脉冲电源三相电源及恒流源的特点分析

脉冲电源三相电源及恒流源的特点分析

近年来，随着国家对环保要求日益严格，电除尘器在工业大气治理方面发挥越来越大的作用，电除尘器电源技术也随之得到了迅猛发展，高压电源由单相工频电源、工频恒流源、三相工频电源、高频电源发展到现在的脉冲电源，每一种高压电源技术在不同时期电除尘器应用中都发挥了重要作用。但在电除尘器电源提效改造中使用恒流源、三相电源还是使用脉冲电源，一直存在着争议，本文结合电除尘器的工作原理将对这三种电源进行技术层面的比较分析，阐述三种电源在电除尘器应用中各自发挥的作用。

一、电除尘器原理简介及电源的重要作用

我国的工业电除尘技术是自上世纪七十年代开始发展，作为一种技术成熟、制作相对简单、运行维护费用低的工业烟气净化设备，长期以来在大气污染治理行业得到最普遍、最广泛的推广和应用。

电除尘器的工作原理主要包括“电离、荷电、捕集、清灰”四个过程。电除尘器用高压电源做为电离及荷电过程的关键设备，它的主要作用是通过向电场提供直流高压和直流电流，使进入电场的粉尘在荷电后被捕集到极板极线，从而达到清灰的目的。

电除尘器的除尘效率是考量电除尘器性能的最重要的指标，依奇-安德森效率公式，一直是电除尘器的设计公式，至今仍在应用。该公式揭示了驱进速度与除尘效率之间的关系：

η=1-e-fω

式中：f (SCA)——A／Q的比值，称为比集尘面积(m2／m3／S)

A——收尘极板面积(m2)

Q——烟气量(m3／S)

ω——驱进速度(m／S)

ω≈βV p V ai

式中：β—常数；V p—电压峰值；V ai—电压平均值；说明：ω∝V p×V ai

驱进速度ω，是电除尘器设计中的一个重要数据，与粒子半径、电场强度平方成正比，与气体黏度成反比。工程中实际的驱进速度称有效驱进速度，其物理意义不只是反映尘粒向极板运动的速度，而且包括诸如煤灰成分、二次扬尘、气流分布质量、电气条件、本体结构以及其他影响电除尘器性能的各种因素之和，它的大小可评价电除尘器对粉尘的收尘难易程度。驱进速度不仅与煤、飞灰成分有关（烟气成份、粉尘粒径、粉尘比电阻等），而且在很大程度上也依赖于电除尘电源技术。从电气角度而言，驱进速度取决于峰值电压和平均电压的乘积，还与有效的电晕电流相关。

二、工频恒流源

1 、工作原理

工频恒流源是通过LC变换器将输入的两相380V工频交流电转换为电流源，并通过交流接触器分级调流，然后通过工频单相整流变压器升压整流后转换成高压直流电入往电场。原理图如下图所示：

工频恒流源为分体式结构，体积和重量都很大，高压整流变压器布置在电除尘本体顶部，高压控制柜安装在电除尘配电室。电路包括三个部分：第一部分为L-C变换器，每个变换器由电感L和电容C 组成一个回路网络，将电压源转换成电流源；第二部分为高压硅整流变压器，将工频电升压整流输出直流负高压，为电除尘器提供高压电源；第三部分为控制系统，主要由控制电路和交流接触器构成，交流接触器用于功率档位调节器，通常为10个档位，当电场工况需要改变输出功率时，控制器通过交流接触器吸合、断开调整L-C变换器接入到主回路电路中的个数，即功率换挡，处理速度非常慢。

2、优点

1）因为是恒流源，所以电流不受电场负载电特性的影响，与常规工频单相电源相比较，如果电场发生闪络，电压下降，而电流不下降，输出较为稳定。

2）因为属于单相电源，所以结构简单，便于维修。

3、缺点

1）因为属于单相电源，所以它输出的是100Hz的脉动直流，受工频

电正弦半波“暂下降”现象影响，二次电压纹波系数大（＞30%），波形脉动幅度大，平均值低，且电压峰值极易引发火花闪络，对电除尘效率影响很大。下图是工频恒流源的二次电压和二次电流的波形。

2）因为属于单相电源，所以功率因数低≤0.7，电能转换效率低≤70%。因采用大量的电抗器和电容器作为功率调整部件，由于电抗器和电容器数量众多，且本身有一定能耗，所以其高压控制柜与高频电源、SCR 相位控制的单相电源和三相电源相比，发热量非常大，电能损耗也随之提高。

3）因为采用交流接触器分级调流，而交流接触器是机械触点元件，机械触点元件的特点是机械触点的关断、吸合是有使用次数限制的，长期运行后，易引发设备故障。

4）工频恒流源对工况的适应性较弱。当粉尘浓度过高时，电除尘电场的等效电阻值已经超过恒流源L-C内阻可调范围，恒流源内阻相对于负载不再是无穷大，这时对于恒流源来说，其已经不能成为恒流源了。若此时粉尘浓度继续增高，则超出除尘效率极具下降，有时还会

导致恒流源“开路”报警而停止工作，给安全生产带来隐患。在高比电阻、细微粒粉尘工况下，工频恒流源因为无法实现脉冲供电，所以无法抑制前者引起的“反电晕”现象产生。

三、三相工频电源

1、工作原理

三相工频高压电源，是继单相工频电源后研发出的一种高效节能型电源。其工作原理是采用三相380V交流输入，通过三相六只可控硅反并联调压，经三相变压器升压，三相桥式整流，并联成一路波形为300Hz的脉动直流高压电输出到电除尘器；原理图如下：

2、优点

由于采用三相平衡供电方式，其输出波形平稳，输出平均电压高（比单相电源提高10%～20%），能有效改善和提高除尘效率；三相工频电源与单相工频电源相比主要优点就是三相平衡且输出电压纹

波系数小为5%，电源转换效率为87%，输出电压电流波形如图所示：

从波形图中可以看出，电流（蓝色）是频率为300Hz脉动直流电流，电压波形（白色）是频率为300Hz脉动直流电压，电压纹波系数较小，约为5%。

3、缺点

三相工频电源的缺点是火花闪络冲击大，性价比低，对反电晕工况适应能力差。

1）火花闪络冲击大：三相工频电源各相电压相位上依次相差120度；如果A相正半波发生闪络火花放电击穿时，B相的可控硅

已经开通，等到A相正半波的过零换相时输出封锁信号，可以

关断A、C相负半波，却无法及时封锁B相的已经导通信号，

一直要持续到B相的过零点，才得以完全封锁输出；这样就使