【正文】 鄰導(dǎo)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。這種整體的迭層功率母線結(jié)構(gòu),可承受數(shù)百公斤的切應(yīng)力,其導(dǎo)電極之間可承受數(shù)千伏的電壓。167。電源效率80%167。當(dāng)副邊反應(yīng)器上交流電壓的峰峰值為20KV時(shí)，則副邊電流的單峰值見下式41：IS=ωCU=2πfCU＝2**16*103*20*109*15*103＝30（A）（41）考慮到電壓諧振和原邊開關(guān)管容量造價(jià)以及副邊短路電流的大小，交流側(cè)變壓器采用變比為1：5，所以原邊電流為：IP=NIS=5*30=150(A) （42）交流電源副邊隔交電容選用聚苯乙烯超高壓電容。該電容在使用時(shí)浸在純凈的工業(yè)用高壓絕緣油中，這樣可以有效的延長其使用壽命。直流支撐電壓為500V時(shí)，副邊電流為30A，變壓器副邊電壓小于5000V：IS(1/ωCDP＋1/ωCL－ωLs－ωN2LDR)＝2500V （44）計(jì)算得Ls≥，LDR≤33uH。變壓器原副邊的電感均為空心電感，由于空芯電感沒有鐵芯，克服了在大電流情況下磁路飽和的問題?？紤]到電路可靠性和系統(tǒng)性能的要求，逆變電路中的功率開關(guān)器件選用賽米控（SEMIKRON）新推出的SEMIX TM 系列IGBT模塊。兩個(gè)AC和DC端子分別位于模塊的上下兩側(cè)，使主回路的連接更為方便，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊的功率電子系統(tǒng)；主回路端子的設(shè)計(jì)排列允許將驅(qū)動(dòng)器置于模塊的頂端。SEMiX 的功率端子是直接焊接到 DCB 基片上的，從而最大限度地優(yōu)化了功率端子的散熱，并極大地降低了連線損耗，充分地發(fā)揮了溝槽式IGBT的優(yōu)勢；在1200V的電壓等級中，還采用了軟穿透式(SPT) IGBT和CAL二極管的組合，特別用于開關(guān)頻率較高時(shí)；IGBT 模塊為驅(qū)動(dòng)器提供了標(biāo)準(zhǔn)的可焊接或即插式接口。由上一節(jié)分析可知電路正常工作時(shí)的最大電流為150A，選用SEMIX553GB128D即可避免不必要的過流保護(hù)，又可滿足電路正常工作的需要。逆變電路的吸收電路采用專用的無感吸收電容構(gòu)成。電容量選擇為2uF，利用1uF的兩個(gè)電容并聯(lián)，這樣可以有效的減少引線電感的影響。對三相全控整流橋輸出電壓在時(shí)進(jìn)行泰勒級數(shù)展開：（45）顯然輸出電壓的紋波主要由300Hz的分量決定，其脈動(dòng)系數(shù)為。 （47）在實(shí)際的電路中，濾波電感選取1mH。同時(shí)在每個(gè)電解電容上并聯(lián)一個(gè)33KΩ，20W的功率電阻，起到為電解電容均壓和瀉放電荷的作用。續(xù)流二極管僅在導(dǎo)通角為（60176。）時(shí)才起作用，流經(jīng)最大平均電流為： （49）故選擇續(xù)流二極管容量為：1200V，75A。晶閘管的通態(tài)平均電流：ITA＝150/(**3)＝ （410）在設(shè)計(jì)中考慮到2倍設(shè)計(jì)裕量，同時(shí)由于實(shí)驗(yàn)的需要希望有較大的調(diào)節(jié)范圍，故容量選擇為1200V，75A。選擇經(jīng)驗(yàn)值為R=62Ω,功率為15W；C= 。 直流電路的參數(shù)設(shè)計(jì)直流電源副邊電流主要由反應(yīng)器的等效電阻決定，電流的最大值應(yīng)該出現(xiàn)在反應(yīng)器流光放電時(shí)（由高壓放電除塵器的經(jīng)驗(yàn)值確定）。直流測電源由于副邊電流較小，變壓器變比可以較高，同時(shí)由于直流電源和交流電源諧振方式不同，需要較大的變比才能得到較高的電壓。直流電源原邊串聯(lián)電感值通過副邊短路時(shí)最大電流來確定。由于該電源最后是采用交直流疊加的方式對負(fù)載進(jìn)行供電，實(shí)驗(yàn)中需要研究交直流疊加電壓的比例和各自的能耗，故設(shè)計(jì)容量的冗余較大同時(shí)兩組電源原邊主電路結(jié)構(gòu)相同，這樣交直流電源采用一樣的容量設(shè)計(jì)，可以簡化主電路的設(shè)計(jì)和制作。 