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静电除尘用大功率高压电源相位跟踪的研究
发布时间:2016-07-21 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]- 摘要：介绍了传统的串联谐振电源的工作原理，分析了电感加工其相位跟踪技术的缺点，给出了影响其相位跟踪的几个因素。根据逆变器偏离谐振点时续流二极管存在续流，对传统的相位跟踪技术提出了改进。实验证明，改进后的相位跟踪技术效果明显，保证了逆变器工作在谐振点附近，提高了静电除尘用大功率高压电源的可靠性。
关键词：相位跟踪；串联谐振；相位补偿
0 引言
为了减少大型工厂烟囱烟尘的排放，我们研制了大功率高压电源对工厂烟囱进行静电除尘。传统的高压电源有两种制作方法。
1)直接对市电升压，然后整流、滤波，这样制作的高压电源效率低，占地面积大，成本高。
2)采用AC／DC／AC／DC变换，利用改变频率差模电感的方法来改变电源的功率。这种方法解决了电源小型化的问题，降低了成本，但由于用于静电除尘的两个电极板随着烟尘吸附的多少而改插件电感器变了电容介质，因而改变了负载的谐振频率。若逆变器的工作电压不变，则在谐振点附近的输出功率最大，当改变逆变器工作频率时，负载等效阻抗发生变化，输出功率减小，而且逆变器主开关管工作在硬开关状态，开关损耗大，效率低。
为了提高效率，减少开关损耗，所研制的高压逆变电源采用串联谐振式全桥DC／AC逆变电路，以IGBT为主开关器件，用新型的频率跟踪电路控制逆变器的工作频率，使逆变器始终工作于谐振状态，而且IGBT能始终工作在软开关状态，整机工作效率较高。串联谐振变换器是一种在理论和实际E都比较成熟的电路。但在实际研制过程中，仍有一些技术问题需要解决，本文对传统的相位跟踪技术做了进一步改进。1 一般相位跟踪技术及其存在的问题
1．1 相位跟踪串联谐振逆变器的控制原理
静电除尘用大功率高压电源采用AC／DC／AC／DC的变换，逆变器采用单相桥式串联谐振逆变电路，其工作原理如图1所示。通过霍尔电流传感器对桥臂电流io进行采样，经过零比较器产生方波信号，使其与负载电压相位一致，并把其信号送至CD4046鉴相器，与控制信号进行相位比较，锁相环自动调节使其相位差为零，从而实现无相差的频率跟踪。根据实际负载回路的参数确定锁相环中的元件值，使负载回路频率的变化在锁相环的捕捉范围内，就可以使锁相环实现相位自动跟踪，负载电压与电流的相位差几乎为零。使逆变器的功率因数接近于1。
逆变器采用IGBT作为主电路开关，图1中S1~S4为IGBT开关器件，D1~D4为快恢复二极管，L为总的等效电感，C为总的等效电容，LC为串联谐振网络，S1～S4承受的电压为方波，电流为正弦波。如果S1～S4驱动信号的频率与LC串联谐振频率一致，则负载呈阻型，逆变器桥臂电压u。与桥臂电流Io的相位差为零，S1～S4在电流为零时开通关断(ZCS)。
串联谐振的谐振频率fo可由式(1)求出，品质因数由式(2)确定，变压器的谐振电压由式(3)确定。
l.2 传统的相位补偿及存在的问题
在实际电路中，电流采样、过零比较器比较、锁相跟踪、隔离驱动和IGBT的开关都需要时间，这将引起负载电压滞后于负载电流，使得逆变器工作在容性负载状态。因此，在实际大功率电感贴片电感器控制电路中，必须解决相位补偿问题。传统解决相位补偿的方法就是利用CD4046锁相环的特点，调节比较器的比较电压，可以实现相位补偿。如图2所示，在比较器的正向输入端加一偏置电压Up,使比较器上升沿提前了时间△t，调整Rp可以改变偏置电压Up和提前时间△t，锁相环所对应的输出信号作为图1中S1的驱动信号，反向后作为S2的驱动信电感器生产号，驱动信号相对电流而言，提前了时间△t，而△t正是相位补偿时间。调节Rp可以使逆变器工作在谐振状态。但装置在实际运行过程中，△t是会发生变化的。下面分析发生变化的几种主要因素。
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