近年來由於全球環保意識的抬頭，環境保護已由污染防治、廢棄物處 理等管末處理策略，進步為清潔生產、資源回收等永續發展策略，朝向零 廢目標努力。台灣地狹人稠，工業化密集程度在世界上又名列前茅，環境 保護問題十分嚴重，需要引進永續發展的綠色理念，發展高級環保科技，
以謀求徹底解決。
廢棄物處理一直是困擾世界各國的問題。如何避免在處理過程中，發 生其他污染；並使處理成本在合理範圍之內；另將可利用的資源得以回收 再使用；且還有降低處理成本的可能，皆為各國在處理廢棄物時，期望達 到之目的與功效。目前處理廢棄物大約有掩埋與燃燒兩個方法，而又以燃 燒比較被認為是可接受的方法。可是現有的垃圾焚化爐，在燃燒過程中，
免不了仍有若干的有害氣體、飛灰及底灰會產生。到底有沒有更好的方法 呢？電漿火炬也許是當前的答案。
電漿火炬技術本是歐美太空計畫的一項，後來廣泛應用在金屬加工、
礦冶、金屬或非金屬之熔融等，直到最近才應用在廢棄物處理上。電漿火 炬中心的溫度高達攝氏一萬度，幾乎所有的物質，在這種高溫之下，一瞬 間就被裂解成簡單的原子，甚至電漿態的離子和電子；就是難以破壞的碳 氫化合物，包括多氯聯苯，也會被分解成簡單無害的氣體。
在工業應用上電漿又可區分為熱電漿和冷電漿。用於廢棄物處理電漿 即是高溫熱電漿又稱為平衡電漿，其特徵是重粒子（原子、離子）的溫度
與電子的溫度極為接近，它們的熱力學狀態接近平衡，呈區域熱力學平衡。
典型高溫熱電漿係由工作氣體通過電弧所產生，亦即是一般用於廢棄物處 理最主要的電漿熔融技術（電漿火炬）。
因此，為配合「電漿焚化熔融處理有害廢棄物產業化應用與發展」施 政目標，開發高功率直流電漿電源技術，期促使國家環境保護技術朝零廢 棄物的目標發展。本研究計劃為將以電磁理論、電路系統理論及有限元素 數值方法進行研究，以整合鐵心技術方式整合電感及變壓器，達到增加能 量密度及減少輸出電流漣波的目的，加速完成高功率直流電漿電源技術的 開發工作。
圖 1-1 電漿火炬相片
為了解決傳統電漿火炬電源系統的缺點，開發高效率、低成本、高可 靠度電漿火炬電力模組，我們將以小功率(500W)整合鐵心技術方式進行電 感及變壓器共構為基礎，透過電磁理論、電路系統理論及有限元素數值方 法進行研究，實現高功率(20kW/ 200kW)之電力模組並驗證其擴充的可行 性，同時符合IEEE 以及IEC 對輸入電力諧波污染之規範。
圖 1-2 部分串聯共振式電力模組
圖 1-3 全橋具隔離 Current Fed 轉換器的電力模組
使用整合鐵心技術方式(電感及變壓器共構)取代傳統兩級式串接方式 的優點如下: 單級整合鐵心技術少了一個線路與元件之串聯損失，因此可 順利達到增加能量密度及減少輸出電流漣波的目的，且能量只在單級中處 理，而不像兩級式能量需經過兩級的處理，故效率提昇；另外，單級整合 鐵心技術合併了電感及變壓器功能於單級中，體積可大幅縮小；且由於元 件數目少，因此投資成本約較同樣功能的兩級式架構可大幅減少約15%以 上。
一般的單級整合鐵心技術的困難點包括：鐵心材質選擇、鐵心切割型 式；如圖1-4 所示；繞線方式配置，如圖1-5 所示。渦流損及磁滯損減少、
漏磁通及漏電抗抑制及溫升控制等等。但針對電漿火炬電源系統的應用而
言，由於電漿火炬負載不會有非常快速的動態變化需求，使用單級整合鐵 心技術仍可符合輸出負載為電漿火炬時的變化反應要求。
另外，由於單級整合鐵心技術關係，可順利達到增加能量密度及減少 輸出電流漣波的目的，因此單級整合鐵心技術的功率因數及諧波改善應較 兩級式串接方式的佳。因此，基於上述的優點，使用單級整合鐵心技術做 為電漿火炬電源系統的電力模組是個不錯的的選擇。
圖 1-4 一般變壓器鐵心組合型式
單級交/直流轉換器的整合鐵心技術方式研究一直是電力電子領域裡 最熱中且最重要的議題，但是長久以來一直缺乏系統化的理論研究與數值 分析，本計畫針對此問題，透過電磁理論、電路系統理論及有限元素數值 方法進行研究，一方面對現有傳統的架構作分析和性能評估，另一方面也 計劃提出新的理論觀點以幫助研究者做這類架構的系統化設計和效能改 善，如圖1-6 使用某廠牌數值分析模擬範例參考。
圖 1-6 使用某廠牌數值分析模擬範例參考(以馬達為例) 電源供應系統一直是資訊產品及電源管理中很重要的一部份，新的研 究突破，可大幅提升國家能源發展的技術水準，加速電力電子整合化、微 小化的目標。單級整合鐵心技術方式的整合設計，除了體積可以縮小外，
亦可提高效率，進而強化產品的競爭力。
目前市面上尚無模組化電漿火炬電源系統是利用整合鐵心技術方式 來設計，相較於傳統兩級式轉換方式而言，通常以單級整合鐵心技術方式 做為電力模組的的體積小、效率較好、成本較低，因此未來市場潛力無窮。
二、 研究項目與進度
本計畫之研究工作主要在理論探討與系統磁路模擬研究，其研究項目 包括以下：
1. 磁性元件，包括電感與變壓器在一般電路中之效益分析。
2. 磁性元件，包括電感與變壓器在一般電路中之磁路分析。
3. 磁性元件，包括電感與變壓器在共鐵心條件下，一般電路中之磁 路分析。
4. 磁性元件，包括電感與變壓器在共鐵心條件下，一般電路中之效 益分析。
5. 磁性元件在共鐵心條件下，一般電路之最佳化分析。
6. 建立系統之最佳化運轉模式。
7. 實務驗證分析理論成果。
另外在研究進度安排，將計劃採取每個項目約1~2 個月時間研究。表 1-1 為本計劃安排之研究進度表。
表 1-1 整合鐵心技術研究進度表