CN103326591A - 一种介电材料加热用高频高压发生器 - Google Patents

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一种介电材料加热用高频高压发生器，属于高频高压发生器技术领域，具体涉及一种利用介电损耗和电阻损耗对介电材料进行复合加热的高频高压发生器，可用于将固体燃料加热至裂解温度。主要由整流装置、脉冲式稳流器、谐振式电流逆变器三个部分组成。最后，获得的高频交流电经由升压变压器升压后即可获得频率为75kHz，电压最高可达8kV的高压高频电。从而可以实现对油页岩样品的加热，加热2个小时后，热电偶测量电极中间区域的温度达到300℃。

Description

一种介电材料加热用高频高压发生器
技术领域
本发明属于高频高压发生器技术领域，具体涉及一种利用介电损耗和电阻损耗对介电材料进行复合加热的高频高压发生器，可用于将固体燃料加热至裂解温度。
背景技术
为利用介电损耗和电阻损耗加热介电材料必须使用大功率高频发生器。由于材料的电阻率大，介电常数高，而且随着加热而改变，因此给高频发生器提出了很高的要求。
发明内容
研究一种可在输入功率不变的情况下，将大体积介电材料加热至500～600°C的高频高压发生器。
如图1所示，本发明所述的介电材料加热用高频高压发生器由整流装置、脉冲式稳流器、谐振式电流逆变器三个部分组成。
如发生器原理图2所示，整流装置由VD1-VD4四个二极管和C1、C2两个电容组成。VD1的阳极与VD3的阴极相连，VD2的阳极与VD4的阴极相连，VD1的阴极与VD2的阴极相连，然后与并联的电容器C1和C2的一端相连，VD3阳极和VD4的阳极相连，然后与并联的电容C1和C2的另一端相连。输入电源的火线接入VD1的阳极，零线接入VD2的阳极，VD2的阴极和VD4阳极间输出电压为300V的直流电。电容器C1和C2将进一步过滤掉二极管输出信号中的毛刺，从而输出更平滑的300V直流电。
脉冲式稳流器由VD5、VD6、VD7三个二极管，变压器TV1，三极管VT1、电容C3，电流互感器TA1和芯片CS组成。二极管VD6的阴极与VD7的阴极相连，然后两者的阳极分别与变压器TV1的两个输入端相连，起到保护变压器的作用。三极管VT1的集电极与二极管VD6的阳极相连，发射极接地，基极与芯片CS相连。电压经过变压器TV1后将变为1kV的交流电。二极管VD5的阳极与变压器TV1的一个输出端相连，二极管VD5的阴极与电容C3的一端相连，电容器C3的另一端与变压器TV1的另一个输出端相连。TV1输出的1kV交流电经过VD5和C3的整流和滤波作用后将变为1kV直流电。二极管VD5的阴极和电容C3的一端相连后再与电流互感器TA1的一端相连，同时，TA1的两端与芯片CS相连，起到输出电压反馈，进而控制三极管VT1关闭或开启的作用。因此，脉冲式稳流器最后将输出1kV直流电。
谐振式电流逆变器由VT2、VT3、VT4、VT5四个IGBT、变压器TV2、电感L1和芯片CS组成。VT2的发射极同时与TV2一个输入端和VT4的集电极相连，其集电极与从脉冲式稳流器引出的火线相连，栅极与芯片CS相连。VT3的集电极也与火线相连，发射极同时与VT5的集电极和TV2的另一个输入端相连，栅极与芯片CS相连。VT4和VT5的发射极同时与从脉冲式稳流器引出的零线相连，栅极也与芯片CS相连。TV2的一个输出端需接入电感L1，起到保护作用。从脉冲式稳流器输入的1kV直流电经过在四个IGBT中的振荡和TV2的升压作用后将变为频率为75kHz，电压为8kV的高压高频电。
附图说明
图1：本发明所述的高频高压发生器结构框图；
图2：高压高频发生器原理图。
图2中，RU，PCS和RCT+T分别是整流装置、脉冲式稳流器和谐振式电流逆变器+变压器的电路示意图，图中各器件的规格参数如表1所示。
具体实施方式
实施例1：
表1：本发明所述的高压高频发生器中各元器件性能指标及参数：
Figure BDA00003399455900021
Figure BDA00003399455900031
发生器的工作方式为：整流器首先将输入交流电（220V，50Hz）转换为300V直流电。转换开关接通电源。输入滤波器可避免电网中的噪音影响设备运转，同时也可以避免设备中产生的噪音进入电网中。保护电路可避免整流器出现过载（电流过高、电压过高或短路）。平滑滤波器可避免电压出现波动，超过设定值。
脉冲式稳流器可保证从发生器通入负载的电流的稳定性。其主要部分是功率变换器，它受控制电路的控制，将给定的能量通入输出平波滤波器中。电流通过传感器从反馈电路通入到控制电路后便可确定出能量大小。
谐振电流逆变器将把脉冲式稳流器输出的1kV直流电变为75kHz的高频交流电。其基础结构是一个桥式谐振变换器。控制电路将给定开关连接断开的频率，实现对变换器的控制。输出变压器的电感和负载的电容将形成一个具有特殊谐振频率的串联振荡电路。输出变压器和电极系统的选择需保证该振荡电路的频率与控制系统为桥式谐振变换器开关设定的频率相近。这样的话，部分负载电流将为正弦形式。
最后，获得的高频交流电经由升压变压器升压后即可获得频率为75kHz，电压最高可达8kV的高压高频电。
为加热介电材料，频率需达到10～100kHz。高频率下，输出变换器的谐振模式可保证极高的负载功率。
材料加热过程中，介电损耗和电阻损耗都会随着温度的升高而增加。由于脉冲式稳流器的作用，负载上的电流将保持稳定，从而保证不同的加热区间内都可用一台发生器进行加热。
实施例2：
1.选择一块边长约为40cm，高约20cm的油页岩样品作为对象进行加热实验；
2.电极天线场的形式为正四边形，在四个角上分别打工作井1，井深贯穿油页岩样品，然后插入直径约为1cm，长约为30cm的圆柱形铜电极，正四边形的边长为15cm，同侧电极之间用高压电缆同一极相连；
3.利用高压电缆将电极与高压高频电源相连；
4.向电极中通入8kv，75kHz的交流电压；
5.加热2个小时后，热电偶测量电极中间区域的温度达到300°C。

