(57)【要約】  静電集塵器、ＥＳＰ（１０）に電力供給するための高電圧電力供給システム（１）を開示する。システムは、第１のＡＣ供給電圧及び第２のＡＣ供給電圧を発生するように構成されているＡＣ供給回路（２）と、ＡＣ供給回路（２）とＥＳＰとの間に接続されている２つの供給回路（５、６）とを有している。供給回路のうちの１つは、第１のＡＣ供給電圧をＥＳＰのためのＤＣベース電圧に変形及び変換するように構成されているＤＣ供給回路（５）である一方、他は、高電圧パルスを発生し、ＥＳＰに送るように構成されているパルス形成回路（１２）を有するパルス供給回路である。ＡＣ供給回路は、ＡＣ供給電圧のそれぞれが中波範囲、すなわち、１００Ｈｚから５０００Ｈｚの範囲であるように構成されている。これにより、費用効果が高く、低重量でコンパクトな高電圧電源システムを提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電集塵器（１０）に電力供給するのに適したＤＣベース電圧に重畳された高電圧パルスを発生する電源システム（１）であって、
第１のＡＣ供給電圧及び第２のＡＣ供給電圧を発生するように構成されているＡＣ供給回路（２）と、
前記ＡＣ供給回路（２）と前記静電集塵器（１０）との間に接続可能なＤＣ供給回路（５）と、前記ＤＣ供給回路は、前記第１のＡＣ供給電圧を前記ＤＣベース電圧に変形及び変換するための、第１のトランス（７）及び第１の整流回路（８）を備え、
前記ＡＣ供給回路（２）及び前記静電集塵器（１０）の間に接続可能なパルス供給回路（６）とを備え、
前記パルス供給回路は、
前記第２のＡＣ供給電圧を、前記高電圧パルスを発生するのに十分なＤＣパルス供給電圧に変形及び変換するための、第２のトランス（９）及び第２の整流回路（１１）と、
前記第２の整流回路（１１）と前記静電集塵器（１０）との間に接続可能なパルス形成回路（１２；１２’）とを備え、前記パルス形成回路は、追加の電圧変換なく前記高電圧パルスを発生するように構成され、
前記ＡＣ供給回路は、前記第１のＡＣ供給電圧及び前記第２のＡＣ供給電圧のそれぞれの周波数が１００Ｈｚから５０００Ｈｚの範囲であるように構成されている、電源システム（１）。
【請求項２】
前記パルス形成回路（１２；１２’）は、少なくとも１つのサイリスタ（２５）と、前記少なくとも１つのサイリスタと逆並列で接続されている少なくとも１つのダイオード（２６）とを備える、請求項１に記載の高電圧電源システム（１）。
【請求項３】
前記ＡＣ供給回路（２）は、
ＤＣ給電電圧を前記第１のＡＣ供給電圧に変換するように構成されている第１の電力インバータ（３）と、
前記ＤＣ給電電圧を前記第２のＡＣ供給電圧に変換するように構成されている第２の電力インバータ（４）とを備え、
前記第１の電力インバータ及び前記第２の電力インバータは、前記第１のＡＣ供給電圧及び前記第２のＡＣ供給電圧のそれぞれの周波数を１００Ｈｚから５０００Ｈｚの範囲で制御するように構成されている、請求項１又は２に記載の高電圧電源システム。
【請求項４】
前記第１の電力インバータ（３）は、ＩＧＢＴ又はＭＯＳＦＥＴのような半導体電力スイッチを含むフルブリッジ又はハーフブリッジ単相インバータである、請求項３に記載の高電圧電源システム（１）。
【請求項５】
前記第２の電力インバータ（４）は、ＩＧＢＴ又はＭＯＳＦＥＴのような半導体電力スイッチを含むフルブリッジ又はハーフブリッジ単相インバータである、請求項３又は４に記載の高電圧電源システム（１）。
【請求項６】
前記ＤＣベース電圧及び前記高電圧パルスは、前記電源システムの出力において並列に接続される、請求項１から５のうちのいずれか１項に記載の高電圧電源システム（１）。
【請求項７】
前記パルス形成回路（１２）は、
前記第２の整流回路（１１）の出力端子間に接続されている蓄積キャパシタ（２１）と、
前記電源システムの前記出力に直列に接続されている、第１の直列インダクタンス（２３）及び結合キャパシタ（２７）と、
前記蓄積キャパシタ（２１）と前記第１の直列インダクタンス（２３）との間に直列に接続されている高電圧スイッチング回路（２４）とを備える、請求項６に記載の高電圧電源システム（１）。
【請求項８】
前記パルス形成回路（１２’）は、
前記第２の整流回路（１１）の出力端子間に接続されている高電圧スイッチング回路（２４’）と、
前記電源システムの前記出力に直列に接続されている、第１の直列インダクタンス（２３）及び結合キャパシタ（２７）と、
