基于模块叠加的脉冲电晕放电等离子体电源的制作方法

本实用新型属于电子电路的技术领域，具体涉及一种基于模块叠加的脉冲电晕放电等离子体电源。

背景技术：

脉冲电晕放电技术在烟气的脱硫脱硝中应用较广。是利用脉冲电源产生的高电压脉冲加在反应器电极上，在反应器电极之间产生强电场，在强电场作用下，部分烟气分子电离，电离出的电子在强电场的加速下获得能量，成为高能电子(5～20eV)，高能电子则可以激活、裂解、电离其他烟气分子，产生OH、O、HO2等多种活性粒子和自由基，然后烟气中的SO2、NO被活性粒子和自由基氧化为高阶氧化物SO3、NO2，与烟气中的H2O相遇后形成H2SO4 和HNO3，在有NH3或其它中和物注入情况下生成(NH4) 2SO4/NH4NO3的气溶胶，再由收尘器收集，脉冲电晕放电烟气脱硫脱硝反应产生的电场本身同时具有除尘功能，采用这种技术具有运行成本低、有害污染物清除彻底、不产生二次污染等优点。燃煤电厂、化工、冶金、建材等行业产生的含二氧化硫和氮氧化物的烟气都可以采用脉冲电晕放电技术进行环保净化，减少大气污染。

在脉冲电晕放电技术的应用中的放电形式主要的脉冲电晕放电、界面放电及介质阻挡放电等，其中的脉冲电晕放电会用到脉冲电晕放电等离子体电源，传统的脉冲电晕放电等离子体电源会利用脉冲变压器进行升压，采用脉冲变压器因其指标要求比一般工频变压器高，铁芯常用高导磁铁合金或铁氧体，绕制要求比较严格，因而将脉冲变压器用在电源中成本高；另外，传统的脉冲电晕放电等离子体电源为多级磁压缩脉冲电源，脉冲功率发生器中形成需要经过多道磁压缩回路，电路连接关系复杂，稳定性差，因此脉冲变压器的电压变比很大，因此其漏感很大，造成第一级谐振回路的谐振周期很长(约几十us)；为了在负载上获得上升时间约100ns的电压脉冲，这就往往需要设置2-3级甚至更多含磁开关的磁压缩回路。但是，每级磁开关的电压损失约为10％，也就是说电压转换率在80％-70％之间。另外，经过多道回路使得电压转换效率低输出电压上升时间相对慢，而上升时间慢就使得采用该电源的反应器内的自由电子速度慢，不利于氧化自由基的产生速度及发生反应的速度，最终降低了去除有害气体的效率，使得有害气体的去除效果差。

因此，仍需对现有的反应器中的电源电路进行研究，来提高有害气体去除的效果，满足环保需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决上述问题，提供一种基于模块叠加脉冲电晕放电等离子体电源。

为了达到上述实用新型目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种基于模块叠加的脉冲电晕放电等离子体电源，包括：升压变压器、PWM全桥控制器、整流蓄电模块、回路电感Lstr、磁压缩开关Lm1、磁压缩开关Lm2、锐化电容器Cp和负载Load，所述升压变压器、PWM全桥控制器、直流蓄电模块的输入端依次连接，所述直流蓄电模块的输出端与回路电感Lstr的一端连接，所述回路电感Lstr的另一端与所述磁压缩开关Lm1一端、锐化电容器Cp一端分别连接，所述磁压缩开关Lm1另一端与磁压缩开关 Lm2一端、负载Load一端分别连接，所述锐化电容器Cp另一端、磁压缩开关Lm2另一端、负载Load另一端都接地。

