静电除尘用脉冲电源电路及其设计方法技术

本发明专利技术公布了一种脉冲高压电源电路及其设计方法，包括耦合电感、谐振电感、耦合电容、负载电容、负载电阻、晶闸管开关及反并二极管、直流电源。该电路由直流侧直流电源、脉冲侧直流电源供电，脉冲侧直流电源连接第一耦合电感另一端连接谐振电感，谐振电感另一端先与晶闸管及反并二极管连接后接地直流侧直流电源与第二耦合电感相连，另一端与负载电容相连，负载电阻与负载电容并联，第一与第二耦合电感间连接耦合电容。本发明专利技术适用于静电除尘用脉冲高压电路的设计，针对脉冲高压电路拓扑形成新的电路设计方法，解决传统设计方法不精确及设计参数设计不合理造成的负载电压拖尾问题，能够有效根据负载调整波形方案，提高电源稳定性和高除尘效率。

【技术实现步骤摘要】
静电除尘用脉冲电源电路及其设计方法
本专利技术涉及脉冲电源电路，尤其是新型静电除尘用脉冲电源的电路设计，属于环保设备

技术介绍
随着中国工业化进程的快速发展，环境污染也日益加重。进入21世纪后，国家对日益严重的大气污染问题提高重视，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。其中高压电源系统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电路，但是设计上较为粗糙，没有考虑负载电压的正当问题，缺乏对脉冲电源电路深入的建模及设计。例如：由丹麦Smith公司提出的四代脉冲电源系统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。因此，对输出电压可调节的新型静电除尘用脉冲电源电路的深入数学建模及更为精确的设计尤为关键。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服上述技术缺陷，提出一种新型脉冲高压电源的设计方法，通过将工作状态分为脉冲谐振和负载震荡的方式对电路的参数依次进行设计，克服传统设计方法不考虑负载震荡的问题，实现除尘器的高效运行。为了达到以上所诉目的，本专利技术采用如下设计方法：新型带静电除尘用脉冲电源电路，其特征在于包括两个耦合电感LDC、LPS、谐振电感L、耦合电容Ccouple、负载电容CF)、负载电阻(RF)、闸管开关及反并二极管SW、两个直流电源VPS、VDC。新型高压脉冲电源电路由直流侧直流电源(VDC)供电及脉冲侧直流电源VPS供电，两电源通过耦合电感LDC、LPS耦合，输出加载在耦合电容Ccouple两端，第一耦合电感LPS另一端连接谐振电感L，谐振电感L另一端与晶闸管及反并二极管SW正向连接，所述晶闸管及反并二极管SW的另一端与大地相，第二耦合电感LDC另一端负载电容CF相连，负载电容CF另一端与大地相连，负载电阻RF与负载电容并联。当所有开关器件都关闭时，由DC侧直流电源VDC通过第二耦合电感LDC，给负载电容CF、负载电阻RF供电，电压为直流负极性高电压VDC。晶闸管及反并二极管SW开通后，负载电容CF与谐振电感L、晶闸管开关及反并二极管SCR1构成谐振网络，在负载电容CF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。将谐振过程称之为脉冲谐振状态，将谐振完成后到下一次脉冲前的状态称之为负载震荡状态。本设计方法将电源电路的工作模式分为脉冲谐振与负载震荡。将脉冲电源电路的耦合电感进行解耦合，形成耦合电感M，脉冲侧漏感Lσ1和直流侧漏感Lσ2。负载电容CF为除尘器腔体的极板间电容为已知，针对特定粉尘进行静电除尘，负载电阻RF也为已知。耦合电容Ccouple为负载电容CF的10倍，即Ccouple＝10CF。直流侧电源VDC电压为VDC为已知，脉冲侧电源VPS电压VPS为已知，谐振周期T为已知，利用式T＝2π/ω，可以求得谐振角频率ω，由L＝1/ω2CF，可以求得谐振电感L的值在脉冲谐振阶段：忽略耦合电感，对谐振腔体进行微分方程求解，可以得到负载电容电压VCf、耦合电容电压VC及谐振电流i1在脉冲谐振阶段的时间函数，依次为：其中A1、A2、A3为方程10(RFCF)x3+10x2+11ω2(RFCF)x+ω2＝0的三个解。由VCf(t)、VC(t)及i1(t)可以求得在脉冲谐振期间，负载电压及负载电流的最值，及耦合电容的电压应力，进而调整谐振角频率ω及选取电路电容及闸管开关及反并二极管SW等器件。在负载震荡阶段：将耦合电感考虑负载震荡中。首先针对脉冲谐振阶段，考虑耦合电感简历微分方程组求得各变量在脉冲谐振阶段的终值VCf(T)、VC(T)、i1(T)及第一耦合电感电流i2(T)、及第二耦合电感电流i3(T)。断开谐振电感支路，重新建立微分方程组，将脉冲谐振阶段各变量的终值作为负载震荡阶段的初始值带入求解，并采用拉普拉斯变换可得负载电压算式：其中LPS＝LDC＝LCP，M＝kLCP，Lσ1＝Lσ2＝(1-k)LCP。利用拉普拉斯反变换，负载电压表达式为：其中：P1＝VDC-VCf(T1)P2＝(i2(T)+i3(T))·M利用VCf(t)作图可以得到负载电压VCf与时间t及耦合电感值LCP之间的关系曲面，由图根据负载震荡超调的系统设计规范，得到理想的LCP设计值。与现有技术相比，本专利技术具有如下的优点和技术效果：1、将静电除尘用脉冲电源电路的工作模态分为脉冲谐振状态和负载震荡状态。2、针对两种不同的状态分别采用建立微分方程求解的方式建立数学模型，区别于以往的固定谐振角频率的方式，建立微分方程更加精确。3、在脉冲谐振的数学模型中，通过拉普拉斯变换及反变换的方法求得负载电容电压、耦合电容电压及负载电流的时间函数表达式，通过表达式可以求得相关参数最值，及耦合电容的电压应力，进而调整谐振角频率ω及选取电路电容及闸管开关及反并二极管SW等器件。4、在震荡状态的数学模型中，通过将耦合电感带入模型的方法，利用复频域计算及变换求得负载电容电压的时间函数，并采用做三维曲面图的方法，在符合设计要求的范围内，求得耦合电感的最优值。附图说明图1本专利技术电除尘用脉冲电源电路示意图；图2本专利技术电除尘用脉冲电源电路的谐振脉冲阶段的去耦合示意图；图3本专利技术电除尘用脉冲电源电路的负载震荡阶段的去耦合示意图；图4本专利技术电除尘用脉冲电源电路的负载电压波形图；图5本专利技术电除尘用脉冲电源电路的负载震荡阶段的拉普拉斯变换电路图；图6本专利技术电除尘用脉冲电源电路的负载震荡阶段的典型负载电压曲面图。具体实施方式以下结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述说明，但本专利技术的实施方式不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程或参数，均是本领域技术人员可参照现有技术实现的。如图1所示，电除尘用脉冲电源电路示意图，其特征在于包括两个耦合电感LDC、LPS、谐振电感L、耦合电容Ccouple、负载电容CF、负载电阻RF、闸管开关及反并二极管SW、两个直流电源VPS、VDC。新型高压脉冲电源电路由直流侧直流电源VDC供电及脉冲侧直流电源VPS供电，两电源通过耦合电感LDC、LPS耦合，输出加载在耦合电容Ccouple两端，第一耦合电感LPS另一端连接谐振电感L，谐振电感L另一端与晶闸管及反并二极管SW连接，另一端与大地相，第二耦合电感LDC另一端负载电容CF相连，负载电容CF另一端与大地相连，负载电阻RF与负载电容并联。当所有开关器件都关闭时，由DC侧直流电源VDC通过第二耦合电感LDC，给负载电容CF、负载电阻RF供电，电压为直流负极性高电压VDC。晶闸管及反并二极管SW开通后，负载电容CF与谐振电感L、晶闸管开关及反并二极管SW构成谐振网络，在负载电容CF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，该过程如图2新型电除尘用脉冲电源电路的谐振脉冲阶段的去耦合示意图。谐振过程称之后为所有开关器件都关闭的状态，将谐振完成后到下一次脉冲前的状态称之为负载震荡状态。该过程如图3型电除尘用脉冲电源电路的负载震荡阶段的去耦合示意图。负载震荡阶段为耦合电感M，脉冲侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
静电除尘用脉冲电源电路，其特征在于，包括两个耦合电感L

