已阅读5页,还剩103页未读, 继续免费阅读
版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 a b s t r a c t 叮 t h e d i s s e r t a t i o n m a k e s a d e t a i l e d s t u d y o f t 卜t e c h n i q u e d e v e l o p e d b y u s f o r r e d u c t i o n o f s u l f u r d i o x i d e f r o m f l u e g a s w i t h h i g h v o l t a g e p u l s e g a s d i s c h a r g e p l a s m a u n d e r l o w e r t e m p e r a t u r e . a i i r e s e a r c h i n c l u d e s t h r e e p a r t s . i n p a r t o n e , a d a t a i l e d s t u d y o f h i g h v o l t a g e p u l s e g e n e r a t o r h a s b e e n i n v o l v e d . a c t i v e p o w e r f a c t o r c o r r e c t i o n c i r c u i t i s u s e d t o r e d u c e t h e p o l l u t i o n o f g e n e r a t o r t o p o w e r l i n e, t o m a k e o u t p u t v o l t a g e s t a b l e a n d t o r e g u l a t e o u t p u t v o l t a g e a s n e c e s s a r y . m u c h a t t e n t i o n h a s b e e n p a i d t o h i g h v o l t a g e t r a n s f o r m e r w o r k i n g i n m i d d l e f r e q u e n c y . t h e r e s u l t s s h o w : r e d u c i n g l e a k i n d u c t o r a n d d i s t r i b u t i o n c a p a c i t o r , c u r r e n t t h r o u g h i g b t c a n b e r e d u c e d , t h e s t u d y o n t h e f i e l d d i s t o r t i o n s p a r k g a p s h o w s : t h e e l e c t r o d e s d e s i g n e d w i t h r o t a t i n g e 川 p s e c o r r e c t e d m e t h o d - w o r k s w e l l . m o v i n g c o n t r o l e l e c t r o d e d o w n p r o p e r l y a n d r a i s i n g t r i g g e r i n g v o l t a g e p e a k c a n m a k e t h e r a n g e o f m a i n v o l t a g e w i d e r . m a i n v o l t a g e i s a m a i n f a c t o r i n f l u e n c i n g s w i t c h d e l a y , u s i n g p r o p e r b l o w i n g c a n r a i s e w o r k i n g f r e q u e n c y o f g a p . a v o l t a g e m u l t i p 歹 n g c i r c u i t w i t h s m a l c a p a c i t o y i s u s e d t o s o l v e t h e p r o b l e m i n d e s i g n i n g h i g h v o l t a g e t r a n s f o r m e r w e i . t w o m a n - m a d e t r a n s m i s s i o n l i n e a r e u s e d t o g i v e o u t r e q u i r e d p u l s e v o l t a g e w a v e f o r m i n p a r t t w o , w r i t e r a n a l y s e s t h e e l e c t r i c