电除尘器高压电源-各类高压电源的性能对比

电除尘器高压电源

各类高压电源的性能对比

概述

在饱受雾霾之苦的今天。随着我国对环境保护的日益重视，燃煤电厂的污染排放受到人们的关注，国家和地方环保部门对燃煤电厂污染物的排放和总量有了较严格的控制，并且排放标准逐年升高。这就迫使企业对现有的电除尘器设备进行不断的升级和改造。在电除尘器改造的过程中，供电系统的选择直接影响着除尘器的性能。本文通过对电除尘器各类高压电源工作原理的比对来分析什么样的电源更有利于提高除尘器的除尘效率。

一、电除尘器电源发展的三个阶段：

第一阶段：工频电源

1、恒流源：单相交流380V输入,变压器分档调幅调压，高压硅堆整流输出。输

出

频率100Hz。

二次电压输出波形：纹波较大的直流（DC）电压波形。

2、单相可控硅电源：单相交流380V输入，可控硅调相调压，高压整流变压器输

出。输出频率100Hz。

二次电压输出波形：纹波较大的直流（DC）电压波形。

3、三相可控硅电源：三相交流380V输入，可控硅调相调压，高压整流变压器输

出。输出频率300Hz。

二次电压输出波形：纹波较小的直流（DC）电压波形。

第二阶段：高频电源

1、按输出频率可分为：10 kHz、20 kHz、50 kHz。

2、按调压方式可分为：调频高频电源、调幅高频电源。

三相交流380V输入，可控硅/二极管调相调压，IGBT全桥逆变经高压整流变压器输出。输出频率10 kHz、20 kHz、50kHz。

二次电压输出波形：基本上纯直流的（DC）电压波形。

第三阶段：工频基波脉冲电源

工频基波脉冲电源：由两组独立电源组成即基波电源和脉冲电源。基波频率300Hz，脉冲频率100pps，脉冲宽度75μs；

第四阶段：高频基波脉冲电源：

由多组独立高频电源叠加组成。基波频率10～50 kHz，双脉冲频率1～10000 pps，脉冲宽度8μs；脉冲电源输入电压: 三相交流380V。

二次电压输出波形：直流（DC）电压波形叠加脉冲（PULSE）电压波形。即直流叠加脉冲（DC+PULSE）电压波形。

二、电除尘器电源工作原理简介：

1、三相可控硅电源工作原理：

三相可控硅电源主要由反并联可控硅调压电路、三相高压整流变压器及控制电路组成。三相可控硅电源原理如图2-1所示。

三相可控硅电源的基本工作原理是将三相380V低压交流电，经反并联可控硅在控制回路控制下将移相调压后的交流电压送至三相高压整流变压器一次侧，经三相高压整流变压器二次侧升压、高压硅堆整流后输出直流高压。图2-2是在电除尘器负载上得到纹波较小的直流（DC）电压波形图。控制器根据ESP负载的二次电压、电流反馈信号进行自动跟踪控制。

图2-1三相可控硅电源原理框图

图2-2 三相可控硅电源二次电压波形图

2、高频电源工作原理：

高频电源主要由三相整流滤波电路，IGBT全桥谐振逆变电路，高频高压整流变压器及控制电路组成。高频高压电源原理如图2-3所示。

图2-3 高频高压电源原理框图

高频电源的基本工作原理是将三相380V低压交流电，经三相桥式整流电路得到直流电压、LC滤波输出520V直流母线电压。直流电压经IGBT全桥逆变为高频脉冲电压。高频脉冲电压经高频变压器升压，高压硅堆整流后输出直流高压。图2-4是在电除尘器负载上得到基本上纯直流的（DC）电压波形图。控制器根据ESP负载的二次电压、电流反馈信号进行自动跟踪控制。

