一种BUCK调幅的高频高压静电电源及其工作方法与流程

一种buck调幅的高频高压静电电源及其工作方法
技术领域
1.本发明属于电源技术领域，具体涉及一种buck调幅的高频高压静电电源及其工作方法，其为应对特殊工况、提升电源适应性的高频高压静电除尘电源。


背景技术：

2.传统的高频高压静电电源大多采用的是高频串联谐振逆变电路，在面对电场负载变化范围大、频繁产生火花放电的特殊工况时，通常只能通过不断的降低工作频率，来避免负载火花放电的产生，这样就使得电源工作在较低的频率，偏离了设计的工作点，导致变压器的阻抗降低、电能转换效率下降。通常为了解决这个问题，设计者都会在逆变器的前端加入可控硅整流调压，通过调节可控硅的导通角来调节母线电压，进而调节加在负载的二次高压，使逆变器可以工作在设计的最佳工作频率。这种调压的方式确实提高了设备的可靠性，但是也存在一些不足，比如当母线电压调节的比较低时，可控硅工作在较大角度，这时电网侧的功率因数会很低，这种情况在一些地方是不允许的，因为许多电网公司不允许设备长期工作在功率因数低于0.9的情况，这样浪费了许多供电容量；同时由于各种技术的限制，可控硅调压的调节精度也不会很高，通常可以调节出来的直流电压范围有限，对负载适应性提升的空间有限。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本发明提出一种buck调幅的高频高压静电电源及其工作方法，其可以进一步的提升高频电源的可靠性和适应性，扩宽高频电源的应用场景。
4.依据本发明技术方案的第一方面，提供一种buck调幅的高频高压静电电源，其采用工频整流滤波、buck斩波、高频滤波后，输出幅值受buck斩波调制的直流母线电压，接igbt全桥与电容电感构成的串联谐振逆变电路，通过脉冲控制谐振逆变电路工作输出脉冲电流，同时两组串联谐振逆变电路协同工作，提高脉冲电流的脉冲频率，就得到了幅值可调的高频高压电源。
5.所述buck调幅的高频高压静电电源包括不控整流电路db1、l1 和c1组成的工频滤波电路、igbte斩波器、l2和c2组成的高频滤波电路、第一电子开关全桥电路、第二电子开关全桥电路、第一串联谐振逆变电路和第二串联谐振逆变电路和高压硅堆整流电路。
6.进一步地，不控整流电路db1，用于将工频交流电整流成工频脉动直流电；l1和c1组成的工频滤波电路，用于将db1整流的工频脉动直流电，处理为平滑的直流电；igbte斩波器，用于将平滑的直流电斩波成有效值可控的高频脉动直流电；l2和c2组成的高频滤波电路，用于平滑igbte斩波器输出的高频脉动直流电，得到有效值可控的平滑直流电；第一电子开关全桥电路，用于将母线电压的直流电进行逆变，得到脉动的直流电；第二电子开关全桥电路，用于将母线电压的直流电进行逆变，得到与第一电子开关全桥电路相位相差180
°
的脉动的直流电；第一串联谐振逆变电路，用于与第一电子开关全桥电路相结合产生谐振，得到宽度一定的脉冲电压；第二串联谐振逆变电路，用于与第二电子开关全桥电路相结合
产生谐振，得到与第一串联谐振逆变电路相位相差180
°
的脉冲电压；高压硅堆整流电路，用于将变压器输出的高压交流电整流成高压直流电，供负载使用。
7.优选地，不控整流电路db1一侧接入三相工况电网a、b、c相线端，不控整流电路db1另一侧连接经过l1、c1组成的工频滤波电路。igbte斩波器输出端连接由l2、c2组成的高频滤波器。
8.进一步地，第一电子开关全桥电路和第二电子开关全桥电路为对称连接结构，并且第一电子开关全桥电路和第二电子开关全桥电路的结构及组成类似；其中第一电子开关全桥电路由igbta、 igbta、igbtb、igbtb构成的互补对称结构全桥电路，第二电子开关全桥电路igbtc、igbtc、igbtd、igbtd构成的互补对称结构全桥电路。第一电子开关全桥电路的共集电极端连接母线电压的正极，共发射极端连接母线电压负极，交流输出端与串联的c3、 l3、t1上端原边绕组并联。
