中频高压直流电源仿真研究

论文总字数：23637字

摘 要

伴随着经济现代化的快速发展以及我国工业化、城镇化步伐的加快，现如今我们面临着日益加剧的环境污染问题。由于工业废气等原因，在我国城市环境大气污染中，可吸入颗粒物成为了首要污染物。而高压静电除尘器除尘效率高、清洁能力强，在减少工业粉尘排放量、减轻大气污染等方面可发挥重要作用。并且随着高压电源技术的不断发展，高压电源在医疗、航空航天、国防等领域也有了更加广泛的应用。

在本篇文章中，首先对各种除尘电源进行了介绍，并对比各除尘电源各性能优劣。当前常用的静电除尘器为工频高压直流电源，其性能有待提高。高频开关电源的研究在国内并不成熟，尚不能大规模使用。中频电源技能满足环保方面的需求，又能够在短时间内实现大规模应用，对于静电除尘器来说是理想的方案。与目前应用广泛的普通工频高压直流电源相比有所不同的是，中频电源在体积上有所减小，同时将平均输出电压提高且电压波形更加平滑，纹波更小。研究了中频高压直流电源的主电路拓扑图，并结合了节省接触器成本的三相整流电路预充电方式。同时中频高压直流电源采用绝缘栅双极型晶体管（既IGBT），本篇文章中展示了相关的IGBT特点和与之对应的PWM控制技术，并设计了中频升压变压器和单相桥式整流电路。

关键词：中频电源 静电除尘器 调制方式 预充电电路

Abstract

With the rapid development of economics and the blossom of industrialization and the construction of modernization in China, now we are facing some serious environmental pollution. Due to the fact that inhalable particulate has become the main pollution which is mainly caused by industrial dust. However, the high efficiency and powerful strength at cleaning dust makes High-Voltage Supplies on Industrial ESP plays an important role in solving pollution problem. What’s more, with the development of high-voltage supply technology, it’s having more application in medical, aerospace, national defense and other fields.

Firstly, the features and differences between many kinds of High-Voltage are shown. Power frequency electrostatic got a performance that needs to improve. The research of High-Frequency power supply is apparently not good and mature enough in our country. Secondly the fact that Medium-Frequency power supply can meet the request of environmental protection when it can reach scale application in a short time which makes it an ideal solution are shown. Medium-Frequency power supply has the characteristics of small size, high average output voltage, small voltage ripple, fast dynamic response and strong stability compared to power frequency. Then the main circuit topology is studied. A pre-charge method is used in three-phase rectification to save the cost of contractor. At the same time, IGBT and corresponding PWM are introduced. Lastly, design boost transformer and single-phase rectifier circuit.

KEY WORDS：Medium-Frequency power supply, ESP, PWM, Pre-charge circuit.

目 录

摘 要 1

Abstract 1

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2课题背景 1

1.3静电除尘器的原理 2

1.3.1除尘器的效率分析 3

1.4静电除尘器的分类 4

1.4.1工频静电除尘器 4

1.4.2高频静电除尘器 4

1.4.3中频静电除尘器 5

第二章 中频高压直流电源主回路设计 7

2.1整流电路设计 8

2.1.1整流电路参数计算 8

2.1.2 母线电容的参数计算 9

2.2单相全桥逆变电路 9

2.2.1绝缘栅双极性晶体管 10

2.2.3滤波电容和电感参数计算 13

2.3预充电回路的设计 14

2.3.1传统预充电回路的设计 14

2.3.2 接触器与继电器的比较 15

2.3.3改进的预充电回路 15

第三章 中频高压直流电源控制器与控制程序 17

3.1 PWM综述 17

3.2 PI控制器设计与仿真模型 22

3.3火花拉弧现象及处理 27

3.3.1火花拉弧现象 27

3.3.2 火花拉弧现象的应对策略仿真 27

第四章 仿真模型 29

4.1 单极性PWM的仿真模型 29

4.2 双极性PWM的仿真模型 30

4.3主回路仿真模型 31

4.3.1单极性控制的仿真波形 31

4.3.2 双极性控制的仿真波形 32

第五章 总结 34

参考文献 35

致 谢 37

第一章 绪论

1.1引言

中频电源（Medium Frequency Power Supply）一般是指输出频率在400Hz~10kHz范围内的电源。目前应用和技术最为成熟的是传统工频高压直流电源，但是也有明显缺点，如电源的功率因数低、升压模块使用的变压器笨重且体积大、输出电压无法达到太高的水平、存在谐波干扰、电源动态响应慢等缺点。而高频电源由于目前存在技术并不成熟、生产工艺要求高、维护改造不便等问题无法大规模运用。中频高压直流电源具有变压器体积小，平均输出电压高，电压纹波小，动态响应快，稳定性高等特点，在使用效果、输出特性以及成本问题上都具有一定的优势。另外中频电源还可作为高压试验设备的电源，例如冲击电流、电压发生器。在其他学科与应用如医疗设备、国防工业中中频电源有其独到的用处。

1.2课题背景

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