專利名稱：直流電弧點火槍的電源的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種直流電弧點火槍的電源，直流電弧點火槍使用放電電弧加熱工作氣體，并產生出等離子體，然后等離子體穿過包括點火槍空心陽極的噴嘴。該等離子體可用來點燃可燃燒的燃料，例如發電用的蒸氣蒸發式鍋爐中的粉化煤。該等離子體也可在點火以前加熱燃燒室，并保證燃料的穩定燃燒。
這樣一種電弧點火槍可能需要的電壓范圍為0至1000伏，電流范圍為100至300安，也即電功率的范圍為0至300KW。
在直流電弧點火槍中產生放電電弧時產生的特殊問題之一是電弧具有大的陽極至陰極的電壓降以及大的電壓波動幅度。通常，電弧具有反向電壓-電流關系，并當電流上升時，電弧上的電壓降下降。其結果是，對于電源必須用限制電弧電流來對電壓的下降作出響應。
一種公知的電源是在交流供電干線每一相中使用一個晶閘管或一個可控硅整流器(SCR)。至少在任何給定時刻有兩個晶閘管處于導通，并將電流傳輸到一個電感，該電感儲存能量并將輸出平波。這些晶閘管依次地被導通，并借助一個預計值控制電路控制平均電流，該控制電路用以預示以下周期所需的電流。晶閘管在下一電流過零點到來時關斷。
這種電源具有多種缺點。首先，僅當晶閘管被觸發導通的時刻才施加控制。這意味著電流控制有三分之一供電周期的平均時延(當在三相電源的每相中使用一個晶閘時)。這就引起了電流具有一個能被控制的最大變化率。其結果是電感必須足夠的大，才能限制在大變化率時電流的波動。這是很重要的，因為電流過零才熄滅電弧，大的電流峰值會導致電極的損壞。這樣就大大增加了電源的成本。
其第二個缺點是基于以下的事實開關的控制是預測性的，是由計算的估計產生的，而非由在任何給定時刻的真實電流客觀地確定出來的。
根據本發明，提供了一種用于直流電弧點火槍的直流電源，它包括一個可控開關及一個電感，在工作時，它們在電路中與直流電源及一個電弧點火槍串聯連接;
一個續流二極管，在工作中當開關導通時被反向偏置，而在開關關斷時正向偏置，以維持該經電弧及電感的電流;
一個開關驅動器，用以使開關周期性地導通與關斷;及具有一個電流傳感器的反饋電路，該電流傳感器與該電路相連接并與開關驅動器相連接，用以根據流過電弧的電流控制開關的導通比。
該電路使用直流電輸入并控制它，以提供所需的電弧電流。
其優點在于所產生的電流與電弧電壓波形無關，而電流是由實時工作的反饋電路決定的，而非是一種預計值控制器。這就使得控制更加精確及靈敏。此外利用使開關工作在此由50赫茲電源所能獲取的頻率更高的頻率上，故使來自于一給定的傳統供電電源的電流波動得以下降。如果使用較高的工作頻率，也就能獲得電感尺寸的減小。
使用整流的直流電的另一優點在于甚至在供給大電流時仍可以維持電壓的幅值，于是多個點火槍可以使用一個直流電源。如果使用了應用本發明的多個直流電源，可以利用控制它們相對的開關時間，例如使用微處理機進行控制，使返回到電源的諧波下降到最小。
在一個實施例中，開關驅動器包括一個單穩多諧振蕩器，該單穩多諧振蕩器由一個時鐘信號發生器供給信號，開關在該時鐘信號的每個周期中導通及關斷。反饋電路設計成如果流過電弧的電流幅值增加時，就減小單穩的導通比。
電流傳感器最好選用霍耳效應器件，它比電感式傳感器的優點在于它能提供既包含電流中交流成份又包含電流中直流成份的信號。
以下將僅以例子的方式描述本發明，并參照以下的附圖

圖1實施本發明的電弧點火槍供電電源電路慨圖;
圖2根據本發明實施例的一個開關驅動器及反饋電路慨圖。
現在參照圖1，電源1包括一個開關2及一個帶空氣隙的電抗器(電感)3，它們串聯于直流電源的正端4與電弧點火槍6的陽極之間。電弧點火槍6的陰極7與電源的負端8相連接。續流二極管9連接在開關2與電感3的結點與電源負端8之間。開關驅動電路10使開關導通與關斷，包括與流經電感3及電弧點火槍6的電流相連系的霍耳效應電流傳感器件12的反饋電路11用于控制由開關驅動器10提供的信號。
