高壓脈沖電源的工作原理及常用參數(shù)詳解
一、概述
    高壓脈沖電源是一種能在瞬間產(chǎn)生極高電壓的電源設(shè)備，它廣泛應(yīng)用于靜電除塵、污水處理、空氣凈化等領(lǐng)域。本文將詳細(xì)介紹高壓脈沖電源的基本概念、特點(diǎn)、工作原理以及應(yīng)用場(chǎng)景，幫助讀者更好地了解這一重要的電力技術(shù)。
由于脈沖電源有斷續(xù)供電的特性，在很多領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。比如說(shuō)高能量物理、粒子加速器、金屬材料的加工處理、食品的殺菌消毒、環(huán)境的除塵除菌等方面，都需要這樣一種脈沖能量--可靠、高能量、脈寬和頻率可調(diào)、雙極性、平頂?shù)碾妷翰ㄐ?。無(wú)論將此高功率脈沖電源用于何種用途，高壓脈沖電源均是其設(shè)計(jì)的核心部分。
傳統(tǒng)的高功率脈沖電源一般采用工頻變壓器升壓，然后采用磁壓縮開(kāi)關(guān)或者旋轉(zhuǎn)火花隙來(lái)獲取高壓脈沖，因而大都比較笨重，且獲得的脈沖頻率范圍有限，其重復(fù)頻率難以調(diào)節(jié)，脈沖波形易變化，可靠性較低，控制較困難，成本較高。
文中采用固態(tài)電器--IGBT來(lái)獲取高壓脈沖波形。將IGBT作為獲取高壓脈沖的電子開(kāi)關(guān)，利用IGBT構(gòu)成LCC串并聯(lián)諧振變換器作為高壓脈沖電源的充電電源，同時(shí)利用IGBT構(gòu)成全橋組成脈沖形成電路，輸出雙極性高壓脈沖波形。文中給出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)各個(gè)部分功能說(shuō)明，通過(guò)仿真電力電子仿真軟件PSIM對(duì)LCC充電過(guò)程和脈沖形成電路進(jìn)行仿真分析。
二、高壓脈沖電源的特點(diǎn)

    1.瞬時(shí)功率大：高壓脈沖電源能夠在瞬間產(chǎn)生極高的電壓，因此其瞬時(shí)功率往往很大，可以達(dá)到幾百千瓦甚至兆瓦級(jí)別。

    2.脈沖寬度窄：高壓脈沖電源輸出的脈沖寬度很窄，通常只有幾微秒到幾十微秒之間，因此具有很高的能量密度。

    3.效率高：與傳統(tǒng)電源相比，高壓脈沖電源的能量轉(zhuǎn)換效率更高，可以達(dá)到90%以上。

    4.可靠性高：由于高壓脈沖電源采用的是脈沖形式輸出，其開(kāi)關(guān)壽命較長(zhǎng)，整體可靠性較高。

    5.環(huán)保性：高壓脈沖電源在工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，同時(shí)產(chǎn)生的電場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)周圍環(huán)境的影響也很小，因此具有很好的環(huán)保性。

三、高壓脈沖電源的工作原理

    高壓脈沖電源通常采用電力電子器件（如晶體管、IGBT等）進(jìn)行脈寬調(diào)制（PWM），將直流電源轉(zhuǎn)化為交流電源，并通過(guò)變壓器升壓，再經(jīng)過(guò)整流器整流成直流高電壓輸出。其核心部件包括輸入濾波器、整流器、逆變器、變壓器和輸出整流器等。

四、高壓脈沖電源的應(yīng)用

    1.靜電除塵：靜電除塵是一種利用靜電場(chǎng)使塵粒帶電并荷電后的電場(chǎng)力的作用，使塵粒從氣體中分離出高來(lái)壓的脈過(guò)沖程電。源可以為靜電除塵器提供高電壓，從而增強(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)度，提高除塵效率。同時(shí)，由于高壓脈沖電源輸出的脈沖寬度很窄，所以其產(chǎn)生的電流對(duì)電極材料的損害也較小。

    2.污水處理：高壓脈沖電源可以用于污水處理中的電泳、電擊、電浮等工藝過(guò)程，提供高電壓以強(qiáng)化電場(chǎng)力對(duì)污水中的懸浮物、膠體等顆粒同的時(shí)分，離高作壓用脈。沖電源也可以為水處理設(shè)備的電極提供保護(hù)，防止電極被腐蝕。

    3.空氣凈化：高壓脈沖電源可以用于靜電除塵和光化學(xué)反應(yīng)中，提供高電壓以分離和去除空氣中的微小顆粒物和有害氣體。

五、脈沖電源的參數(shù)如何設(shè)置?

