本實(shí)用新型涉及一種臭氧發(fā)生器用PWM逆變大功率電源。

背景技術(shù)：

臭氧廣泛用于工業(yè)化自來水處理、化工氧化、污廢水處理及除臭、去色與消毒等領(lǐng)域，工業(yè)化臭氧生產(chǎn)大都采用介質(zhì)阻擋放電(DielectricBarrier-BasedDischarge，簡稱DBD)方式，介質(zhì)阻擋放電作為臭氧的主要工業(yè)化生產(chǎn)方法，在實(shí)際工程中得到了廣泛的應(yīng)用。采用DBD原理工作的臭氧發(fā)生室由高壓電極、低壓電極、絕緣介質(zhì)層和介質(zhì)層與高壓電極之間的氣隙構(gòu)成。其工作原理可概述為：數(shù)千伏的交變電壓施加于發(fā)生器高、低壓電極上，當(dāng)作用于發(fā)生器內(nèi)氣隙的電壓達(dá)到或超過氣隙擊穿電壓(稱為放電維持電壓Uz)時(shí)，在氣隙中形成大量微放電，電離其中的干燥空氣或氧氣產(chǎn)生臭氧，稱為放電階段。而當(dāng)作用于氣隙的電壓低于放電維持電壓時(shí)，氣隙不能被擊穿無臭氧產(chǎn)生，稱為充電階段。臭氧發(fā)生器系統(tǒng)主要由電源、臭氧發(fā)生室、氣源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成，電源的作用就是提供臭氧發(fā)生室正常工作的高壓電場。

由于臭氧發(fā)生室的負(fù)載特性比較特殊，在工作過程中負(fù)載特性變化很大，因此要求電源對(duì)負(fù)載的適應(yīng)性要足夠強(qiáng)，否則就會(huì)因?yàn)樨?fù)載放電與不放電時(shí)產(chǎn)生的差異而導(dǎo)致電源故障，并且因?yàn)榇蠊β食粞蹼娫床捎么罅块_關(guān)性器件及電感、電容等非線性器件，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備功率因數(shù)低、諧波高，不利于設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并且會(huì)對(duì)公用電網(wǎng)產(chǎn)生很大的影響。用于臭氧發(fā)生器的供電電源，其性能的好壞直接影響到臭氧的濃度和產(chǎn)生臭氧的效率以及整機(jī)設(shè)備的質(zhì)量，對(duì)客戶的生產(chǎn)持續(xù)性與經(jīng)濟(jì)型有重大影響。研制滿足高功率、高穩(wěn)定性、高電源參數(shù)的臭氧發(fā)生器裝置用的供電電源是臭氧發(fā)生器中的關(guān)鍵技術(shù)。

對(duì)于大功率直流調(diào)壓式臭氧發(fā)生器電源，因?yàn)槎嗖捎萌嗫煽卣骷夹g(shù)，其本質(zhì)是通過控制對(duì)應(yīng)晶閘管的導(dǎo)通角來控制直流電壓的大小，從而改變高壓變壓器的輸入電壓一次來達(dá)到改變發(fā)生室投加功率的目的。因?yàn)椴捎萌嗫煽卣鞯募夹g(shù)，這決定了在低功率運(yùn)行時(shí)受低導(dǎo)通角的影響整機(jī)的功率因數(shù)會(huì)比較低，并且電壓電流諧波很高。逆變部分采用不可關(guān)斷的可控硅設(shè)計(jì)，容易造成逆變失敗，增加設(shè)備故障率，并且設(shè)備體積及發(fā)熱量大。

所以，對(duì)于技術(shù)人員來說，亟待解決的問題是開發(fā)出一種臭氧發(fā)生器用PWM逆變大功率電源，設(shè)計(jì)合理，根據(jù)介質(zhì)和臭氧放電室而設(shè)計(jì)的與之相匹配的專用電源，IGBT屬大功率精密器件，工作壓降低，過載特性好，輸出功率大，用于大功率電源時(shí)的可靠性極高，能很好地滿足臭氧發(fā)生器對(duì)電源的需要，適于推廣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是克服上述缺陷，提供了一種臭氧發(fā)生器用PWM逆變大功率電源，設(shè)計(jì)合理，根據(jù)介質(zhì)和臭氧放電室而設(shè)計(jì)的與之相匹配的專用電源，IGBT屬大功率精密器件，工作壓降低，過載特性好，輸出功率大，用于大功率電源時(shí)的可靠性極高，能很好地滿足臭氧發(fā)生器對(duì)電源的需要，適于推廣。

為解決上述問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：

臭氧發(fā)生器用PWM逆變大功率電源，與外部電源相對(duì)應(yīng)，其特征在于：包括與外部電源連接的電源輸入接口，電源輸入接口連接整流裝置，整流裝置連接電解支撐電容，電解支撐電容連接穩(wěn)流電抗，穩(wěn)流電抗連接PWM調(diào)節(jié)器，PWM調(diào)節(jié)器連接逆變電路，逆變電路連接諧振電抗器，諧振電抗器連接高壓變壓器，高壓變壓器連接臭氧發(fā)生器。

作為一種改進(jìn)，所述整流裝置為6相12脈沖整流器。

由于采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)合理，根據(jù)介質(zhì)和臭氧放電室而設(shè)計(jì)的與之相匹配的專用電源，IGBT屬大功率精密器件，工作壓降低，過載特性好，輸出功率大，用于大功率電源時(shí)的可靠性極高，能很好地滿足臭氧發(fā)生器對(duì)電源的需要，適于推廣。

