大功率介质阻挡等离子体电源特性及工业应用研究

由于实际谐振电源控制电路在电流过零关断驱动IGBT时存在误差，产生瞬时脉冲震荡不可避免，驱动误差越小则脉冲震荡越小，脉冲震荡小，电源电子开关IGBT工作安全性就高。图4和图2中的波形毛刺就是IBGT驱动关断误差形成的脉冲震荡电流，它表明在大功率工作状态下，本文研制的电源系统在电流过零关断控制串联负载谐振方面，达到了很高的技术水平，完全保证电源大功率状态下长时间连续工作的要求，结果令人满意。
2)电源变负载自适应运行特性
本文研制电源系统的又一重要特点时变负载自适应运行特性，这一优点对工程应用尤为重要。众所周知，实际工业负载很难做到非常稳定，特别是大功率负载尤其如此。
所谓变负载自适应运行特性是指电源的谐振控制系统并不固定系统谐振频率，系统谐振频率是由系统中存在具有感性的高频变压器和具有容性的DBD反应器负载所决定，它们实际上构成了一个R、L、C串联谐振电路。系统负载发生变化时，系统谐振频率亦发生变化。本文研制电源谐振控制电路是通过检测主谐振电流实现电流过零软关断控制，因此，谐振控制与负载特性无关，从而实现电源的变负载自适应运行特性。
在本文研制电源系统的工程运用试验中，发现系统的负载不稳定，湿度对负载电气特性产生不良影响。在不同天气情况下进行了系统的负载测试，显示系统负载的电阻特性发生很大变化，从1．56MΩ～200．0MΩ。电源系统的在负载变化情况下，运行谐振频率相应变化，运行结果见图5。

3)大功率长时间工业运行特性
大功率谐振电源启动是发生电子开关IGBT烧损事故最危险时刻，谐振启动过程的良好设计是研制电源的第一个关键问题，本文研制电源系统很好解决了这一难题。
本文研制电源在配套的大型阻挡介质放电负载上已经过无数次启动，至今为止尚未发生IGBT烧损现象，完全满足工业应用要求。
图6是本文研制电源在大功率启动过程的IGBT触发信号和谐振主电流特性曲线，主谐振回路经过6～8个谐振周期，主谐振电流达到了稳定工作电流，谐振电流包络线增长平滑。

为了配合介质阻挡放电DBD反应器的工业试验，本文研制电源进行了长期运行工作可靠性考核，包括48小时12～30kw电源连续运行无故障，至今为止累计运行数千小时无故障，整个电源系统性能状态稳定。
图7是随机采集的电源工作状态谐振输出电流Io的波形曲线，图中(a)和(b)是分别在不同时间尺度200μs和1．0ms的波形描述。图7(a)中出现的少量曲线毛刺说明：尽管采用电流过零电子开关软关断技术，由于电子器件实际性能和大功率工作状态，仍然会出现少量瞬时电流震荡脉冲，但不影响IGBT的安全工作。图7(b)呈现的谐振电流包络线波动现象，分析认为是整个谐振系统电路中的约300Hz低频因素造成。

针对本文研制电源，进行了不同功率运行的现场工业试验，结果见表l。如前面所述，电源系统功率调节是通过控制三相调压变压器实现，在配套介质阻挡放电DBD负载上，运行功率从l8kW至最大约80kW。由于本文板一板电极结构介质阻挡放电负载所能承受过载电流能力的限制，60kW以上的工作功率试验均只进行了短时运行，以防负载的阻挡介质击穿烧毁，基于同样的原因，80kw以上的试验未进行。
在表l的全部电源不同功率运行情况中，本文研制电源系统运行稳定、安全，电源系统无任何故障或异常现象，说明本文研制电源的功率设计有很大的冗容，完全可能达到lOOkW甚至更大的工作功率。

3 结束语
研制了大功率介质阻挡放电串联谐振式电源系统，成功配套和应用在大功率板一板电极阻挡介质等离子体烟气处理装置，进行了长时间现场工业运行，研制电源系统运行稳定、启动安全，有很高的工程可靠性，掌握了此类大功率电源的设计和制造核心技术。
谐振电流过零电子开关软关断是实现此类阻挡介质放电谐振电源大功率化的最佳方法之一，本文研究表明：该方法和技术非常有效的保证了电子器件IGBT的长期安全工作。
进行了18～80kW不同功率运行试验，本文研制电源系统具有很大的工作功率冗容，能够达到100kW级工作水平。
本文研制电源系统具有的变负载自适应运行特性，使电源系统不但能够运用于配套的烟气处理介质阻挡等离子体反应器，而且可以广泛应用于包括臭氧发生器的一系列介质阻挡DBD发生器负载，应用前景广阔。