本方案中，电网电压被升压后利用整流蓄电模块将交流电转化为直流电并储存给电路后端的元件使用。

作为优选的一种技术方案，还包括电阻RP,所述磁压缩开关 Lm2另一端与所述电阻RP连接后接地。

作为优选的一种技术方案，所述整流蓄电模块为2个或2个以上，且2个或2个以上的整流蓄电模块并联连接。

作为优选的一种技术方案，所述整流蓄电模块包括：高频变压器T1、快速整流管、隔离缓冲器Lt1、放电电容器Ck1、IGBT 开关S1，所述高频变压器T1与快速整流管连接，所述快速整流管的负极端与所述隔离缓冲器Lt1一端连接，所述放电电容器Ck1 两端分别与隔离缓冲器Lt1另一端、所述快速整流管的正极端连接，所述IGBT开关S1的一端与所述放电电容器Ck1一端连接，所述IGBT开关S1的另一端与所述放电电容器Ck1另一端、所述回路电感Lstr的一端分别连接。

作为优选的一种技术方案，所述快速整流管包括4个二极管， 2个二极管串接形成两条支路，所述高频变压器T1的两个线圈头与两个支路中的2个二极管之间的连接点连接。

作为优选的一种技术方案，还包括二极管D1,所述二极管D1 的正、负端分别与所述放电电容器Ck1另一端、所述IGBT开关 S1的另一端连接。

作为优选的一种技术方案，还包括电容Cm1，所述电容Cm1 两端分别与所述快速整流管的两端连接。

作为优选的一种技术方案，所述整流蓄电模块还包括：电阻、二极管，所述电阻、二极管串联形成的电路两端分别接电感Lt1 的两端连接。作为优选的一种技术方案，所述升压变压器采用 380V：560V，将交380V电网电压升压为560V。

作为优选的一种技术方案，所述PWM全桥控制器包括整流模块、蓄电模块、直流母线电容C1、逆变模块，所述整流模块、蓄电模块、直流母线电容C1、逆变模块依次连接。

本实用新型采用的电压模块(整流蓄电模块)叠加与磁开关结合的技术，由于无需脉冲变压器、负载(负载电容器)无需折算到低压侧，因此，脉冲上升时间大大加快，不仅电压峰值的转换效率提高到了90％，并且有功功率的转换效率也提升了15％以上。

本实用新型与现有技术相比，有益效果是：

1.采用本实用新型的电源电路结构更加简单，成本更低；

2.仅采用1级磁开关压缩，使得电压转换效率更高，而且输出电压上升时间更快，有利于反应器内的自由电子加速；1级磁开关压缩，不仅电压转换效率较高，而且输出电压上升时间更快，有利于反应器内的自由电子加速，更加符合大气污染净化的要求；

3.不采用传统的脉冲变压器，磁开关数量减少，也不需要变压器油冷却，可以更好地适用于室内安装的特殊工程；

4.可以根据需求，通过模块叠加，实现电路速率及转换效率的控制，使得不同需求的电路更换更加方便快捷。

附图说明

图1是一种实施例的基于模块叠加的脉冲电晕放电等离子体电源示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型的技术方案作进一步描述说明，使得本技术方案更加清楚、明白。

如果无特殊说明，本实用新型的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。

实施例1

如图1所示，本实施例公开了一种基于模块叠加的脉冲电晕放电等离子体电源，包括了升压变压器、PWM全桥控制器、整流蓄电模块、回路电感Lstr、磁压缩开关Lm1、磁压缩开关Lm2、锐化电容器Cp、负载Load、电阻RP，升压变压器、PWM全桥控制器、直流蓄电模块的输入端依次连接，直流蓄电模块的输出端与回路电感Lstr的一端连接，回路电感Lstr的另一端与所述磁压缩开关Lm1一端、锐化电容器Cp一端分别连接，所述磁压缩开关 Lm1另一端与磁压缩开关Lm2一端、负载Load一端分别连接，所述磁压缩开关Lm2另一端接电阻RP,一端，所述锐化电容器Cp另一端、电阻RP另一端、负载Load另一端都接地。

