CN110323949A - 一种防变压器偏磁的高频电源电路 - Google Patents

一种防变压器偏磁的高频电源电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种防变压器偏磁的高频电源电路,用于高压除尘器,包括依次连接的三相工频交流电源、三相半控整流桥、全桥逆变电路、防偏磁谐振电路、高频变压器Tr、单相不控整流桥;还包括控制电路,控制电路分别控制三相半控整流桥、全桥逆变电路的导通;高频变压器Tr初级绕组两端分别连接全桥逆变电路的两个半桥电路的中间输出端;防偏磁谐振电路包括谐振电容Cr与防偏磁电感L1,谐振电容Cr串联在任一全桥逆变电路的领先桥臂输出端与高频变压器Tr初级绕组之间,防偏磁电感L1并联在高频变压器Tr初级绕组两端。在高频高压电源的高频变压器Tr初级并联一个防偏磁电感L1,改变系统的运行参数,有效消除了变压器的偏磁现象,使系统运行更稳定。

Description

一种防变压器偏磁的高频电源电路
技术领域
本发明涉及高频高压电源领域,具体涉及一种防变压器偏磁的高频电源电路。
背景技术
高频高压除尘电源(ESP电源)作为静电除尘重要组成部分,ESP电源利用变压器的漏感与谐振电容产生谐振,采用定脉宽变频率的脉冲方式控制(电流断续型LC谐振变换器),其脉冲宽度由变压器漏感和谐振电容决定,通过调节脉冲频率来控制电源的功率,其最大频率同样由漏感和谐振电容限制。
在实际电源运行过程中,由于频率范围较大(如10Hz到20kHz),受系统寄生参数的影响,在某些负载下,电源频率工作在一定范围内会出现电源偏磁现象,严重影响系统正常工作。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题,提供一种防变压器偏磁的高频电源电路,在高频变压器初级绕组两端并联防偏磁电感,改变系统运行参数,可有效地消除系统的偏磁现象,使电源可以在工作频率范围内(10Hz到20kHz)稳定运行。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:
一种防变压器偏磁的高频电源电路,用于高压除尘器,包括依次连接的三相工频交流电源、三相半控整流桥、全桥逆变电路、防偏磁谐振电路、高频变压器Tr、单相不控整流桥,还包括控制电路,所述控制电路分别控制所述三相半控整流桥、所述全桥逆变电路的导通;所述三相工频交流电源连接所述三相半控整流桥的交流输入端,所述三相半控整流桥的直流正极输出端连接所述全桥逆变电路的直流正极输入端,所述三相半控整流桥的直流负极输出端连接所述全桥逆变电路的直流负极输入端,所述高频变压器Tr初级绕组一端连接所述全桥逆变电路的一个半桥的中间输出端,所述高频变压器Tr初级绕组另一端连接所述全桥逆变电路的另一个半桥的中间输出端;所述防偏磁谐振电路包括谐振电容Cr与防偏磁电感L1,所述谐振电容Cr串联在所述全桥逆变电路的任一中间输出端与所述高频变压器Tr初级绕组之间,所述防偏磁电感L1并联在所述高频变压器Tr初级绕组两端;所述高频变压器Tr次级绕组两端分别连接所述单相不控整流桥的两个上桥臂与下桥臂的公共端。
在高频高压电源的高频变压器初级并联一个防偏磁电感,改变系统的运行参数,有效消除了变压器的偏磁现象,使系统运行更稳定。
在上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进。
优选地,所述控制电路包括控制器以及多个控制输出端,多个所述控制输出端分别连接所述三相半控整流桥的控制端、所述全桥逆变电路的控制端。
优选地,还包括滤波电路,所述滤波电路包括滤波电容C1,所述滤波电容C1并联在所述三相半控整流桥的直流正极输出端与所述三相半控整流桥的直流负极输出端之间。
优选地,还包括阻尼电阻R1,所述阻尼电阻R1一端连接所述单相不控整流桥的直流负极输出端、另一端连接除尘器。
优选地,所述单向不控整流桥由高压硅堆组成。
本发明的有益效果是:在高频高压电源的高频变压器初级并联一个防偏磁电感,改变系统的运行参数,有效消除了变压器的偏磁现象,使系统运行更稳定。
附图说明
图1为本发明主电路原理图;
图2为本发明整体电路原理图;
图3为本发明高频变压器理想状态等效电路图;
