CN106160561A - 一种带磁能优化的高压脉冲电源电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带磁能优化的高压脉冲电源电路，包含第一至第二耦合电感、第一至第二谐振电感、耦合电容、谐振电容、阻尼电阻、GTO双向开关、晶闸管开关及反并二极管、除尘器、第一直流电源和第二直流电源，第一直流电源和第二直流电源通过第一至第二耦合电感耦合，输出加载在耦合电容两端。本发明采用脉冲高压电源拓扑，通过一次谐振产生脉冲高压波形，实现脉冲高压除尘；通过二次谐振，作用由一次谐振产生脉冲高压波形，减小电压拖尾、直流电压叠加、脉冲震荡等问题，适用于静电除尘供电场合，直流电压、脉冲幅值、脉冲频率、脉冲重复频率均可控，提高电源稳定性，大大提高除尘效率。

Description

一种带磁能优化的高压脉冲电源电路
技术领域
本发明涉及高压电源电路，尤其是一种带磁能优化的高压脉冲电源电路，属于环保设备技术领域。
背景技术
国家快速发展造就环境污染也日益加重。进入21世纪后，国家愈发重视大气污染的治理，相应出台各类大气排放标准。传统静电除尘设备已经不能满足现有的排放标准，静电除尘器的革新成为必然。其中高压电源是影响静电除尘器工作效果的关键。由于传统的工频电源和高频电源均属于恒流电源，高比阻及细微粒粉尘易引发反电晕和二次扬尘，损坏静电除尘器。
因此，国内外提出了几种脉冲电源，例如：GEESI 设计的通用电气宽脉冲，但是此类脉冲电源都存在不能对脉冲电压、脉冲宽度、脉冲重复频率单次的独立调节，同时存在火花率不受控制的缺陷，影响了静电除尘器的除尘效果。由丹麦Smith公司提出的四代脉冲电源可以对脉冲波形进行调节，但是存在不能优化脉冲波形，造成电压拖尾、直流电压叠加，脉冲震荡的问题，会严重影响脉冲电源的除尘效果及运行稳定性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种带磁能优化的高压脉冲电源电路，克服了脉冲电源电压拖尾、直流电压叠加、脉冲震荡的问题，实现了除尘器的高效运行。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种带磁能优化的高压脉冲电源电路，包含第一至第二耦合电感、第一至第二谐振电感、耦合电容、谐振电容、阻尼电阻、GTO双向开关、晶闸管开关及反并二极管、除尘器、第一直流电源和第二直流电源；
所述第一直流电源的正极接地，负极分别与第一耦合电感的一端、第一谐振电感的一端相连；
所述第一耦合电感的另一端分别和耦合电容的一端、谐振电容的一端、除尘器的负极接入端相连；
所述耦合电容的另一端分别和第二耦合电感的一端、第二谐振电感的一端相连；
所述第二谐振电感的另一端与第二直流电源的正极相连，第二直流电源的负极接地；
所述第二谐振电感的另一端通过晶闸管开关及反并二极管与除尘器的正极接入端相连，且除尘器的正极接入端接地；
所述第一谐振电感的另一端通过GTO双向开关和阻尼电阻的一端相连；
所述阻尼电阻的另一端和谐振电容的另一端相连。
第一直流电源和第二直流电源通过第一至第二耦合电感耦合，输出加载在耦合电容两端。
当所有开关器件都关闭时，由DC侧直流电源通过第一耦合电感给除尘器供电，供电电压为直流负极性高电压。
晶闸管及反并二极管开通后，除尘器与第二谐振电感、晶闸管开关及反并二极管构成谐振网络，在除尘器产生负极性脉冲高压，谐振完成，二极管过零自动关断。
谐振完成后，GTO双向开关开通，第一耦合电感与第一谐振电感、GTO双向开关、阻尼电阻、谐振电容构成新的谐振网络，使第一耦合电感内能量转移消耗在阻尼电阻上，同时DC侧直流电源通过新谐振网络给除尘器供电，使第一次谐振产生的负极性脉冲高压波形迅速恢复谐振前的直流负极性高压状态。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1. 采用脉冲高压电源拓扑，通过一次谐振产生脉冲高压波形，实现脉冲高压除尘。
2. 通过二次谐振，作用由一次谐振产生脉冲高压波形，减小电压拖尾、直流电压叠加，脉冲震荡等问题，实现除尘器电源的可靠，高效运行。
附图说明
图1是本发明的电路结构示意图；
图2是本发明中晶闸管及反并二极管(SW1)开通后到谐振结束时的工作示意图；
图3是本发明中GTO双向开关（SW2）开通到晶闸管及反并二极管(SW1)再次开通前的工作示意图；
图4是本发明中脉冲电源负载电压电流理想波形图；
图5是传统脉冲电源的负载电压波形图；
图6是本发明中脉冲电源的负载电压波形图；
图7是本发明中脉冲电源系统所用开关器件SCR驱动信号波形及GTO驱动信号波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
如图1所示，本发明公开了一种带磁能优化的高压脉冲电源电路，包含第一耦合电感LDC、第二耦合电感LPS、第一谐振电感LM、第二谐振电感L、耦合电容Ccouple、谐振电容CM、阻尼电阻RM、GTO双向开关SW2、晶闸管开关及反并二极管SW1、除尘器DCP、第一直流电源VDC和第二直流电源VPS；
所述第一直流电源VDC的正极接地，负极分别与第一耦合电感LDC的一端、第一谐振电感LM的一端相连；