前記高電圧スイッチング回路（２４’）と前記第１の直列インダクタンス（２３）との間に直列に接続されている蓄積キャパシタ（２１’）とを備える、請求項６に記載の高電圧電源システム（１）。
【請求項９】
前記高電圧スイッチング回路は、少なくとも１つのサイリスタ（２５）と、前記少なくとも１つのサイリスタと逆並列で接続されている少なくとも１つのダイオード（２６）とを備える、請求項７又は８に記載の高電圧電源システム（１）。
【請求項１０】
前記パルス形成回路（１２；１２’）は、前記高電圧スイッチング回路（２４；２４’）及び前記蓄積キャパシタ（２１；２１’）と並列に接続されている保護分岐（３１）をさらに備え、前記保護分岐（３１）は、前記高電圧スイッチング回路（２４）にわたる電圧ピークを制限するための、第１の抵抗（３３）と直列ダイオード（３２）とを備える、請求項７から９のうちのいずれか１項に記載の高電圧電源システム（１）。
【請求項１１】
前記パルス形成回路（１２；１２’）は、前記高電圧スイッチング回路（２４）及び前記蓄積キャパシタ（２１）と並列に接続されている復元分岐（３４）をさらに備え、前記復元分岐（３４）は、パルス間で前記結合キャパシタ（２７）の電荷を復元するための、第２の抵抗（３６）と第２の直列インダクタンス（３５）とを備える、請求項５から８のうちのいずれか１項に記載の高電圧電源システム（１）。
【請求項１２】
第２の直列インダクタンス（３５）は、０.１Ｈから１０Ｈの範囲のインダクタンス値を有する、請求項９に記載の高電圧電源システム（１）。
【請求項１３】
前記第１のＡＣ供給電圧及び前記第２のＡＣ供給電圧のそれぞれの周波数は、２００Ｈｚから２０００Ｈｚの範囲である、請求項１から１２のうちのいずれか１項に記載の高電圧電源システム（１）。
【請求項１４】
前記第１の電力インバータ（３）と前記ＤＣ供給回路（５）の前記第１のトランス（７）との間に接続されている第１の直列キャパシタ（４１）と、前記第２の電力インバータ（４）と前記パルス供給回路の前記第２のトランス（９）との間に接続されている第２の直列キャパシタ（４２）とをさらに備える、請求項１から１３のいずれか１項に記載の高電圧電源システム（１）。
【請求項１５】
前記第１のＡＣ供給電圧の周波数は、前記第２のＡＣ供給電圧の周波数よりも高い、請求項１から１４のうちのいずれか１項に記載の高電圧電源システム（１）。
【請求項１６】
静電集塵器（１０）に接続されている、請求項１から１５のうちのいずれか１項に記載の高電圧電源システム（１）。
【発明の詳細な説明】
【発明の技術分野】
【０００１】
本開示は、電力工学の分野に関し、より具体的には、静電集塵器（ＥＳＰ）に供給するのに適した電源の分野に関する。
【発明の背景】
【０００２】
静電集塵器（ＥＳＰ）は、工業プロセスにおいてガス流から粒子状物質を収集及び除去するために一般的に使用される。これらの装置は、例えば、石炭火力発電所、セメント工場、製鉄所及びごみ焼却所の排出物から粒子を濾過するために利用されてもよい。なぜＥＳＰが粒子濾過／収集のためにより頻繁に使用される装置の１つであるかについての理由のいくつかは、ＥＳＰが、広範囲の入口温度、圧力、ダスト体積及び酸性ガス条件で、比較的大きなガス体積を取り扱うことができることである。さらに、これらは、広範囲の粒子サイズを収集するために使用することができ、乾燥及び湿潤状態で収集することができる。
【０００３】
その名前によって暗示されるように、ＥＳＰは、ガス流からダスト粒子を分離するために静電力を使用する。従来のＥＳＰは、収集／収集する電極（collection/collecting electrodes）と呼ばれる大きなプレートの間に等しく間隔をあけた、細いワイヤの形態であることが多い放電／放出電極のセットを有し、放出電極は高電圧で帯電される一方、収集電極は一般的に接地されるが、逆極性の電圧で帯電することがある。一般的に、（脈動することが多い）負の高電圧直流（ＤＣ）が放出電極に印加され、負の電界を生成する。要するに、流動ガスは、放出電極によって提供される負の電解を通過するように構成され、固体粒子を負に帯電させる。負に帯電した粒子は、その後、これらが付着する収集電極に引き付けられる。これらの収集プレートを振るか又は叩くことによって、「ダスト」の蓄積された塊が解放され、それ自体の重量の下で、下に配置されたダスト容器（ホッパー）内に落下させられる。より詳細には、ガス分子をイオン化するアバランシュ増倍（avalanche multiplication）及び二次放出のような他のステップがプロセス中にあり、これは、これらの固体粒子をイオン化し、放出電極の周りの負の電界によって反発され、収集電極に強く引き付けられる負に帯電した粒子の最終結果をもたらす。
