一种类MARX高压静电电源的制作方法

本发明涉及现代电力电子技术，具体属于高压脉冲功率领域，特别涉及一种类marx高压静电电源，其适用于高压静电除尘领域中的特殊应用。
背景技术：
：高压静电电源是一种用于燃煤锅炉、冶金烧结、焦炉煤气处理等领域的除尘除焦电源，随着现代电力电子应用技术和器件制造技术的发展，marx脉冲高压电源已开始应用于医疗、环保、军事等领域。传统的高压静电脉冲电源采用单端逆变器结构，以电子开关控制频率，将直流电逆变升压成脉冲高压电，电子开关工作在低压侧，这类高压静电电源存在效率低、稳定性差、前沿上升时间长、不易产生窄脉冲等缺陷。技术实现要素：为了解决上述问题，本发明人经过多次设计和研究，提出了一种类marx高压静电电源，其输出效率高、功率大、脉宽窄，能够克服负载闪络对电源影响的类marx高压静电电源。为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种类marx高压静电电源，包括至少一个电容充放电单元，其中每个电容充放电单元包括升压充电变压器、二极管、充放电电容、固态开关。充放电电容经二极管与升压充电变压器次级线圈并联连接，与固态开关串联连接，各电容充放电单元之间相串联。可选择此类marx高压静电电源的电容充放电单元，从2个到n个电容充放电单元相互串联。此类marx高压静电电源，对于相邻的第一电容充放电单元和第二电容充放电单元，所述第二电容充放电单元中的充放电电容与所述第一电容充放电单元中的固态开关的集电极相连接。进一步的该类marx高压静电电源，各电容充放电单元中，二极管的正极与升压充电变压器的次级一端相连接，二极管的负极与充放电电容一端相连接，升压充电变压器次级的另一端与充放电电容另一端相连接，固态开关发射极与充放电电容和二极管负极连接点相连接。该类marx高压静电电源，输入为升压充电变压器初级，方波下降沿开始为充放电电容充电，上升沿结束为充放电电容充电。进一步的该类marx高压静电电源，其中升压充电变压器各线圈在同一磁路中。所述的类marx高压静电电源，其中固态开关第一时刻处于控制关断状态，当充放电电容充电过程结束后，在固态开关栅极施加一开关导通信号，各电容充放电单元中充放电电容开始放电。所述的一种类marx高压静电电源，其中固态开关为绝缘栅双极性晶体管igbt。综上所述，本发明一种类marx高压静电电源，体积小、重量轻、匹配负载灵活，陡峭前沿易激发产生高能电子形成雪崩，使烟气中颗粒物充分荷电；无闪络运行能够安全高效率的为易燃易爆气体净化提纯；该电路结构简洁，能很好的适应多种半导体固态开关器件在该电路中应用。附图说明图1示出了根据本申请的一个电容充放电单元图；图2示出了根据本申请的类mrax高压静电电源结构图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。另外，不应当将本发明的保护范围仅仅限制于下述具体结构或元器件类型。本申请的一种类marx高压静电电源包括至少二个电容充放电电路单元，其中每个电容充放电电路单元包括升压充电变压器、二极管、充放电电容、固态开关；充放电电容经二极管与升压充电变压器次级线圈并联连接，与固态开关串联连接，各电容充放电单元之间相串联。容易理解，为使电路工作在不同频段，固态开关可选择使用金属氧化物半导体场效应管mosfet和绝缘栅双极性晶体管igbt等。在另外的实施方案中，一种类marx高压静电电源包括至少一个电容充放电单元，其中每个电容充放电单元包括升压充电变压器、二极管、充放电电容、固态开关；充放电电容经二极管与升压充电变压器次级线圈并联连接，与固态开关串联连接，各电容充放电单元相串联。进一步地，类marx高压静电电源，具体包括串联2个或2个以上所述电容充放电单元。其中，对于相邻的第一电容充放电单元和第二电容充放电单元，所述第二电容充放电单元中的充放电电容连接到所述第一电容充放电单元中固态开关管的集电极。各电容充放电单元中二极管的正极与升压充电变压器的次级一端相连接，二极管的负极与充放电电容一端相连接，升压充电变压器次级的另一端与充放电电容另一端相连接；固态开关发射极与充放电电容和二极管负极连接点相连接。该类marx高压静电电源中，输入为升压充电变压器的初级in1和in2端，输出out1和out2与负载相连接；进一步地，升压充电变压器的各线圈在同一磁路中；固态开关第一时刻处于控制关断状态，当充放电电容充电过程结束后，在固态开关栅极施加一开关导通信号，各电容充放电单元中充放电电容开始放电，输出电压为各电容充放电单元中充放电电容电压叠加值。优选地，固态开关为绝缘栅双极性晶体管igbt。