容性负载用高压电源及其控制方法与流程

1.本发明属于大气污染治理电源技术领域，具体涉及一种容性负载用高压电源及其控制方法。

背景技术：

2.大气污染治理领域，如气体除尘、气体除臭、气体除油烟、气体除雾等应用中，普遍采用高压电源在反应器中建立非均匀电场电离气体，利用电离产生的正、负离子或再结合电场力的技术方案治理大气污染。实际应用中，高压电源普遍选用直流高压电源。反应器非均匀电场的结构一般为：线板结构、线筒结构、蜂窝结构等，由于结构的原因，反应器在电气特性上均表现为电容性负载，具有一定的容值。反应器非均匀电场的气体放电特性，在小于某个电压值以下，没有电离效果，而随着电场电压的整加，气体开始电离，电气特性表现为有电流产生。电场电压继续增加，气体电离变的剧烈，但是电流也随之变大，电耗也急剧增加。

技术实现要素：

3.本发明针对现有技术中大气污染治理用反应器为了电离效果需要增加反应器的电场电压，但是随着电场电压的增加电流也随之增加，从而加剧了能耗的问题，提出了一种容性负载用高压电源及其控制方法。
4.本发明的发明目的是通过以下技术方案实现的：一种容性负载用高压电源,包括高频电源mt1，所述高频电源mt1的输出端连接有变压器tr1，变压器tr1的输出端连接有整流模块rm1，整流模块rm1的输出端连接有滤波储能电容c1，滤波储能电容c1的两端连接反应器负载ld1，在滤波储能电容c1和反应器负载ld1之间连接有电感l1，电感l1和反应器负载ld1内的等效电容c2组成第一谐振电路，该第一谐振电路上设有谐振触发控制电路。
5.上述方案中，在高频电源mt1的输出端和反应器负载ld1之间设有第一谐振电路，通过谐振触发控制电路使得第一谐振电路振荡，从而在反应器负载ld1上产生一个直流电压再叠加一个高频率的脉冲电压，本发明中的第一谐振回路谐振周期小于100us, 即高压谐振峰值电压间隔小于100us,气体一般在反应器的停留时间达几秒到几十秒，相对于峰值100us变化，此时气体的流动相当于是静止的。同时，高压电离出大量正负离子，瞬时形成大电流，很多离子并没有参与处理污染，一个谐振周期内短时降低电压输出，可以有效避免不必要的电离降低能耗。因此，可以在相同的工况，达到污染治理效果时，大幅降低运行能耗。
6.作为优选，所述谐振触发控制电路包括依次连接的整流模块rm2、第一逆变电路、变压器tr2，变压器tr2的输出端连接在电感l1和反应器负载ld1之间。
7.作为优选，所述第一逆变电路和变压器tr2的初级线圈之间设有由电容c22和电感l21组成的第二谐振电路。第二谐振电路的使用增加了变压器tr2初级线圈侧的电压，从而使变压器tr2的次级线圈电压增加。
8.作为优选，所述高频电源mt1包括依次连接的三相整流电路、第二逆变电路、变压
器tr11、单相整流电路以及电容c13。
9.作为优选，所述第一逆变电路为四个igbt组成的全桥逆变电路，四个igbt分别为vt1、vt2、vt3、vt4，其中vt2和vt4的门极均连接至igbt驱动电路as21，vt1和vt3的门极均连接至igbt驱动电路as22。
10.作为优选，所述第二逆变电路为晶闸管全桥逆变电路或igbt全桥逆变电路。
11.作为优选，所述高频电源mt1上设有分别驱动第二逆变电路的各个桥式模块开关的驱动电路as1。