图4为本发明高频变压器实际状态等效电路图。
附图中,各标号所代表的部件列表如下:
VT1~VT3、可控硅,D1~D3、二极管,D4~D7、高压硅堆,IGBT1~IGBT4、绝缘栅双极型晶体管,R1、阻尼电阻,R2/R3,等效电阻,L1、防偏磁电感,L2、寄生电感,Lr、初级漏感,Lm、励磁电感,C1、滤波电容,C2、寄生电容,Cr、谐振电容,Fr、谐振频率,Fs、工作频率,Tr、高频变压器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
如图1~2所示的一种防变压器偏磁的高频电源电路,用于高压除尘器,其高压输出端连接除尘器的电极。除尘器的电极包括阳极与阴极,阳极连接本发明高频电源的高压输出端,阴极接地,阳极与阴极之间等效于一个等效电容C3,阳极与阴极、以及其间的空气与粉尘的等效电阻为R3,阳极与阴极之间的负载相当于等效电容C3与等效电阻R3并联。因粉尘的含量是变化的,所以电极间的等效电阻R3也是变化的。本发明的高频电源电路包括依次连接的三相工频交流电源、三相半控整流桥、全桥逆变电路、防偏磁谐振电路、高频变压器Tr、单相不控整流桥,还包括控制电路,所述控制电路分别控制所述三相半控整流桥、所述全桥逆变电路的导通;所述三相半控整流桥由可控硅VT1/VT2/VT3组成整流桥的上桥臂,由肖特基二极管D1/D2/D3组成整流桥的下桥臂;所述三相工频交流电源连接所述三相半控整流桥的交流输入端,三相工频交流电源的三相分别连接可控硅VT1与二极管D1的公共端、可控硅VT2与二极管D2的公共端、可控硅VT3与二极管D3的公共端,可通过控制电路控制可控硅VT1/VT2/VT3的导通时间以及导通频率来控制直流电的输出;所述可控硅VT1/VT2/VT3的阴极的节点即为所述三相半控整流桥的直流正极输出端。所述全桥逆变电路由绝缘栅双极型晶体管IGBT1~IGBT4组成,其中IGBT1与IGBT3组成一个半桥逆变电路,IGBT2与IGBT4组成另一个半桥逆变电路;所述三相半控整流桥的直流正极输出端连接所述全桥逆变电路的直流正极输入端,即IGBT1与IGBT2的漏极共同连接可控硅VT1/VT2/VT3的阴极节点,所述三相半控整流桥的直流负极输出端连接所述全桥逆变电路的直流负极输入端,即IGBT3与IGBT4的源极共同连接二极管D1/D2/D3的正极节点;所述高频变压器Tr初级绕组一端连接所述全桥逆变电路的一个半桥的中间输出端,所述高频变压器Tr初级绕组另一端连接所述全桥逆变电路的另一个半桥的中间输出端;即IGBT1的源极与IGBT3的漏极的公共端连接高频变压器Tr初级绕组的一端,IGBT2的源极与IGBT4的漏极的公共端连接高频变压器Tr初级绕组的另一端;所述防偏磁谐振电路包括谐振电容Cr与防偏磁电感L1,所述谐振电容Cr串联在任一所述全桥逆变电路的领先桥臂输出端与所述高频变压器Tr初级绕组之间,本实施例中谐振电容Cr串联在IGBT1的源极与IGBT3的漏极的公共端与高频变压器Tr初级绕组的一端之间,所述防偏磁电感L1并联在所述高频变压器Tr初级绕组两端;所述高频变压器Tr次级绕组两端分别连接所述单相不控整流桥的两个上桥臂与下桥臂的公共端。
在高频高压电源的高频变压器Tr初级并联一个防偏磁电感L1,改变系统的运行参数,有效消除了变压器的偏磁现象,使系统运行更稳定。
在上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进。
本实施例中,所述控制电路包括控制器以及多个控制输出端,控制器采用外接直流电源供电,多个所述控制输出端分别连接所述三相半控整流桥的控制端、所述全桥逆变电路的控制端,通过控制可控硅VT1/VT2/VT3来控制三相半控整流桥的导通,从而控制输出的低频直流电参数;通过控制全桥逆变电路中IGBT1~IGBT4的栅极输入从而控制全桥逆变电路的通断时间与通断频率,从而控制整个高频电源的频率。
本实施例中,还包括滤波电路,所述滤波电路包括滤波电容C1,所述滤波电容C1并联在所述三相半控整流桥的直流正极输出端与所述三相半控整流桥的直流负极输出端之间。滤波电容C1为三相半控整流桥输出的工频直流电进行滤波,使工频直流电稳定输出。