167。耦合電容CDP容量的選擇要考慮到電路短路時(shí)，為了避免電容儲(chǔ)存能量過大導(dǎo)致交流電源原邊電流過大，不能選取的過大，同時(shí)由于CDP和負(fù)載電容CL在交流回路中串聯(lián)的關(guān)系，CDP的參數(shù)不能太小，這樣容抗太大導(dǎo)致分壓過大，會(huì)減少輸出到負(fù)載上的電壓。直流側(cè)電感LAP既有濾波的作用，同時(shí)又承擔(dān)著隔除交流電源對直流電源影響的作用，所以應(yīng)該選擇較大的容量。因?yàn)榻涣麟娫吹妮敵鲱l率為16KHZ，輸出峰值為15KV，所以：ZLAP=ωLAP＝2πfLAP=2**16*103*120*103=12063（Ω）ZLS=ωLS＝2πfLS=2**16*103**103=924（Ω）ZCL=1/(ωCL)＝1/(2πfCL)=1/(2**16*103*20*109)=496（Ω）ZCDP=1/(ωCDP)＝1/(2πfCDP)=1/(2**16*103*10*109)=496（Ω）這樣ZL1()，符合了電路的要求。 觸發(fā)和控制電路的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)為了達(dá)到脫硫電源技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的要求，脫硫系統(tǒng)采用集散控制系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)以及分級控制的策略來控制各節(jié)點(diǎn)的脫硫電源，從而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)集中供電脫硫方式所難以實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)器中流光的優(yōu)化時(shí)空分布和系統(tǒng)的高可靠性。逆變電路采用串聯(lián)諧振技術(shù)，其控制技術(shù)一般采用頻率控制方法。頻率控制技術(shù)主要是從負(fù)載的阻抗調(diào)節(jié)入手，目前負(fù)載的阻抗調(diào)節(jié)是通過改變串聯(lián)諧振電感的值來進(jìn)行調(diào)節(jié)。下面主要針對串聯(lián)型逆變器的控制技術(shù)進(jìn)行比較和分析。對于串聯(lián)逆變器，在逆變器的工作頻率等于負(fù)載的自然諧振頻率時(shí)負(fù)載的阻抗最小。脈沖頻率控制方法的優(yōu)點(diǎn)是控制簡單，但也存在缺點(diǎn)：由于輸出功率的調(diào)節(jié)僅靠改變負(fù)載的功率因數(shù)角來實(shí)現(xiàn)，因此在Q值不高的情況下，調(diào)功過程中工作頻率變化較大，所以僅在Q值較高或?qū)ぷ黝l率范圍要求不大的場合才考慮使用脈沖頻率控制方法。這種方法的缺點(diǎn)使控制方案較為復(fù)雜，且因采用有級調(diào)功，不宜用于功率平滑調(diào)節(jié)或閉環(huán)控制的場合。移相調(diào)功（phraseshifting power regulation）將全橋移相控制方法引入到電源的輸入功率控制中，通過調(diào)節(jié)兩橋臂驅(qū)動(dòng)信號之間的夾角，改變負(fù)載上的基波電壓幅值或負(fù)載的功率因數(shù)角，以達(dá)到調(diào)節(jié)輸出功率的目的。由于時(shí)間的原因，論文中的控制方法較為簡單。一 晶閘管對觸發(fā)電路的要求由于采用晶閘管電路種類很多，有整流、有源逆變、交流調(diào)壓、變頻器和斬波器等；有電阻—電感負(fù)載電路、反電勢負(fù)載電路等。下面是本系統(tǒng)中晶閘管電路對觸發(fā)電路提出的要求。（2）觸發(fā)脈沖應(yīng)滿足晶閘管電路的工作要求，對于三相橋式全控整流電路，應(yīng)采用寬脈沖（﹥60176。（3）觸發(fā)脈沖的幅值、觸發(fā)脈沖的前沿陡度、觸發(fā)脈沖的輸出功率必須滿足使晶閘管可靠觸發(fā)的要求。