电除尘器电源的发展方向：高频化和数字化

三、电除尘器提高除尘效率的根本途径是系统控制

电除尘器是一个系统，包括电除尘器本体、电源设备、振打设备、清灰设备、加热器、系统控制器等。欲提高除尘效率，减少粉尘排放，以达到新的环保标准,除了扩大和改进电除尘器本体之外，更经济实用的办法应当说是注重系统，找出薄弱环节，实现最佳控制。曾有一个电厂，原来除尘效果很差，想了许多办法都没有解决，后来将振打设备和供电电源一起同步控制之后问题解决了。还有许多例子：将供电电源由常规的T/R更换成高频开关电源SIR之后，粉尘排放量减少了50％，达到了新的环保标准。有的天气特别寒冷的地区，除尘系统无法正常工作，需要预先启动加热器对除尘设备和电源设备实行预加热。有的除尘设备因为锅炉燃煤改变、工况改变需要调整电除尘器极板电源电压才能实现最佳除尘效果等等。这就是说，要将电除尘器系统的各个设备的工作有机连接起来，协调工作，以实现最佳控制，就需要有一个系统控制器，这个系统控制器自然是采用电子计算机，实现数字化，而不是模拟控制器。

四、高频开关电源SIR需要数字控制器

电源设备和其他电子设备一样，已由模拟控制转入数字控制。中、大功率开关电源已更多的采用了数字控制，电除尘器用高频开关电源通常都是30千瓦～100千瓦以上，属于大功率开关电源。采用30MHZ～300MHZ工作频率的数字信号处理器DSP做下位机，实现20KHZ～50KHZ大功率逆变的实时控制是经济可行的。另一方面，电除尘器电源一般不是一台，而是多至3台8台甚至10台以上，电除尘器高频开关电源实现了控制柜和变压器一体化，一般都安装在电除尘本体旁边，远离控制室。为了实现群控和遥控，需要上位机。

电除尘器高频开关电源采用全数字控制即上位机和下位机控制，相对模拟控制具有如下优点：（1）数字化控制可采用先进的控制方法（如自适应用控制）和智能控制策略，使得电除尘器ESP的自动化程度更高；（2）控制灵活，系统升级方便，可以在线设置、修改运行参数，远程开启和关闭电源；（3）可以在同一个硬件系统中实现两种不同原理的控制，比如可以在以调频为主的同时实现某些特定情况下的调宽控制；（4）数字传输比模拟量传输可靠性更高，进一步提高了电源的可靠性，易于标准化；（5）系统维护方便；（6）系统一致性好，成本低，中断程序和分支程序的使用省去了许多硬件电路，生产制造方便；（7）易于组成并联运行系统，扩大电源容量，满足大功率电除尘器的需求；（8）可以兼备电除尘器设备系统的系统控制功能。



图4.远程网络控制

五、高频开关电源SIR的全数字控制能同时实现电除尘器的系统控制

前面第三节说了电除尘器需要一个系统控制器，以实现最佳的除尘效率控制。第四节说了电除尘器高频开关电源SIR需要数字控制器――上位机和下位机。显然，第三节和第四节可以结合起来，电除尘器系统控制功能可以通过开关电源SIR的上位机和下位机来实现，这是一个经济实惠可行的最佳方案和决策。自然，从事该项工作的工程师不能只是电源工程师，而也需要系统工程师参加，而且今后将成为电除尘器研究的重点课题之一了。

六、电除尘器高频开关电源SIR的线路和控制方案

总体控制方案，前面已经说了，可以采用模拟控制和数字控制两种，以数字控制为好。数字控制又有两种：（1）由上位机数字控制，和电源本身由模拟电子专用芯片控制相结合的半数字控制；（2）上位机实现遥控和群控，下位机实现电源本身的实时独立控制，即所谓全数字控制。上位机对下位机和电源的网络控制见图4。主电路形式是多种多样的，控制形式也是多种多样的，如果两者结合起来，线路形式不胜枚举，但其宗旨是共同的：（1）提高除尘效率；（2）提高转换效率；（3）提高功率因数；（4）降低成本；（5）增加电源对电除尘器的适用性；（6）提高可靠性，减少维修等。


图5.高频开关电源SIR的另一种主电路拓扑框图

为了提高输出功率，最好采用IGBT全桥逆变。

为了提高转换效率，最好采用软开关。

主电路形式主要有两种：

（1）一个有源功率变换环节，图1就是其中一个例子。

（2）两个有源功率变换环节，图5就是其中一个例子。

图1的工作原理前面已经说过了。图5是电除尘器高频开关电源主电路的另一种拓扑。有源功率转换环节有两个：一个是斩波器，将三相整流后的直流输入电压520v斩波降压稳定在某一电压比如DC400v,一个是IGBT全桥逆变器，将直流电压比如400v逆变成高频方波交流电压送给高频升压变压器，斩波器和逆变器全由DSP控制，斩波器可以根据工况需要调节输出电压，IGBT全桥逆变器可以根据工况要求调节输出电流。图1输出电流和电压全由IGBT逆变器调节实现，因此图1的转换效率比图5高。

电除尘器输出电流、电压的调节原理和方法主要有两种：

（1）调频

图6为逆变器电流波形。显然，频率低的图(b)，其电除尘器平均电流小于频率高的图(a)的平均电流。


图6.逆变电流波形

（2）调宽

图7为逆变器电压波形，图(a)与图(b)频率相同。显然，脉冲窄的图(b)，其电除尘器的平均电压要低于脉冲宽的图(a)的平均电压。



（a）脉冲宽



（b）脉冲窄

图7.逆变器调宽电压波形