    用戶的負(fù)載需要斷續(xù)加電，即按照一定的時(shí)間規(guī)律，向負(fù)載加電一定的時(shí)間，然后又?jǐn)嚯娨欢ǖ臅r(shí)間，通斷一次形成一個(gè)周期。如此反復(fù)執(zhí)行，便構(gòu)成脈沖電源。脈沖電源幾個(gè)電氣參數(shù)的概念：

1、輸出電壓：輸出端紅、黑兩個(gè)接線柱之間的峰值電壓差，面板上輸出電壓顯示的是接通時(shí)紅黑接線柱間電壓差的絕對(duì)值。

2、輸出電流：輸出回路中通過(guò)的電流的有效值，等于接通時(shí)輸出回路中的電流值(輸出電流峰值)與占空比的乘積。

3、占空比：高電平所占周期時(shí)間與整個(gè)周期時(shí)間的比值。占空比=脈寬/(脈寬+脈間)

4、輸出頻率：通、斷一次稱為一個(gè)周期，輸出頻率是周期的反比。

5、脈沖寬度(脈寬)：直流通斷小周期中通電的時(shí)間，即t。

6、脈沖間隔(脈間)：直流通斷小周期中斷電的時(shí)間，即T-t。

7、換向時(shí)間：

正向換向時(shí)間：輸出端紅黑接線柱間電壓差為正值的小 周期的合計(jì)時(shí)間。反向換向時(shí)間：輸出端紅黑接線柱間電壓差為負(fù)值的小周期的合計(jì)時(shí)間。

設(shè)置參數(shù)的操作方法：

1、首先按要求接好對(duì)應(yīng)AC220V50HZ的單相電源;打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)觀察機(jī)器是否正常;

2、關(guān)閉脈沖啟動(dòng)開(kāi)關(guān)(按下為啟動(dòng)，抬起為關(guān)閉);設(shè)置正負(fù)脈沖參數(shù)，設(shè)定正脈沖的總時(shí)間;設(shè)置開(kāi)通脈寬;設(shè)置關(guān)斷脈寬;(參照以上的示意圖)。

一般正的總時(shí)間都要大于負(fù)的總時(shí)間幾倍，不然鍍上的金屬在負(fù)脈沖的時(shí)間內(nèi)被全部褪掉了，永遠(yuǎn)鍍不上。

{總時(shí)間一定要大于(開(kāi)通脈寬+關(guān)斷脈寬);小于沒(méi)輸出;

脈沖頻率=總時(shí)間/(開(kāi)通脈寬+關(guān)斷脈寬);假設(shè)：總時(shí)間=2000開(kāi)通脈寬=10關(guān)斷脈寬=2那么脈沖頻率=166HZ;}

3、要用單脈沖時(shí)：把負(fù)脈沖的參數(shù)(總時(shí)間，開(kāi)通脈寬，)設(shè)為零，即可。

4、要用直流時(shí)：把負(fù)參數(shù)設(shè)為0，把總時(shí)間設(shè)為最大，開(kāi)通脈寬接近于總時(shí)間，關(guān)斷很小即可。

5、按下脈沖啟動(dòng)開(kāi)關(guān);

6、再點(diǎn)擊顯示屏，進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置-可設(shè)置參數(shù)，一般在貴金屬電鍍時(shí)，都在穩(wěn)壓狀態(tài)下使用，設(shè)置好正負(fù)電壓參數(shù)，點(diǎn)擊屏上的啟動(dòng)，即可。

7、點(diǎn)擊運(yùn)行界面，可觀看輸出的正負(fù)脈沖峰值電壓與電流，在標(biāo)簽上顯示，在運(yùn)行工作時(shí)，可任意加堿峰值的電壓電流。

8、要改變脈沖參數(shù)，設(shè)置的參數(shù)要在脈沖啟動(dòng)開(kāi)關(guān)停止時(shí)，才有效。