【導讀】污染、酸雨和溫室效應的主要根源。脈沖電暈法煙氣脫硫脫硝技術經(jīng)過。各國科技人員的不斷努力，目前已經(jīng)發(fā)展到工業(yè)試驗階段。題是脈沖電暈法脫硫脫硝技術產(chǎn)業(yè)化的難以克服的困難之一。工藝流程的實現(xiàn)，使流光放電煙氣脫硫技術工業(yè)應用近在眼前。交直流疊加電源采用電力電子開關器件代替火花隙的，這樣可以大大的提高開關的壽命以及電源工作的可靠性和穩(wěn)定性。采用交直流電源疊加的方式，交流電壓使放電增強，產(chǎn)生自由基增多，寬范圍和有效的流光。該交直流疊加電源采用高頻電能變換技術，利用諧振的工作方式，耗和散熱器的體積。頻繁放電的條件下。必須結合在一起進行研究。器、交直流疊加電源及其匹配問題進行研究。線板結構反應器的靜態(tài)電容。研究了如何優(yōu)化反應器的板電極寬度、放。工業(yè)運行參數(shù)，為以后大規(guī)模工業(yè)應用積累了寶貴經(jīng)驗。

　　

【正文】 ? （ 34） 式中 tstsh eKeKtf 21 21)( ?? 是對應齊次微分方程的通解，是電路中的暫態(tài)響應。 K K2是由初始條件確定的待定系數(shù)； S S2是特征方程的特征根。其數(shù)值均為： LCLRLRS 12222,1 ??????????（ 35） 式中 tBtAtf p ?? s inc o s)( ?? 是二階常微分方程的特解，是電路的穩(wěn)態(tài)響應。 A、 B 是待定系數(shù)。由三個微分方程的通解形式 可知，當電路中的電阻 R 不為零且電路達到穩(wěn)態(tài)時，電路中的暫態(tài)響應 )(tfp 是趨于零的 .所以電路進入穩(wěn)態(tài)后 ,電路中的響應 i(t)、 UC(t)、 UL(t)等于穩(wěn)態(tài)響應。即 )c o s (s inc o s)()( iiiip tKtBtAtiti ???? ????? （ 36） )co s (s i nco s)()( CCCC UUUUCpC tKtBtAtUtU ???? ????? （ 37） )c o s (s i nc o s)()( LLLL UUUULpL tKtBtAtUtU ???? ????? （ 38） 將 i(t)、 UC(t)、 UL(t)三個響應表達式分別代入各自的微分方程中 ,可碩士論文 34 求得相應的待定系數(shù) Ai、 Bi、 AUC、 BUC、 AUL、 BUL為 : 22222)()1( ?? ? RCLC RCA i ???（ 39） 2222)()1( )1( ?? ?? RCLC LCCB i ?? ??（ 310） 2222)()1( 1 ?? ? RCLC LCA CU ???? （ 311） 222 )()1( ?? ? RCLC RCB CU ???（ 312） 22222)()1( )1( ?? ?? RCLC LCLCA LU ?? ???（ 313） 22232)()1( ?? ? RCLC L R CB LU ????（ 314） 根據(jù)這些表達式可求得三個響應信號合成余弦信號的振幅和初相位分別為 : 2220222)1( CRCBAKiii ????????（ 315） ???? RCa rc tgABa rc tgiii1)( 20??? （ 316） 碩士論文 35 2220222)(11??? RCBAK CCC UUU????????? ???? （ 317） 20)(1 ??????? RCa rc tgABa rc tgCCC UUU（ 318） 222024022)(1)(?????RCBAKLLL UUU????????? ???? （ 319） LLULL UUU BBa r c t g ?? ??? ?180（ 320） 式中 LC1?? 是電路的固有頻率 。 響應信號的諧振條件及其分析： 從上面分析的結果可知， RLC 串聯(lián)諧振電路在外加余弦信號作用下，電路中的穩(wěn)態(tài)響應 i(t)、 UC(t)、 UL(t)仍 是同頻率的余弦量，只是響應信號的振幅和相位發(fā)生了不同的變化。