大功率介質阻擋等離子體電源特性及工業應用研究

由于實際諧振電源控制電路在電流過零關斷驅動IGBT時存在誤差，產生瞬時脈沖震蕩不可避免，驅動誤差越小則脈沖震蕩越小，脈沖震蕩小，電源電子開關IGBT工作安全性就高。圖4和圖2中的波形毛刺就是IBGT驅動關斷誤差形成的脈沖震蕩電流，它表明在大功率工作狀態下，本文研制的電源系統在電流過零關斷控制串聯負載諧振方面，達到了很高的技術水平，完全保證電源大功率狀態下長時間連續工作的要求，結果令人滿意。
2)電源變負載自適應運行特性
本文研制電源系統的又一重要特點時變負載自適應運行特性，這一優點對工程應用尤為重要。眾所周知，實際工業負載很難做到非常穩定，特別是大功率負載尤其如此。
所謂變負載自適應運行特性是指電源的諧振控制系統并不固定系統諧振頻率，系統諧振頻率是由系統中存在具有感性的高頻變壓器和具有容性的DBD反應器負載所決定，它們實際上構成了一個R、L、C串聯諧振電路。系統負載發生變化時，系統諧振頻率亦發生變化。本文研制電源諧振控制電路是通過檢測主諧振電流實現電流過零軟關斷控制，因此，諧振控制與負載特性無關，從而實現電源的變負載自適應運行特性。
在本文研制電源系統的工程運用試驗中，發現系統的負載不穩定，濕度對負載電氣特性產生不良影響。在不同天氣情況下進行了系統的負載測試，顯示系統負載的電阻特性發生很大變化，從1．56MΩ～200．0MΩ。電源系統的在負載變化情況下，運行諧振頻率相應變化，運行結果見圖5。

3)大功率長時間工業運行特性
大功率諧振電源啟動是發生電子開關IGBT燒損事故最危險時刻，諧振啟動過程的良好設計是研制電源的第一個關鍵問題，本文研制電源系統很好解決了這一難題。
本文研制電源在配套的大型阻擋介質放電負載上已經過無數次啟動，至今為止尚未發生IGBT燒損現象，完全滿足工業應用要求。
圖6是本文研制電源在大功率啟動過程的IGBT觸發信號和諧振主電流特性曲線，主諧振回路經過6～8個諧振周期，主諧振電流達到了穩定工作電流，諧振電流包絡線增長平滑。

為了配合介質阻擋放電DBD反應器的工業試驗，本文研制電源進行了長期運行工作可靠性考核，包括48小時12～30kw電源連續運行無故障，至今為止累計運行數千小時無故障，整個電源系統性能狀態穩定。
圖7是隨機采集的電源工作狀態諧振輸出電流Io的波形曲線，圖中(a)和(b)是分別在不同時間尺度200μs和1．0ms的波形描述。圖7(a)中出現的少量曲線毛刺說明：盡管采用電流過零電子開關軟關斷技術，由于電子器件實際性能和大功率工作狀態，仍然會出現少量瞬時電流震蕩脈沖，但不影響IGBT的安全工作。圖7(b)呈現的諧振電流包絡線波動現象，分析認為是整個諧振系統電路中的約300Hz低頻因素造成。

針對本文研制電源，進行了不同功率運行的現場工業試驗，結果見表l。如前面所述，電源系統功率調節是通過控制三相調壓變壓器實現，在配套介質阻擋放電DBD負載上，運行功率從l8kW至最大約80kW。由于本文板一板電極結構介質阻擋放電負載所能承受過載電流能力的限制，60kW以上的工作功率試驗均只進行了短時運行，以防負載的阻擋介質擊穿燒毀，基于同樣的原因，80kw以上的試驗未進行。
在表l的全部電源不同功率運行情況中，本文研制電源系統運行穩定、安全，電源系統無任何故障或異?，F象，說明本文研制電源的功率設計有很大的冗容，完全可能達到lOOkW甚至更大的工作功率。

3 結束語
研制了大功率介質阻擋放電串聯諧振式電源系統，成功配套和應用在大功率板一板電極阻擋介質等離子體煙氣處理裝置，進行了長時間現場工業運行，研制電源系統運行穩定、啟動安全，有很高的工程可靠性，掌握了此類大功率電源的設計和制造核心技術。
諧振電流過零電子開關軟關斷是實現此類阻擋介質放電諧振電源大功率化的最佳方法之一，本文研究表明：該方法和技術非常有效的保證了電子器件IGBT的長期安全工作。
進行了18～80kW不同功率運行試驗，本文研制電源系統具有很大的工作功率冗容，能夠達到100kW級工作水平。
本文研制電源系統具有的變負載自適應運行特性，使電源系統不但能夠運用于配套的煙氣處理介質阻擋等離子體反應器，而且可以廣泛應用于包括臭氧發生器的一系列介質阻擋DBD發生器負載，應用前景廣闊。