大功率介質(zhì)阻擋等離子體電源特性及工業(yè)應(yīng)用研究

由于實(shí)際諧振電源控制電路在電流過零關(guān)斷驅(qū)動(dòng)IGBT時(shí)存在誤差，產(chǎn)生瞬時(shí)脈沖震蕩不可避免，驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(fù)載諧振方面，達(dá)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(shí)間連續(xù)工作的要求，結(jié)果令人滿意。
2)電源變負(fù)載自適應(yīng)運(yùn)行特性
本文研制電源系統(tǒng)的又一重要特點(diǎn)時(shí)變負(fù)載自適應(yīng)運(yùn)行特性，這一優(yōu)點(diǎn)對工程應(yīng)用尤為重要。眾所周知，實(shí)際工業(yè)負(fù)載很難做到非常穩(wěn)定，特別是大功率負(fù)載尤其如此。
所謂變負(fù)載自適應(yīng)運(yùn)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(yīng)器負(fù)載所決定，它們實(shí)際上構(gòu)成了一個(gè)R、L、C串聯(lián)諧振電路。系統(tǒng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，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(shí)現(xiàn)電流過零軟關(guān)斷控制，因此，諧振控制與負(fù)載特性無關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)電源的變負(fù)載自適應(yīng)運(yùn)行特性。
在本文研制電源系統(tǒng)的工程運(yùn)用試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的負(fù)載不穩(wěn)定，濕度對負(fù)載電氣特性產(chǎn)生不良影響。在不同天氣情況下進(jìn)行了系統(tǒng)的負(fù)載測試，顯示系統(tǒng)負(fù)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(fù)載變化情況下，運(yùn)行諧振頻率相應(yīng)變化，運(yùn)行結(jié)果見圖5。

3)大功率長時(shí)間工業(yè)運(yùn)行特性
大功率諧振電源啟動(dòng)是發(fā)生電子開關(guān)IGBT燒損事故最危險(xiǎn)時(shí)刻，諧振啟動(dòng)過程的良好設(shè)計(jì)是研制電源的第一個(gè)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(fù)載上已經(jīng)過無數(shù)次啟動(dòng)，至今為止尚未發(fā)生IGBT燒損現(xiàn)象，完全滿足工業(yè)應(yīng)用要求。
圖6是本文研制電源在大功率啟動(dòng)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(gè)諧振周期，主諧振電流達(dá)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(yīng)器的工業(yè)試驗(yàn)，本文研制電源進(jìn)行了長期運(yùn)行工作可靠性考核，包括48小時(shí)12～30kw電源連續(xù)運(yùn)行無故障，至今為止累計(jì)運(yùn)行數(shù)千小時(shí)無故障，整個(gè)電源系統(tǒng)性能狀態(tài)穩(wěn)定。
圖7是隨機(jī)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(shí)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(shí)際性能和大功率工作狀態(tài)，仍然會出現(xiàn)少量瞬時(shí)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(dòng)現(xiàn)象，分析認(rèn)為是整個(gè)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(jìn)行了不同功率運(yùn)行的現(xiàn)場工業(yè)試驗(yàn)，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(shí)現(xiàn)，在配套介質(zhì)阻擋放電DBD負(fù)載上，運(yùn)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(fù)載所能承受過載電流能力的限制，60kW以上的工作功率試驗(yàn)均只進(jìn)行了短時(shí)運(yùn)行，以防負(fù)載的阻擋介質(zhì)擊穿燒毀，基于同樣的原因，80kw以上的試驗(yàn)未進(jìn)行。
在表l的全部電源不同功率運(yùn)行情況中，本文研制電源系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、安全，電源系統(tǒng)無任何故障或異常現(xiàn)象，說明本文研制電源的功率設(shè)計(jì)有很大的冗容，完全可能達(dá)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(yīng)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(jìn)行了長時(shí)間現(xiàn)場工業(yè)運(yùn)行，研制電源系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、啟動(dòng)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(jì)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(shí)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(jìn)行了18～80kW不同功率運(yùn)行試驗(yàn)，本文研制電源系統(tǒng)具有很大的工作功率冗容，能夠達(dá)到100kW級工作水平。
本文研制電源系統(tǒng)具有的變負(fù)載自適應(yīng)運(yùn)行特性，使電源系統(tǒng)不但能夠運(yùn)用于配套的煙氣處理介質(zhì)阻擋等離子體反應(yīng)器，而且可以廣泛應(yīng)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(fù)載，應(yīng)用前景廣闊。