如图1所示，进一步描述电容充放电单元各元器件之间的连接关系，二极管d1的正极与升压充电变压器t的次级t1一端相连接，二极管d1的负极与充放电电容c1一端相连接，升压充电变压器t次级t1的另一端与充放电电容c1另一端相连接；固态开关q1发射极与充放电电容c1和二极管d1负极连接点相连接。电流信号流向为：升压充电变压器t的次级t1产生的感应电流，通过二极管d1鉴相，流经充放电电容c1后返回到升压充电变压器t的次级t1，形成一条完整的充电回路；当固态开关q1栅极施加开关导通信号后，充放电电容c1充电逆方向形成电流，此电流回路为放电回路。图2示出了根据本申请的一种类marx高压静电电源的具体实施电路示意图。如图2所示一种类marx高压静电电源结构图，结构图中包括1、2、n个电容充放电单元；第1个电容充放电单元各元器件连接关系为：二极管d1的正极与升压充电变压器t的次级t1一端相连接，二极管d1的负极与充放电电容c1一端相连接，升压充电变压器t次级t1的另一端与充放电电容c1另一端相连接；固态开关q1发射极与充放电电容c1和二极管d1负极连接点相连接。第2个电容充放电单元各元器件连接关系为：二极管d2的正极与升压充电变压器t的次级t2一端相连接，二极管d2的负极与充放电电容c2一端相连接，升压充电变压器t次级t2的另一端与充放电电容c2另一端相连接；固态开关q2发射极与充放电电容c2和二极管d2负极连接点相连接。第n个电容充放电单元各元器件连接关系为：二极管dn的正极与升压充电变压器t的次级tn一端相连接，二极管dn的负极与充放电电容cn一端相连接，升压充电变压器t次级tn的另一端与充放电电容cn另一端相连接；固态开关qn发射极与充放电电容cn和二极管dn负极连接点相连接。此类marx高压静电电源结构可从2个到n个电容充放电单元进行串联。串联连接点为第1个电容充放电单元q1的集电极与第2个电容充放电单元的升压充电变压器t次级t2另一端与充放电电容c2另一端连接点相连接，即电路图中的1点，依此类推到电路图中的2点串联连接，直到串联至电路图中的n点，但至少应有二个电容充放电单元组成类marx高压静电电源。如图2所示一种类marx高压静电电源，包括二极管d1-dn，充放电电容c1-cn，固态开关q1-qn，升压充电变压器次级线圈t1-tn，其在电路中使用相同数量和参数且一一对正。在图2中所示的类marx高压静电电源中，输入为升压充电变压器的初级线圈二端，即in1、in2二点，能量为负向方波电流源，方波下降沿开始为充放电电容c1-cn充电，上升沿结束为充放电电容充电，能量输出为out1、out2。此外，图2所示一种类marx高压静电电源，其中升压充电变压器各线圈在同一磁路中，n个电容充放电单元分配n个次级线圈，n个次级线圈同一时刻获取同等能量，能量来源于初级线圈in1、in2二端。类marx高压静电电源中，固态开关q1-qn第一时刻都处于控制关断状态，即没有施加栅极信号，当充放电电容c1-cn充电过程结束后，固态开关q1-qn栅极施加开关导通信号，各电容充放电单元中充放电电容c1-cn同时放电，c1-cn充电放电过程是异步地，改变输出电压只需要改变电容充放电单元数量即可，out1、out2之间的电压为uc1+uc2+…+ucn之和；以达到marx电路并联充电串联放电目的。综上所述为一种类marx高压静电电源的具体实施方式，该电源体积小、重量轻、匹配负载灵活，陡峭前沿易激发产生高能电子形成雪崩，使烟气中颗粒物充分荷电；无闪络运行能够安全高效率的为易燃易爆气体净化提纯；该电路结构简洁，能很好的适应多种半导体固态开关器件在该电路中应用；实际应用中已达到节约能源，提高除尘效率的目的，具有良好的社会和经济效益。该类marx高压静电电源在烟气处理系统湿式静电除尘器应用中，充分显现出相对传统高压静电电源优势，能够完全满足环保超低排放要求。在燃煤锅炉静电除尘器中应用类marx高压静电电源与传统高压静电电源性能对比如下表：出口尘粒含量与电源类型和烟气流量的关系(单位：mg/nm3)流量m3/h500×103720×103900×1031200×1031500×103传统电源141163276296324类marx6277106121147从表中可以看出，使用类marx高压静电电源供电后，除尘效率显著增加。同时供电过程中电压电流大大减小，施加在负载上的电功率约为传统电源的30％。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本领域普通的技术人员可以理解，在不背离所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节中做出各种各样的修改。当前第1页12