f i e l d w i t h c a t a l y s t t h e o r i c a l l y.t h e r e s u l t s s h o w : t h e m o s t i n t e n s i v e e l e c t r i c f i e l d o f p e l l e t s i n t h e e l e c t r i c f i e l d o c c u r s a t t h e t w o e n d s a l o n g e l e c t r i c f i e l d , a n d t h e l a r g e r t h e d i e l e c t r i c c o n s t a n t。 t h e m o r e i n t e n s i v e t h e e l e c t r i c f i e l d . f o r t w o l a y e r p e 日e t s , o u t e r d i e l e c t r i c m a t e r i a l s h a v e m a i n l y i n f l u e n c e o n t h e e l e c t r i c f i e l d a t t h e s u r f a c e a n d t h e t h i c k n e s s o f o u t e r d i e l e c t r i c m a t e r i a l s d o n o t . i n t h e m a n y p e l l e t s c a s e s , t h e p e a k o f e l e c t r i c f i e l d o c c u r s a t t h e c o n t a c t p o i n t o f t w o p e i l e t s . t h e s m a 日e r t h e a n g l e b e t w e e n t h e i n e l i n k i n g t w o p e l l e t c e n t e r s a n d e x t e r n a l e l e c t r i c f i e l d a p p l i e d , t h e m o r e i n t e n s i v e t h e e l e c t r i c f i e l d . t h e s t u d y o f d i s c h a r g e w i t h p e l l e t s s h o w : t h e c o n t e n t o f w a t e r i n p e l l e t s h a s l a r g e i n f l u e n c e o n t h e d i s c h a r g e b e t w e e n p e l l e t s . t h e m o r e w a t e r t h e p e l l e t s c o n t a i n s , t h e m o r e i n t e n s i v e t h e d i s c h a r g e. t h e r e g u l a r i t y f o r i n f l u e n c e o f p u l s e v o l t a g e w a v e f o r m a r e : u n d e r p o s i t i v e o s c i l l a t i n g p u l s e v o l t a g e a n d r e c t a n g l e p u l s e v o l t a g e , d i s c h a r g e i s s t r o n g e r , e s p e c i a l l y f o r t h e r e c t a n g l e p u l s e v o l t a g e . t h e c o n t e n t o f p e l l e t s h a s a l i t t l e e f f e c t o n d i s c h a r g e , a n d t h e s t r u c t u r e o f e l e c t r o d e s h a s l i t t l e i 一- 一一 一一 一一 一一一一币i , 一- - -一 e f f e c t o n 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 t h e d i s c h a r g e b e t w e e n p e l l e t s . i n p a r t t h r e e , f i r s t l y , w e s t u d i e d t h e r e g u l a r i t y o f c o , t r a n s f o r m e d i n t o c o u n d e r p u l s e d i s c h a r g e . t h e r e s u l t s s h o w : w h e n t h e r e i s c a t a l y s t , t h e m o r e c o i s p r o d u c e d , a n d t h e c o n c e n t r a t i o n o f c o , h a s l i t t l e i n f l u e n c e o n t h e c o n c e n t r a t i o n o f c o p r o d u c e d . w i t h c a t a l y s t , t h e e f f e c t o f t h e c o n c e n t r a t i o n o f o x y g e n o n c o p r o d u c e d c a n b e r e d u c e d . t h e r e s u l t s o b t a i n e d b y r e d u c t i o n o f s 0 , w i t h c a t a l y s t a n d p u l s e d i s c h a r g e p l a s m a s h o w : u n d e r l o w e r t e m p e r a t u r e , t h e r e d u c t i o n o f s 几b y c o c a n b e f i n ! s h e d u n d e r c a t a l y s t a n d p u l s e d i s c h a r g e p l a s m a . t h e r e a s o n s p o s s i b l l y a r e f o l l o w i n g : t h e e q u i l i b r i u m c o n c e n t r a t i o n o f t h e p r o d u c t s i s c h a n g e d b y p u l s e d i s c h a r g e p l a s m a . r e a c t a n t s a r e a c t t e d u n d e r p u l s e d i s c h a r g e p l a s m a ( e x c i t i n g , i o n i z i n g a n d r 创 i c a l s p r o d u c e d ) . ma t t h e c a t a l y s t s u r f a c e , o x y g e n v a c a n c y i s p r o d u c e d t h r o u g h t h e c o l i i d i n g o f h i g h e n e r g y e l e c t r o n . t h e m o v e o f e l e c t r o n s i n t h e c a t a l y s t i s s p e e d u p b y i n t e n s i v e e l e c t r i c f i e l d . a m o n g t h e c a t a l y s t s w e u s e d , m o c o / y - a 1 , 0 , s u i p h u r i z e d a n d p e r o v s k i t o t y p e o x i d e c o n t a i n i n g i a n t h a n u m h a v e w e l l e f f e c t f o r t h e r e d u c t i o n o f s o , b y c o u n d e r p u l s e d i s c h a r g e p l a s m a . r a i s i n g t h e a d s o r p t i o n o f r e a c t a n t s o n t h e c a t a l y s t c a n r a i s e r e a c t i n g a m o u n t o b v i o u s l y k e y w o r d s : p u l s e g a s d i s c h a r g e , r e d u c t i o n b y c a t a l y s i s , d e s u l f u r i z a t i o n c a t a l y s t . 考 一 一 万 r 分. .只翻 . 口习 区牙一 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 第一章 绪论 i 圣 1 . 1 烟气脱硫技术研究的目的和意义 1 . 1 . 1 s o : 排放及酸雨现状 从目前世界发达国家大气污染控制的发展趋势看,控制氮化物的排放己提到 了相当重要的地位,s o , 排放己不是重要问题。这一方面是由于发达国家相关控制 法规的完善和能源结构的特点,另一方面, 用。