静电除尘器高频高压电源的设计.doc

1、 目录一、 设计题目.2二、 报告正文.3 摘要.3 2.1 高频开关电源供电简介.3 2.2 高频高压电源主要电路拓补的选择.4 2.3 整流电路的设计.7 2.3.1 晶闸管的选取.7 2.3.2 滤波器的设计.8 2.4 波形分析.10三、 设计总结.11四、 参考文献.一、 设计题目 单相、三相可控桥式整流的工程应用静电除尘高频高压电源的设计随着工业的发展， 生产规模的日益扩大，环境污染如水污染、空气污染、废物污染、化学污染、噪音污染、热污染等有日趋严重之势。粉尘是造成空气污染的主要污染物之一。支撑我国工业基础的煤炭加工、采矿、电力、冶金、炼油、化工、造纸等工业都是粉尘的排放源。工业粉

2、尘的大量排放，不仅会危及人体健康和自然环境，在某些情况下还会造成大量贵重材料的流失。在诸多除尘设备中，静电除尘器不仅具有除尘效率高，处理烟气量大，阻力损失小，能耗小及运行费用低等优点，还可以用来回收有用材料和能源。因此静电除尘器在工业应用上的研究得到了越来越多的重视。 静电除尘器是当今世界公认的高效除尘设备，对于环境的保护具有及其重要的意义。高压直流电源作为静电除尘器的核心部件，对于除尘的效率和效果有着决定性的影响。人们在其基础上做了许多改进，比如研制输入为三相相控整流以提高功率因数；在工频整流供电基础上研制调幅式LC恒流供电电源、间歇电源和脉冲电源以提高除尘器对某些粉尘或除尘环境的除尘能力。

3、但基于晶闸管调压的低频工作方式的除尘电源，由于其低频工作的本质具有的许多缺点，已成为限制进一步提高除尘器除尘效果的瓶颈。静电除尘电源高频化的发展也已成为国内外除尘行业的共识，这一方面国外走在了前列。国内已有中小功率高频静电除尘电源的产品，但目前国内绝大多数主流静电除尘设备所配套的电源功率需要在60100kW。因此需要开发更符合市场需要的高频静电除尘电源。 为了在静电除尘器的两正负电极间建立直流高压电场，需要高压直流电源供电。高压供电电源是静电除尘器的核心部分，其供电方式的不同，对静电除尘器的除尘效率和运行稳定性具有重要的影响。静电除尘电源的供电方式有很多种，传统的高压直流电源常采用晶闸管相控调

4、压整流供电；在晶闸管相控调压整流供电基础上在控制或电路方面加以改进，可采用间歇供电或脉冲供电方式；为了在电除尘效率和电源性能方面大为提高，现今工业界愈来愈多的采用高频开关电源的供电方式。 二、报告正文摘要： 静电除尘器是环保行业的重要设备，在工业粉尘的回收处理方面有着非常重要的应用。课题的主要内容是研制用于静电除尘的高频大功率高压直流电源，满足国内市场的需要。本文从实际应用的角度出发，对该高压直流电源进行研究并给出了主要研制过程。通过大量的查阅资料，本文首先确定了三相晶闸管可控整流，电压型全桥IGBT逆变，高频变压器升压和高压硅堆全桥整流的主电路拓扑结构。然后着重针对高压直流电源的整流电路给出

5、了详细的设计过程，整流电路的设计包括晶闸管的选取以及交流电抗器和直流母线滤波电容的设计。然后再简略地介绍了一下逆变电路、主功率回路以及高频升压变压器逆变电路选用IGBT并联来实现开关管，并详细分析了IGBT驱动器的选择以及在并联形式下的应用；主功率回路的设计主要是包括迭层母线板的设计。关键词：高压直流电源，晶闸管，三相可控整流，交流电抗器，滤波电容。2.1、高频开关电源供电简介 随着现代电力电子技术的发展，IGBT器件能够耐受高电压和大电流，而DSP等数字处理芯片的速度越来越快，功能越来越强。基于IGBT的高频逆变和DSP数字控制的高频开关电源供电方式的应用将会大大的提高静电除尘电源的效率和性