【０００４】
高電圧パルス発生器は、ＥＳＰにおいて、電圧パルスをＤＣ電圧に重畳し、それによって粒子分離又は濾過性能を高めるように一般的に使用される。パルス幅は典型的には１００μｓのオーダーであり、周波数は１から４００パルス／秒の範囲である。平均電流は、静電集塵器に印加される電圧レベルを維持しながら、システム内のスイッチング装置のパルス繰り返し周波数を変化させることによって制御することができる。このようにして、逆電離の発生及びそれに関連する悪影響を排除又は少なくとも制限することが可能である。
【０００５】
パルスシステムは、２つの主なカテゴリーに分けられることが多く、１つは、（二次側における）高電位／電圧でのスイッチングに基づくものであり、１つは、（一次側における）低電位でのスイッチングに基づくパルストランスシステムと呼ばれるものである。スイッチングが一次側で行われる後者の例は、例えば、ＵＳ４，０５２，１７７、ＵＳ４，６００，４１１及びＥＰ１  ６５２  ５８６で見出すことができるが、ＥＰ１  ２９３  ２５３は、高電圧スイッチングの例（すなわち、スイッチングが二次側で行われる場合）を開示している。
【０００６】
文献ＵＳ５，５７５，８３６は、パルス電源を有する集塵器を開示している。このケースでは、スイッチング１２は、トランス１０の二次側に配置される。しかしながら、スイッチングが最終電圧レベルで実行されないことは明らかである。反対に、ＵＳ５，５７５，８３６では、パルストランス１６を電圧を最終レベルまで上昇させる必要がある。
【０００７】
しかしながら、多くの従来技術の解決策が存在するが、特に、電力損失の低減、サイズの低減、コストの低減、出力における電圧リップルの低減、及び／又はロバスト性／信頼性に関する改善のために、技術的なさらなる改善が常に必要とされている。
【発明の概要】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、電力損失、サイズ、コスト、出力における電圧リップルの低減、及び／又はロバスト性／信頼性に関して、現在知られているシステムに関係づけられている欠点のすべて又は少なくとも一部を軽減する、静電集塵器に通電するための高電圧電源システムを提供することである。
【０００９】
この目的は、添付の特許請求の範囲に規定するような高電圧電源システムによって達成される。
【００１０】
以下において、用語「例示的な」は、「例、事例、又は実例として機能すること」として理解される。
【００１１】
本発明の第１の態様にしたがうと、静電集塵器に電力を供給するのに適したＤＣベース電圧に重畳された高電圧パルスを発生する電源システムが提供される。高電圧電源システムは、第１のＡＣ供給電圧及び第２のＡＣ供給電圧を発生するように構成されているＡＣ供給回路と、ＡＣ供給回路と静電集塵器との間に接続可能な（すなわち、接続されるように構成／適合されている）ＤＣ供給回路と、ＤＣ供給回路は、第１のＡＣ供給電圧をＤＣベース電圧に変形及び変換するための第１のトランス及び第１の整流回路を備え、ＡＣ供給回路と静電集塵器との間に接続可能なパルス供給回路とを備えている。パルス供給回路は、第２のＡＣ供給電圧を、高電圧パルスを発生するのに十分なＤＣパルス供給電圧に変形及び変換するための第２のトランス及び第２の整流回路と、第２の整流回路と静電集塵器との間に接続可能なパルス形成回路とを備え、パルス形成回路は、追加の電圧変換なく高電圧パルスを発生する（及び送る／供給する）ように構成されている。より具体的には、ＡＣ供給回路は、第１のＡＣ供給電圧及び第２のＡＣ供給電圧のそれぞれの周波数が１００Ｈｚから５０００Ｈｚの範囲であるように構成されている。
【００１２】
これにより、費用効果が高くコンパクトな高電圧電源システム（高電圧パルス発生システムとも呼ばれる）が提供される。このシステムは、ガス流濾過用途に使用される静電集塵器に電力を供給するのに特に適している。さらに、電力供給システムは、他の既知の従来のシステムと比較して軽量であり、電力損失が低い。
【００１３】