所述第一耦合电感LDC的另一端分别和耦合电容Ccouple的一端、谐振电容CM的一端、除尘器DCP的负极接入端相连；
所述耦合电容Ccouple的另一端分别和第二耦合电感LPS的一端、第二谐振电感L的一端相连；
所述第二谐振电感L的另一端与第二直流电源VPS的正极相连，第二直流电源VPS的负极接地；
所述第二谐振电感L的另一端通过晶闸管开关及反并二极管SW1与除尘器DCP的正极接入端相连，且除尘器DCP的正极接入端接地；
所述第一谐振电感LM的另一端通过GTO双向开关SW2和阻尼电阻RM的一端相连；
所述阻尼电阻RM的另一端和谐振电容CM的另一端相连。
第一直流电源VDC和第二直流电源VPS通过第一耦合电感LDC、第二耦合电感LPS耦合，输出加载在耦合电容Ccouple两端。
当所有开关器件都关闭时，由DC侧直流电源VDC通过第一耦合电感LDC给除尘器DCP供电，供电电压为直流负极性高电压。
如图2所示，除尘器DCP可等效为电容与可变电阻并联的负载，所以当晶闸管开关及反并二极管SW1开通后，谐振电感L与晶闸管及反并二极管SW1、除尘器DCP及耦合电容Ccouple构成一次谐振网络。谐振初始电压为VPS电源电压。谐振正半周期，电流流过晶闸管，负半周流过反并二极管，晶闸管自动关断，谐振电压、电流都为标准正弦波形。谐振过程中，在除尘器DCP上产生负极性脉冲高压；谐振结束后，电路恢复初始状体，由DC侧直流电源VDC给除尘器DCP供电。
如图3所示，为GTO双向开关SW2开通到晶闸管及反并二极管SW1再次开通前工作示意图。一次谐振脉冲结束后，GTO双向开关SW2开通，一次脉冲期间，在除尘器DCP上电压形成脉冲高压，使得第一耦合电感LDC中电流变化，在第一耦合电感LDC、第二耦合电感LPS中形成多余磁能，通过开通GTO双向开关SW2，使得第一耦合电感LDC、第一谐振电感LM、GTO双向开关SW2、阻尼电阻RM及串联谐振电容CM形成二次谐振网络，将多余磁能转移小号在阻尼电阻RM上，同时DC侧直流电源VDC通过二次谐振网络给除尘器DCP供电，使电压快速稳定在晶闸管及反并二极管SW1开通前的电路初始状态。
如图4所示，为脉冲电源负载电压电流理想波形图，一次谐振网络谐振，在除尘器DCP产生的电压电流波形，理想状态如图4所示，理想状态忽略了一次谐振网络的线路阻尼、开关器件阻尼、第二谐振电感L上的阻尼，同时认为第一耦合电感LDC、第二耦合电感LPS在谐振时，无电压电流变化。而实际电路却不能忽略这些要素。
如图5所示，为传统脉冲电源的负载电压波形图。传统脉冲电源在除尘器DCP上产生的电压波形，由于实际系统的线路阻尼及开关管阻尼不可避免及耦合电感电压电流等要素，传统脉冲电源电压波形存在震荡及拖尾现象。负载电压波形有12%左右的超调，同时负载电压震荡衰减，持续10~50倍脉冲周期，电压震荡会引起除尘器不稳定，电压拖尾限制了脉冲重复频率最值，使得脉冲除尘器在重载下难以达到排放标准，改进系统势在必行。
因此，如图6所示，为本发明提出一种带磁能优化的高压脉冲电源电路的负载电压波形图，如图7脉冲电源系统所用开关器件SCR驱动信号波形及GTO驱动信号波形图所示，通过合理控制晶闸管及反并二极管SW1、GTO双向开关SW2开通关断，使得负载电压波形超调可控在1%内，电压拖尾可控在小于脉冲周期。本发明提出的一种带磁能优化的高压脉冲电源电路针对传统高压脉冲电路负载电压波形存在震荡及拖尾现象，使得该问题得到较好解决。
本发明一种带磁能优化的高压脉冲电源电路通过直流叠加脉冲的方式，提高了除尘效率，提高了电源利用率，实现节能减排，同时提出新的优化电路设计，优化了负载电压波形，使得除尘效率进一步提高，应用范围更广。该种一种带磁能优化的高压脉冲电源电路在新的大气排放标准下将有广阔的市场应用前景。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1. 一种带磁能优化的高压脉冲电源电路，其特征在于，包含第一至第二耦合电感（LDC、LPS）、第一至第二谐振电感（LM 、L）、耦合电容（Ccouple）、谐振电容（CM）、阻尼电阻（RM）、GTO双向开关（SW2）、晶闸管开关及反并二极管（SW1）、除尘器（DCP）、第一直流电源（VDC）和第二直流电源（VPS）；
所述第一直流电源（VDC）的正极接地，负极分别与第一耦合电感（LDC）的一端、第一谐振电感（LM）的一端相连；
所述第一耦合电感（LDC）的另一端分别和耦合电容（Ccouple）的一端、谐振电容（CM）的一端、除尘器（DCP）的负极接入端相连；
所述耦合电容（Ccouple）的另一端分别和第二耦合电感（LPS）的一端、第二谐振电感（L）的一端相连；
所述第二谐振电感（L）的另一端与第二直流电源（VPS）的正极相连，第二直流电源（VPS）的负极接地；
所述第二谐振电感（L）的另一端通过晶闸管开关及反并二极管（SW1）与除尘器（DCP）的正极接入端相连，且除尘器（DCP）的正极接入端接地；
所述第一谐振电感（LM）的另一端通过GTO双向开关（SW2）和阻尼电阻（RM）的一端相连；
所述阻尼电阻（RM）的另一端和谐振电容（CM）的另一端相连。
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