图2-4 高频电源二次电压波形图

3、工频基波脉冲电源工作原理：

工频基波脉冲电源：由两组独立电源并联耦合组成，即基波电源和脉冲电源。工频基波脉冲电源原理如图2-5所示。

图2-5 工频基波脉冲电源原理框图

工频基波脉冲电源工作原理：工频基波电源工作原理同三相可控硅电源工作原理，在此不再阐述。其作用是产生基波电压-Udc。

脉冲电源工作原理是将三相380V低压交流电，经反并联可控硅在控制回路控制下，将移相调压后的交流电压送至三相高压整流变压器一次侧，经三相高压整流变压器二次侧升压、高压硅堆整流后输出正高压直流母线电压+Ups，经高压IGBT全波逆变为高压脉冲电压。高压脉冲电压经电容Cs、脉冲变压器PT输出形成脉冲电压-Upulse，再经耦合电容Cc与基波电压叠加产生ESP所需电压Uesp，即在电除尘器负载上得到Uesp=-(Udc+Upulse)的电压波形。其波形图如图2-6所示。控制器根据ESP负载的二次电压、电流反馈信号进行自动跟踪控制。

图2-6 工频基波脉冲电源二次电压波形图

4、高频基波脉冲电源工作原理：

高频基波脉冲电源是由N(N=2,3,4,5…)组独立IGBT全桥逆变电路、变压器整流电路串联组成如图2-7所示。若U2=80kV,当N=4时，其基波和脉冲波的幅值比为2:4、3:4（电压比为40:80kV、60:80kV）。

高频基波脉冲电源的工作原理是将三相380V、50Hz低压交流电，经三相桥式整流LC滤波输出520V直流母线电压，直流母线电压经多组IGBT全桥逆变为高频脉冲电压，对应各自高频变压器升压，由各自高压硅堆串联整流输出高压。在电除尘器负载上同时得到直流基波（DC）电压和脉冲波（PULSE）电压如图2-8所示。控制器根据ESP负载的二次电压、电流反馈信号进行自动跟踪控制。

图2-7 高频基波脉冲电源原理框图

图2-8 高频基波脉冲电源二次电压60:80kV波形图

三、电除尘器供电电源波形分析：

电除尘器供电电源分为直流（DC）电压波形供电，直流叠加脉冲（DC+PULSE）电压波形供电。

工频电源、高频电源属直流（DC）电压波形供电(如图2-2、如图2-4所示)。特征是相同幅值直流电压连续不断的向除尘器充电加压，使板线间始终维持在击穿电压点附近。当粉尘比电阻超过1011Ω·cm后，就会在气体电离—粉尘荷电—移动—捕集—脱尘的过程中出现问题。当高比电阻粉尘累积在阳极板上后，由于连续加压，使带电粉尘对阳极板的中和速度被更快的再充电，导致阳极板尘层加厚，表面电位提高，造成对放电极的电位差相对减少，放电极电晕放电减弱，引起反电晕现象发生，除尘效率大幅下降。

脉冲电源属直流叠加脉冲（DC+PULSE）电压波形供电(如图2-6、如图2-8所示)。特征是在有效电晕电压，连续不断地向除尘器充电加压的同时，叠加脉冲电压。这种荷电方式，不仅提高了瞬间的荷电电压，又降低了平均荷电电压，即使是高比电阻粉尘，粉尘层中的电位也很容易在阳极板上得到中和，阳极板表面电位降低，不会产生与放电极相对电位的提高，抑制了反电晕现象的发生。脉冲波瞬间高电压更易使粉尘荷电，所以除尘效率大大提高。

四、电除尘器对供电电源输出波形频率的响应：

电除尘器的数学模型：

电除尘器的结构是由极板、极线平行交错排布而成，可视为容性负载。根据电除尘器的伏—安特性曲线，其不同阶段数学模型是不同的，电阻和电容串联组合，代表电除尘器伏—安特性曲线的0—起晕电压段。电阻和电容并联组合，代表电除尘器伏—安特性曲线的起晕电压—击穿电压段。如图4-1。

图4-1