本発明は、高電圧スイッチング構成を２つの中波電源（１００Ｈｚ−５０００Ｈｚ）と組み合わせることによって、パルスユニットタンク（すなわち、ＤＣ供給回路及びパルス供給回路）における電力損失を比較的低くすることができるという認識に基づいている。より詳細には、ＤＣ供給回路及びパルス供給回路のトランスに中波ＡＣ電圧を給電することによって、より小さいコア及びより少ない巻線ターンに対する電力損失が低減され、その結果、（回路が存在する）油タンク上に必要とされる冷却フランジエリアがより小さくなり、システム全体がより軽くより小さくなる。また、高電圧スイッチングは、（パルストランスを利用するシステムのような）低電圧スイッチングと比較して電力損失が低い。さらに、整流出力上の出力リップル電圧は、低周波給電（例えば、５０Ｈｚ）と比較して低減される。さらに、ＤＣ供給回路の高電圧側における平滑フィルタの必要性は、ライン整流ＤＣ供給に対して部分的に又は完全に軽減される。
【００１４】
また、ＡＣ供給回路の半導体（例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ）は、保護された屋内環境中の制御キャビネット内に配置することができ、発生した中波ＡＣ電圧は、ケーブルを介して（一般的に屋外に保持されなければならない）パルスユニットタンクに供給することができ、したがって、システム誤動作及び／又は製造コスト及び複雑さのリスクが低減されることを本発明者は認識する。スイッチモード電源（ＳＭＰＳ）システムのようなより高周波システムについて、ＩＧＢＴは、一般的に、パルス形成回路のトランスの近くに、したがって屋外環境に配置されなければならない。
【００１５】
さらに、本発明の例示的な実施形態にしたがうと、ＡＣ供給回路は、ＤＣ給電電圧を第１のＡＣ供給電圧に変換するように構成されている第１の電力インバータと、ＤＣ給電電圧を第２のＡＣ供給電圧に変換するように構成されている第２の電力インバータとを備え、第１の電力インバータ及び第２の電力インバータは、第１のＡＣ供給電圧及び第２のＡＣ供給電圧のそれぞれの周波数を１００Ｈｚから５０００Ｈｚの範囲で制御するように構成されている。ＤＣ給電電圧は、例えば、３相幹線（例えば、３８０Ｖ／４８０Ｖ、５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）に接続されている３相整流回路によって発生してもよい。整流回路は、意図される用途の仕様及び必要性に依存して、制御されなくてもよく、又は制御されてもよく、半波又は全波であってもよい。電力インバータは、例えば、半導体スイッチ（例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、又は、酸化金属半導体電界効果トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ）を使用するフルブリッジ又はハーフブリッジ単相インバータであってもよい。負荷は誘導負荷（トランス）であることから、電力インバータは、スイッチのオフ時間の間にピーク誘導負荷電流のための経路を提供するために、各半導体スイッチにわたって（並列に）接続されている逆並列ダイオード又はフィードバック整流器をさらに備えてもよい。これらの逆並列ダイオードは、従来、半導体パッケージに統合されている。
【００１６】
さらに、本発明の別の例示的な実施形態にしたがうと、パルス形成回路は、第２の整流回路にわたって接続されている蓄積キャパシタと、蓄積キャパシタと直列に接続されている第１の直列インダクタンス及び結合キャパシタとを備え、第１の直列インダクタンス及び結合キャパシタは、静電集塵器に向けて蓄積キャパシタに対して下流に接続され、高電圧スイッチング回路は、蓄積キャパシタと第１の直列インダクタンスとの間に接続されている。さらに、高電圧スイッチング回路は、少なくとも１つのサイリスタと、少なくとも１つのサイリスタと逆並列で接続されている少なくとも１つのダイオードとを備えている。
【００１７】
使用する際、マイクロパルスは、高電圧スイッチング回路のスイッチを閉じることによって形成され、それによって、発振回路（又は共振回路）が蓄積キャパシタ、直列インダクタンス、結合キャパシタ、及び（容量性負荷として近似することができる）ＥＳＰによって形成され、これは、ＥＳＰにわたる急速な電圧上昇、及び、蓄積キャパシタにわたる対応する電圧降下をもたらす。その後、電流は方向を変え、ＥＳＰにわたる電圧は（ＤＣ供給回路によって供給される電圧レベルまで）減少し、蓄積キャパシタは、ほぼ第２整流回路によって出力されるレベルに再びに帯電され、それにより、１振動周期を完了する。高電圧スイッチング回路は、好ましくは、５０Ｈｚ、１００Ｈｚ又は１５０Ｈｚのような２−２００Ｈｚの周波数でパルスを発生するように制御される。スイッチングは、例えば、高電圧スイッチング回路中のスイッチング要素として使用されるサイリスタ又はサイリスタチェーンに接続されている適切な点火回路によって制御することができる。