而在我国,当前巫待解决的重大环境问题之一仍是s 0 2 的超量排放及山此引起 的酸雨问题,原因一方面是山于我国相关控制法规和措施的不完善性,另一方面 是山干我国能源结构的特残性。图 卜1 所示为一些国家能源结构的比较 1 1 , 2 , j . 4 ) 我国的能源结构 ( 9 0 年统计) 关国 1 9 5 0 年能源结构关国 1 9 7 0年能源结构 摩洛哥、挪威能源结构日 本 1 9 5 5 年能源结构日 本 1 9 7 5 年能源结构 图1 - 1一些国家能源结构比 较 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 我国每年用于发电的煤炭占全国煤碳产量的1 / 4 以上, 且高硫煤占很大比例, 特别是西南地区,高硫煤占全部消耗量的 6 2 % ,含硫量一般为 2 % - 4 % ,硫多以硫 铁矿形式存在2 。 虽然用于发电的煤炭消耗量仅占总消耗量的1 / 4 左右, 但由于 所燃煤中含硫量高于平均水平,且集中排放,强度大,造成的危害也大。因此, 治理s %污染,控制电厂排放,是重要方面。根据 煤炭工业 “ 九五” 及2 0 1 0 年 发展规划 ,到 2 0 0 0 年和 2 0 1 0 年,我国煤炭产量将分别达到 1 4 . 5 和 1 8 亿吨, 2 0 2 0 年将达到2 1 亿吨, 其中煤炭增加量主要用于发电。1 9 9 5 年底,我国火电装 机容量为1 6 0 , no w, s o , 排放量占全国总排放量的3 5 % : 到2 0 0 0 年, 火电装机容 量将达到 2 2 0 , o o o m w , s o , 排放量接近全国总排放量的一半;预计到 2 0 1 0年,火 电装机容量达到3 7 0 , o o o m w , s o : 排放量将达到全国总量的2 / 3 “ , 。 1 9 9 7 年, 全国 二氧化硫排放量为2 3 4 6 万吨5 ) , 如果在2 0 1 0 年, 全国 煤炭需求量达到1 8 亿吨, 则5 0 z 排放量将达到3 0 0 0 万吨左右。 值小于5 . 6 的酸性降雨 占统计城市的4 7 . 8 % e 。1 9 9 7 年统计6 1,降雨 年均p h 值小于 其中,7 5 % 的南方城市 长江以南)降 “ “ l m lk j i . 。 r a = n l f 1 1 r i i 1 14 m -y 4 . b e%if ff cc 沙、 遵义、 杭州和宜宾。 在统计的城市中,7 1 . 7 % 的南方城市出现过酸雨。华中是酸雨污染最严重的区域, 降水年均 p h 值小于5 . 0 ,酸雨出现频率大于7 0 % ;另外,西南和华南也是酸雨污 染较严重的区域,西南除重庆外,中心区域降水年均p h 值低于5 . 0 ,酸雨出现频 率为7 0 % ;华南酸雨区主要分布于珠江三角洲及广西中部,且有日 趋严重的趋势。 我国酸性降雨中硫酸根与硝酸根当量浓度比大约为 6 4 : 1 ,硫酸根的原生物主 要是 s o , ;二氧化硫排放量与煤炭消耗量自1 9 8 3年到 1 9 9 5年h)的相关系数达到 。9 6 , 这表明二氧化硫排放是降雨呈酸性的主要原因之一c:e 因此,鉴于我国能 源资源、能源生产和消耗的特点,未来煤炭消费增长量、消耗方式和控制二氧化 硫的政黄为度是冷定中国二氧化硫和醉雨污染发展趋势的主要因素。 1 . 1 . 2 s o : 和酸雨造成的危害 环境空气中 据英国 1 9 9 8 s o , 的主要危害是引起人体呼吸系统疾病, 年的评估报告,英国每年有多达2 4 造成人群死亡率增加。 中, s 0 2 引起的死亡人数为3 , 5 0 0 人: , 0 0 0 人由于大气污染而早死,其 s 0 , 被吸收进入体内后,首先在体液中转化成为它的代谢衍生物一亚硫酸盐和 亚硫酸氢盐, 这些物质对组织、 细胞及生物大分子产生损伤。 研究表明: 接触s o , 污染的工人其血淋巴 细胞染 色体畸变、 姐妹染色单体交换及微核率 均显著 提高( :, e 7 酸雨也会对农作物和生态系统造成极大危害。 据张林波等人对7 省农业危害研 究表明 9 7 : 7 省受酸沉降影响, 造成主要农作物的经济损失每年约合人民币3 6 . 9 8 9 亿元.冯宗炜等人的研究表明 !, :酸雨引起池塘中浮游生物明显减少,底栖生物 中的0 1 论o c h a e t a 现存量减少; 户缘绩等的研究表明: 酸雨明显抑制了马尾松和香 樟的生长,引起森林衰亡。 高浓度s 0 : 和粉尘污染的协同作用, 每年造成对人体健康损害的经济损失约为 .- -一-,一一一 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 9 5 0 亿元 ( 1 9 9 5 ) ,占g d p 的1 . 6 % ; 接经济损失达几百亿元 13 1 9 9 5 年仅酸雨污染给森林和农作物造成的直 酸雨除危害人体健康 每年造成的损失难以估计 ,破坏生态环境外,还会腐蚀建筑材料,破坏工业设备, 3 我国的s o : 控制对策 1 9 9 8 年1 月1 2 日, 国务院正式批准了 酸雨控制区 和二氧化硫污染控制区 划 阳 分方案 ,明确划定了酸雨和二氧化硫控制区域 ( 下称两控区) 。