用于双介质低温等离子反应器的陡前沿纳秒脉冲电源的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于双介质低温等离子反应器的陡前沿纳秒脉冲电源，其技术特点是：包括高压交流电源、高压直流电源和交直流耦合电路，所述的交直流耦合电路由隔交滤波电感L1、抗短路电感L2和隔直耦合电容C1构成，高压交流电源的一端连接隔交滤波电感L1，高压直流电源的一端连接隔直耦合电容C1，隔交滤波电感L1和隔直耦合电容C1的另一端共同连接到抗短路电感L2上，该抗短路电感L2的另一端与阳电极相连接，高压交流电源、高压直流电源的另一端共同与接地电极相连接。本实用新型设计合理，其采用交直流叠加电源作为双介质低温等离子反应器，提高了放电密度，实现了燃烧炉大气污染物的协同与集成治理功能，符合国家的节能减排政策。
【专利说明】用于双介质低温等离子反应器的陡前沿纳秒脉冲电源
【技术领域】
[0001]本实用新型属于烟气净化【技术领域】，尤其是一种用于双介质低温等离子反应器的陡前沿纳秒脉冲电源。
【背景技术】
[0002]随着现代工业和城市建设的发展和汽车数量的激增，大气污染已经成为日益严重的全球性问题，其来源主要为各种燃烧炉烟气(特别是燃煤锅炉烟气)和机动车尾气。燃烧产生的烟尘、S02、C02、N0x、汞等重金属是我国大气污染的主要特征。主要由SO2排放所致的硫酸型酸雨污染危害面积达国土面积30%以上，全国因此每年损失上千亿元。目前SO2污染已成为制约我国经济、社会可持续发展的重要因素，控制其污染势在必行。我国中小型燃煤锅炉(220t / h以下)因其数量多、范围广、治理难度大及投资限制等诸多因素成为控制SO2排放的老大难。另外由于多年来我国燃煤大气污染物的治理的重点是烟尘、SO2，的控制，而针对氮、细微颗粒物、重金属汞等污染物的控制还没有全面展开，导致我国氮、汞等其他污染物排放量大幅增加，对生态环境造成了严重影响，针对我国严峻的大气污染治理形势。
[0003]目前，对中小型燃煤锅炉污染治理通常采用单一污染物的控制策略，以除尘和二氧化硫治理为为主治理目标，包括燃烧前、燃烧中(炉内脱硫)及燃烧后(FGD)脱硫3种方式，最常用和最有效的脱硫处理方式是燃烧后脱硫处理方式，即对锅炉燃烧后产生的烟气进处理，通过各种方式将烟气中的SO2脱除，按脱硫过程中是否加水和脱硫产物的干湿状态，烟气脱硫又可分为湿法、半干法和干法3种工艺。上述简易脱硫方法的共同特点是设备少、流程短、操作简单、维护方便、投资少、运行费用低，一般除尘效70% — 90%，脱硫效率30%?85%，基本能够满足所使用地区的当地排放标准。但由于系统不完整、出现了不少问题，诸如结垢、堵塞、烟气带水造成风机及烟道腐蚀、脱硫产物不处理直接排放造成二次污染等一系列问题。
[0004]等离子体作为物质存在的第四态不仅已为人们所认识，而且等离子体技术已进入广泛的实际应用领域，等离子烟气处理技术是国际上公认的最具发展前景的烟气处理技术。产生低温等离子体的方法通常采用电晕放电法实现，其所使用的电源必须是交流电源，其存在的问题是:当气体被击穿、导电通道建立后，空间电荷在放电气隙中输送并积累在介质上，介质表面电荷建立的电场方向与外电场相反，从而消弱作用电场，以致中断放电电流，此外交流电源存在放电密度低的问题，难以达到电离效率。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、效率高且使用寿命长的用于双介质低温等离子反应器的陡前沿纳秒脉冲电源。
[0006]本实用新型解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的:
