电除尘器用数字高频开关电源在节能减排中的应用

1 电除尘器电源的发展方向是高频化和数字化  

上世纪七十年代高反压晶体管问世后，在电源界掀起了20kHz革命的浪潮。我国电源工程师做出了贡献，七十年代、八十年代和九十年代相继完成了计算机电源、通信电源和电力操作电源的高频化，以全控功率器件晶体管、MOS管和IGBT为逆变开关的无工频变压器开关电源替代了以往的半控功率器件可控硅为调节器的相控工频电源。    

在电除尘器领域，因为功率大，高压电源基本上都在10kW～150kW功率量级，属大功率电源，八十年代都是可控硅相控工频整流电源。国际上，八十年代末、九十年代初就开始了高频化的研究工作,九十年代中期就有了相应的产品。本世纪初，2001年我国武汉国测数字电源有限公司就率先开展了ESP高频开关电源的研制，2003年12月通过了由湖北省科技厅组织的400mA/72kV ESP高频开关电源的专家技术鉴定，获得了"GCHP系列静电除尘器（ESP）用大功率智能高频高压电源"科技成果证书，2004年获得了国家科技部中小型企业创新基金立项证书和火炬计划项目证书。从2004年开始，陆续研制了600mA/72kV、800mA/72kV和1000mA/60kV ESP数字化大功率高频开关电源，并应用于大型钢厂、有色金属冶炼厂、火力发电厂、水泥厂等工业场合，节能减排取得了良好的效果。    

高频化和数字化是电源发展的方向，更是电除尘器电源的发展方向。因为除了高频开关电源实现小型轻量化，节省金属材料，降低能耗的优点之外，电除尘器高压电源属大功率电源，采用计算机技术实现高压电源的高频化能带来显著的节能减排、综合控制、提高自动化水平、降低成本、提高电除尘器的性价比等优点。也就是说，在电除尘器领域，使用数字化高频开关电源SIR替代常规的工频可控硅整流电源T/R之后，不仅解决了T/R电源功率因数低、转换效率低、三相电网不平衡、材料消耗多等电源本身存在的缺点，更重要的是给整个电除尘系统带来了革命性的变化，重点体现在节能减排和系统综合控制上。

2  ESP数字高频开关电源的显著特征

⑴　纯直流供电     

SIR开关集成整流电源同常规工频可控整流电源T/R接上电除尘器ESP输出电压波形的比较如图1所示。很明显：T/R电源输出波形是直流加脉冲，峰—峰脉冲值达30%～45%之间，在高比电阻、反电晕的情况下，该波动甚至还会更大，这样大的纹波大大降低了输出电压平均值，降低了除尘效果。SIR电源输出电压接近纯直流，即一条水平线，平均电压和峰值电压几乎相同，所含纹波一般都小于1%,即平均电压比峰值电压低0.5%以内。    

采用自适应控制技术可以将输出电平控制在接近火花电平又达不到火花电平，这样就能使火花极少。输出电压电流比常规T/R电源高得多，在中、低比电阻应用场合，输出功率基本上都有效地用于除尘减排上，大大提高除尘效率。此外，对反电晕的检测也带来了方便，可以设法扼制反电晕的发生和减少反电晕的影响。

⑵ 全新意义的间隙供电（IE）      

在高比电阻粉尘或反电晕场合，采用间隙供电比采样纯直流供电对提高除尘效果更有效。用T/R电源实现间隙供电也是直流加脉冲，但脉冲的上升时间较长，而用高频开关电源SIR实现间隙供电脉冲上升时间较短。    

高比电阻粉尘的收尘效果与脉冲的上升时间直接相关，且在一定范围内正比于dv/dt，其值为20～30kV/ms效果较好。这就是说，在间隙供电（IE）条件下电晕产生比纯直流供电更有效，可节能或使用比较小的电源。

⑶ 输出电流可控      

由于ESP电容比较大和SIR的电压传输比很大，输出端可能产生大电流，特别在间隙供电方式，因为"电流提升"功能，这种情况必定会发生。电流负载状态来自ESP内的可变状态，在火花时趋于极端。还有ESP阴阳极间也可能发生短路，如果ESP高压电源是电压源型而不是电流源型，即使有过载保护也容易损坏设备，因此"电流可控"输出应优先于"电压可控"输出。    

许多的谐振变换器是电流可控的，性质象理想的"恒流"源一样。选用谐振变换器作逆变电路，采用计算机程序参数设置方法，无须经过反馈环节的延迟，就能内设"恒流"方式，实现电流可控输出。而且电流可控与电压可控输出之间的转换也十分灵活，硬件电路仍然不变，这就是计算机的神奇！

⑷ 以DSP为核心的多功能综合控制器     

ESP高频开关电源谐振变换器的控