酸雨控制区划分 原则为: 现状检测降雨p h -4 . 5 , 硫沉降 超过临界负荷, s o , 排放量较大。 s 0 2 控制区的划分原则为: 近年来空气s 0 2 平均浓度超过国家二级标准, 日 平均浓 度超过国家三级标准,3os o z 排放量大,以城市为基本控制单元。根据上述原则 划定的两控区总面积占国土面积1 1 . 4 % , 其中酸雨区占国土面积8 . 4 % , s o z 控制区约 占3 % 。两控区中s o , 排放量在 1 9 9 5 年约占全国总排放量的6 0 % 。因此,重点控制 两控区,可基本控制全国酸雨和二氧化硫污染恶化趋势 ” 。 根据 国务院关于环境保护若干问题的决定 ,国家环保局在 国家环境保 护 “ 九五”计划和 2 0 1 0年远景目 标中,明确规定了两控区控制方案:到 2 0 0 0 年, s o : 排放量控制在 1 9 9 5 年水平; 环境保护重点城市空气中 s 0 2 浓度达到国家环 境质量标准;到2 0 1 0 年, s o : 排放量要比2 0 0 0 年排放量减少 1 0 % ; 所有城市空气 中 s o , 浓度达到国家环境质量标准:降水 p h -然后, 在回路2中,一旦i7 流管t h l 动作, 就通过变压器几产 生 1 8 0 k v的脉冲高压输出,再通过放电间隙开关 s g陡化脉冲 卜 升沿,在反应器 上产生上升时间为2 0 0 - 4 0 0 n s 的 脉冲电 压。此回路存在的问 题有: 直流回路部分未加电 压稳定装置,无法适应输入电 压和烟气工况的变化,谐 振回路采用晶闸管作谐振开关,由于晶闸管的开通时间较长 ( 一般为几个到几十 u s e 2 1 ) ,导致晶闸管损耗较大,使得电 源效率难以 提高, 高压大电流闸流管的 寿命一般较短 ( 通常为 1 0 0 0 - 2 0 0 0小时) ,并且价格昂贵,使得该电源在使用中维 修频繁,可靠性有限,运行费用大大增加。 较新发表的脉冲电 源由e r w i n h . w. m. s m u l d e r s 等人设计完成5 3 j 。其回路如 图 2 - 1 . 4 所示: 此回路利用 t , , l . 给 c , 谐振充电,再通过t , 的动作谐振放电,由 脉冲变压 器将电 压提高到2 5 - 3 5 k v给高 压电 容c h v 充电。 在高 压开关s . 动作后, 通过4 级 串 级电 缆 变压器将电 压提高到 1 6 0 k v ( 无负 载, 有负 载时 为 1 0 0 k v ) 。 该电 源设计 巧妙利用了 输出脉冲电压的反向电压来触发高压开关。存在的问题有: 电缆寿命严重影响了该电源的运行寿命,现阶段无故障时间为 3 5 0小时, 划提高到 2 5 0 0 小时。这与用户所要求一年的维修周期还有一定差距。 一. . . . . . . . . . . , 网. . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . ., 一一一一一. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 一 i i 作者计 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 图2 - 1 . 4 电源效率还有待进一步提高。 前面所提到的电源都没有考虑电源对电网的谐波污染问题,e r w i n h . w m. s m u l d e r s等人设计电源可能在主滤波回路中考虑了对电网谐波污染问题,但使用 的也许是无源滤波器。无源滤波器的缺点是:尺寸大、难以达到高功率因数 ( 一 般要求 0 . 9 左右) 。 夸 2 . 2 我们所设计的电源。 在我们所设计的脉冲电源中,采用最先进的电力电子器件和回路,使用有源 功率因数校正回路,使功率因数达 0 .9 8;低压控制部分的开关均采用高速i g b t , 大大减小了开关损耗。所设计高压毫微秒脉冲电源的总体框图如图2 - 2 . 1 所示: 图2 一 21 下面我们对每一部的设计与调试进行说明。 2 . 2 . 1 电源输入回路的设计与调试 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 我们采用平均电流控制的 b o o s t功率因数校正器。其主要特点是用电流误差 放大器作电流比较器,以输入整流电压和输出电压误差放大信号的乘积为电流基 准,电流环调节输入电流平均值,使输入电流与输入整流电压同相位,并接近正 弦波。由于电流环有较高的增益和带宽。使跟踪误差产生的畸变小于 1 %,容易实 现接近于 1 的功率因数s 4 。平均电流控制有源功率因数校正的原理图如图2 - 2 . 2 所 不 。 叫i v . v 。 入g t p v 门 功 执 va ” v 图2 - 2 . 2 平均电 流控制的b o o s t 功率因数校正器电 路原理图 控制芯片采用美国 u n i t r o d e 集成电路公司生产的u c 3 8 5 4 b ,其结构框图见附 录2 所示。此电路的设计参量为: 输入电 压范围:1 6 0 - 2 6 0 v 输入电 压频率: 5 0 r z 输出电压中心值:4 0 0 v d c 最大输出电 流:2 a 电 源效电率:9 5 % 图2 - 2 . 