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脫硫脫硝電源中高頻高壓交流電源的實(shí)現(xiàn)

作者： 時(shí)間：2012-03-11 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò) 收藏
1 前言

　　隨著全球工業(yè)發(fā)展和人口的不斷增長(zhǎng)，世界上許多地區(qū)（包括中國(guó)）出現(xiàn)了嚴(yán)重的酸雨現(xiàn)象，環(huán)境酸化已成為普遍關(guān)注的全球問(wèn)題之一。廢氣濃煙中的
是形成酸雨的主要原因，這些污染物主要來(lái)自煤炭燃燒和石化原料的廢氣中。我國(guó)先后經(jīng)歷過(guò)石灰石法，旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法等方法來(lái)解決這一環(huán)境問(wèn)題。近些年出現(xiàn)的在直流基礎(chǔ)高壓上疊加交流高頻電壓產(chǎn)生的交直流疊加電源的供電方法，由于其脫硫效率高而得到了世界范圍的廣泛關(guān)注。
脫硫脫硝交直流疊加電源中的直流高壓使反應(yīng)器進(jìn)入流光放電區(qū)，而高頻高壓交流電源可以擴(kuò)大反應(yīng)器形成流光放電所對(duì)應(yīng)的電壓范圍，從而擴(kuò)大脫硫脫硝化學(xué)反應(yīng)的有效工作區(qū)，有利于提高系統(tǒng)效率。本文討論了此交流電源的實(shí)現(xiàn)原理，并且分析了電路工作在不同狀態(tài)下開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)情況。由于在脫硫脫硝系統(tǒng)中，提高加在負(fù)載上的交流電壓的有利于提高系統(tǒng)效率，因此要提高開(kāi)關(guān)頻率，同時(shí)要降低器件損耗。實(shí)現(xiàn)IGBT的軟開(kāi)關(guān)是降低器件開(kāi)關(guān)損耗的有效方法，本文采用全橋移相軟開(kāi)關(guān)控制的方法降低器件的開(kāi)關(guān)損耗。

2 主電路工作原理

2．1　 電路工作狀態(tài)分析

　　本文所要論述的高頻高壓電源是脫硫脫硝交直流疊加電源中的交流電源部分，電路的主電路如圖1所示。圖中的
是電網(wǎng)電壓通過(guò)二極管整流和濾波后得到的直流電壓，經(jīng)過(guò)
組成的全橋DC-AC變換器逆變，輸出高頻方波電壓，經(jīng)過(guò)隔離變壓器隔離和升壓，在負(fù)載上得到高頻高壓交流電壓。脫硫脫硝反應(yīng)器是該電路的負(fù)載，反應(yīng)器呈容性，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器上存在能量損耗，因此，電路圖中用
和電阻
作為等效負(fù)載。圖中的
是串聯(lián)諧振電感，包括變壓器漏感及外加電感，在負(fù)載和變壓器確定后，根據(jù)電路設(shè)計(jì)阻抗合理選擇
的參數(shù)，使負(fù)載得到系統(tǒng)要求的輸出電流和電壓。


圖1 脫硫脫硝交流電源電路圖


圖2 簡(jiǎn)化的電路原理圖

　　簡(jiǎn)化的電路原理圖如圖2所示。圖中的
是逆變橋輸出的高頻方波電壓，
是負(fù)載折合到原邊的等效值，圖中忽略等效電阻
，因其阻抗遠(yuǎn)大于電容的容抗。
可以分解為基波分量及各次諧波分量，基波頻率等于開(kāi)關(guān)頻率。對(duì)于諧波來(lái)說(shuō)，此處感抗遠(yuǎn)大于容抗，因此諧波電壓基本降落在電感上，負(fù)載上主要得到基波電壓和電流。如果不考慮線路電阻，則逆變電路輸出電流、負(fù)載電流和負(fù)載電壓的基波分量
分別由下式?jīng)Q定（下標(biāo) 表示電流電壓的基波分量，w表示基波角頻率）：




　　從式中可以看出，理論上若使感抗等于容抗，即使電路工作在串聯(lián)諧振點(diǎn)上，則電路中流過(guò)的電流可以無(wú)窮大，
可以無(wú)窮大，因此當(dāng)變壓器變比及反應(yīng)器的電容值一定時(shí)，調(diào)節(jié)電感
可以調(diào)節(jié)電路中的總阻抗，繼而調(diào)節(jié)電路電流
和負(fù)載電壓
，在一定的輸入電壓下得到所需高頻交流電壓。同時(shí)調(diào)節(jié)電感8還可使電路分別處于容性或感性狀態(tài)下。當(dāng)
時(shí)，電路工作在容性狀態(tài)下，IGBT在零電流條件下關(guān)斷，但在大電流大電壓條件下開(kāi)通，關(guān)斷損耗小，開(kāi)通損耗較大；而當(dāng)
時(shí)，電路工作在感性狀態(tài)下，IGBT在零電流零電壓條件下開(kāi)通，但在大電流大電壓條件下關(guān)斷，開(kāi)通損耗小，關(guān)斷損耗大，因此當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率需要進(jìn)一步提高時(shí)，有必要使開(kāi)關(guān)管同時(shí)工作于軟開(kāi)通及軟關(guān)斷狀態(tài)下以減小開(kāi)關(guān)損耗。
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