本实施例中,所述单向不控整流桥由高压硅堆D4/D5/D5/D7组成。本实施例还包括阻尼电阻R1,所述阻尼电阻R1一端连接所述单相不控整流桥的直流负极输出端、另一端连接除尘器的电极。除尘器的电极之间的负载等效于一个电容与电阻并联。当高频变压器Tr次级绕组产生感应电流,经过单相不控整流桥的整流作用后输出单相直流电源的瞬间,即电流刚开始输出为除尘器的极板间电容充电的瞬间,此时除尘器的极板间电容之间的电压为0,此种情况近似于短路,瞬间电流较大,随着充电的进行,除尘器的极板间电容两端电压增大,随之充电电流减小,直至平稳。充电开始的瞬间大电流对整流的高压硅堆造成冲击,可能会使高压硅堆中二极管崩坏,此处阻尼电阻R1的结构为缠绕的电阻丝,等效于增大了内阻的电感,电感此时产生反电势,起限流作用,将充电电流限制在一个可靠的范围内,有效保护了高压硅堆。
工作原理:
高频变压器Tr初级的理想模型为图3所示,其中Lr为变压器的初级漏感,Lm为变压器的励磁电感,R2为变压器次级回路的总负载的等效电阻。Fr为初级漏感Lr与谐振电容Cr的谐振频率,Fs为ESP高频电源工作频率。当Fs<Fr/2,ESP高频电源工作在电流断续状态,此状态下电源为软开关,开通过程中电流缓慢增加,关断过程中为零电压关断,开关损耗小,干扰低。
然而实际使用过程中,ESP高频电源由于输出电压非常高(可高达80kV),决定了高频变压器Tr的匝比非常高,具体表现为次级绕组的匝数非常多,高频变压器Tr次级感应到初级的寄生电容C2和寄生电感L2的参数不可忽略。图4为高频变压器Tr简化后的实际模型。当未增加防偏磁电感L1时,由于寄生电感L2和寄生电容C2的存在,寄生电感L2与寄生电容C2形成谐振电路,增加了电路的谐振点,不利于系统的稳定。由于本ESP高频电源采用定宽变频的脉冲驱动方式,其频率变化范围大,在10Hz到20kHz之间,其在变频过程中,极易碰到电路谐振点而导致了变压器偏磁现象的发生。通过增添防偏磁电感L1,使其并联于高频变压器Tr初级绕组两端,防偏磁电感L1与谐振电容Cr形成谐振,改变系统的整体运行参数,改变了谐振点的频率和幅值,使系统的Bode图稳定性改善,可有效的消除系统的偏磁现象,使电源得以全部频率范围内(10Hz到20kHz)稳定运行。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种防变压器偏磁的高频电源电路,用于高压除尘器,其特征在于,包括依次连接的三相工频交流电源、三相半控整流桥、全桥逆变电路、防偏磁谐振电路、高频变压器Tr、单相不控整流桥,还包括控制电路,所述控制电路分别控制所述三相半控整流桥、所述全桥逆变电路的导通;所述三相工频交流电源连接所述三相半控整流桥的交流输入端,所述三相半控整流桥的直流正极输出端连接所述全桥逆变电路的直流正极输入端,所述三相半控整流桥的直流负极输出端连接所述全桥逆变电路的直流负极输入端,所述高频变压器Tr初级绕组一端连接所述全桥逆变电路的一个半桥的中间输出端,所述高频变压器Tr初级绕组另一端连接所述全桥逆变电路的另一个半桥的中间输出端;所述防偏磁谐振电路包括谐振电容Cr与防偏磁电感L1,所述谐振电容Cr串联在所述全桥逆变电路的任一个半桥的中间输出端与所述高频变压器Tr初级绕组之间,所述防偏磁电感L1并联在所述高频变压器Tr初级绕组两端;所述高频变压器Tr次级绕组两端分别连接所述单相不控整流桥的两个上桥臂与下桥臂的公共端。
2.根据权利要求1所述一种防变压器偏磁的高频电源电路,其特征在于,所述控制电路包括控制器以及多个控制输出端,多个所述控制输出端分别连接所述三相半控整流桥的控制端、所述全桥逆变电路的控制端。
3.根据权利要求1所述一种防变压器偏磁的高频电源电路,其特征在于,还包括滤波电路,所述滤波电路包括滤波电容C1,所述滤波电容C1并联在所述三相半控整流桥的直流正极输出端与所述三相半控整流桥的直流负极输出端之间。
4.根据权利要求1所述一种防变压器偏磁的高频电源电路,其特征在于,还包括阻尼电阻R1,所述阻尼电阻R1一端连接所述单相不控整流桥的直流负极输出端、另一端连接除尘器。
5.根据权利要求1所述一种防变压器偏磁的高频电源电路,其特征在于,所述单向不控整流桥由高压硅堆组成。
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