9.优选地，第二电子开关全桥电路的共集电极端连接母线电压的正极，共发射极端连接母线电压负极，交流输出端与串联的c4、l4、t1下端原边绕组并联，t1的上端副边绕组与db2整流桥输入端并联，t1的下端副边绕组与db3整流桥输入端并联，db2、db3整流桥输出端并联后作为电源的输出。
10.依据本发明技术方案的第二方面，提供一种buck调幅的高频高压静电电源的工作方法，所述方法中buck调幅的高频高压静电电源通过控制igbt的开通占空比，调节buck电路的输出功率，进而调节高频滤波器的输出电压。进一步地，其采用工频整流滤波、 buck斩波、高频滤波后，输出幅值受buck斩波调制的直流母线电压，接igbt全桥与电容电感构成的串联谐振逆变电路，通过脉冲控制谐振逆变电路工作输出脉冲电流，同时两组串联谐振逆变电路协同工作，提高脉冲电流的脉冲频率，就得到了幅值可调的高频高压电源。
11.本发明buck调幅的高频高压静电电源及其工作方法的技术优势及有益效果在于：
12.1、用buck调幅技术替代原有的可控硅整流调幅技术，解决传统的可控硅调幅谐波干扰大、功率因数低、调幅范围窄等问题。
13.2、本发明采用工频整流滤波、buck斩波、高频滤波后，输出幅值受buck斩波调制的直流母线电压，接igbt全桥与电容电感构成的串联谐振逆变电路，通过脉冲控制谐振逆变电路工作输出脉冲电流，同时两组串联谐振逆变电路协同工作，提高脉冲电流的脉冲频率，就得到了幅值可调的高频高压电源。
14.3、本发明buck调幅的高频高压静电电源通过控制igbt的开通占空比，调节buck电路的输出功率，进而调节高频滤波器的输出电压，由于buck电路工作在直流电压下，对电网的谐波干扰小，功率因数较高。
15.4、由于buck电路工作在较高的频率，可以较为容易的实现高精度控制，控制的占空比与输出的直流电压线性度好，扩宽了母线电压可以调节的范围，降低了除尘电源输出电压电流的峰值，降低了放电的可能性，进一步提升高频电源应对复杂工况的适应性。
16.5、本发明的buck调幅方式，由于前端采用不控整流，对电网的谐波干扰较小，功率因数较高。同时buck调幅可以很容易的实现高精度控制，调节出的直流电压范围宽、线性度好，可以进一步的提升电源的适应性。
附图说明
17.图1为依据本发明的一种buck调幅的高频高压静电电源的电路示意图。
18.图2为应用图1所示多组复合高频高压静电电源的电捕焦油器的安装图。
19.图3是图2所示电捕焦油器的结构示意图。
具体实施方式
20.下面结合附图和实施范例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
21.本发明提供一种buck调幅的高频高压静电电源及其工作方法，通过buck调幅技术与高频电源技术相结合，解决可控硅整流功率因数低，调幅范围窄等问题，进一步提升高频电源应对复杂工况的适应性，可以扩宽高频电源的应用场景。
22.具体地，本发明buck调幅的高频高压静电电源及其工作方法，其采用工频整流滤波、buck斩波、高频滤波后，输出幅值受buck 斩波调制的直流母线电压，接igbt全桥与电容电感构成的串联谐振逆变电路，通过脉冲控制谐振逆变电路工作输出脉冲电流，同时两组串联谐振逆变电路协同工作，提高脉冲电流的脉冲频率，就得到了幅值可调的高频高压电源。
23.下面参考附图，来进一步说明本发明，如图1所示的一种buck 调幅的高频高压静电电源，其包括不控整流电路db1、l1和c1组成的工频滤波电路、igbte斩波器、l2和c2组成的高频滤波电路、第一电子开关全桥电路、第二电子开关全桥电路、第一串联谐振逆变电路和第二串联谐振逆变电路和高压硅堆整流电路，其中：