【００１８】
結合キャパシタは、ＤＣベース電圧の上にパルス電圧を送り、加え、また、パルス供給によるＤＣ供給の短絡を回避するために、より具体的には、第１の直列インダクタンスと（ＥＳＰにＤＣベース電圧を供給する）ＤＣ供給回路の接続ノードとの間に構成されている。
【００１９】
さらに、本発明の別の例示的な実施形態にしたがうと、パルス形成回路は、高電圧スイッチング回路及び蓄積キャパシタと並列に接続されている補助回路を備え、補助回路は、高電圧スイッチング回路と第１の直列インダクタンスとの間に接続され、補助回路は、高電圧スイッチング回路にわたる電圧ピークを制限するための、第１の抵抗と直列ダイオードとを備える保護分岐を含む。言い換えれば、保護分岐は、高電圧スイッチング回路と直列インダクタンスとの間のノード／接点に接続されている１つの端子を有し、他の端子は接地される。直列ダイオード及び抵抗は、ＥＳＰ中のスパーク発生の間、高電圧スイッチング回路にわたる電圧ピークを制限するように機能する。
【００２０】
さらに、本発明のさらに別の実施形態にしたがうと、パルス形成回路は、高電圧スイッチング回路及び蓄積キャパシタと並列に接続されている補助回路を備え、補助回路は、高電圧スイッチング回路と第１の直列インダクタンスとの間に接続され、補助回路は、パルス間で結合キャパシタの電荷を復元するための、第２の抵抗と第２の直列インダクタンスとを備える復元分岐を含む。言い換えれば、復元分岐は、高電圧スイッチング回路と直列インダクタンスとの間のノード／接点に接続されている１つの端子を有し、他の端子は接地される。当然ながら、上記２つの例示的な実施形態を組み合わせてもよく、パルス形成回路は、保護分岐及び復元分岐を有する補助回路を備えてもよい。結合キャパシタにわたる電圧をＤＣベース電圧と同じ値に復元する能力を向上させるために、第２の直列インダクタンスは、好ましくは、０.１ヘンリから１０ヘンリの範囲の比較的高いインダクタンス値、好ましくは１ヘンリよりも高いインダクタンス値を有するように構成されている。
【００２１】
本発明のさらに別の例示的な実施形態にしたがうと、前記第１のＡＣ供給電圧及び前記第２のＡＣ供給電圧のそれぞれの周波数は、例えば２００Ｈｚから６００Ｈｚのような、２００Ｈｚから２０００Ｈｚの範囲である。第１の周波数範囲（２００−２０００Ｈｚ）内で、出力電圧リップルとトランス電力損失との間の良好なトレードオフが達成される。しかしながら、ほとんどの従来のトランス設計に対して、後者の周波数範囲（２００から６００Ｈｚ）が好ましい。
【００２２】
さらに、本発明の別の例示的な実施形態にしたがうと、高電圧電源システムは、前記第１の電力インバータと前記ＤＣ供給回路の前記第１のトランスとの間に接続されている第１の直列キャパシタと、前記第２の電力インバータと前記パルス供給回路の前記第２のトランスとの間に接続されている第２の直列キャパシタとをさらに備える。トランスの一次側にキャパシタを追加することによって、ＡＣ回路で使用される任意の半導体スイッチ（例えば、電力インバータ内のＩＧＢＴ）が、より低い電流量でオフになることを可能にする直列共振回路が形成され、これは、ＩＧＢＴにかかる負担をより少なくし、さらに出力電圧リップルを低減する。より詳細には、回路中に誘導負荷（トランス巻線）のみがあるとき、回路中の電流は、半導体スイッチによってオフにされるまで連続的に増加する（電流は鋸歯状波形を有する）。直列キャパシタを追加することによって、回路は直列共振回路を形成する。全出力では、整流された電流は半波湾曲形状となるので、半導体スイッチはより低い電流でオフにすることができる。さらに、直列キャパシタは、（例えば、誤った制御のケースで）任意の望ましくないＤＣコンポーネントからトランスを保護し、これは、結果として、高い一次飽和電流に伴う問題となるかもしれない。
【００２３】
さらに別の例示的な実施形態にさらにしたがうと、第１のＡＣ供給電圧の周波数は、第２のＡＣ供給電圧の周波数よりも高い。例えば、ＤＣ供給回路に送られるＡＣ供給電圧（第１のＡＣ供給電圧）は、４００Ｈｚの周波数を有することができ、パルス供給回路に送られるＡＣ供給電圧（第２のＡＣ供給電圧）の周波数は、２００Ｈｚの周波数を有することができる。トランスの一次巻線の漏れインダクタンスが十分なインダクタンスを提供し、それによって（回路内のノイズに大きく寄与する）一次チョークの必要性を軽減することから、一次チョークを省略することができるので、４００から７００Ｈｚの範囲の周波数を使用することによって、望ましくない音響ノイズを低減することができる。当然ながら、本発明の他の例示的な実施形態では、２つの周波数は同じであってもよい。