[0007]—种用于双介质低温等离子反应器的陡前沿纳秒脉冲电源，包括高压交流电源、高压直流电源和交直流耦合电路，所述的交直流耦合电路由隔交滤波电感L1、抗短路电感L2和隔直耦合电容Cl构成，高压交流电源的一端连接隔交滤波电感LI，高压直流电源的一端连接隔直耦合电容Cl，隔交滤波电感LI和隔直耦合电容Cl的另一端共同连接到抗短路电感L2上，该抗短路电感L2的另一端与阳电极相连接，高压交流电源、高压直流电源的另一端共同与接地电极相连接。
[0008]而且，所述的高压交流电源包括依次连接的三相全控整流电路、三相全控逆变电路和谐振升压电路。
[0009]而且，所述的高压直流电源包括依次连接三相全控整流电路、三相全控逆变电路、谐振升压电路和闻频闻压娃堆整流电路。
[0010]而且，所述的三相全控逆变电路由功率器件、门极驱动电路和控制芯片连接构成。
[0011]而且，所述的功率器件选用SEMIX TM3系列IGBT模块，所述的门极驱动电路为GQHI25 / 12电路；所述的控制芯片采用电流控制型脉宽调制器UC3846。
[0012]而且，所述三相全控整流电路采用宽脉冲或双窄脉冲触发，其可控电流采用CA6100触发板进行移相控制。
[0013]本实用新型的优点和积极效果是:
[0014]本实用新型设计合理，其采用交直流叠加电源作为双介质低温等离子反应器，其通过螺旋式线接地极和直线阳电极产生螺旋形磁力线，具有电子密度高而均匀、约束磁场低、有超常的电离效率等特点，提高了放电密度，实现了燃烧炉大气污染物的协同与集成治理功能，可大幅降低燃煤环境污染治理成本，可广泛应用于中小型燃煤锅炉升级改造，符合国家的节能减排政策。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型的电路方框图；
[0016]图2为本实用新型的高压交流电源的原理图；
[0017]图3是本实用新型的高压直流电源的原理图。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述。
[0019]一种用于双介质低温等离子反应器的陡前沿纳秒脉冲电源，如图1所示，由高压交流电源、高压直流电源和交直流耦合电路连接构成，该交直流耦合电路由隔交滤波电感L1、抗短路电感L2和隔直耦合电容Cl构成。高压交流电源的一端连接隔交滤波电感LI，高压直流电源的一端连接隔直耦合电容Cl，隔交滤波电感LI和隔直耦合电容Cl的另一端共同连接到抗短路电感L2上，该抗短路电感L2的另一端与双介质低温等离子反应器上的阳电极相连接，高压交流电源、高压直流电源的另一端共同连接到双介质低温等离子反应器上的接地电极上。双介质低温等离子反应器的等效模型为电阻R和电容C的并联，隔直耦合电容Cl用于将所产生的交流高压耦合至反应器两端，同时隔除高压直流电源对交流电源的影响。隔交滤波电感LI用作对高压整流后的直流进行滤波，同时隔除交流电源对直流电源的影响；抗短路电感L2用于防止短路发生。
[0020]如图2所示，高压交流电源包括依次连接的三相全控整流电路、三相全控逆变电路和谐振升压电路，高压交流电源首先将380V的三相工频交流电经过三相全控整流电路，并通过由滤波电抗器L和支撑电容C组成的LC滤波电路变成可调的直流，然后，通过由两个IPM组成的高频变单相桥式逆变电路逆变成高频交流，再通过高频变压器进行升压，产生高频高压交流电源。该高压交流电源电路采用串联谐振升压的工作方式，相对于直流利用变压器进行升压，可减小变压器的匝比，降低变压器的初级电流。当反应器放电出现短路时，变压器的初级电流将会很大，很容易对开关管造成破坏，从而使电路的可靠性降低。为此，串联谐振电感LS不仅能起到谐振作用，同时还能在负载短路时，起到限制初级短路电流大小的作用，从而提高了电路工作的可靠性。如图3所示，高压直流电源包括依次连接三相全控整流电路、三相全控逆变电路、谐振升压电路和高频高压硅堆整流电路，直流电源与交流电源相比，在谐振升压电路(高频变压器)的输出端增加了高频高压硅堆整流电路，从而得到了高压直流输出。