同時(shí)下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型一種實(shí)施例的原理框圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例：

如圖1所示，臭氧發(fā)生器用PWM逆變大功率電源，與外部電源相對(duì)應(yīng)，其特征在于：包括與外部電源連接的電源輸入接口，電源輸入接口連接整流裝置，整流裝置連接電解支撐電容，電解支撐電容連接穩(wěn)流電抗，穩(wěn)流電抗連接PWM調(diào)節(jié)器，PWM調(diào)節(jié)器連接逆變電路，逆變電路連接諧振電抗器，諧振電抗器連接高壓變壓器，高壓變壓器連接臭氧發(fā)生器。

在本實(shí)施例中：

整流裝置為6相12脈沖整流器。當(dāng)整流裝置功率進(jìn)一步加大時(shí)，所產(chǎn)生的諧波、無功功率等對(duì)電網(wǎng)的干擾也隨之加大，為減輕干擾，本實(shí)施例中采用多重化整流電路。整流裝置中利用二次繞組接法的不同，使兩組三相交流電源間相位錯(cuò)開30°，從而使輸出整流電壓Ud在每個(gè)交流電源周期中脈動(dòng)12次，故該電路為12脈波整流電路。整流裝置不僅可減少輸入電流諧波，也可減小輸出電壓中的諧波并提高紋波頻率。該整流裝置輸入為電網(wǎng)電壓380V輸出為500V，分別采用星角接法。同時(shí)因?yàn)椴捎脙陕氛鞔?lián)的方式，因此整流裝置輸出電壓高，在同樣功率下可以降低設(shè)備損耗。

電解支撐電容：該處電容作為貯能元件，用以緩沖無功能量，為逆變器負(fù)載提供無功功率。為適應(yīng)負(fù)載瞬間放電電流大、頻率高的特性，此處選用多個(gè)電解電容并聯(lián)的形式。電解電容具有容量大、體積小、熱阻低、耐電流沖擊能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

穩(wěn)流電抗：為補(bǔ)償負(fù)載的容性特性，此處專門設(shè)置補(bǔ)償電感，通過補(bǔ)償電感L與臭氧發(fā)生室的等效電容C串聯(lián)，形成LC等效串聯(lián)回路。因?yàn)樵O(shè)備瞬間工作電流大，因此采用空氣電感防止電感飽和，電感的選擇必須與負(fù)載匹配，否則會(huì)導(dǎo)致整機(jī)工作頻率失調(diào)，達(dá)不到理想狀態(tài)。

PWM調(diào)節(jié)器：PWM調(diào)制方法就是通過適時(shí)調(diào)整輸出頻率及電壓，使負(fù)載始終工作在最高功率因數(shù)，提高電源利用率，減少發(fā)熱量。PWM調(diào)節(jié)器的控制方法的基本思路是：控制電路通過霍爾電流傳感器檢測(cè)電流相位，同時(shí)電壓傳感器檢測(cè)輸出電壓相位，當(dāng)相位不同時(shí)，通過特殊的算法增大或減小輸出頻率，調(diào)整輸出頻率，尋找電壓相位和電流相位重合點(diǎn)，從而提高電源工作效率。其主要優(yōu)點(diǎn)是：功率器件為IGBT控制簡單可靠，開關(guān)損耗小，易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制。

高壓變壓器：用于傳遞功率和使電子功率電路的輸出與放電室匹配，由于放電室在整個(gè)工作過程中，負(fù)載不僅在數(shù)值上變化很大，其特性也隨著起輝或正常工作時(shí)的狀態(tài)不同而改變，從而要求變壓器有做特殊工藝來平衡上述變化。

本實(shí)用新型的整流部分采用12相升壓整流且直流電壓可0-2000伏設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)，并將其應(yīng)用于臭氧專用電源，提高整機(jī)的功率因數(shù)及降低諧波。

本實(shí)用新型采用負(fù)載變壓器初級(jí)串聯(lián)諧振電感的方式，使負(fù)載與補(bǔ)償電感形成串聯(lián)LC以此達(dá)到改變諧振頻率，增加負(fù)載功率因數(shù)，提高電源利用率，降低發(fā)熱量。

本實(shí)用新型全I(xiàn)GBT逆變PWM調(diào)節(jié)技術(shù)，輸出電壓、頻率全部可調(diào)，并可通過恒流模式穩(wěn)定輸出電流，減小負(fù)載因溫度、壓力變化而產(chǎn)生的對(duì)電流的沖擊。

本實(shí)用新型設(shè)計(jì)合理，根據(jù)介質(zhì)和臭氧放電室而設(shè)計(jì)的與之相匹配的專用電源，IGBT屬大功率精密器件，工作壓降低，過載特性好，輸出功率大，用于大功率電源時(shí)的可靠性極高，能很好地滿足臭氧發(fā)生器對(duì)電源的需要，適于推廣。

本實(shí)用新型不局限于上述的優(yōu)選實(shí)施方式，任何人應(yīng)該得知在本實(shí)用新型的啟示下做出的結(jié)構(gòu)變化，凡是與本實(shí)用新型具有相同或者相近似的技術(shù)方案，均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。