12.一种控制上述容性负载用高压电源的控制方法，包括如下步骤：a、模式选择：如果选择高压直流模式，则高频电源mt1工作输出，滤波储能电容c1的两端直流电压大于反应器负载的起晕电压，并保持在一个稳定的电压值，谐振触发控制电路不工作；如果选择高压谐振模式，则高频电源mt1工作输出，滤波储能电容c1的两端直流电压大于反应器负载的起晕电压，并保持在一个稳定的电压值，比较反应器负载的实际电压和反应器负载的起晕电压，当反应器负载的实际电压大于等于反应器负载的起晕电压，谐振触发控制电路投入运行；b、igbt驱动电路as21和igbt驱动电路as22分别控制vt1和vt3、vt2和vt4交替导通形成脉冲电源，促使第一谐振电路发生串联谐振；c、经过第一谐振电路的高频脉冲电压叠加至直流电压，给反应器供电；d、当反应器内的电压值到达最大峰值电压，调节高频电源mt1的直流输出电压到限制值或额定值。
13.作为优选，所述第一谐振电路的谐振周期t12为，igbt驱动电路as21和igbt驱动电路as22的驱动周期为（t12/2+n*t12），n≥0，且该驱动脉冲宽度大于等于第二谐振电路的谐振周期的一半。igbt驱动电路as21和igbt驱动电路as22的驱动周期大于第二谐振电路的谐振周期的一半可以实现第二逆变电路各个igbt模块的零电流软关断，降低半导体开关的损耗。igbt驱动电路as21和igbt驱动电路as22的驱动周期为t12/2时，第一谐振电路的谐振频率与第二逆变电路的开关频率一样，谐振最强，施加在反应器内的电压最大，即n=0时，反应器内的电压最大，随值n值的变大，第二逆变电路的开关周期变大，频率变小，故第二逆变电路输出的电压变小，从而变压器tr2的次级线圈输出电压也变小，使得反应器内的电压也随之变小。
14.作为优选，所述额定值为高频电源mt1输出的最大值，限定值为高频电源mt1输出的设定值。
15.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明通过谐振触发控制电路控制第一谐振电路周期振荡，从而在反应器上产生一个直流电压再叠加一个高频率的脉冲电压，一个谐振周期内短时降低电压输出，可以有效避免不必要的电离降低能耗。因此，可以在相同的工况，达到污染治理效果时，大幅降低运行能耗。
附图说明
16.图1为本发明的电路结构示意图；图2为高频电源mt1的电路结构示意图；
图3为本发明的控制方法流程图；图4为高压直流模式时反应器ld1的电压电流曲线图；图5为高压直流模式时反应器ld1在不同电压工况时的电流图；图6为高压谐振模式时反应器ld1的电压电流波形图。
具体实施方式
17.下面结合附图所表示的实施例对本发明作进一步描述：如图1、图2所示，一种容性负载用高压电源,包括高频电源mt1，所述高频电源mt1包括依次连接的三相整流电路、第二逆变电路、变压器tr11、单相整流电路以及电容c13。第二逆变电路为晶闸管全桥逆变电路或igbt全桥逆变电路。高频电源mt1上设有分别驱动第二逆变电路的各个桥式模块开关的驱动电路as1。
18.该高频电源mt1的输出端连接有变压器tr1，变压器tr1的输出端连接有整流模块rm1，整流模块rm1的输出端连接有滤波储能电容c1，滤波储能电容c1的两端连接反应器负载ld1，在滤波储能电容c1和反应器负载ld1之间连接有电感l1，电感l1和反应器负载ld1内的等效电容c2组成第一谐振电路，该第一谐振电路上设有谐振触发控制电路。
19.上述谐振触发控制电路包括依次连接的整流模块rm2、第一逆变电路、变压器tr2，变压器tr2的输出端连接在电感l1和反应器负载ld1之间。