直流電源由三相交流供電干線經過傳統的整流與平波形成。
開關2導通與關斷的功能是將直流電源輸出的平均值調低。當開關2導通時，電流從電源出發流經電感3及電弧點火槍6。當開關2關斷時，電流繼續流過電感3及電弧點火槍6，但是被吸收流經續流二極管9。事實上，在開關2導通時儲存在電感3中的能量用于在開關2關斷時維持電流流經電弧。在電感中儲存的能量將逐漸地消耗在由電弧、電感上的電阻及續流二極管的正向電阻組成的全部電阻上，其中以電弧電阻為主。
在第一個實施例中，開關2包括一系列并聯連接的大功率MOS場效應管。已經證實，當并聯連接具有20%的電流下降損失時工作良好。這些MOS場效應管與多個續流二極管在一起可以采用水冷或是風冷結構的低電感導體連接形式。
現在參照圖2，較詳細的對該實施例中開關驅動電路10與反饋電路11加以描述。開關驅動電路10包括一對以推挽式關系連接的晶體三極管13，它們用其公共基極與單穩態多諧振蕩器14連接。單穩態多諧振蕩器14由時鐘信號發生器15供給例如2KHz的信號，單穩的導通時間由一電位器16控制，該電位器的值選擇得在50%至95%導通比范圍中關斷單穩。
反饋電路11包括一個比較器17，它接收來自于電位器18的第一輸入及在其反相端接收來用電流傳感器12的第二輸入。電流傳感器12輸出的電壓波形與通過該傳感器體的導體上攜帶的電流相對應。該電壓波形帶有電流的直流及交流成分。
比較器17在電流傳感器12產生的波形超過電位器18上整定電壓時就產生出一個輸出，用以禁止單穩14。這就引起使驅動晶體管13打開開關2。開關2，保持打開直到下一周期開始。如果電弧電阻增加，由傳感器12產生的信號將以較長時間才達到參照電壓值，并且導通比也就加大了，以使得開關2保持閉合較長的時間。驅動電路導通比的變化可以考慮成通過開關2平均電流的控制。
雖然本發明參照專門的實施例加以說明，但應看到它還可以許多其它的方式加以實施。例如，可應用一個或多個門極可關斷晶閘管(GTO)取代MOS場效應管或大功率晶體管。當然，適合的開器件的緩沖保護應根據需要包括在其中。
權利要求
1.用于直流電弧點火槍的電源，包括一個可控開關及一電感，在工作時，它們在電路中與直流電源及電弧點火槍串聯連接；一個續流二極管，在工作中當開關導通時被反向偏置，而在開關關斷時正向偏置，以維持流經電弧及電感的電流；一個開關驅動器，用以使開關周期性地導通與關斷；及一個具有電流傳感器的反饋電路，該傳感器與該電路連接并與開關驅動器相連接，用以根據流經電弧的電流控制開關的導通比。
2.根據權利要求1的電源，其中開關驅動器包括一個由時鐘信號發生器供給信號的單穩態多諧振蕩器，并且開關在時鐘信號的每個周期中導通及關斷。
3.根據權利要求1或2的電源，其中電流傳感器是一個霍耳效應器件。
4.根據權利要求1或2的電源，其中電感是一個帶空氣隙的電抗器。
全文摘要
用于直流電弧點火槍的直流電源(1)包括一個可控開關(2)及一個電感(3)，在工作時它們在電路中與直流電源及一電弧點火槍(6)相串聯連接；一個續流二極管(9)，在工作中當開關(2)導通時被反向偏置，而在開關(2)關斷時正向偏置，以維持流經電弧及電感的電流；一個開關驅動器(10)，用以使開關周期性地導通與關斷，一個具有電流傳感器(12)的反饋電路(11)，該傳感器與該電路相連接并與開關驅動器(10)相連接，用以根據流經電弧的電流控制開關的導通比。
文檔編號H05B7/144GK1058087SQ91105019
公開日1992年1月22日 申請日期1991年6月14日 優先權日1990年6月15日
發明者B·坎貝爾 申請人:悉尼大學, 新南威爾士州電力委員會