3 -. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 行 . , . , . , ,. . .-. . . . . . . 一 . . , . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .- 1 3 一, 尸- 勺 一 - 一 - . 尸 r 呀 1 匀 日 , r , . , , ,一 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 电 源工作频率:1 o o k h z 功率因数校正电路设计的关键是电感 l的设计,具体设计数据与步骤见附录 3 。 u c 3 8 5 4 b的应用电路如图2 - 2 . 3 所示。如果电感设计不合理,不但输出电压不正常, 还会出现烧开关的现象。图2 - 2 .4 为电感出现饱和时的电压电流波形。 由于 b o o s t 转换器的工作过程是:开关导通时电 感储存能量,当开关关断时, 电 感能量通过d向输出电容c o 输送能量。 如果在开关导通期间, 电感进入饱和状态, 则其就不能存贮足够能量,结果是输出达不到设计功率。对于正常设计的电感,其 电感电流波形如图2 - 2 .5 所示。整流桥后电压和电流波形如图2 - 2 .6 所示,由此可看 出:电压电流基本上同相位。 另 外,在此电 路中为了 实现一定的调压功能, 输出 取样电阻的低压部分 r x 采用 美国x i c o r 公司生产的非易失性数字电位器x 9 3 1 2 w ( 1 0 k , 1 0 0 个抽头) , 控制信号 来自 单片机控制部分,由单片机控制部分对反应器电 流状态的判断来决定r , 阻值。 ) ch i2 o a vv .比 100 、1 的胜1 , 1 . 图2 - 2 .4 电感饱和时电流波形 l) c卜i : 幻肚盆 一 图 2 - 2 . 5正常工作电感电流 ! 一 ! (!脚 图2 - 2 . 6 整流桥后电压电流波形 一 . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 -下二 一 ,丁一-一一一丁下丁丁m oir i 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 互 2 . 2 . 2 功率变换部分的设计 2 . 2 . 2 - 1 功率变换回路。 功率变换回路采用半桥式电路, 其原理图如图2 - 2 . 7 所示。 逆变回路之所以采用半桥式电路是因为:此回路中,变压器的原边在整个周期 高压直流输出 图2 - 2 . 7 逆变回路框图 中都流过电流,磁芯充分得到利用:并且功率开关管的理论耐压只有供电电压的 一半,省去了推挽回路中对功率管高耐压的要求,大大降低了功率开关管的成本: 与全桥式回路相比,半桥回路驱动简单,节省了一半功率开关管。理论上讲,半 桥式回路的功率可做到 5 k w,而我们目前所要求的最大功率不到 1 k w。逆变回 路的振荡器采用 s g 3 5 2 5 开关电源芯片,其最高振荡频率达 1 0 0 k h z以上,我们取 振荡频率为4 0 k h z o开关管选用英国mi t e l公司生产的i g b t ( i t h 2 3 f 0 6 p , 6 0 0 v , 2 3 a , 带续流二极管) ; i g b t 驱动器采用t l p 2 5 0 e 我们设计的功率变换回路最大特点是:采用了逐个脉冲限流回路 ( s g 3 5 2 5具 有此功能) 。使用瑞士莱姆公司生产的多极电流传感器 l t s 2 5 - n p拾取变压器原边 电流,通过电流信号处理电路,判断电流大小。当变压器原边电流超过设定值时, 给出过流信号,关闭振荡器。l t s 2 5 - n p电流传感器的主要参数如下: 原边有效电 流: 2 5 a 电源电压:5 v 反应时间 ( )1 0 %o f i , ) : -沐斌钾仑卜国钾 口卜 e : l一门声月、月il r / l币 双j / : 洲 片:。 月 。of 7 1 v父 y 阅 口 忍召 图2 - 2 . 1 0变压器 1 测量波形 刚间 姗秒) 图2 - 2 . 1 1 变压器 1 计 算波形 ( 原方输入电压为 ” . , , . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . .、. . . . . . . . , . . . . . . . . 一. ,. , . . -一- 一一一一 i s 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 之 5 2 1 . 5 1 0 5 0 舰 5 l 1 . 5 一 2 门 率习一-(匡 一一 仁 1 而k . 厂1 切 人 。 .曰 v 门 巧 叮j以 (卜 曰曰j, 尸 一一一 侧已浑/分写于闪日宁 时间 ( 徽砂) 图2 一 2 . 12变压器2 侧量波形图2 一 2 , 13 变压器2 计算波形 ( 原方输入电压为 1) 图中所计算的波形是从开关起始零点开始的,而测量波形记录的是稳态波形。 