【００２４】
以下において、本発明のこれら及び他の特徴は、以下で説明する実施形態を参照してさらに明らかにされる。
【００２５】
例示の目的のために、添付の図面に図示されるその実施形態を参照して、以下でより詳細に本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の実施形態にしたがう、静電集塵器に電力を供給するための高電圧電源システムの概略ブロックダイヤグラムを図示している。
【図２】図２は、本発明の実施形態にしたがう静電集塵器に電力を供給するための高電圧電源システムの概略回路を図示している。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施形態にしたがう、振動周期の間のパルス形成回路の蓄積キャパシタの電圧を表す概略波形を図示している。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の実施形態にしたがう、振動周期の間のパルス供給回路中の及びＥＳＰ内への電流を表す概略波形を図示している。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の実施形態にしたがう、振動周期の間の高電圧電源システムに接続されているＥＳＰの電圧を表す概略波形を図示している。
【図４】図４は、図２のパルス供給回路の代替実施形態の概略ブロック図である。
【詳細な説明】
【００２７】
以下の詳細な説明では、本発明の好ましい実施形態を説明する。しかしながら、異なる実施形態の特徴は、実施形態間で交換可能であり、明示的に示さない限り、異なる方法で組み合わせることができることを理解すべきである。以下の説明では、本発明のより完全な理解を提供するために多数の具体的な細部が記載されているが、本発明はこれらの具体的な細部の外に実施できることが当業者には明らかであろう。他の事例では、本発明を不明瞭にしないように、周知の構成又は機能は詳細に説明されない。
【００２８】
図１は、静電集塵器（ＥＳＰ）１０に電力を供給するのに特に適した高電圧（パルス）電源システム１の概略ブロックダイヤグラムである。システム１は、２つの部分、パルスユニットタンク５、６、と制御キャビネット２とに分割することができ、制御キャビネットは、パルスユニットタンクへの供給電圧を発生するように構成されている制御可能なＡＣ供給回路として理解することができ、パルスユニットタンクは、ＥＳＰ１０に電力を供給するために、この供給電圧を適切なレベルに変換する。より具体的には、パルスユニットタンクは、高電圧パルス供給回路６と、高電圧ＤＣ供給回路５とを備え、パルスユニットタンクは、高ＤＣベース電圧（例えば、２０ｋＶから１５０ｋＶの範囲の大きさ）に、２から２００パルス／秒、好ましくは１００パルス／秒の速度で、重畳された高電圧マイクロパルス（例えば、４０ｋＶから１２０ｋＶの範囲の大きさ）を供給するように構成されている。一般的に、（ＥＳＰの）放電電極に印加される電圧は負の極性であり、したがって、前述の電圧範囲は、ＤＣベース電圧については−２０ｋＶから−１５０ｋＶ、マイクロパルスについては−４０ｋＶから−１２０ｋＶの範囲であると理解することができる。
【００２９】
ＡＣ供給回路２は、ＤＣ供給回路５及びパルス供給回路６のための第１のＡＣ供給電圧及び第２のＡＣ供給電圧をそれぞれ発生するように構成されている。周波数ＡＣ供給電圧は、中波範囲、すなわち１００Ｈｚから５０００Ｈｚ、好ましくは２００Ｈｚから２０００Ｈｚの範囲である。この構成（高電圧スイッチング回路と共に中波を供給）により、低損失、タンクサイズ及び重量の低減、製造コストの低減等の点の有利性を達成することができる。さらに、ＡＣ供給回路２、より具体的には、出力電圧周波数を制御するように構成されているＡＣ供給回路の半導体スイッチ（例えば、ＩＧＢＴ）は、比較的過酷な環境において屋外に構成されるトランスの近く配置されなければならない、より高周波を利用するＡＣ給電を使用する従来の既知のシステムとは対照的に、保護された環境において制御キャビネット内に位置付けることができる。
【００３０】
