介质阻挡等离子体串联谐振式电源

以免受到主回路中比较大的电压、电流特性变动的影响，达到后续电路的稳定性，同时防止高压脉冲电源对主回路的影响，防止造成电源污染，提高整个一二次电路的安全性和可靠性。三相调压变压器通过输出电压调节，控制电源系统的功率输出，本电源系统使用的机械式调压变压器，也可很方便的采用电子调压方法。阻挡介质放电负载为多个板一板电极结构负载的并联，为一般大功率阻挡介质放电负载形式。

1)电源过零开关软关断运行特性

是否真正实现电流过零电子开关软关断，是串联负载谐振式电源能否长时间可靠工作的关键，特别在电源大功率工作状态，实现电流过零电子开关软关断尤为困难和重要。

本文对电源在现场实际运行状态进行了主电流IL的测量，获得了大功率下电流过零电子开关软关断特性。电源高压高频电源产生并输出几万伏的高频电压，输出端为一个高电压电极接反应器负载正极，另一端负极接反应器负载负极，负极必须可靠接地。负极上串有互感器(见图3)，互感器的输出信号由数字示波器观察并记录如图4，这样可由示波器观察到放电回路中波形变化。

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