振幅和初相位都是輸入信號頻率的函數(shù)。它們隨輸入信號頻率ω的變化曲線 如圖 35 所示 。根據(jù)響應信號振幅和初相位表達式及圖所示的曲線，可得 RLC 串聯(lián)諧振電路中的響應信號 i(t)、 UC(t)、 UC(t)的諧振條件及其諧振特性為： (1) 回路電流 i(t)的最大值發(fā)生在ω =ω 0 處，這說明 RLC 串聯(lián)諧振電路當外加激勵信號的頻率等于電路的固有頻率時，回路電流發(fā)生串聯(lián)諧振。此時電流的相位與外加激勵信號相同，而這時電壓 UC(t)和 UL(t)并沒有達到最大值。即 RLC 串聯(lián)電路中回路電流、電容電壓和電感電壓的諧振頻率是不相同的。 碩士論文 36 圖 3－ 5 振幅和角頻率之間的關系曲線 Figure35 Dependence of the amplitude and the angle frequency (2) 電路中電容電壓 UC(t)的最大值發(fā)生在ω c 處，從圖中可以看出ω cω 0，這說明要電容電壓達到最大值必須外加激勵信號的頻率小于電路的固有頻率 .由 KUC的表達式可求出ω c 為 LCRC 2120 ?? ??（ 321） 因此，電容電壓的諧振頻率不僅于電路電感和電容的 數(shù)值有關，還和電阻的大小有關。只有滿足 ? ? 021 2 ?? LCR ，即 CLR 2? 時， RLC 串聯(lián)電路中的電容電壓才可能發(fā)生諧振而達到最大值。 (3)從圖中還可以看出電感電壓 UL(t)的最大值發(fā)生在ω L處 ,而ω Lω 0,這說明電感電壓發(fā)生最大值的頻率高于電路的固有頻率 .由 KUL 的表達式同樣可求出ω L 為 : 碩士論文 37 LCRC2120?? ?? （ 322） 因此 ,電感電壓的諧振頻率同樣與 R 有關 ,也同樣滿足 ? ? 021 2 ?? LCR ，即 CLR 2? 時，電感電壓才可能發(fā)生諧振而達到最大值。 (4)RLC 串聯(lián)諧振電路的相位特點：電容電壓和電感電壓相位相反 ,電感電壓相位超前電流相位 90176。 ,而電容電壓相位落后電流相位 90176。 橋式 RLC 串聯(lián)諧振電路工作狀態(tài)分析 諧振電路如圖 所示。 （ 1）當諧振頻率小于開關頻率時 諧振電感電流連續(xù)工作，開關導通的順序為： S S4→ D D4→S S3→ D D3。 諧振電路為容性，電壓滯后電流波形。電流超前電壓提前過零，故可以使開關 管 電流過零關斷，但開通是硬開 通，存在開關損耗。反并聯(lián)二極管為自然開通，但關斷時有反向恢復電流，因此反并聯(lián)二極管必須采用快恢復二極管。 為了減小開關損耗，實現(xiàn)零電流開通，可以在開關管中串聯(lián)電感或飽和電感。開關管開通之前，飽和電感電流為零。當開關管開通時，飽和電感限制開關管的電流上升率，使開關管電流從零慢慢上升，從而實現(xiàn)開關管的零電流開通，同時改善了二極管的關斷條件，消除了反向恢復問題。 （ 2）當諧振頻率大于開關頻率時 諧振電感電流連續(xù)工作，開關導通的順序為： S S4→ D D3→S S3→ D D4。 開關 管 為零電壓開通，但關斷為硬關 斷，存在關斷損耗。反并聯(lián)二極管為自然關斷。諧振電路為感性，電壓超前電流波形。 碩士論文 38 為了實現(xiàn)開關管的零電壓關斷，可以在兩個開關管上分別并聯(lián)吸收電容，在開關管導通時，電容電壓為零。當開關管關斷時，其電流轉移到并聯(lián)電容上，電容限制了開關管兩端電壓的上升率，電壓從零慢慢升高，從而實現(xiàn)了開關管的零電壓關斷，同時也實現(xiàn)了反并聯(lián)二極管的零電壓開通。不需要為快恢復二極管。 該諧振電路可以實現(xiàn)開關管的部分軟開關，這對于在 幾十 KHz 的工作頻率下減少開關損耗有十分重要的意義，同時可以減小散熱器的體積。 167。 直流電源的工作原理分析 流電源的主電路結構 直流電源主電路結構如圖 36所示 。和交流電源相比，直流電源在變壓器的副邊增加了高壓硅堆整流和濾波電感 LAP，而少了交流電源的交流耦合電容。