24.不控整流电路db1，用于将工频交流电整流成工频脉动直流电。
25.l1和c1组成的工频滤波电路，用于将db1整流的工频脉动直流电，处理为平滑的直流电。
26.igbte斩波器，用于将平滑的直流电斩波成有效值可控的高频脉动直流电。
27.l2和c2组成的高频滤波电路，用于平滑igbte斩波器输出的高频脉动直流电，得到有效值可控的平滑直流电。
28.第一电子开关全桥电路，用于将母线电压的直流电进行逆变，得到脉动的直流电。
29.第二电子开关全桥电路，用于将母线电压的直流电进行逆变，得到与第一电子开关全桥电路相位相差180
°
的脉动的直流电。
30.第一串联谐振逆变电路，用于与第一电子开关全桥电路相结合产生谐振，得到宽度一定的脉冲电压。
31.第二串联谐振逆变电路，用于与第二电子开关全桥电路相结合产生谐振，得到与第一串联谐振逆变电路相位相差180
°
的脉冲电压。
32.高压硅堆整流电路，用于将变压器输出的高压交流电整流成高压直流电，供负载使用。
33.其中不控整流电路db1一侧连接电网输入端，优选接入三相工况电网a、b、c相线端，其工作电压380v。不控整流电路db1另一侧连接经过l1、c1组成的工频滤波电路，具体
地，l1、c1组成的工频滤波电路中的l1连接到不控整流电路db1的输出端，来自不控整流电路db1输出的信号经由电感l1之后通过电感l1与电容c1的中间端传递给连接igbte斩波器，即在工频滤波电路后级连接igbte 斩波器，在连接igbte斩波器的输出端连接有二极管d1,二极管d1 反向串接在igbte斩波器的输出端和接地端之间；igbte斩波器输出端连接由l2、c2组成的高频滤波器。
34.l2、c2组成的高频滤波器对igbte斩波器输出信号进行高频滤波之后，输送给第一电子开关全桥电路和第二电子开关全桥电路，第一电子开关全桥电路和第二电子开关全桥电路为对称连接结构，并且第一电子开关全桥电路和第二电子开关全桥电路的结构及组成类似；其中第一电子开关全桥电路由igbta、igbta、igbtb、 igbtb构成的互补对称结构全桥电路，第二电子开关全桥电路 igbtc、igbtc、igbtd、igbtd构成的互补对称结构全桥电路。
35.第一电子开关全桥电路的共集电极端连接母线电压的正极，共发射极端连接母线电压负极，交流输出端与串联的c3、l3、t1上端原边绕组并联。
36.第二电子开关全桥电路的共集电极端连接母线电压的正极，共发射极端连接母线电压负极，交流输出端与串联的c4、l4、t1下端原边绕组并联，t1的上端副边绕组与db2整流桥输入端并联，t1 的下端副边绕组与db3整流桥输入端并联，db2、db3整流桥输出端并联后作为电源的输出。
37.进一步地，提供一种buck调幅的高频高压静电电源的工作方法，buck调幅的高频高压静电电源通过控制igbt的开通占空比，调节buck电路的输出功率，进而调节高频滤波器的输出电压。进一步地，其采用工频整流滤波、buck斩波、高频滤波后，输出幅值受 buck斩波调制的直流母线电压，接igbt全桥与电容电感构成的串联谐振逆变电路，通过脉冲控制谐振逆变电路工作输出脉冲电流，同时两组串联谐振逆变电路协同工作，提高脉冲电流的脉冲频率，就得到了幅值可调的高频高压电源。
38.工作流程如下：
39.步骤s1：工况电压经过不控整流电路db1整流后，输出的脉动电压经由l1、c1组成的工频滤波电路后，输出平滑的510v左右的直流电压；
40.步骤s2：所述平滑的510v左右的直流电压为后级igbte斩波器 (buck斩波电路)提供可靠的能量。
41.步骤s3：igbte斩波器(buck斩波电路)的igbte工作在优选 10k的频率，通过调节igbte斩波器脉冲的占空比来调节igbte后端的电压，将igbte后端的电压输出给l2、c2组成的高频滤波器；
