ESP用三相中频电源的研究

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1、ESP用三相中频电源的研究包华蒋云峰汪飞陆海龙殷浩武汉大学电气工程学院武汉市武昌区东湖南路8号430072摘要：本文了介绍了一种新的ESP用直流高压电源，给出了电源的主体结构，详细介绍了中频电源的控制；它汲取了传统可控硅，以及现代高频电源的优点，利用目前先进的数字信号处理器DSPs(TMS320F2812)作为数字控制核心，变流控制采用SVPWM逆变技术，满足了系统控制的灵活性和实时性，并提高了效率。仿真分析证明了控制模式的可行性和合理性。关键词:（ESP）静电除尘，中频电源，空间矢量PWM0.引言ESP的原理是：在电极间加上高电压,使气体放电,产生电子与正离子

2、,气体中的尘粒获得电子而带负电荷,它在电场的作用下被吸向带正电荷的大电极而附着在大电极上,然后用振动、刮削或冲洗的方法将其清除。为了形成高压电场和电晕电流,必须设置配套的高压电源。高压电源装置的容量、供电方式和供电特性将直接影响到静电除尘器的除尘效率[1]。这就显得高压电源在静电除尘装置中是一个非常重要的部分，值得深入得对其探讨和研究。传统的线性高压直流电源体积大，效率低，动态响应慢;而高频电源由于高频损耗等技术问题，不能达到较大容量，发展缓慢。基于此设计了一种ESP用三相中频直流高压电源，它结合了传统电源的低开关损耗、大功率，高频电源小体积、高性能的优点，且技

3、术条件成熟，能在短期内形成大容量产品。另外该电源采用先进的数字信号处理器TMS320F2812，以及空间矢量PWM(SVPWM)的控制策略，使整个系统的性能在原有基础上也得到大得提高。1.主体结构1.1工作原理本系统的高压除尘用直流电源的输出要求保证80kv的直流输出电压，单机功率为80kW，采用交－直－交－直的变换过程。由于电源功率较大，因此采用三相逆变结构。第一步的交－直变换通过三相全桥整流来完成，输入为三相380V的工频市电，经过全桥整流电路和平波电路，其输出的直流电压可达530V。第二步的直一交变换采用中频(400Hz)全桥逆变电路，所得中频交流电经中频

4、升压变压器升压至所需的电压等级后，再经高压桥式整流电路得到所需的直流80KV/1A。另外，系统对530V直流母线处、逆变电路处、高压电路端等地方的电流、电压值进行监测，以期对电路进行控制和保护。图1三相中频电源原理图91.2方案的技术特点1．采用AC→DC→AC→DC的变流工作方式[2]；三相高频逆变，中频400Hz升压整流可有效提高电源工作效率，减小电源的体积、重量，减小输出纹波。2．开关器件采用IGBT模块。控制核芯采用双CPU：运行控制采用TI公司的DSP（TMS320F2812）[3]；监控采用ARM控制器，二者通过RS485通信。多台电源构成控制网，控

5、制网通过CAN或RS485通信。3．变压器铁芯材料0.21mm的硅钢或微晶，线包可采用普通漆包线，整流桥可采用普通硅堆。变压器采用三相绕组及三相整流。变压器体积、重量较普通SCR电源大大减小,进而节省成本。4．稳压/恒流控制采用PI（比例积分）控制算法，实现无静差稳压/恒流控制。变流控制采用SVPWM逆变技术,可减小开关损耗，提高直流利用率。5．完善的保护功能，使电源安全可靠工作。6．控制柜与变压器可分离（也可一体化），控制柜可放置室内。2.中频电源的控制由于此电源用于高压静电除尘，其控制方式有其自身的一些特点，因此有必要结合静电除尘中的一些特点最优化地选择控制

6、方式。本中频电源的控制主要涉及两个方面：闭环控制方法和逆变输出电压调制方法。2.1闭环控制系统系统实际控制原理图如图2所示PI控制SVPWM变流电路滤波PDPINTIGBT及油箱温度3相UOPWM图2三相中频电源控制原理图变压器控制电路包括如下环节[4]：采样环节(周期Ts)：PWM周期Ts启动A/D，A/D转换结束后由中断服务程序读取数据。比较环节：负载电流I0与给定电流Ig比较，得到电流偏差ΔI，送至调节器。基于PI的调节器(工作周期Tr)：以中频周期Tr为计算周期，计算(直流电压、电流)、(k=a,b,c)、IGBT温度、油箱温度、负载电压、电流等参数。由

7、调节器执行电流PI调节、闪络上升处理及故障处理。此环节输出，供SVPWM使用。9初始化:，；正常时0；非正常时其中，为比例系数，积分系数。另外，调节器还可以实现输出的软启动，各种保护功能(如：闪络及故障)。SVPWM环节：根据输入调节量Vref，通过SVPWM变流控制，输出PWM给变流电路的IGBT进而控制变流电路的输出。2.2输出电压的调制方法本电源的输出电压的调制方法采用空间矢量PWM(SVPWM)的方式。1.SVPWM原理[5]空间矢量法源于交流电机变频调速的研究，现已广泛应用于三相变换器。SVPWM的实质是基于时间等效的原理。即在极短的一段时间内，2个矢

8、量同时作用于一惯性环节的