圖中 LPF、 CPF組成原邊直流環(huán)節(jié)的濾波和支撐電路。 LDR為原邊串聯(lián)諧振電感， TD為高頻變壓器， LAP為高壓直流濾波電感， LS為抗電路短路電感， CL和 Rt的并聯(lián)電路為反應器的電路等效模型。 T DC pfL pfL DRZ 1D 1Z 2D 1D 3 D 4Z 3 Z 4L SC LD bS 1 S 2 S 3S 4 S 5 S 6R tL AP3～圖 36 直流電源的電路原理圖 Figure36 Schematic diagram of the AC power supply main electrical circuit 該電路由于升壓變壓器 TD副邊高壓硅堆整流電路的影響， 流過負碩士論文 39 載電容 CL的電流只有一個方向，所以和上節(jié)所述交流電源的 RLC 電路全諧振有很大的不同。在每個開關周期內(nèi)，電路先通過整流電路對負載電容 CL進行充電，當負載電容上電壓達到最大值時，不再向電容充電，此時副邊電流為 0。當電容 CL電壓達到一定值時，反應器放電，向并聯(lián)電阻 Rt 放電，電容電壓下降。 在實際電路中，變壓器原邊為了減少集膚效應的影響選用扁平銅帶作為繞組， 扁平銅帶的采用就大大的增加了變壓器原邊的寄生電容，這個電容在該直流電源電路中的影響不能忽略，所以電路這時的諧振是由于原邊電路中 LDR和該寄生電容之間的以逆變方波作為激勵源的電路諧振，該諧振電路經(jīng)過變壓器及副邊整流電路后對負載的電容進行充電。 由上面的分析可以得出該電路的工作過程分為以下幾個階段： 首先電源通過串聯(lián)電感對負載電容進行充電，充電電流逐漸減小；當電容電壓充到一定程度即充電電流為零時，此時電流流過變壓器的寄生電容，和串聯(lián)電感組成諧振電路，由于諧振的影響，電壓大于負載電壓，繼續(xù)通過整流電路充電，當負載 電容上電壓達到放電電壓時，負載上的電荷通過等效并聯(lián)電阻放電，電容電壓下降，電源將繼續(xù)通過串聯(lián)電感對負載充電，如此周而復始。因此可以看成為并聯(lián)負載串聯(lián)諧振電路，即負載是并聯(lián)在串聯(lián)諧振電容兩端。 電路諧振原理分析 圖 38為直流電源電路簡化等效電路原理圖，可以看出，電路可以等效成并聯(lián)負載的串聯(lián)諧振電路。 Req為反應器的等效電阻折合到原邊的電阻，即有 Req＝ Rt/n2,變壓器的匝比為 1:n。 LDR為直流測等效電感，包括變壓器漏感和直流測原邊串聯(lián)電感。 CA為變壓器原邊寄生電容。 碩士論文 40 V DCT DL DRZ 1D 1Z 2D 1D 3 D 4Z 3 Z 4L SC L R tL APC A 圖 3－ 7直流電源并聯(lián)負載串聯(lián)諧振電路圖 Figure37 Parallel load series resonant circuit schematic diagram of DC power supply R e qC AL D C RC o s ( ω t ) 圖 38并聯(lián)負載串聯(lián)諧振等效電路圖 Figure38 Parallel load series resonant equivalent circuit 從原理圖可以得到下述表達式： tudtdiL c ??? co s （ 323） iRudtduC cc ?? （ 324） 代入化簡可得： tudtduRLdt udLC ccc ???? c o s22 （ 325） 和上節(jié)求解交流電源串聯(lián)諧振方法一樣，求該微分方程的特解為電路的穩(wěn)態(tài)解： )c o s (s i nc o s)()( CC UUCpC tKtBtAtUtU ????????? （ 326） 碩士論文 41 利用待定系數(shù)法可得表達式如下： （ 327） 22222 )1( LCRL LRB ???? ?? （ 328） 2222222 )1( LCRL RBAK cU ??????? （ 329） 從上述 表達式可以看出，負載電容 CL 上 輸出電壓的頻率和輸入電壓為同頻率的。