（5）觸發(fā)脈沖的移相范圍應(yīng)滿足電源裝置的要求。二 CA6100通用觸發(fā)電路該電源三相全橋可控整流電路采用CA6100觸發(fā)板進(jìn)行控制。它在調(diào)節(jié)器與大功率主電路之間形成了一個(gè)良好的緩沖界面，一方面，保證可靠而且有效的傳輸控制信號，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)定的控制功能；另一方面，大大減輕了主電路對控制電路的干擾，在計(jì)算機(jī)及控制電路失控時(shí)能夠自動(dòng)保證主電路安全，提高系統(tǒng)工作的可靠性。0～5V的直流輸入電壓信號，可以控制輸出脈沖的移相范圍從5 o～175 o連續(xù)線性可調(diào)。觸發(fā)板主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：相位基準(zhǔn)（參考）電路，緩沖放大器及軟起動(dòng)/軟停止電路，鎖相環(huán)，缺相檢查及禁止電路，相序檢測和選擇開關(guān)，監(jiān)控電路，脈沖放大器和脈沖變壓器等。除了基本的驅(qū)動(dòng)功能和電氣隔離，此方案還包括VCE檢測、欠壓保護(hù)、短脈沖抑制以及上下管驅(qū)動(dòng)信號互鎖，后幾種功能被集成到一個(gè)原邊的專用集成電路（ASIC）中。電位隔離的驅(qū)動(dòng)電源通過一個(gè)DC/DC變換器產(chǎn)生。除了電氣隔離，驅(qū)動(dòng)電路的原、副邊還具備更多功能以確保系統(tǒng)安全運(yùn)行。副邊的VCE檢測功能可以檢測出短路和直通狀態(tài)。如果超出參考值，故障存儲(chǔ)單元就被置位，同時(shí)IGBT關(guān)斷。為了確保正常運(yùn)行期間IGBT能安全開通，VCE檢測要一直延遲到IGBT完全飽和才開始生效。而且功率晶體管將不再完全受控。一旦發(fā)生故障，所有IGBT以一種安全模式被關(guān)斷，且有一個(gè)故障信號被置位。二 IPM控制和接口電路的設(shè)計(jì)逆變電路控制芯片采用電流控制型脈寬調(diào)制器UC3846。振蕩頻率的確定，RT=62KΩ,CT=。正好每個(gè)輸出只是全橋電路每個(gè)開關(guān)管故障狀態(tài)。掉電復(fù)位后，電路才能正常工作。由于本開關(guān)電源工作在一個(gè)高頻高壓且經(jīng)常短路放電的環(huán)境中，所以電源要有比較嚴(yán)格的抗干擾設(shè)計(jì)。接地情況分為安全接地和工作接地。工作接地是為電路提供一個(gè)基準(zhǔn)電位，只要是在一個(gè)等位點(diǎn)或等位面上即可。電磁屏蔽既包括電磁感應(yīng)干擾的屏蔽，也包括輻射干擾的屏蔽，其原理是利用屏蔽體來削弱或割斷干擾場的空間耦合，阻止電磁能量傳輸。電源原邊以扁平鋁編織線作為接地母線和大地相連。變壓器和副邊高壓電路部分封閉在鐵制油箱中，這樣起能有效屏蔽電磁干擾，高壓絕緣油又能起到絕緣和散熱的作用。電源內(nèi)部信號屏蔽線同電源外殼相連，這樣電源外殼和油箱組成了屏蔽接地。在本系統(tǒng)中主要采用了以下辦法：（1）注意控制線路板的擺放位置。因此控制電路應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離主電路，并且與電流的走向保持平行，使磁力線平行掃過控制電路板，而不是垂直穿過電路板。印刷電路板上的線，以電源線和地線最為重要。在條件允許的情況下使用大面積的鋪地，以吸收電磁干擾。這樣，此電容可以作為該集成電路的蓄能電容，提供和吸收該集成電路工作在開關(guān)狀態(tài)時(shí)的能量；另一方面可以旁路掉該器件的高頻噪聲。（4）主要采用了光電耦合隔離和雙絞線傳輸?shù)却胧挠|發(fā)電路到晶閘管的觸發(fā)信號，一定要使用雙絞線和屏蔽線傳輸。 電源實(shí)驗(yàn)結(jié)果及波形分析 直流電源的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及波形分析反應(yīng)器作為負(fù)載，與通常的電源負(fù)載有很大的不同。輸出電壓利用分壓器進(jìn)行測量，分壓器分壓比為1000:1，阻值為80MΩ。