図２は、本発明の例示的な実施形態にしたがう、高電圧電源システム１の概略回路図である。この図を参照して、システムの１つのサブユニット及びこれらの機能的態様のさらなる詳細を説明する。高電圧電源システム１は、第１のＡＣ供給電圧及び第２のＡＣ供給電圧を発生するように構成されているＡＣ供給回路２を備えている。より詳細には、ＡＣ供給回路２は、ＤＣ給電電圧を第１及び第２のＡＣ供給電圧にそれぞれ変換するように構成されている第１の電力インバータ３及び第２の電力インバータ４を含む。ＤＣ給電電圧は、ＡＣ電源（例えば、３８０Ｖ／５０Ｈｚ）に接続されている３相整流器ブリッジを備えるＤＣ供給回路２２によって発生する。当然ながら、電力インバータ３、４、に適切なＤＣ給電電圧を提供する他の方法があり、これらは当業者の一般知識の範囲であり（例えば、３相の代わりに単相給電を使用する、インバータをＤＣ電源に直接接続する等）、したがって、簡潔にするために省略する。
【００３１】
電力インバータ３、４のそれぞれは、フルブリッジ構成で構成された、各トランジスタにわたって接続されている逆並列ダイオードを有するＩＧＢＴのセットを備える。しかしながら、例えばハーフブリッジインバータのような、高電力用途で一般的に使用される他のトポロジも実現可能である。図示の例ではＩＧＢＴが示されているが、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ等のような他の半導体スイッチも適用可能である。
【００３２】
さらに、高電圧電源システム１は、第１の電力インバータ３の出力に接続されているＤＣ供給回路５を有する。ＤＣ供給回路５は、第１のＡＣ供給電圧をＥＳＰ１０のためのＤＣベース電圧（２０ｋＶから１５０ｋＶの範囲の大きさ）に変形及び変換するための、第１のトランス７及び第１の整流回路８を含む。第１の整流回路８の負電極（すなわち、負電位ＵＢを有する）は、ＥＳＰの放電／エミッタ電極に接続される一方で、正電極は接地される。
【００３３】
さらに、パルス供給回路６は、第２の電力インバータ４の出力とＥＳＰ１０との間に接続され、パルス供給回路は、第２のＡＣ供給電圧をＤＣパルス供給電圧（大きさは、例えば、４０ｋＶから１２０ｋＶの範囲である）に変形及び変換するための、第２のトランス９及び第２の整流回路１１を有する。第２の整流回路１１の正端子は接地される一方で、第２の整流回路１１の負端子（負電位ＵＣを有する）は、パルス形成回路１２中に含まれる多数のコンポーネント２３、２４、２７を介してＥＳＰ１０の放電／エミッタ電極に接続される。パルス形成回路１２は、ＥＳＰ１０のための高電圧パルスを発生するように構成されている（したがって、パルスは、ＤＣベース電圧ＵＢに重畳される）。
【００３４】
さらに、システム１は、一対のオプション的な直列キャパシタ４１、４２、すなわち、第１の電力インバータ３とＤＣ供給回路５の第１のトランス７との間に接続されている第１の直列キャパシタ４１と、第２の電力インバータ４とパルス供給回路６の第２のトランス９との間に接続されている第２の直列キャパシタとを備える。直列キャパシタ４１、４２は、トランス７、９の漏れインダクタンス及び任意の潜在的な一次チョークと共に直列共振回路を形成し、そのため、ＩＧＢＴは、より低い電流の大きさでオフするように制御することができ、それによって電力損失を低減し、ＩＧＢＴの寿命を延ばす。また、直列キャパシタ４１、４２を用いることにより、出力リップルを低減することができる。
【００３５】
続いて、パルス供給回路６は、第２の整流回路１１とＥＳＰ１０との間に接続されているパルス形成回路１２を備える。パルス形成回路は、高電圧パルスを発生してＥＳＰ１０に送るように構成されている。パルス形成回路は、２−２００Ｈｚの範囲のパルス繰り返し周波数を有するように構成することができ、各パルスは、例えば５０から１５０μｓの範囲のパルス幅を有する。パルス繰り返し周波数は、高電圧スイッチング回路２４のスイッチング要素に接続されている、制御回路または点火回路よって適切に制御されるが、これについては以下でより詳細に説明する。
【００３６】
パルス形成回路１２は、第２の整流回路１１と並列に、すなわち第２の整流回路１１の負（出力）端子と正端子との間に、又は第２の整流回路の負端子と接地との間に接続されている蓄積キャパシタ２１を有する。したがって、蓄積キャパシタ２１にわたる電圧は、第２の整流回路１１のＤＣ出力と同じレベル、このケースでは、ＵＣに帯電される。蓄積キャパシタ２１の負端子とＥＳＰ１０との間には、第１の直列インダクタンス２３と高電圧スイッチング回路２４とが直列に接続されている。高電圧スイッチング回路２４は、サイリスタ２５又はサイリスタチェーンとダイオード２６又はダイオードチェーンとの逆並列結合を備える。言い換えれば、サイリスタ及びダイオードは、サイリスタがオフであるとき、ダイオードが第２の整流回路１１に向かう電流に対して遮断効果を有することを可能にするために、互いに反対の導通方向に接続される。コンポーネントチェーンは、コンポーネントを焼損又は破壊することなく、回路内の高電圧を処理できるようにするために使用される。
