电除尘高频高压电源三种模式比对

电除尘高频高压电源三种控制模式的比对

魏文深

厦门市天源兴环保科技有限公司厦门同安工业集中区湖里园11号厂房 361100

摘要本文介绍了电除尘高频高压电源三种不同的调压控制机理，即调频控制模式；调幅控制模式；脉冲控制模式三种。从电除尘运行的角度分析了三种控制模式的特性和优势，提出几种控制模式的组合应是电除尘高频高压电源发展的方向。

关键词电除尘高频高压电源；调频控制模式；调幅控制模式；脉冲控制模式；开关频率；母线电压；间隙脉冲；闪络控制；节能模式

1 前言

近几年，随着高频高压电源在电除尘行业的应用，其功率已由原来的600—800mA/80KV发展到现在的1000---1600mA/80KV，满足了电除尘器大部分的要求，因此其应用范围和数量迅速扩大，对其应用研究也更加深入。

由于电除尘高频高压电源是一种基于高频开关技术的新型电源，与可控硅电源有着本质的不同。其体积小、节能、高效率等特性及对电除尘收尘突出的优点已被业内肯定，但由于其工作原理及控制方式也有别于其它常规电源，有必要对其控制特点作特别的分析和研究，有利于高频电源的研究和推广，满足市场的需求。

2 电除尘高频高压电源技术方案

根据国内外有关资料以及目前市场上运用的高频电源来看，电除尘高频高压电源方案虽各有特色，但总结电路上基本上相类似，主要由工频整流滤波，谐振逆变电路，高频升压整流输出以及对电源的控制部分构成。采用的开关器件有单IGBT、IGBT模块、IPM 模块；控制普遍采用DSP数字信号处理器或单片机。其不同在于触发控制模式上。

高频高压电源主回路工作原理及特点：

A、工频整流、滤波。三相380V交流经三相整流得到直流电压，经LC滤波输出530V的直流母线电压。

B、开关逆变：直流电压经由IPM模块或IGBT模块组成的全桥逆变电路。由于是大功率逆变，为减少开关损耗，降低开关模块的温升和电流电压应力，主回路均采用串联谐振拓补电路，即采用谐振电容Cs，谐振电感Ls及利用高频变压器漏感组成高频谐振式逆变电路。当L&C参数选择合适，配合合适的开关频率和控制模式，能使开关模块工作在零电流开通和零电压关断模式，即软开关状态；大大降低了开关损耗，并且能有效减少进入高频变压器的高次谐波，也减少变压器及硅堆的损耗。

C、高频升压、整流。逆变波形经高频变压器升压，再经高频整流桥整流，在ESP 负载上得到基本上纯直流电压波形。3 电除尘高频高压电源控制方案

我们根据国内外有关资料以及目前市场上运用的高频电源分析来看，对高频触发脉冲控制主要可分为：调频控制模式；调幅控制模式；脉冲控制模式三种。

3.1 调频控制模式：

因主回路均采用串联谐振拓补电路，即软开关模式，它能大大降低开关损耗，提高逆变效能。而PWM（脉冲宽度调制）在软开关状态下较难调整，因此大多高频触发脉冲采用PFM（定脉宽调频）的方式，通过调节脉冲频率的调制控制方法将直流电压调制成一系列脉冲来调节ESP平均电压和电流。该控制方式的核心在于控制ESP 平均电压和电流，由于频率降低相当于在单位频率下降低触发脉冲的有效占空比，通过缩短开通时间，加大关断时间来实现平均电压的调整。其特点是峰值不变，只改变平均值。其波形如下：

3.1.1谐振电流波形

20KHZ开关频率 6KHZ开关频率

3.1.2二次电压、电流反馈波形

20KHZ开关频率 6KHZ开关频率

通过上述波形可以看出，该控制模式下仅在20KHZ的设计频率下，可以实现连续的电流，实现纯直流供电，输出功率最大。频率降低后，二次电压平均值降低，电压脉动系数变化不大，但电流峰值提高，平均值降低。输出平均功率下降，冲击加大，变压器效率会降低。

由于电除尘运行时较难在设计指标下运行，加上电场频繁的闪络放电，该控制模式必须在低于设计频率下运行，效能相对有所降低。该模式适应于电场相对平稳的场合，在轻载和放电频繁的场合适应性较差。

通过在模拟电场不同频率运行试验，数据如下:

通过以上数据可以得出，该方式随着

频率下降，电转换效能同时降低的结论，

如下图：

分析：效能下降的主要原因在于高频变压器的设计是在一特定频率下的，比如40KHZ谐振频率，随着频率的改变，其阻抗电压会随着改变，自身损耗加大，效率降低；同时由于开关管承受的峰值电流加大，也增加了开关损耗，总体效率下降，出故障的几率也增加。

3.2 调幅控制模式：

调幅控制模式是在调频控制模式的基础上，通过控制母线电压的方式实现的。主要原理是在整流部分采用三相可控硅控制技术，或开关斩波控制技术，将母线电压0—550V可调，使输入高频变压器的一次电压可变，达到输出直流电压可变的目的，从而实现高频电源的调幅调压控制。大大改善了后级开关管的工作条件，使谐振频率及高频变压器工作点稳定，逆变电路始终工作于最佳工作点（设计频率），一直工作于纯直流供电，输出功率最大，从而提高了设备的转换效率以及提高产品可靠性和产品适用范围。

3.2.1 母线电压波形对比

母线电压不变母线电压可变（闪络时捕捉）

谐振电流频率不变峰值改变二次电压电流频率不变平均值改变

通过上述波形可以看出，该控制模式下在20KHZ的开关频率下，可以实现连续的电流，实现纯直流供电，输出功率最大，不随电场或工况的改变而变化。母线电压降低，二次电压降低，电流、电压脉动系数不变，且电流峰值降低，有利于开关器件工作，变压器始终工作在设计频率下，转换效能不变。该模式能适应于电场轻载和放电频繁的场合，工矿适应性较好。由于需要对开关管和可控硅进行同步控制，控制相对复杂，成本较高。

3.3 脉冲控制模式：

脉冲控制模式是在调频控制模式的基础上，通过控制触发脉冲开通数量比的方式实现的。该模式的机理在于利用了电除尘器电场的电容特性来控制的。通过高频电源在电场的开通和关断波形可以看出：由于负载的电容特性，电场电压从最高下降到0 kv需要5ms左右的时间，因此，可以选定在运行时瞬时关断电源，电场电压开始下降，当电压下降至设定值，比如最高电压60%时，重新开启电源脉冲，如此重复形成间隙脉冲供电模式。该模式有别于常规可控硅电源的根本在于其高频开关特性以及不受外部频率的限制，可采取灵活的开关比例，可以在脉冲供电的情况下保持除尘电场特性，电压脉动系数变化较小。