[0021]在高压交流电源和高压直流流电源中，三相全控逆变电路的功率器件选用SEMIXTM3系列IGBT模块，门极驱动电路选择专为此设计的GQHI25 / 12;逆变电路的控制芯片采用电流控制型脉宽调制器UC3846。由于传统的电压型控制技术存在诸多缺点，因此这里采用近些年发展起来的电流型控制技术。电流控制型开关变换器正是在传统的电压控制基础上增加了一个内环一电流反馈环，使其成为一个双环控制系统。电流型控制开关电源用于逆变电路的优点是:①对于输入电压变化响应快，抗干扰强:②变压器的磁通平衡，在半桥\全桥和推挽变换器中，电压型控制不能完成全克服偏磁现象，虽然电流型内部的电流环能使电流的脉冲宽度不同，但幅值相同回路稳定性好，负载响应快。
[0022]在高压交流电源和高压直流流电源中，三相全控整流电路采用宽脉冲或双窄脉冲触发，以保证整流电路工阴极组合共阳极组各有一晶闸管导通形成电流回路。该电源的三相全桥可控电流采用CA6100触发板进行移相控制。CA6100通用晶闸管触发板是以40芯CMOS大规模集成电路(专用芯片)为核心，利用锁相环技术(PLL)和多芯片合成技术(MCM)，根据压控振荡器(VCO)锁定的三相同步信号间的逻辑关系设计出的一种晶闸管触发系统。直流输入电压信号O?5 V ,可控制输出脉冲的移相范围从5°?175°连续性可调,且晶闸管触发脉冲幅值可达到15V/2A，能够满足电源对整流电路的控制要求。
[0023]本实用新型采用交直流叠加电源取代交流电源，提高了放电密度，放电密度是电晕放电的1500倍，同时直流组分又是维持螺旋等离子体源(产生螺旋磁力线)的必要条件，从而保证了双介质低温等离子反应器。
[0024]需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于【具体实施方式】中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。
【权利要求】
1.一种用于双介质低温等离子反应器的陡前沿纳秒脉冲电源，其特征在于:包括高压交流电源、高压直流电源和交直流耦合电路，所述的交直流耦合电路由隔交滤波电感L1、抗短路电感L2和隔直耦合电容Cl构成，高压交流电源的一端连接隔交滤波电感LI，高压直流电源的一端连接隔直耦合电容Cl，隔交滤波电感LI和隔直耦合电容Cl的另一端共同连接到抗短路电感L2上，该抗短路电感L2的另一端与阳电极相连接，高压交流电源、高压直流电源的另一端共同与接地电极相连接。
2.根据权利要求1所述的用于双介质低温等离子反应器的陡前沿纳秒脉冲电源，其特征在于:所述的高压交流电源包括依次连接的三相全控整流电路、三相全控逆变电路和谐振升压电路。
3.根据权利要求1所述的用于双介质低温等离子反应器的陡前沿纳秒脉冲电源，其特征在于:所述的高压直流电源包括依次连接三相全控整流电路、三相全控逆变电路、谐振升压电路和高频高压硅堆整流电路。
4.根据权利要求2或3所述的用于双介质低温等离子反应器的陡前沿纳秒脉冲电源，其特征在于:所述的三相全控逆变电路由功率器件、门极驱动电路和控制芯片连接构成。
5.根据权利要求4所述的用于双介质低温等离子反应器的陡前沿纳秒脉冲电源，其特征在于:所述的功率器件选用SEMIX TM3系列IGBT模块，所述的门极驱动电路为GQHI25 /12电路；所述的控制芯片采用电流控制型脉宽调制器UC3846。
6.根据权利要求2或3所述的用于双介质低温等离子反应器的陡前沿纳秒脉冲电源，其特征在于:所述三相全控整流电路采用宽脉冲或双窄脉冲触发，其可控电流采用CA6100触发板进行移 相控制。
【文档编号】H02M7/217GK203504452SQ201320655879
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2013年10月23日
【发明者】高志远, 高强 申请人:天津市英格环保科技有限公司