6、能。原三相交流电通过三相全桥整流，整流器的功率因数可接近l。全桥IGBT逆变器的工作频率可到20kHz。逆变器输出的高频矩形波作为升压变压器原边的输入，升压变压器副边(高压)输出的电压经过高压硅堆整流后提供给电除尘器。逆变电路工作在高频，相对于传统的工频整流电源有许多优点： (1)采用高频变压器，可有效减小升压变压器的体积和重量，节约耗材。 (2)输入端采用三相全桥不控整流电路，功率因数大，对电网的谐波污染少。 (3)IGBT为全控器件，开关速度快，可在除尘器火花放电或短路时快速关断IGBT，封锁电源输出，使电源具有快速动态响应特性。 (4)除尘效果好，高频直流开关电源因输出电压稳定、纹波小，

7、静电除尘的效率较高。正是基于以上优点，高频开关电源供电的静电除尘电源现今已成为国内外除尘行业争相研发的重点。2.2、高频高压电源主电路拓补的选择高频高压电源的核心是高频功率变换环节，高压直流电源的主电路简图见图1。整流电路将电网的输入交流电压整流为直流母线电压，提供给高频逆变电路，逆变电路的输出高频交流电压被升压变压器升压，升压后的交流高电压被高压硅堆整流为直流高电压，最终提供给负载。一般来说，为了使电网供电平衡和增大功率因数，大功率的整流电路都采用三相输入。为了在系统启动时电压逐渐上升和正常工作时通过调节直流母线电压来调节输出电压和输出功率，需要采用输出电压可调的整流电路。可以采用不控整流电

8、路加DCDC变换电路(直流斩波器)，或者三相桥式相控整流电路，两者的电路图见图2。在负载电流连续时，三相可控整流电路的电压调节范围是从0到2.34U(U为电网相电压有效值)，而直流斩波器的电压调节范围是从0到max2.34DU(maxD为Zl占空比最大值)。因为要考虑到死区时间，160度时，ud波形每60度中有一段为零，ud波形不能出现负值，电阻负载时三相桥式全控整流电路角的移相范围是120度。2.2.2阻感负载时的工作情况：60度时， ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。区别在于：由于负载不同，同样的整流输出电

9、压加到负载上。得到的负载电流id波形不同。阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直；当电感足够大的时候。负载电流的波形可近似为一条水平线。带电阻负载=0度的情况： =30度的情况： 60度时，阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。电阻负载时ud波形不会出现负的部分；而阻感负载时，由于电感L的作用，ud波形会出现负的部分。带阻感负载时。三相桥式全控整流电路的角移相范围为90度。=90度时的情况：。 2.2.3定量分析 当整流输出电压连续时，即带阻感负载时，或带电阻负载60度时的平均值为： （2-1）带电阻负载且60度时，整流电压平均值为：（2-2） 输出电流平均值为: 当整流变压器为

10、图2-前图中所示采用星形接法,带阻感负载时,变压器二次侧电流波形如图前图中所示,为正负半周各宽120度、前沿相差180度的矩形波，其有效值为：（2-3） 晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。 三相桥式全控整流电路接反电势阻感负载时，在负载电感足够足以使负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感性负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同，仅在计算Id时有所不同，接反电势阻感负载时的Id为： （2-4）式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。 心得体会 通过此次对电力电子课程设计的之三相全控桥式整流电路的设计，对电力电子这门课程有了进一步的认识，掌握了晶闸管、触发电路的基本原来及其应用，也对这门学科有了更深的了解。也懂得了电力电子这门课程在实际生产中的应用将电力电子方面的知识应用到实际生产中，分析与复杂的数学计算，并力求将知识点与能力点紧密结合，从而有助于我们在工程应用能力上的培养。但是我也清楚的发现了自己在知识上的很多不足，这些不足就要在以后学习的日子里在老师的帮助下去一一弥补了。在理论上的充实是最重要的，这次课程设计还使我真真正正的学会了独立思考的重要性，使我在今后的学习生活中更上一层楼。 参考文献 1 王兆安.电力电子技术.第四版.北京：机械工业出版社,2003 2 李雅轩 杨秀敏 李艳萍 电力电子技术 中国电力出版社。