20.上述第一逆变电路为四个igbt组成的全桥逆变电路，四个igbt分别为vt1、vt2、vt3、vt4，其中vt2和vt4的门极均连接至igbt驱动电路as21，vt1和vt3的门极均连接至igbt驱动电路as22。
21.上述第一逆变电路和变压器tr2的初级线圈之间设有由电容c22和电感l21组成的第二谐振电路。第二谐振电路的使用增加了变压器tr2初级线圈侧的电压，从而使变压器tr2的次级线圈电压增加。
22.上述驱动电路as1、as21、as22均为现有技术，如专利号cn202020746399.9 ，专利名称为h桥驱动电路以及基于h桥驱动电路的电气系统中所公开的h桥驱动电路，故本发明中不再赘述。
23.一种控制上述容性负载用高压电源的控制方法，如图3所示，包括如下步骤：a、模式选择：如果选择高压直流模式，则高频电源mt1工作输出，滤波储能电容c1的两端直流电压大于反应器负载的起晕电压，并保持在一个稳定的电压值，谐振触发控制电路不工作；如果选择高压谐振模式，则高频电源mt1工作输出，滤波储能电容c1的两端直流电压大于反应器负载的起晕电压，并保持在一个稳定的电压值，比较反应器负载的实际电压和反应器负载的起晕电压，当反应器负载的实际电压大于等于反应器负载的起晕电压，谐振触发控制电路投入运行；b、igbt驱动电路as21和igbt驱动电路as22分别控制vt1和vt3、vt2和vt4交替导通形成脉冲电源，促使第一谐振电路发生串联谐振；c、经过第一谐振电路的高频脉冲电压叠加至直流电压，给反应器供电；d、当反应器内的电压值到达最大峰值电压，调节高频电源mt1的直流输出电压到限制值或额定值。
24.上述第一谐振电路的谐振周期t12为，igbt驱动电路as21和igbt驱动电路as22的
驱动周期为（t12/2+n*t12），n≥0，且该驱动脉冲宽度大于等于第二谐振电路的谐振周期的一半。igbt驱动电路as21和igbt驱动电路as22的驱动脉冲宽度大于第二谐振电路的谐振周期的一半可以实现第二逆变电路各个igbt模块的零电流软关断，降低半导体开关的损耗。igbt驱动电路as21和igbt驱动电路as22的驱动周期为t12/2时，第一谐振电路的谐振频率与第二逆变电路的开关频率一样，谐振最强，施加在反应器内的电压最大，即n=0时，反应器内的电压最大，随值n值的变大，第二逆变电路的开关周期变大，频率变小，故第二逆变电路输出的电压变小，从而变压器tr2的次级线圈输出电压也变小，使得反应器内的电压也随之变小。
25.上述额定值为高频电源mt1输出的最大值，限定值为高频电源mt1输出的设定值。
26.本发明中谐振触发控制电路使得第一谐振电路振荡，从而在反应器负载ld1上产生一个直流电压再叠加一个高频率的脉冲电压，本发明中的第一谐振回路谐振周期小于100us, 即高压谐振峰值电压间隔小于100us,气体一般在反应器的停留时间达几秒到几十秒，相对于峰值100us变化，此时气体的流动相当于是静止的。同时，高压电离出大量正负离子，瞬时形成大电流，很多离子并没有参与处理污染，一个谐振周期内短时降低电压输出，可以有效避免不必要的电离降低能耗。因此，可以在相同的工况，达到污染治理效果时，大幅降低运行能耗。
27.文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

