大功率介質(zhì)阻擋等離子體電源特性及工業(yè)應用研究
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1)電源過零開關(guān)軟關(guān)斷運行特性
是否真正實現(xiàn)電流過零電子開關(guān)軟關(guān)斷，是串聯(lián)負載諧振式電源能否長時間可靠工作的關(guān)鍵，特別在電源大功率工作狀態(tài)，實現(xiàn)電流過零電子開關(guān)軟關(guān)斷尤為困難和重要。
本文對電源在現(xiàn)場實際運行狀態(tài)進行了主電流IL的測量，獲得了大功率下電流過零電子開關(guān)軟關(guān)斷特性。電源高壓高頻電源產(chǎn)生并輸出幾萬伏的高頻電壓，輸出端為一個高電壓電極接反應器負載正極，另一端負極接反應器負載負極，負極必須可靠接地。負極上串有互感器(見圖3)，互感器的輸出信號由數(shù)字示波器觀察并記錄如圖4，這樣可由示波器觀察到放電回路中波形變化。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/181300.htm
由于實際諧振電源控制電路在電流過零關(guān)斷驅(qū)動IGBT時存在誤差，產(chǎn)生瞬時脈沖震蕩不可避免，驅(qū)動誤差越小則脈沖震蕩越小，脈沖震蕩小，電源電子開關(guān)IGBT工作安全性就高。圖4和圖2中的波形毛刺就是IBGT驅(qū)動關(guān)斷誤差形成的脈沖震蕩電流，它表明在大功率工作狀態(tài)下，本文研制的電源系統(tǒng)在電流過零關(guān)斷控制串聯(lián)負載諧振方面，達到了很高的技術(shù)水平，完全保證電源大功率狀態(tài)下長時間連續(xù)工作的要求，結(jié)果令人滿意。
2)電源變負載自適應運行特性
本文研制電源系統(tǒng)的又一重要特點時變負載自適應運行特性，這一優(yōu)點對工程應用尤為重要。眾所周知，實際工業(yè)負載很難做到非常穩(wěn)定，特別是大功率負載尤其如此。
所謂變負載自適應運行特性是指電源的諧振控制系統(tǒng)并不固定系統(tǒng)諧振頻率，系統(tǒng)諧振頻率是由系統(tǒng)中存在具有感性的高頻變壓器和具有容性的DBD反應器負載所決定，它們實際上構(gòu)成了一個R、L、C串聯(lián)諧振電路。系統(tǒng)負載發(fā)生變化時，系統(tǒng)諧振頻率亦發(fā)生變化。本文研制電源諧振控制電路是通過檢測主諧振電流實現(xiàn)電流過零軟關(guān)斷控制，因此，諧振控制與負載特性無關(guān)，從而實現(xiàn)電源的變負載自適應運行特性。
在本文研制電源系統(tǒng)的工程運用試驗中，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的負載不穩(wěn)定，濕度對負載電氣特性產(chǎn)生不良影響。在不同天氣情況下進行了系統(tǒng)的負載測試，顯示系統(tǒng)負載的電阻特性發(fā)生很大變化，從1．56MΩ～200．0MΩ。電源系統(tǒng)的在負載變化情況下，運行諧振頻率相應變化，運行結(jié)果見圖5。
3)大功率長時間工業(yè)運行特性
大功率諧振電源啟動是發(fā)生電子開關(guān)IGBT燒損事故最危險時刻，諧振啟動過程的良好設(shè)計是研制電源的第一個關(guān)鍵問題，本文研制電源系統(tǒng)很好解決了這一難題。
本文研制電源在配套的大型阻擋介質(zhì)放電負載上已經(jīng)過無數(shù)次啟動，至今為止尚未發(fā)生IGBT燒損現(xiàn)象，完全滿足工業(yè)應用要求。
圖6是本文研制電源在大功率啟動過程的IGBT觸發(fā)信號和諧振主電流特性曲線，主諧振回路經(jīng)過6～8個諧振周期，主諧振電流達到了穩(wěn)定工作電流，諧振電流包絡(luò)線增長平滑。
為了配合介質(zhì)阻擋放電DBD反應器的工業(yè)試驗，本文研制電源進行了長期運行工作可靠性考核，包括48小時12～30kw電源連續(xù)運行無故障，至今為止累計運行數(shù)千小時無故障，整個電源系統(tǒng)性能狀態(tài)穩(wěn)定。
圖7是隨機采集的電源工作狀態(tài)諧振輸出電流Io的波形曲線，圖中(a)和(b)是分別在不同時間尺度200μs和1．0ms的波形描述。圖7(a)中出現(xiàn)的少量曲線毛刺說明：盡管采用電流過零電子開關(guān)軟關(guān)斷技術(shù)，由于電子器件實際性能和大功率工作狀態(tài)，仍然會出現(xiàn)少量瞬時電流震蕩脈沖，但不影響IGBT的安全工作。圖7(b)呈現(xiàn)的諧振電流包絡(luò)線波動現(xiàn)象，分析認為是整個諧振系統(tǒng)電路中的約300Hz低頻因素造成。
針對本文研制電源，進行了不同功率運行的現(xiàn)場工業(yè)試驗，結(jié)果
見表l。如前面所述，電源系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)是通過控制三相調(diào)壓變壓器實現(xiàn)，在配套介質(zhì)阻擋放電DBD負載上，運行功率從l8kW至最大約80kW。由于本文板一板電極結(jié)構(gòu)介質(zhì)阻擋放電負載所能承受過載電流能力的限制，60kW以上的工作功率試驗均只進行了短時運行，以防負載的阻擋介質(zhì)擊穿燒毀，基于同樣的原因，80kw以上的試驗未進行。
在表l的全部電源不同功率運行情況中，本文研制電源系統(tǒng)運行穩(wěn)定、安全，電源系統(tǒng)無任何故障或異?，F(xiàn)象，說明本文研制電源的功率設(shè)計有很大的冗容，完全可能達到lOOkW甚至更大的工作功率。
3 結(jié)束語
研制了大功率介質(zhì)阻擋放電串聯(lián)諧振式電源系統(tǒng)，成功配套和應用在大功率板一板電極阻擋介質(zhì)等離子體煙氣處理裝置，進行了長時間現(xiàn)場工業(yè)運行，研制電源系統(tǒng)運行穩(wěn)定、啟動安全，有很高的工程可靠性，掌握了此類大功率電源的設(shè)計和制造核心技術(shù)。
諧振電流過零電子開關(guān)軟關(guān)斷是實現(xiàn)此類阻擋介質(zhì)放電諧振電源大功率化的最佳方法之一，本文研究表明：該方法和技術(shù)非常有效的保證了電子器件IGBT的長期安全工作。
進行了18～80kW不同功率運行試驗，本文研制電源系統(tǒng)具有很大的工作功率冗容，能夠達到100kW級工作水平。
本文研制電源系統(tǒng)具有的變負載自適應運行特性，使電源系統(tǒng)不但能夠運用于配套的煙氣處理介質(zhì)阻擋等離子體反應器，而且可以廣泛應用于包括臭氧發(fā)生器的一系列介質(zhì)阻擋DBD發(fā)生器負載，應用前景廣闊。
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