42.步骤s4：l2、c2组成的高频滤波器将igbte调节的高频脉动电压滤波成平滑的直流电压，得到目标母线电压值。
43.步骤s5：第一电子开关全桥电路用于将母线电压的直流电进行逆变，得到脉动的直流电；第二电子开关全桥电路同样用于将母线电压的直流电进行逆变，得到与第一电子开关全桥电路相位相差 180
°
的脉动的直流电；
44.步骤s6：第一串联谐振逆变电路用于与第一电子开关全桥电路相结合产生谐振，得到宽度一定的脉冲电压；第二串联谐振逆变电路用于与第二电子开关全桥电路相结合产生谐振，得到与第一串联谐振逆变电路相位相差180
°
的脉冲电压；
45.步骤s7：高压硅堆整流电路用于将变压器输出的高压交流电整流成高压直流电，
供负载使用。
46.图2为应用图1所示多组复合高频高压静电电源的电捕焦油器的安装图。图3是图2所示电捕焦油器的结构示意图。
47.如图2和图3所示，高压电源23应用在电捕焦油器上，具体地通过室内布置的控制柜31，控制输入电源经高压电源32，输出高压直流电流，经高压电缆输送给电捕焦油器33中的阴极系统。在电场力的作用下，途经电场的煤气完成正负物质的分离，实现焦油的捕集。如图3和图2所示的电捕焦油器33包括一个直筒形筒体41，内设蜂窝状的阳极系统43；一套通过框架固定的导线作为阴极系统 44，高压电源32布置于设备顶部，设备各层配备有平台爬梯46，确保操作者的安全。另外还有仪表、控制供电和输电等辅助设备。上吊架、下吊架及调节装置用来确保每根电晕极线位于每个电场空间的中心。为防止绝缘子表面结露，在绝缘箱中设置了电加热保护。电捕焦油器顶部设有冲洗系统45，用于定期清除粘附于阳极和阴极上的焦油、粉尘。均气导流装置42是影响本设备除尘效率的主要因素之一，这就要求必须使设备内部流场的均匀性达到设计的效果，避免产生速度场、压力场的分布不均匀而导致收集焦油效率大大降低和设备运行阻力增加等情况；为保证捕集到的焦油有足够的流动性，设备底部设置了蒸汽加热管40，有效促进焦油排出。
48.本发明buck调幅的高频高压静电电源，通过控制igbt的开通占空比，调节buck电路的输出功率，进而调节高频滤波器的输出电压，由于buck电路工作在直流电压下，对电网的谐波干扰小，功率因数较高。同时由于buck电路工作在较高的频率，可以较为容易的实现高精度控制，控制的占空比与输出的直流电压线性度好，扩宽了母线电压可以调节的范围，降低了除尘电源输出电压电流的峰值，降低了放电的可能性，进一步提升高频电源应对复杂工况的适应性。
49.本发明的又一创新之处在于：buck调幅方式的前端采用不控整流，对电网的谐波干扰较小，功率因数较高。同时buck调幅可以很容易的实现高精度控制，调节出的直流电压范围宽、线性度好，可以进一步的提升电源的适应性。
50.与现有技术比较，本发明的一种buck调幅的高频高压静电电源，在实现了幅值可调的同时，提高了功率因数，扩宽了调幅的范围，进一步提升了电源的适应性。
51.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种buck调幅的高频高压静电电源，其特征在于，其采用工频整流滤波、buck斩波、高频滤波后，输出幅值受buck斩波调制的直流母线电压，igbt全桥与电容电感构成的串联谐振逆变电路，通过脉冲控制谐振逆变电路工作输出脉冲电流，同时两组串联谐振逆变电路协同工作，提高脉冲电流的脉冲频率，就得到了幅值可调的高频高压电源。2.根据权利要求1所述的一种buck调幅的高频高压静电电源，其特征在于，包括不控整流电路db1、l1和c1组成的工频滤波电路、igbte斩波器、l2和c2组成的高频滤波电路、第一电子开关全桥电路、第二电子开关全桥电路、第一串联谐振逆变电路和第二串联谐振逆变电路和高压硅堆整流电路。3.根据权利要求2所述的一种buck调幅的高频高压静电电源，其特征在于，不控整流电路db1，用于将工频交流电整流成工频脉动直流电；l1和c1组成的工频滤波电路，用于将db1整流的工频脉动直流电，处理为平滑的直流电；igbte斩波器，用于将平滑的直流电斩波成有效值可控的高频脉动直流电；l2和c2组成的高频滤波电路，用于平滑igbte斩波器输出的高频脉动直流电，得到有效值可控的平滑直流电；第一电子开关全桥电路，用于将母线电压的直流电进行逆变，得到脉动的直流电；第二电子开关全桥电路，用于将母线电压的直流电进行逆变，得到与第一电子开关全桥电路相位相差180
