關鍵詞：電除塵；高壓逆變器；智能化

0??? 引言

??? 隨著工業粉塵及廢氣排放量的日益增加，其對環境的污染也越來越嚴重，特別是在冶金、礦山、建材、化工等行業中。眾所周知，應用靜電除塵器能夠有效地收集起這些粉塵，但是，常規的高壓靜電除塵裝置體積龐大、笨重，使用不便，因此，減小高壓靜電除塵裝置的體積與重量就顯得尤為重要。

??? 近年來，伴隨著電力電子技術的飛速發展，特別是新一代功率電子器件如IGBT,MOSFET等的應用，高頻逆變技術越來越成熟，各種不同類型和特點的電路廣泛地被應用于DC/DC與DC/AC等場合。在這一前提下，設計一種高壓逆變電源代替常規高壓電源，達到減小高壓電源裝置的體積與重量的目的已成為可能。同時其使用效果、輸出特性和成本等也都比常規高壓電源裝置具有明顯的優勢，系統效率也得到了一定程度的提高。

1??? 系統硬件設計

1.1??? 電源主體結構

??? 圖1所示為高壓逆變電源的電路組成框圖，它主要包括主電路及控制電路兩部分。主電路主要包括配電開關、工頻整流器、斬波器、濾波器、IGBT橋式逆變器、保護電路、高頻高壓變壓器、高頻高壓硅堆（高頻整流器）等部分。控制電路主要包括電流、電壓、火花率采樣及其處理單元，PWM信號產生和驅動電路，單片機控制器，參數輸入鍵盤及液晶顯示，通信接口等部分。

圖1??? 電源結構圖

1.2??? 主電路的工作機理

??? 主電路的工作原理如圖2所示，高頻逆變器中的功率開關管采用IGBT（絕緣柵雙極晶體管）。它是將MOSFET和GTR的優點集于一體的新型復合器件，具有MOSFET的高輸入阻抗、可用電壓驅動，GTR的通態功耗低等優點。

圖2??? 主電路原理圖

??? 圖2中交流電壓經整流—斬波器調壓—濾波后得到直流電壓U1，將U1加到全橋式高頻逆變器上。D1～D4與功率開關管S1～S4反向并聯，承受負載產生的反向電流以保護開關管。C1～C4及R3～R6以及D5～D8的引入是為了避免4個開關管在關斷時過高的電壓上升率和減少管子的關斷損耗。當柵極脈沖信號輪流驅動S1、S4或S2、S3時，逆變主電路把直流電壓U1轉換為20kHz的高頻矩形波交流電壓送到高頻高壓變壓器，經升壓整流濾波后給負載（電除塵器）供電。控制S1、S4和S2、S3兩組IGBT的占空比，就可得到脈寬可調的矩形波交流電壓。

1.3??? 控制電路的工作機理

1.3.1??? 單片機控制器

??? 為了使整個電源系統具有自診斷和人機交換式的控制功能，該電源選用PHILIPS系列單片機80C552，主要負責實時監控和與上位機進行數據通信的任務。當除塵器處在工作狀態時，單片機一方面定時采集其反饋的電流電壓值，通過A/D轉換通道將其讀入，并通過一定算法得出控制量Uk，通過單片機輸出控制量給脈寬調制控制器，進而改變調制脈沖寬度；另一方面可以實現根據用戶的需求改變電源的外特性，如恒流，恒壓，緩降等。另外，單片機還定期地將本電源的輸出電流、輸出電壓、火花率等信息傳遞給上位機，將故障信息由串口發向上位機，以示警告，同時接收來自上位機的控制命令，使自身投入或退出工作或改變工作參數。

1.3.2??? 脈寬調制控制器

??? 脈寬調制控制器電路如圖3所示，它的作用主要是為驅動電路提供控制脈沖以實現PWM控制。其核心是產生PWM信號的專用集成芯片SG3525A。SG3525A是電壓型PWM集成控制器，外接元器件少，性能好，具有外同步、軟啟動、死區調節、欠壓鎖定、誤差放大以及關閉輸出驅動信號等功能。其內部結構主要包括基準電壓源、欠壓鎖定電路、鋸齒波振蕩器、誤差放大器和脈寬調制比較器5部分。

圖3??? 脈寬調制控制電路

2??? 系統軟件設計

??? 各電源模塊的單片機都有獨立的主程序以及與上位機的通信程序，數據采集子程序等。限于篇幅，本文只討論電源模塊的主程序及通信子程序的軟件結構。主程序流程圖如圖4所示，數據通信子程序流程圖如圖5所示。

圖4??? 主程序流程圖

圖5??? 數據通信子程序流程圖

??? 電源模塊的軟件主要完成以下功能：接收上位機發送的數據和指令；向上位機傳遞數據；完成對電源輸出的實時監控；根據用戶需求進行各種外特性的控制。

3??? 實驗及分析????

3.1??? 主逆變橋PWM調節對效率影響研究及規范調節方式的確定

??? 如圖6所示，該電源在輸入電壓相同的情況下，占空比<50％時，隨著占空比的增大，效率也增大；在占空比>50％時，隨著占空比的增大，效率降低。由此可見，如果大范圍地進行占空比調節，將會使電源進入效率很低的區域，而占空比在40％～70％時，效率較高。為此通過調節斬波電路占空比的方式控制直流母線電壓，可以達到高效率的目的。

圖6??? 不同占空比時的效率曲線

3.2??? 現場實驗測試

??? 實驗條件：電除塵器極板面積250m2，極間距150mm，占空比60％，頻率18.6kHz。

??? 實驗結果：圖7為輸出電壓與輸入電壓的對應關系，圖8為輸出電流與輸入電壓的對應關系。當輸出電壓達到58kV（此時電流82mA）時除塵器開始發生閃絡現象,達到了設計要求。

圖7??? 輸出電壓與輸入電壓關系

圖8??? 輸出電流與輸入電壓關系

4??? 結語

??? 1）通過主逆變橋PWM調節對效率影響研究所確定的，由斬波電路對直流母線電壓進行調節的方式是可行的；

??? 2）該電源在大大減小體積的同時重量也大為減少，較傳統的電源而言其對電能的利用率也有所提高，對除塵器的控制也比傳統的電源方便，同時還可和工控機進行數據通信，實現了對除塵器的遠程控制。