電除塵用高頻高壓電源的研制.pdf

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1、電除塵用高頻高壓電源的研制魏云峰(GenvoltNewRoad,Highley,Bridgnorth,Shropshire,UK)摘要高壓開關(guān)電源已經(jīng)廣泛應(yīng)用到很多領(lǐng)域，最近幾年在電除塵應(yīng)用方面也得到了較大的發(fā)展。本文提出了我們對(duì)設(shè)計(jì)高壓開關(guān)電源的一些思考，并扼要介紹了我們最新研制的用于電除塵的32kW高頻高壓開關(guān)電源。11前言1前言近幾年，大家已經(jīng)開始認(rèn)識(shí)到高頻高壓開關(guān)電源用于電除塵的一些突出的優(yōu)點(diǎn)。很多研究報(bào)告也都顯示高頻高壓開關(guān)電源能夠顯著提高除塵的效率，能夠大大提高功率因素。在間歇方式工作時(shí)，由于其關(guān)斷和開通時(shí)間大大縮短，因而可以更有效的處理反電暈及提高高比電阻粉塵的收集能力，等等

2、。然而與其他應(yīng)用領(lǐng)域有所不同，電除塵的環(huán)境及其負(fù)載特性對(duì)高頻高壓開關(guān)電源提出了極為苛刻的要求。首先是電除塵用高頻高壓電源只能安裝在室外而且置于房頂，電源的設(shè)計(jì)必須考慮溫度，濕度，海拔高度，灰塵等因素的影響。僅溫度一項(xiàng)就極為棘手。眾所周知，電子元件都是由許許多多的PN節(jié)構(gòu)成，而PN節(jié)溫度最高只能為125攝氏度，少有可達(dá)150度。高于此溫度則立刻燒毀。溫度越是遠(yuǎn)離此上限溫度，則工作越可靠。這就要求電除塵用高頻高壓電源的溫升盡可能低。負(fù)載特性是電除塵電源有別于其他應(yīng)用的又一個(gè)特點(diǎn)。除了負(fù)載的動(dòng)態(tài)變化范圍大之外，電源必須能承受多達(dá)每秒一次的頻繁放電也是一個(gè)苛刻的要求。對(duì)電除塵電源的控制也和其他的高

3、壓開關(guān)電源很不一樣。常規(guī)的高壓電源追求低紋波，高穩(wěn)定度，好的線性或負(fù)載調(diào)整率等，基本上是一個(gè)電壓源。用于電除塵的高壓開關(guān)電源輸出特性更像一個(gè)電流源，同時(shí)又希望能夠任意設(shè)置電壓的波形，響應(yīng)速度快，過沖小，耐受頻繁的火花放電。22電除塵用高頻高壓電源設(shè)計(jì)上的考慮2電除塵用高頻高壓電源設(shè)計(jì)上的考慮見諸有關(guān)資料的用于電除塵的高壓開關(guān)電源各有特色。電路上大致可分為功率輸入部分，逆變部分，升壓整流輸出部分以及對(duì)電源的控制部分。2.12.1電源功率輸入部分2.1電源功率輸入部分高功率的電源都采用三相輸入，不可控三相整流，濾波。功率因素都較工頻單相電源有很大改善。2.2功率逆變功率逆變部分而言，普遍采用四

4、開關(guān)管H型橋式結(jié)構(gòu)。為提高工作頻率，也有多個(gè)小功率高速開關(guān)管并聯(lián)或多個(gè)H橋逆變器并聯(lián)?？刂品绞絼t有定頻變脈寬調(diào)制（PWM），移相變脈寬調(diào)制或定脈寬變頻調(diào)制（PFM）等幾種。PWM方式的優(yōu)點(diǎn)是有成熟的定量的分析方法，電源特性好，逆變器無環(huán)流，通態(tài)損耗低。由于頻率固定，電磁干擾也比較容易解決。缺點(diǎn)是開關(guān)器件有關(guān)斷損耗。前些年由于逆變器件關(guān)斷損耗大，很難做成20kHz以上的高功率逆變器。然而近年來隨著低開關(guān)損耗器件的普及，這一問題已逐步得到解決。由于高壓變壓器不可避免存在分布電容，PWM方式也可以利用該分布電容構(gòu)成并聯(lián)諧振逆變器，從而進(jìn)一步降低關(guān)斷損耗。PFM方式比較適合電除塵用高頻高壓電源的應(yīng)

5、用，尤其在紋波，穩(wěn)定度等要求不高的場合。高壓變壓器漏感通常都必較大，但在PFM方式的逆變電路中，變壓器漏感卻可以和外加電容電感一起構(gòu)成串聯(lián)諧振電路。通過改變逆變器的工作頻率就可以改變輸出電壓。1電除塵電源對(duì)紋波要求不高，功率通常比較高。串聯(lián)諧振電路非常適合此一領(lǐng)域的應(yīng)用。工作頻率始終只有諧振頻率的一半以下時(shí)，逆變器的電流峰值高但有效值較低，輸出電壓上升率會(huì)受到一定的限制。另外特征阻抗較電流連續(xù)狀態(tài)低，在同樣過載條件同樣工作頻率下，逆變器過載電流偏大。因此工作頻率工作在諧振頻率的0.8倍左右時(shí)，可以改善以上缺點(diǎn)。2.32.3升壓高壓整流輸出2.3升壓高壓整流輸出升壓整流輸出部分，電除塵用高頻

6、高壓電源采用升壓變壓器配合直流倍壓電路來得到所需要的高壓。在保證輸出電壓及性能時(shí)盡可能降低高壓變壓器的輸出電壓。這樣做的原因有幾條：一是高變比時(shí)，影響電路性能。二是高頻變壓器鐵心（磁芯）窗口很小，輸出電壓受空間限制不能太高。三是不利于散熱。電除塵高壓電源由于放電比較頻繁，有不少設(shè)計(jì)努力采用僅靠變壓器升壓，整流來獲得需要的高壓，勢必大大增加高頻變壓器的制造度。2.42.4電源的控制2.4電源的控制電源的控制部分而言，其實(shí)可以分為兩個(gè)層面：一個(gè)層面是對(duì)電源本身的控制，比如恒壓特性，恒流特性，負(fù)載調(diào)整特性，輸入調(diào)整特性，方波響應(yīng)，紋波控制以及各種保護(hù)等。另一個(gè)層面是控制電源以期達(dá)到我們的要求，比

7、如如何使其工作在放電臨界態(tài)，如何使其工作在間歇狀態(tài)，峰值電壓的設(shè)置，谷值電壓的設(shè)置，間歇時(shí)間的設(shè)置，上升率的設(shè)置，等等。3400mA,80kV3400mA,80kV高壓開關(guān)電源的研制3400mA,80kV高壓開關(guān)電源的研制我們在多年研制、生產(chǎn)高壓開關(guān)電源的基礎(chǔ)上，結(jié)合電除塵的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)了32kW高頻高壓開關(guān)電源。3.13.1主要設(shè)計(jì)指標(biāo)3.1主要設(shè)計(jì)指標(biāo)：：：：存儲(chǔ)溫度:-40°Cto+70°C工作溫度:-30°