通過檢測電阻R上電壓的Figure45 Measure circuit 波形和幅值就可以得出直流電流的波形和幅 of reactor current 值。利用TEK－TDS3014示波器的測量功能采集數(shù)據(jù)，用Excel數(shù)據(jù)處理軟件做出關(guān)系曲線。（注：圖中縱軸為10Ω電阻上所測到電壓值，為實(shí)際電流值的10倍）圖4－6 反應(yīng)器上直流電壓和流過直流平均電流的關(guān)系Figure46 Dependence of DC voltage and DC mean current on the reactor 當(dāng)電壓低于反應(yīng)器的起暈電壓（約為15KV）時(shí)，電壓和電流維持線性關(guān)系，電阻值基本不變，當(dāng)電壓大于起暈電壓時(shí)，電流急劇增長，與電壓呈指數(shù)關(guān)系，說明負(fù)載的電阻值以指數(shù)規(guī)律迅速減小。如圖47所示的是直流電源原邊直流母線電壓和輸出電壓之間的曲線關(guān)系。電壓上升到起暈電壓以后，隨著直流母線電壓的增長，輸出電壓增長很慢，這與負(fù)載放電時(shí)電阻急劇減小有關(guān)。圖4－7 原邊直流母線電壓和負(fù)載直流電壓的關(guān)系Figure47 Dependence of primary generatrix voltage and DC voltage on the reactor圖4－8 輸出到反應(yīng)器上的直流電源電壓波形Figure48 DC voltage wave on the reactor圖4－8波形為負(fù)載上只加直流電源時(shí)的波形，此時(shí)負(fù)載電壓平均值約為20KV。從直流電源原邊電壓和電流的波形上也可以看出負(fù)載的這種變化。圖49，410，411為直流電源原邊逆變橋輸出電壓和電流的波形。隨著電壓的升高，由圖4圖4圖411電壓和電流波形的變化可以看出，負(fù)載的特性發(fā)生的變化，由容性向阻性逐漸發(fā)生變化。圖4－9 當(dāng)直流輸出電壓在12KV時(shí)，直流電源原邊電壓和電流的波形Figure49 Primary voltage and current wave of DC power supply with 12KV output voltage圖4－10 當(dāng)直流輸出電壓在18KV時(shí)，直流電源原邊電壓和電流的波形Figure410 Primary voltage and current wave of DC power supply with 18KV output voltage圖4－11 ，直流電源原邊電壓和電流的波形Figure411 Primary voltage and current wave of DC power supply with output voltage隨著電壓的進(jìn)一步升高，反應(yīng)器短路，原邊電壓和電流的波形如圖412所示，此時(shí)電流為三角波，可以看出此時(shí)由于負(fù)載相當(dāng)于只有原邊串聯(lián)電感和變壓器漏感，呈感性。實(shí)驗(yàn)中捕捉到了火花放電瞬間反應(yīng)器兩端的電壓波形，如圖4－13所示。 圖4－12 當(dāng)負(fù)載短路時(shí)，直流電源原邊電壓和電流的波形Figure412 Primary voltage and current wave of DC power supply with the load short圖4－13 火花放電時(shí)，負(fù)載電壓波形Figure413 Load voltage of DC power supply with the load short 交流電源的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及波形分析交流電源的工作狀態(tài)的改變主要由對原邊串聯(lián)電感調(diào)節(jié)決定。兩個(gè)反應(yīng)器間距為200mm，；變壓器變比為1：20；原邊串聯(lián)電感為50uH。如圖414所示，由電壓和電流的波形可以看出，此時(shí)負(fù)載呈容性，電流超前電壓，開關(guān)在電流過零點(diǎn)關(guān)斷，然后通過反并聯(lián)二極管續(xù)