°
的脉动的直流电；第一串联谐振逆变电路，用于与第一电子开关全桥电路相结合产生谐振，得到宽度一定的脉冲电压；第二串联谐振逆变电路，用于与第二电子开关全桥电路相结合产生谐振，得到与第一串联谐振逆变电路相位相差180
°
的脉冲电压；高压硅堆整流电路，用于将变压器输出的高压交流电整流成高压直流电，供负载使用。4.根据权利要求3所述的一种buck调幅的高频高压静电电源，其特征在于，不控整流电路db1一侧接入三相工况电网a、b、c相线端，不控整流电路db1另一侧连接经过l1、c1组成的工频滤波电路。5.根据权利要求3所述的一种buck调幅的高频高压静电电源，其特征在于，igbte斩波器输出端连接由l2、c2组成的高频滤波器。6.根据权利要求3所述的一种buck调幅的高频高压静电电源，其特征在于，第一电子开关全桥电路和第二电子开关全桥电路为对称连接结构，并且第一电子开关全桥电路和第二电子开关全桥电路的结构及组成类似；其中第一电子开关全桥电路由igbta、igbta、igbtb、igbtb构成的互补对称结构全桥电路，第二电子开关全桥电路igbtc、igbtc、igbtd、igbtd构成的互补对称结构全桥电路。7.根据权利要求6所述的一种buck调幅的高频高压静电电源，其特征在于，第一电子开关全桥电路的共集电极端连接母线电压的正极，共发射极端连接母线电压负极，交流输出端与串联的c3、l3、t1上端原边绕组并联。8.根据权利要求6所述的一种buck调幅的高频高压静电电源，其特征在于，第二电子开关全桥电路的共集电极端连接母线电压的正极，共发射极端连接母线电压负极，交流输出端与串联的c4、l4、t1下端原边绕组并联，t1的上端副边绕组与db2整流桥输入端并联，t1的
下端副边绕组与db3整流桥输入端并联，db2、db3整流桥输出端并联后作为电源的输出。9.一种权利要求1-8之任一所述的buck调幅的高频高压静电电源的工作方法，其特征在于，buck调幅的高频高压静电电源通过控制igbt的开通占空比，调节buck电路的输出功率，进而调节高频滤波器的输出电压。10.根据权利要求9所述的一种buck调幅的高频高压静电电源的工作方法，其特征在于，其采用工频整流滤波、buck斩波、高频滤波后，输出幅值受buck斩波调制的直流母线电压，后接igbt全桥与电容电感构成的串联谐振逆变电路，通过脉冲控制谐振逆变电路工作输出脉冲电流，同时两组串联谐振逆变电路协同工作，提高脉冲电流的脉冲频率，就得到了幅值可调的高频高压电源。

技术总结
本发明的一种BUCK调幅的高频高压静电电源及其工作方法，其采用工频整流滤波、BUCK斩波、高频滤波后，输出幅值受BUCK斩波调制的直流母线电压，接IGBT全桥与电容电感构成的串联谐振逆变电路，通过脉冲控制谐振逆变电路工作输出脉冲电流，同时两组串联谐振逆变电路协同工作，提高脉冲电流的脉冲频率，就得到了幅值可调的高频高压电源。本发明通过BUCK调幅技术与高频电源技术相结合，提高传统可控硅调幅电源的功率因素，扩宽调幅的范围，进一步扩宽高频电源的应用场景，提升高频电源应对特殊工况的可靠性和适应能力。的可靠性和适应能力。的可靠性和适应能力。


技术研发人员：郭英豪 樊星 魏志明 马明强
受保护的技术使用者：襄阳九鼎昊天环保设备有限公司
技术研发日：2021.12.02
技术公布日：2022/3/8