从计算波形可看出:在起始阶段,振荡电压的峰值为稳态电压的2( 变压器 功 和 1 .6( 变压器2) 倍, 而一旦处于稳态, 最高电压达稳态电压的2 .4( 变压器 1)和2 3 ( 变压器2) 倍。因此,在设计高压变压器的付方绝缘结构时,应充分考虑这一因 素。 从变压器的测量波形可看出:励磁电流所占的比例很小,在测量波形中反映不 出。这主要是因为励磁电感较大的缘故。如我们所设计的变压器,励磁电感和单位 电压下的峰值励磁电流与付方动态参数产生的峰值电流比较如下: 变 压 器 ,: lm= 50 ,zmh , t 一 , 。 “ 队 “ “ 、 二 贵 了 计 “ 出 ” 大 励 磁 电 “ “ : 1 x = .oo05a, 付方 最大振荡电 流 ( 折算到 原方 ) 为 1 、一 刀 。 22a 。 变 压 器2 : 瑞= 3 0 2 m h , 卜3 0 林 5 , 1 ,: = 0 刀 oo 9 9 a,i o ax 二 0 刀 1 2 a 。 可见,在变压器设计中,应充分考虑分布参数的影响,采取简便合理的方案 减小付方分布参数产生的电流。图2 一 2 14为输入单位电压时,输出电压最大值、 付方电流最大值随付方分布参数的变化趋势。由图中可看出:当付方分布电容不 变时,输出电 压的最大值随付方漏感的增加而增加,漏电 感由i o p h增加到6 00 p h时, 输出峰值电压最大值为理论值的1 86倍 (c z 二 3 o 0 0po ;付方电 流随漏电 感的增加而迅速减小。当漏电感大于l oop h后,付方电流减小趋势变缓;付方 分布电容的影响规律是:当付方漏电感不变时,分布电容增大,输出峰值电压减 小,同时,峰值电流增加,分布电容的影响不如漏电感的影响显著。因此,在设 计高压中频变压器时,应充分考虑付方漏电感对输出电压和电流的影响,适当增 加付方漏电感,输出电压峰值增加不多,但峰值电流可大大减小,这可有效减轻 驱动回路的电流耐受能力。另一方面,对高压中频变压器进行动态分析,可为我 们设计驱动保护回路提供有效的设计数据,例如:在设计过流保护回路时,根据 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 10八ij5n曰cjc 争户q.1 粥懈驾于板扭 - c 2 = 5 0 0 p f + c 2 = 1 0 0 0 p f - c 2 = 2 0 0 0 p f - . 一c 2 = 3 0 0 0 p f 一 . 一c 4 = 4 0 0 0 p f 生 + iooopfc2-cz-2 pft c2-3ooopft c2-4000pf 一士=50dpfc2 x11二 凰 000- 于昭 曰 即 卜月 卜c z 二 4 1义 洲 f f浅 贩 触 _一 娜 瓦泛 d占qdg1 书田留刃薄 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 付方漏电感( 微亨) 图2 - 2 . 1 4变压器付方分布参数的影响 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 付方漏电感( 微亨) 付方分布参数产生振荡波形的频率,设计适当的滤波回路,从而避免这一振荡产 生的保护误动作。 2 . 3 小电容倍压回路的设计 从前面分析可知:高压中频变压器的变比不能设计的太高,否则,变压器分布 参数的影响较大,给逆变驱动回路的设计带来极大困难,并且也影响变压器转换效 率。为此,我们所设计变压器变比 取为3 0 左右, 逆变回 路输入电 压为4 00v时, 变压器输出峰值电压只有6 ,0 0 0 v 。为了提高输出电压,我们使用1 小电容倍压回 路,电路如图2 - 3 . 1 所示。脉冲成型回路在充电期间也等效为一个电容,其电容量 视对脉冲宽度的要求及负载情况而定。 图2 - 3 .2 所示为倍压回路采用不同电容量时,脉冲成型线充电电压变化波形。 毫 微 秒 脉 冲 成 型 回 路 高 压 开 关 ! 脉 冲 反 射 回 路 图2 - 3 . i高压脉冲回路 2 0 一一一-. 一-一 , 一 - 尸 - 1 户 飞口 甚 1飞轰 华 中 科 技 大 学 博 从上向下倍压回路电容量依次为 2 0 0 p f , 3 0 0 p f , 5 0 0 p f , 1 0 0 0 p f e脉冲成型线电容 充电的最小时间依次为:7 m s , 8 m s , i o m s , 1 2 m s 。这一充电时间就决定了 输出脉冲的最 大重复周期。可见:为了提高输出脉冲的重 复频率,倍压回路宜采用小电容。充电延迟 时间的存在是由于高压硅堆存在较大正向导 通电阻的缘故,此波形所采用的硅堆其正向 导通电阻约为6 k q o 另外,倍压回路采用小电容,可大大减 小能耗。因为,高压开关的每次开通,都 会使倍压回路左、右柱电容失去全部能量, 设倍压回路电容为 c ,级数为n ,输出电压 士学 位 论 文 x - 2 m i b , . y - i wa, 图2 - 3 . 2脉冲成型线充电 波形 为u o ,则倍压回路左、 右柱电 容储存的能量分别为: 量越小,每次损失的能量就越小。 1 c_ ,_ 。二一 w =-u。 一 。