC振荡电路(图9)，电路中元器件选择的要求与振荡频率的计算式为：

(6)

if 1Hz≤f≤1kHz then 2Rtc

图9 RC振荡电路

改变振荡频率可以通过调节电容Ctc的参数，

要求电阻Rtc的阻值不超过1MΩ。

2 点火系统组成与工作原理

经过脉冲升压变压器升压后，进行高压半波整流、RC滤波、电感滤波并由一定频率的脉冲发生器控制可控硅的通断加至主燃烧炉中的点火枪，放电产生火花实现高能点火的目的，其结构框图[2]如图10所示，电路如图11所示。

图10 点火系统结构框图

图11 点火电路

脉冲变压器升压后分两路输出，一路为点火用的高压，另一路经半波整流滤波并由三端集成稳压器LM7812稳压12V后向辅助电路供电。产生的接近1kV的高压支路由5只高压整流管整流，这5只高压整流管相当于组成一支高压硅堆。

高压硅堆由多只高压整流二极管(硅粒)串联组成，是高压整流中将交流电变成直流电必不可少的器件，具有耐压高、耐冲击和可靠性高的特点，性能良好的高压硅堆的正向电阻在200kΩ以上，反向电阻达数百兆欧，其外形与结构如图12所示。

图11中，C6为高压滤波电容，此电容容量为4μF，承受额定直流电压为1 200V。Q2为单相可控硅，阳极与阴极正向连接，控制极与阴极被V2控制，V2是脉冲控制器，控制可控硅的通断，因此可控硅为无触点开关控制高压的输出。D8为续流二极管，与滤波电感、负载(点火枪)形成闭合回路，当可控硅截止时电感产生的高压电动势以续电流方式消耗，从而保护电路中元件不被损坏。Durag脉冲产品中用的单相可控硅与续流二极管为一体，其内部电路[2]如图13所示。

图12 高压硅堆的外形与内部结构

图13 Durag脉冲可控硅模块内部电路

单相可控硅的特性：当阳极接正向电压，阴极接反向电压，控制极与阴极之间接正向电压时(即控制电压)就会变成导通状态。一旦导通，控制电压便失去了对它的控制作用，不论有没有控制电压，也不论控制电压的极性如何，将一直处于导通状态。要想关断，只有把阳极电压降低到某一临界值或者反向。

根据可控硅特性与系统框图，当交流接触器使用220V交流电输入时，可控硅处于正向连接状态，当一个控制信号触发脉冲发生器使之产生高低电频的脉冲，脉冲的高电平加到可控硅的控制极，从而使之导通，高压就输出到主炉里的点火枪，可控硅就不再受脉冲发生器的控制。若要关断可控硅则使交流接触器切断220V交流输入。

图11中的R11是高压滤波电容泄放电阻，当220V交流电被切断时，高压电容通过泄放电阻R11放掉高压滤波电容中的剩余电荷，可控硅就被截止。实际电路板上是将泄放电阻直接并接到高压滤波电容的两个引脚上，其阻值较大。R3～R8串联达到一定的阻值进行分流起到电路保护的作用。R2是可控硅的限流电阻，因为当可控硅导通时，必定产生很大的冲击电流或是变压器的半个周期尖峰到来时有可能损坏整流管和可控硅，所以此电阻起限流作用，同时它与滤波电容组成了RC滤波器，是为了提高滤波效果。点火电路中的L4为滤波电感，滤除电路中的高频成分。

3 主要故障检修要点和方法

首先判断点火枪是否良好，接线是否牢固可靠。如果已检查点火枪是良好的，则故障在点火器上；如果点火器因某种原因烧坏，在没有新的点火器替换时，或是已有配件的情况下，可以按照下述方法进行检维修。

3.1交直流变换部分的检查

首先检查接触器上是否有220V交流电，由中控室给出输出控制信号，检查接触器上的220V交流电是否输入到点火器的交直流变换接线端，若无，则检查交流接触器的线圈是否烧断；若有则检查熔断丝是否熔断。若已断，说明电路中有严重短路现象，应拆下点火器单独供电，检查开关管集电极的300V直流电是否正常，若无300V直流电压，应检查开关管是否被击穿、滤波电容是否漏电或击穿、整流桥里的二极管是否被击穿。如果熔断丝没有断且无300V直流电压，说明整流滤波前级电路有开路故障，如整流桥被烧坏、电网滤波线圈被烧断。若整流电路有300V直流电，则说明整流滤波电路无问题。如果脉冲变压器次级无电压输出，则故障应在开关振荡电路，如开关管开路、振荡器的供电电路故障或被烧坏等。

3.2高压输出部分的检查

这部分电路器件不多，很容易检查元器件的好坏。如检查脉冲变压器次级线圈是否良好、用机械万用表检查高压滤波电容是否漏电或击穿及滤波线圈是否烧断、检查晶闸管是否良好、高压整流管是否烧断或击穿及电阻有无黑斑现象等。

4 结束语

Durag脉冲点火器在天然气净化厂使用时间比较长，故障率很低，由于产品都是进口的，其技术资料几乎没有。如果产品被烧坏，多数情况下是不计成本地换成新的设备。如果没有或来不及更换新的产品，或是有备用配件情况下，只要掌握其电路原理和故障检测方法，找到故障点，换上相应的配件点火器即可恢复正常工作，既提高了检修技能，又节约了新产品购置费。

[1] 张晓鹏,胡红利,周玉铭.几种进口燃烧机高压点火装置的比较[J].高压电器,2001,37(2):36～40.

[2] 童诗白,华成英.模拟电子技术基础[J].北京:高等教育出版社,2001.

[3] 刘晨阳.气体放电灯电子镇流器关键技术的研究[D].杭州:浙江大学,2005.

[4] 周军.高压自激点火变换器及其变压器的研究[D].南京:南京航空航天大学,2009.

[5] 张伯龙.典型开关电源电路分析与检修[M].北京:电子工业出版社,2011.

TH89

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1000-3932(2016)01-0100-05

2015-11-05(修改稿)