Claims (1)

1.一种介电材料加热用高频高压发生器，其特征在于：由整流装置、脉冲式稳流器、谐振式电流逆变器三个部分组成；
整流装置由VD1、VD2、VD3、VD4四个二极管和C1、C2两个电容组成，VD1的阳极与VD3的阴极相连，VD2的阳极与VD4的阴极相连，VD1的阴极与VD2的阴极相连，然后与并联的电容器C1和C2的一端相连，VD3阳极和VD4的阳极相连，然后与并联的电容C1和C2的另一端相连；输入电源的火线接入VD1的阳极，零线接入VD2的阳极，VD2的阴极和VD4阳极间输出电压为300V的直流电；电容器C1和C2将进一步过滤掉二极管输出信号中的毛刺，从而输出更平滑的300V直流电；
脉冲式稳流器由VD5、VD6、VD7三个二极管，变压器TV1，三极管VT1、电容C3，电流互感器TA1和芯片CS组成；二极管VD6的阴极与VD7的阴极相连，然后两者的阳极分别与变压器TV1的两个输入端相连，起到保护变压器的作用；三极管VT1的集电极与二极管VD6的阳极相连，发射极接地，基极与芯片CS相连；电压经过变压器TV1后将变为1kV的交流电；二极管VD5的阳极与变压器TV1的一个输出端相连，二极管VD5的阴极与电容C3的一端相连，电容器C3的另一端与变压器TV1的另一个输出端相连；TV1输出的1kV交流电经过VD5和C3的整流和滤波作用后将变为1kV直流电；二极管VD5的阴极和电容C3的一端相连后再与电流互感器TA1的一端相连，同时，TA1的两端与芯片CS相连，起到输出电压反馈，进而控制三极管VT1关闭或开启的作用；因此，脉冲式稳流器最后将输出1kV直流电；
谐振式电流逆变器由VT2、VT3、VT4、VT5四个IGBT、变压器TV2、电感L1和芯片CS组成；VT2的发射极同时与TV2一个输入端和VT4的集电极相连，其集电极与从脉冲式稳流器引出的火线相连，栅极与芯片CS相连；VT3的集电极也与火线相连，发射极同时与VT5的集电极和TV2的另一个输入端相连，栅极与芯片CS相连；VT4和VT5的发射极同时与从脉冲式稳流器引出的零线相连，栅极也与芯片CS相连；TV2的一个输出端需接入电感L1，起到保护作用；从脉冲式稳流器输入的1kV直流电经过在四个IGBT中的振荡和TV2的升压作用后将变为频率为75kHz，电压为8kV的高压高频电。
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