【００３７】
制御回路又は点弧回路（図示せず）を使用して、サイリスタを予め定められた周波数で点弧して、直列共振回路を単調に形成し、ＥＳＰにわたる電圧ＶＥＳＰを急激に増加させ（すなわち、放電電極の負電位を増加させ）、それに対応して蓄積キャパシタ２１にわたる電圧ＶＣを減少させる。これは、図３Ａ及び図３Ｃに示す波形に概略的に示されており、図３Ａは、経時的な、より具体的には振動周期の間の蓄積キャパシタ２１の電圧を示し、図３Ｃは、振動周期の間のＥＳＰ１０の電圧を示す。さらに、図３Ｂは、振動周期の間にパルス形成回路１２を通ってＥＳＰ１０に流れる電流を図示している。
【００３８】
図２に戻ると、パルス形成回路１２はまた、第１の直列インダクタンス２３とＥＳＰ１０の放電電極との間に直列に接続されている結合キャパシタ２７を有する。結合キャパシタ２７は、ＤＣベース電圧の上にパルス電圧を送り、加え、また、パルス供給６によってＤＣ供給５を短絡するリスクを軽減することを手助けする。
【００３９】
さらに、パルス形成回路１２は、高電圧スイッチング回路２４及び蓄積キャパシタ２１と並列に接続されているオプション的な補助回路３０を含む。言い換えると、補助回路３０は、１つの端子が高電圧スイッチング回路２４と第１の直列インダクタンス２３との間に接続され、他の端子が接地されている。補助回路３０は、２つの並列分岐３１、３４を有し、各分岐は、高電圧スイッチング回路２４と第１の直列インダクタンス２３との間のノードに接続されている１つの端子と、接地に接続されている他の端子とを有する。分岐のうちの１つは、保護分岐３１として示され、これは、高電圧スイッチング回路２４にわたる電圧ピークを制限するための、第１の直列抵抗３３及び直列ダイオード３２を含む。補助回路３０は、パルス間で結合キャパシタ２７の電荷を復元するために、第２の直列抵抗３６及び第２の直列インダクタンス３５を含むオプション的な復元分岐３４をさらに有する。好ましくは、第２の直列インダクタンスは、比較的高いインダクタンス値、例えば０.１Ｈから１０Ｈの範囲、例えば１Ｈを有する。
【００４０】
補助回路３０の他の例も可能であることに留意されたい。特に、補助回路は簡略化されてもよく、例えば、インダクタンスのみ又は抵抗器のみを含んでもよい復元分岐のみを含んでもよい。
【００４１】
図４は、パルス形成回路１２’の代替実施形態を示す。コンポーネントは、図２の回路１２と実質的に同じであるが、いくつかの違いがある。
【００４２】
ここで、整流器１１は、正の供給電圧を供給するように接続される。さらに、蓄積キャパシタ２１’及び高電圧スイッチング回路２４’は、スイッチング回路２４が整流器１１と並列に、すなわち整流された出力の間に接続されるように、位置が変化している。この解決策では、追加のインピーダンス２８、ここでは抵抗と直列のインダクタンスが、整流器出力と蓄積キャパシタ２１’との間に必要とされる。
【００４３】
保護分岐３１及び復元分岐３４は、図２と同様に、すなわち、蓄積キャパシタ２１’及びスイッチ回路２４’と並列に接続されてもよい。
【００４４】
本発明をその特定の例示的な実施形態を参照して説明してきたが、多くの異なる変更、修正等が当業者には明らかになるであろう。例えば、電力インバータ３、４、のそれぞれは、整流回路及びＤＣリンクキャパシタを有するこれら自体の別個の給電部を有してもよい。ＤＣ給電回路２２は、例えば、３相ＡＣの代わりに単相ＡＣによって供給されてもよい。開示された実施形態に対するこのような及び他の明白なバリエーションは、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、請求項中に記載されている発明を実施する際に当業者によって理解され、達成される。さらに、特許請求の範囲において、「備える」という語は、他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を除外しない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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