[实用新型]三相高频逆变高压整流静电除尘集成电源

说明书

技术领域

本实用新型涉及静电除尘集成电源，尤其是涉及一种适宜于大容量高压静电除尘的三相高频逆变高压整流静电除尘集成电源。

背景技术

随着工业粉尘及废气排放量的日益增加，环境污染状况愈来越严重，特别是冶金、矿山、电力、建材、化工等行业尤为严重。我国是一个产煤大国，也是一个耗煤大国，煤炭占我国能源结构的比重高达70%左右，由此还是一个排放煤粉尘大国。燃煤成为低能效、高污染乃至雾霾重的主要根源之一。应用高压静电除尘装置能够有效地收集尚未扩散的粉尘，目前我国燃煤电厂除尘设备中95％以上已采用高压静电除尘装置。然而，在现有的高压静电除尘装置中普遍采用工频升压整流电源，工频高压电源的火花控制特性很差，花火能量大，电场恢复慢，导致无效除尘时间长，造成电源除尘效率低，而且同一烟道中往往采用至少四级电场(四套电源)依次除尘，才能满足我国烟气污染物排放标准。为此，开发高频高压整流电源是解决工频电源之不足的有效路径，其除尘效率高，电源体积小，电能利用率高，逐渐被业内所认定。但是，目前国内所研制的电除尘用高频高压整流电源，还停留在中小功率阶段，其输出电流普遍偏低，导致电场内的粉尘荷电能力依然偏低，除尘效率尚未得到显著提高。至于倍压整流模式，是在变换器的整流输出环节采用倍压整流技术，从而减小了变压器的升压倍数，使变压器的电压等级降低。电压等级降低了，变压器二次绕组与一次绕组的匝数比减小从而减小了寄生电容。同时，变压器的绝缘设计相对变得比较容易，很大程度上减小了变压器的体积和整个电源系统的重量。然而，倍压整流模式只能在负载较轻的情况下方能正常工作， 对于需要大功率电源的静电除尘等工况下，由于负荷电流较大，倍压整流将会产生电压降，达不到所需求的电压输出，这就限制其倍压级数不能太多，一般多为二级倍压。倍压电路在正常工作状态下，输出电压很稳定，一旦负载出现短路或者负载电场击穿放电（静电除尘）时，倍压整流电路将产生超过正常电流几十倍的浪涌电流，危及电源系统的安全运行。为此，往往在负载端串联限流电阻等加以保护措施。

近年来，伴随着电力电子技术的飞速发展，特别是新一代功率电子器件如IGBT，MOSFET等的应用，高频逆变技术越来越成熟，各种不同类型和特点的电路广泛地被应用于DC/DC与DC/AC等场合。这就为设计制造高频高压整流电源取替常规工频高压整流电源，减小高压电源装置的体积与重量，提高静电除尘系统效率提供了先进的核心器件。其中，高频高压大功率变压器成为电源系统的关键部件，起到高频升压、传递能量、安全隔离和可靠运行等重要作用。因此，高频高压大功率变压器的设计显得尤为重要。三相高压高频大功率变压器的设计不同于传统三相工频大功率变压器，也不同于单相高频高压小功率变压器，更不同于开关电源中常规的低压高频变压器。如图2所示的一种公知的大容量三相工频整流、单相高频逆变与单相高压整流静电除尘器电源由于采用单相高频低压逆变结构DF、单相升压变压器结构DD、单相整流结构DZ，导致高频逆变器、高频变压器和高频整流器效率低，安全性和可靠性差。三相高压高频大功率变压器设计时必须特别考虑高压、高频和大功率工况下变压器内部的电场、磁场和热场。

在国外，从70年代开始，日本的一些公司开始采用开关电源技术，将市电整流后逆变为3kHZ左右的中频，然后升压，从而减小变压器体积和重量。进人80年代后，高压开关电源技术迅速发展.德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件，将电源的开关频率提高到20kHZ以上。使变压器的体积和重量进一步缩小。如今，节能减排已成为经济与社会发展的主题，高压静电除尘器以其独特的优势广泛应用于工业粉尘的回收与处理领域。目前，大功率（大于10kW）、高压（大于10kV）、高频（大于20kHz）的AC-DC电源变换器的应用和需求越来越广泛。

国内高频高压整流电源已达80kW，电压大于70kV，频率约为20kHz，且有控制方式灵活、输出高压波形可控、闪络后关闭速度快和重启迅速等优点，成为当今静电除尘电源的主要研究发展方向。但是，仍然存在容量较小、波纹依然较大、运行稳定性较差等问题，远不能满足节能减排的市场需求和技术需要。