技术特征：

1.一种容性负载用高压电源,包括高频电源mt1，其特征在于，所述高频电源mt1的输出端连接有变压器tr1，变压器tr1的输出端连接有整流模块rm1，整流模块rm1的输出端连接有滤波储能电容c1，滤波储能电容c1的两端连接反应器负载ld1，在滤波储能电容c1和反应器负载ld1之间连接有电感l1，电感l1和反应器负载ld1内的等效电容c2组成第一谐振电路，该第一谐振电路上设有谐振触发控制电路。2.根据权利要求1所述的容性负载用高压电源，其特征在于，所述谐振触发控制电路包括依次连接的整流模块rm2、第一逆变电路、变压器tr2，变压器tr2的输出端连接在电感l1和反应器负载ld1之间。3.根据权利要求2所述的容性负载用高压电源，其特征在于，所述第一逆变电路和变压器tr2的初级线圈之间设有由电容c22和电感l21组成的第二谐振电路。4.根据权利要求1所述的容性负载用高压电源，其特征在于，所述高频电源mt1包括依次连接的三相整流电路、第二逆变电路、变压器tr11、单相整流电路以及电容c13。5.根据权利要求1所述的容性负载用高压电源，其特征在于，所述第一逆变电路为四个igbt组成的全桥逆变电路，四个igbt分别为vt1、vt2、vt3、vt4，其中vt2和vt4的门极均连接至igbt驱动电路as21，vt1和vt3的门极均连接至igbt驱动电路as22。6.根据权利要求1所述的容性负载用高压电源，其特征在于，所述第二逆变电路为晶闸管全桥逆变电路或igbt全桥逆变电路。7.根据权利要求1所述的容性负载用高压电源，其特征在于，所述高频电源mt1上设有分别驱动第二逆变电路的各个桥式模块开关的驱动电路as1。8.一种控制如权利要求1-7所述的容性负载用高压电源的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：模式选择：如果选择高压直流模式，则高频电源mt1工作输出，滤波储能电容c1的两端直流电压大于反应器负载的起晕电压，并保持在一个稳定的电压值，谐振触发控制电路不工作；如果选择高压谐振模式，则高频电源mt1工作输出，滤波储能电容c1的两端直流电压大于反应器负载的起晕电压，并保持在一个稳定的电压值，比较反应器负载的实际电压和反应器负载的起晕电压，当反应器负载的实际电压大于等于反应器负载的起晕电压，谐振触发控制电路投入运行；igbt驱动电路as21和igbt驱动电路as22分别控制vt1和vt3、vt2和vt4交替导通形成脉冲电源，促使第一谐振电路发生串联谐振；经过第一谐振电路的高频脉冲电压叠加至直流电压，给反应器供电；当反应器内的电压值到达最大峰值电压，调节高频电源mt1的直流输出电压到限制值或额定值。9.根据权利要求8所述的容性负载用高压电源的控制方法，其特征在于，所述第一谐振电路的谐振周期t12为，igbt驱动电路as21和igbt驱动电路as22的驱动周期为（t12/2+n*t12），n≥0，且该驱动脉冲宽度大于等于第二谐振电路的谐振周期的一半。10.根据权利要求8所述的容性负载用高压电源的控制方法，其特征在于，所述额定值为高频电源mt1输出的最大值，限定值为高频电源mt1输出的设定值。

技术总结

本发明针对现有技术中大气污染治理用反应器为了电离效果需要增加反应器的电场电压，但是随着电场电压的增加电流也随之增加，从而加剧了能耗的问题，提出了一种容性负载用高压电源及其控制方法，属于除尘电源技术领域，包括高频电源MT1，MT1的输出端连接有变压器TR1，TR1的输出端连接有整流模块RM1，RM1的输出端连接有滤波储能电容C1，C1的两端连接反应器负载LD1，在C1和LD1之间连接有电感L1，L1和LD1内的等效电容C2组成第一谐振电路，第一谐振电路上设有谐振触发控制电路。本发明通过谐振触发控制电路控制第一谐振电路周期振荡，从而在反应器上产生一个直流电压再叠加一个高频率的脉冲电压，一个谐振周期内短时降低电压输出，可以有效避免不必要的电离降低能耗。可以有效避免不必要的电离降低能耗。可以有效避免不必要的电离降低能耗。

技术研发人员：

祝建军 施小东 舒贝利

受保护的技术使用者：

浙江大维高新技术股份有限公司

技术研发日：

2022.08.17

技术公布日：

2022/12/8