【技术特征摘要】
1.静电除尘用脉冲电源电路，其特征在于，包括两个耦合电感LDC、LPS、谐振电感L、耦合电容Ccouple、负载电容CF、负载电阻RF、闸管开关及反并二极管SW、两个直流电源VPS、VDC；所述脉冲电源电路直流侧直流电源VDC供电及脉冲侧直流电源VPS供电，两电源通过耦合电感Ldc、Lps耦合，输出加载在耦合电容Ccouple两端，第一耦合电感Lps另一端连接谐振电感L，所述谐振电感L另一端与晶闸管及反并二极管SW正向连接，所述晶闸管及反并二极管SW的另一端与大地相；第二耦合电感Ldc另一端负载电容CF相连，所述负载电容CF另一端与大地相连，负载电阻RF与负载电容并联。2.根据权利要求2所述的静电除尘用脉冲电源电路设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将脉冲电源电路的工作分为两个过程：脉冲谐振和负载震荡；2)将脉冲电源电路的耦合电感进行解耦合，形成耦合电感M，脉冲侧漏感Lσ1和直流侧漏感Lσ2；3)针对特定粉尘进行静电除尘，设定电路中各元器件的参数值；4)在脉冲谐振阶段，忽略耦合电感，对谐振腔体进行微分方程求解，得到负载电容电压VCf、耦合电容电压VC及谐振电流i1在脉冲谐振阶段的时间函数；5)在负载震荡阶段，将耦合电感考虑负载震荡中，首先针对脉冲谐振阶段，考虑耦合电感建立微分方程组求得各变量在脉冲谐振阶段的终值VCf(T)、VC(T)、i1(T)及第一耦合电感电流i2(T)、及第二耦合电感电流i3(T)。3.根据权利要求2所述的静电除尘用脉冲电源电路设计方法，其特征在于，所述步骤2具体为：设定负载电容CF为除尘器腔体的极板间电容为已知、负载电阻RF也为已知；耦合电容Ccouple为负载电容CF的10倍，即Ccouple＝10CF；直流侧电源VDC电压为VDC为已知，脉冲侧电源VPS电压VPS为已知，谐振周期T为已知，利用式T＝2π/ω，可以求得谐振角频率ω，由L＝1/ω2CF，求得谐振电感L的值。4.根据权利要求2所述的静电除尘用脉冲电源电路设计方法，其特征在于，所述步骤4)具体为：在脉冲谐振阶段：忽略耦合电感，对谐振腔体进行微分方程求解，得到负载电容电压VCf、耦合电容电压VC及谐振电流i1在脉冲谐振阶段的时间函数，依次为：

【专利技术属性】
技术研发人员：牛先智，王慧贞，史传洲，陈强，刘伟峰，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32