刚见 :电谷 2 n 2 . 4 高压开关的研究 高压开关也是毫微秒高压脉冲电源的关键部分,其性能的好坏直接影响到脉 冲电源的性能及寿命。目前,高压脉冲发生器大多采用气体间隙开关,这些开关 的类型包括: 压缩气体自 击穿间隙和可控间隙,真空自 击穿间隙和可控间隙,常 压气体自 击穿和可控间隙等。自 击穿间隙开关是最简单的开关,但由于不可控而 限制了其广泛应用;三间隙可控开关 ( 包括真空和气体开关)存在可控工作电压 范围 窄, 触发电 压高, 触发 可靠性差 等缺点, 往 往难以 满 足实际需要( 5 6 . 5 7 1 。前面 我们介绍过,早期脱硫用脉冲电源多使用旋转火花间隙开关,以 后的研究者都采 用球隙开关,这些开关由于存在可控性差、 烧蚀点集中 ( 影响输出 脉冲稳定性及 寿命)等缺点,并不是最佳的选择。御所康七首先提出了场畸变间隙开关,并对 三球隙触发开关和场畸变间隙开关进行了比 较研究p q ,发现场畸变间隙开关动作 时延明显较小,可控电压范围较大,击穿特性优于前两者。因此,我们选择场畸 变间隙开关作为脱硫电源的主开关。为此,我们从设计入手,对场畸变间隙开关 的电 极进行了优化设计, 研究了 触发电 压对主间隙工作电 压范围 及触发时延的影 响规律;对提高开关动作频率的措施进行了初步研究。 互 2 . 4 . 1 场畸变火花开关的工作原理 图2 - 4 . 1 为场畸变间隙开关的原理示意图。1 , 2 电 极为主电极,在其电 场中 沿某一等位面插入触发电极3 。若电极3 的形状与等位面相符,则可认为:电极 3的插入基本不影响 1 , 2 电极间的电场分布 ( 图2 - 4 . 1 b ) 。当电极3 上加上触发 一 一一一一 一 2 1 . 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 脉冲后,由于电极3 的电位发生变化,致使整个电场发生变化,此时电位分布如 图2 - 4 . 1 c 所示;1 , 3 间电场得以加强,2 , 3电极间电场被削弱,由此引起 1 , 3 间发生击穿;接着,由于 1 , 3 间接通,整个间隙电压全部加在 2 , 3 之间,在这 一过电压和先期击穿 所产生大 量电子及光辐射的联合作用 下,整个电极系统很快击穿, 从而完成了开关的导通。 2 . 4 . 2 主电极形状的优化设 计 进行主电极形状优化设计 的目的是:使电极表面击穿点 分布均匀,避免某些部分严重 烧蚀,引起开关性能的变坏、 寿命的缩短,并改善开关触发 特性。 根据上述要求,我们选用 b o r d a电 极 ( 电极表面场强处 处相等)作为优化设计的目 i 、 二 3 一 一 , 二 二 二 i : - 誉一。 图2 -4 . 1 场崎变间除开关原理示意图 标。 设计b o r d a 电 极较常见的方法是s i n g e r 近似法+ . s o , 其计算步骤如下: 1 . 给出初始电极形状; 2 . 用模拟电荷法计算电极表面选取点的电场强度; 3 . 将计算出的电极表面电场强度与期望值进行比较,根据电极表面曲率变化与场强 变化的关系式: _ c8 e l 兰 - 二 一 石份r e 计 算 出 电 极 表 面 的 曲 率 变 化 量 。 在 旋 转 对 称 场 中 , 曲 率 c 取 为 r - : 平 面 曲 率 粤 和 r 垂 直 面 曲 率 l 的 平 均 值 : 。 = 喜 爬 十 1 ) , 并 认 为 与 r - z 平 面 垂 直 亩 的 曲 率 在 修 正 一s- - 一2 戈 r s 少, , - -, - - - - 一 一 一 一 - 研 一. 一 一 过程中保持不变,由 此可计算出新的可值;
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 2022年销售经理年终个人工作总结4篇
- 《采用合理的论证方法》课件 2024-2025学年统编版高中语文选择性必修上册
- 2025年春九年级物理下册 第十七、十八章综合测试卷(苏科版)
- 石河子大学《文化遗产概论》2022-2023学年第一学期期末试卷
- 石河子大学《摄影》2022-2023学年第一学期期末试卷
- 石河子大学《机械原理》2022-2023学年第一学期期末试卷
- 沈阳理工大学《专题产品设计》2021-2022学年第一学期期末试卷
- 沈阳理工大学《线性控制系统》2022-2023学年期末试卷
- 沈阳理工大学《热工与流体力学》2022-2023学年第一学期期末试卷
- 沈阳理工大学《计算机网络技术基础》2022-2023学年期末试卷
- 大模型应用开发极简入门基于GPT-4和ChatGPT
- 应急救援人员培训计划
- 中考字音字形练习题(含答案)-字音字形专项训练
- 食品安全与营养健康自查制度(学校食堂)
- 安全文明施工奖罚明细表
- HG/T 2782-2024 化工催化剂颗粒抗压碎力的测定(正式版)
- CTD申报资料撰写模板:模块三之3.2.S.4原料药的质量控制
- 大学生视觉传达职业规划
- 人工智能算力中心平台建设及运营项目可行性研究报告
- 2024-医院的合同管理制度
- 中国民航发展史智慧树知到期末考试答案章节答案2024年中国民航大学
评论
0/150
提交评论