静电除尘的新型高压直流电源的组成及原理

静电除尘的新型高压直流电源的组成及原理

电源由直流发生器(额定输出100 kV) 和脉冲电压发生器(20 kHz < f < 40 kHz ,输出峰值为10 kV) 组成。脉冲电压发生器的输出电压经隔直电容后和直流发生器的直流输出电压相叠加,使输出电压运行在闪烁包络线以下,同时输出电压平均值较高,保证了除尘效果。系统组成框图如图1 所示。

输入滤波电路将电网存在的杂波过滤掉,同时也阻碍电源产生的杂波反馈到公共电网。市电经全桥整流并滤波后变为较平滑的直流电,再经逆变器变为高频交流电,这是该电源的核心部分,频率越高,电源体积、重量与输出功率之比越小,但由于回路参数、元器件、成本、干扰、功耗等多种因素的影响,当功率较大时,频率一般选择在20～40 kHz ,电源工作频率约为37 kHz。采用集成电路CA3525 ,提供可控的驱动信号,使输出电压、电流值变为可控。高频变压器的设计是电源的难点,由于频率的升高,分布容抗变得很小,所以必须考虑足够的绝缘距离,同时原、副边匝数、回路参数与频率也必须调节到最优运行点,才能保证高频变压器工作在B - H 的线性区,保证变压器原、副边的波形。

通过调节设定电压值和电流值,可以调节直流发生器的输出电压,使它低于闪烁电压,调节脉冲电压发生器的输出电流,使它稍小于闪烁时的电流。因此系统通过反馈电压来使直流输出电压恒定,通过比较设定电流值与反馈电流值来调节输出电流。用户可根据不同情况设定,扩大电源的使用范围。

图2 中选用2 个IGBT模块作为开关型全桥直-交变逆变器,每个IGBT 模块中的2 个功率管分别由输出的2 个相位差180°的驱动信号,经光电隔离后进

行门极驱动。逆变电路工作在PWM控制方式。当G信号变为高电平时,高频变压器的两端直接接到直流电压两端,当H信号为高电平时,高频变压器的两端反相接到直流电压两端,因此,改变驱动信号的占空比将改变输出交流电压的脉冲宽度及有效值。当驱动信号占空比为0. 5 时,输出电压中的基波分量最大,幅值为U01 = 4Ud/π(Ud 为直流电压峰值) 。

脉宽可调的控制方式的主要优点为逆变器通过脉宽调制即可调节输出功率,并且逆变器工作在较高频率时,其产生的开关损耗较小,这在功率大的应用场合是很重要的。当输出电流大于设定值时,驱动脉冲信号变窄,从而使输出功率变小,输出电压、电流随之减小,通过调节脉冲宽度控制直流高压发生器的输出电压值,达到使之小于闪烁电压的目的。

电源采用CW3525A 产生逆变所需的驱动信号,CW3525A 增加了欠压锁定、软启动等电路,其输出采用图腾柱输出结构,可以更快的关断。

脉冲电压发生器工作在恒流工作方式,电流反馈端(电流已转换为电压信号) 输入到误差比较放大器的反相端IN- 与误差比较放大器的同相端IN+ 的设定电压值作比较, IN+ 和IN- 电压经CW3525A 内的误差放大器比较放大后输出小于6 V 的电压,这时将该电压和峰值为6 V 的三角波进行比较,就可以根据IN- 的反馈电流幅值输出不同占空比的驱动信号,对不同的尘埃情况都能工作在恒流方式下。当发生火花放电时,直流高压发生器通过测量电源输出电流值,利用微处理器调节电压设定值,降低直流高压发生器的输出电压,使火花放电消失,当除尘实际电流值小于设定电流值时,微处理器增加电压设定值,使直流高压发生器的输出电压增加。

3 实验结果

当直流高压发生器的高频电源变压器输出电压为15 kV 时,变压器副边输出电压如图3 所示。实际电压幅值约为50 V 乘以分压比,脉冲周期恒定为27μs ,脉宽可调。提高占空比,输出功率增加,输出电压增加。波形顶部的振荡是由变压器的分布参数所致。脉冲高压发生器的高频电源变压器输出电压

幅值为10 kV ,其脉宽可调,波形与上述波形相似。除尘电源输出电压波形如图4 所示,它是直流高压叠加脉宽变化的高频脉冲电压,直流高压由用户根据除尘要求设定为低于最低闪烁电压以下,直流高压根据除尘环境变化输出电压,设定值由微处理器控制调整变化。而脉冲电压发生器由用户设定跟踪除尘电流,以使两电压叠加后,接近闪烁电压运行。

4 结语

由于电源可由用户根据除尘要求调节,所以使用范围很广,理想状态下,在除尘电压0～100 kV ,除尘电流0～200 mA 范围可调,而且输出电压幅值能快速跟踪尘埃情况自动调节,无需人工干预。这种采用直流高压叠加高频电压的方法,有利于除尘,并提高了除尘器工作平均场强,同时采用高频逆变电路,使电源体积减小(约占地1.

5 m2) ,质量减轻( <100 kg) ,除尘效果更好。