串联式脉冲电压发生装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种串联式脉冲电压发生装置，属于电力电子技术领域。
【背景技术】
[0002] 由于我国超过60%的电力由燃煤型火力发电厂提供，随着国民经济的发展，发电 量持续增长的同时也带来了日趋严重的大气粉尘污染问题，促使我国近十年来大力推广静 电除尘技术。静电除尘电源先后经历了工频电源、高频电源的发展阶段，近年来业界提出了 一种在直流电压基础上叠加间歇式脉冲电压的技术，能增强粉尘荷电能力提升除尘效果， 有效克服高比电阻粉尘在电场中的反电晕现象，并降低电源能耗。这种脉冲电压的形成通 常需要利用电场负载的电容效应，由储能电容、电场负载电容、高频升压变压器漏感构成一 谐振回路，通过对负载电容注入周期很短的谐振电流来实现。谐振系统的能量由储能电容 提供。为了达到较好的除尘效果，通常需要输出脉冲电压峰值达到120kV以上，为了避免 造成电场闪络，通常需要控制脉冲电压的宽度在100yS以内，这意味着谐振电流的峰值较 高，也即要求储能电容的初始直流电压较高。因此目前脉冲电源多使用工频变压器升压整 流后对储能电容充电，并且为了降低电容和IGBT的耐压值，大多采用了多条支路串联的方 案，这就需要多个独立的变压器或者一个变压器提供多个副边绕组来对储能电容的整流电 路进行隔离。该隔离升压变压器的使用增加了设备的体积和造价。
【发明内容】
[0003] 本发明提供一种不需要工频变压器进行隔离和升压的脉冲电压发生装置。
[0004] 本发明另一目的是提供一种产生连续脉冲的方法。
[0005] 为实现该目标，本发明采用如下的技术方案：
[0006] -种串联式脉冲电压发生装置，由若干个基本谐振单元的输出正极和输出负极依 次串联，串联后的正极和负极分别接入高频升压变压器的原边，高频升压变压器的副边连 接至容性电场负载，所述的基本谐振单元包括三相整流桥，充电IGBT，谐振IGBT，续流二极 管，限流电感和储能电容，该装置输入端为三相整流桥，三相整流桥输出正极连接至充电 IGBT的集电极，充电IGBT的发射极连接至限流电感的一端，限流电感的另一端连接至储 能电容的正极，储能电容的负极连接至整流桥的负极，所述续流二极管的阴极连接至充电 IGBT的发射极，二极管的阳极连接至储能电容的负极，所述谐振IGBT的集电极连接至储能 电容的正极，谐振IGBT的发射极和储能电容的负极分别作为基本谐振单元的输出正极和 输出负极。
[0007] 所述基本谐振单元包括三组。
[0008] 基本谐振单元储能电容的最高电压为电网线电压的峰值电压，可采用多个基本谐 振单元输出极串联的方式获得更高的初始电压，进而使负载获得更高的脉冲电压。
[0009] 上述装置产生连续脉冲的方法，该方法包括以下步骤：
[0010] 1)充电IGBT开通，谐振IGBT关断，电流由三相整流桥输出正极经限流电感流入储 能电容，储能电容处于充电状态；
[0011] 2)充电IGBT关断，谐振IGBT关断，电流流经由限流电感、储能电容和续流二极管 构成的回路；若充电IGBT关断时限流电感电流不为零，则限流电感存储的磁场能量释放至 储能电容，储能电容处于充电状态；
[0012] 3)充电IGBT关断，谐振IGBT开通，由储能电容、升压变压器漏感、负载电场等效电 容构成谐振电路；储能电容经历先放电后充电状态；但因负载等效电阻及回路等效电阻消 耗一定的能量，谐振过程结束时储能电容的电压将低于谐振开始前的初始电压，需要通过 电网补充电能；
[0013] 4)重复步骤1-步骤3可产生连续的脉冲电压。
[0014] 本发明的进一步设计在于：
[0015] 该方法中，所述的充电IGBT和谐振IGBT交替开通，能同时关断，但不能同时开通。 并为了保证电路的稳定性，谐振IGBT关断后应留有一定的死区时间再开通充电IGBT。
[0016] 该方法中，所述的谐振IGBT每次开通时间大于0. 5倍系统谐振周期，小于系统谐 振周期，并且其开关频率可调。
[0017] 该方法中所述的充电IGBT每次开通时间小于谐振IGBT的关断时间。通过调节充 电IGBT的开通时间可调节储能电容的电压。
[0018] 该方法中所述的基本谐振单元可以进行多个串联，获得更高的脉冲电压，所有基 本谐振单元的充电IGBT同步工作，所有基本谐振单元的谐振IGBT同步工作。
[0019] 本发明相比现有技术具有如下优点：
[0020] 本发明通过多个基本谐振单元的串联可获得较高的初始电压，进而可获得较高的 输出脉冲电压；通过储能IGBT的开关控制实现了充电回路与谐振回路的隔离，并可获得不 同的谐振初始电压，因而不需要工频隔离升压变压器。
[0021] 本发明通过调节充电IGBT的开通时间可以调节储能电容的初始电压，进而可调 节输出脉冲电压的峰值，以适应不同的负载需求。
[0022] 所使用的充电IGBT和限流电感技术指标要求均不高，价格便宜。本发明可以减小 脉冲发生电源的体积，节省成本。
【附图说明】
[0023] 图1是本发明基本谐振单元的电路原理图。
[0024] 图2是本发明优选的实例电路原理图。
[0025] 图3是本发明专利实例中充电IGBT开通，谐振IGBT关断时的等效电路图。
[0026] 图4是本发明专利实例中充电IGBT关断，谐振IGBT关断时的等效电路图。
[0027] 图5是本发明专利实例中充电IGBT关断，谐振IGBT开通时的等效电路图。
[0028] 图1中标记的含义：1.三相整流桥，2.充电IGBT，3.谐振IGBT，4.续流二极管， 5.限流电感，6.储能电容，7.输出端正极，8.输出端负极，9.输入端。
【具体实施方式】
[0029] 以下结合附图和具体实施例对本发明做具体的介绍。
[0030] 实施例一：
[0031] 本发明中每个基本谐振单元电路结构如图1所示，三相整流桥（1)的输入侧连接 三相380V低压配电网，输出侧正极与充电IGBT(2)的集电极相连，充电IGBT(2)的发射极 与限流电感（5)的一端相连，限流电感（5)的另一端与储能电容（6)的正极相连，储能电容 (6)的负极连接至三相整流桥⑴的负极，将谐振IGBT(3)的集电极连接至储能电容（6)的 正极。谐振IGBT(3)的发射极和储能电容（6)的负极分别作为基本谐振单元的输出正极和 负极。同时，为了防止充电IGBT(2)关断时限流电感（5)中存储的磁场能量释放造成充电 IGBT(2)过电压，在充电IGBT(2)的发射极和储能电容（6)的负极之间反并联一个续流二极 管（4)，如此可将限流电感（5)中的能量释放至储能电容（6)中。
[0032] 实施例二：
[0033] 图2为由三个基本谐振单元串联后经过升压变压器连接电场负载构成的脉冲电 压发生系统。第一谐振单元、第二谐振单元和第