以图中其中一个整流蓄电模块举例说明，整流蓄电模块的一种优选的组成及连接关系具体为：包括了高频变压器T1、快速整流管、隔离缓冲器Lt1、放电电容器Ck1、IGBT开关S1、二极管 D1、电容Cm1，高频变压器T1与快速整流管连接，快速整流管的两端接电容Cm1两端，快速整流管的正极端还与电感Lt1一端连接，所述电感Lt1另一端与放电电容器Ck1一端、IGBT开关S1 的一端连接，放电电容器Ck1另一端、IGBT开关S1的另一端分别与二极管D1的正、负端连接，IGBT开关S1的另一端与二极管 D1的负端连接的节点接回路电感Lstr的一端。

本实施例中整流蓄电模块还可以增加设置一个电阻、一个二极管，所述电阻、二极管串联形成的电路两端分别接电感Lt1的两端连接。

本实施例中的快速整流管优选采用4个二极管的结构设置，2 个二极管串接形成两条支路，所述高频变压器T1的两个线圈头与两个支路中的2个二极管之间的连接点连接。

本实施例中设置了3个整流蓄电模块，仅用于举例说明，而在实际的电路应用中，可以根据使用需求，调整整流蓄电模块的数量设置，可以增加为多个，也可以采用1个或2个。

本实施例中的PWM全桥控制器包括整流模块、蓄电模块、直流母线电容C1、逆变模块，所述整流模块、蓄电模块、直流母线电容C1、逆变模块依次连接。

本实施例基于模块叠加脉冲电晕放电等离子体电源其工作原理如下：

(1)380V电网电压经过升压变压器升压；然后，通过PWM 全桥控制器将交流电能整流成幅值任意可控的直流电压。之后，直流电压经过单相全桥逆变成高频方波交流电压。方波交流电压经过高频变压器Ti和快速整流管，再次变成幅值稳定的直流电源。直流电源经过缓冲器Lt1隔离后，用于给放电电容器Ck1供电；

(2)放电电容器Ck1经过IGBT开关S1放电，与回路电感 Lstr构成谐振回路，同时，Ck1两端电压快速转移到锐化电容器 Cp上。随着Cp端电压的快速上升，磁开关Lm1迅速饱和，其电感量急剧下降为零，此时，Cp两端电压转移到负载电容Load上。在Load电压峰值处，磁开关Lm2导通，无功能量通过RP释放。

本实用新型提出了基于模块叠加的脉冲电压发生器电路的拓扑结构。传统等离子体电源都是通过脉冲变压器升压。由于脉冲变压器变比很大，因此其漏感很大，造成第一级谐振回路的谐振周期很长(约几十us)；为了在负载上获得上升时间约100ns的电压脉冲，这就往往需要2-3级磁开关压缩；但是，每级磁开关的电压损失约为10％，也就是说电压转换率在80％-70％之间。而本实用新型不采用传统的脉冲变压器，而是采用普通的升压变压器来实现升压，只需1级磁开关压缩，不仅电压转换效率较高，而且输出电压上升时间更快，有利于反应器内的自由电子加速。自由电子获得的动能越大，反应器内产生的氧化自由基越多，有害气体的去除效果越好。

本实用新型采用了Cp锐化电容器技术。对于100kV以上的脉冲电压发生器而言，模块之间的串联引线电感很大(约几十uH)。如果没有锐化电容，直接采用磁开关压缩，则脉冲上升时间会很大(约数us级)，不能满足100ns上升沿技术要求。如果加入锐化电容器，第一级谐振回路内的谐振周期会小于1us，相当于增加了一级磁压缩开关，这样施加在磁开关Lm1上的电压伏秒数成倍减小，有利于加快负载Load上的上升时间。

本实用新型采用了高频电磁开关Lm1、Lm2技术。传统等离子体电源的工作频率仅为400Hz，多采用高矩形比的纳米晶磁体作为磁开关。

基于模块叠加技术方案中，脉冲重复频率提升到2000Hz以上。为了减少磁开关的发热量，本实用新型采用了锰锌磁体开发了磁压缩开关。

以上为本实用新型的优选实施方式，并不限定本实用新型的保护范围，对于本领域技术人员根据本实用新型的设计思路做出的变形及改进，都应当视为本实用新型的保护范围之内。具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。