輸出電壓和 Rt 有關，由于該電路負載為反應器，在放電過程中，其阻抗會迅速下降，所以輸出電壓也會有一定的下降。從等效電路可以看出，當電阻較小時，負載等效電容會通過該電阻放電，此時輸出電壓上會出現(xiàn) 2 倍輸入頻率的交流分量。這個現(xiàn)象在實驗過程中得到了驗證。 在反應器放電前，由于反應器等效電阻為無窮大，可以認為該支路為短路，上述等效電路可以簡化為只有 LC 的諧振電路（線路阻抗忽略）。 167。 交直流疊加電路工作原理分析 交直流疊加電路的目的是在高壓 直流的基壓上疊加高頻高壓的交流，最后在放電反應器上得到交直流疊加電壓。該電路要求電壓在疊加的時候，電壓損失要小，交直流電源之間的影響要小，同時由于是高壓疊加，電路需要簡單和安全可靠。根據(jù)電源實際應用的要求，設計交直流疊加電路如下： 2222222)1( )1( LCRL LCRA ???? ???碩士論文 42 高壓交流電源高壓直流電源L2L1C1C2 圖 39 交直流疊加電路的原理框圖 Figure39 Schematic diagram of AC+DC circuit 交直流疊加電路的原理框圖 如圖 39 所示。實際放電反應器為線板式， 反應器的等效模型可以看作是電容， 如圖中 C2 所示。 C1 為隔直耦合電容，其功能為將所產(chǎn)生的交流高壓耦合至反應器兩端，同時隔除高壓直流電源對交流電源的影響。 L1為隔交濾波電感 ，其作用對高壓整流后的直流進行濾波，同時隔除交流電源對直流電源的影響，在參數(shù)選擇時需要使 ω L11/ω C2。 L2為抗短路電感，流光放電時，煙氣在進入反應器之前需要進行加濕，反應器在高壓放電的狀況下，容易擊穿短路，瞬時電流過大會使原邊的電流過大造成開關組件的損壞。所以在反應器上串聯(lián)電感抑制電流的上升率，對電源進行保護。在參數(shù)選擇上需要使ω L2 1/ω C2，避免由于電感的 加入而改變反應器負載的特性 。 通過該電路可以實現(xiàn)交直流電壓的疊加，同時使交直流電壓可以相互獨立可調(diào)。 167。 功率母線技術 在電力電子技術及應用裝置向高頻化發(fā)展的今天，系統(tǒng)中特別是連接線的寄生參數(shù)產(chǎn)生的巨大電應力已成為威脅電力電子裝置可靠性的重要因素，從直流儲能電容到逆變器的器件之間的直流母線上的寄生電感在通常的硬開關逆變器中，由于瞬時切換時的過電壓 ,會使器件過熱，有時甚至使逆變器失控并超過器件的額定安全工作區(qū)而損壞 ,限制了開碩士論文 43 關工作頻率的提高，功率母線技術由此開始得到重視。功率母線按其結構不同可分為以下幾 種： 1 電纜絞線 電纜絞線是最常用的傳統(tǒng)功率母線 ,價廉、簡易 ,但在 IGBT 逆變器中 ,由于電纜線的自感大 ,與圓截面導線相比 ,扁平母線的自感只有圓導線的 1/3～ 1/2,而所占的體積只有它的 1/10～ 1/2。 2 印刷電路板 印刷電路板母線主要用于小電流逆變器 ,但當母線直流電流達到150A 時 ,要求電路板的敷銅層很厚 ,造價太高 ,另外用來連接多層導線板的穿孔不但占據(jù)較大的空間 ,而且會影響整機的可靠性。 3 裸銅板母線 (平面并行母線 )這是一種工業(yè)上廣泛應用的 IGBT 模塊饋電系統(tǒng)的傳統(tǒng)母線形式 ,其缺點是在于并行母線的互 感較大。 4 支架式母線 如果將正直流母線銅板放置在負直流母線板的上方 ,中間用一層薄絕緣材料隔開的方法來制作母線 ,由于磁場的相互抵消 ,可以最大限度地降低互感 ,實用化其工藝復雜 ,不宜規(guī)模化生產(chǎn) ,由于上述幾種功率母線都存在著不同的缺點 ,因此制約了大功率變頻器體積的小型化的進程 ,為此開發(fā)研制出迭層功率母線。 5 迭層功率母線 基于電磁理論 ,把連線做扁平面 ,在同樣截面下做得越薄越寬 ,它的寄生電感越小 ,相鄰導線內(nèi)流過相反的電流 ,其磁場抵消 ,可使寄生電感減小 ,這就促使萌生迭層功率母線的思路。所謂迭層功率母線以又薄又寬的 銅排形式迭放在一起 ,各層之間用很薄的高絕緣強度的材料熱壓成一體 ,整個母線極之間的距離均勻一致 ,以減少互感 ,各層銅