电除尘器变频高压电源的仿真探析

福建龙净环保股份有限公司 郭鹏飞

本文就电除尘器变频高压电源的研究进展以及其初步试验的结构进行深入的分析。一般情况下，高压电源的阻抗只有与负载也就是电除尘器的阻抗相匹配的条件下才能够保障电除尘器具备更好的除尘效果以及电晕功率。相较于传统的SCR高压电源、工频高压电源以及中频高压电源不同，电除尘器变频高压电源的工作效率会发生不断的变化，电除尘器电场波动的实际情况就是高压电源频率变化的另一种体现方式。本文就电除尘器变频高压电源做出仿真探究，以望参考。

现阶段，就目前而言，我国在实际应用的过程中有着多种多样的电除尘器高压电源，能够将其按照高压电源以及脉冲高压电源两种类型进行输出形式分类；分可以氛围单相出入电源以及三相出入电源的电源输入形式针对高压电源进行分类；但是站在工作频率的方面而言，我们还可以将其分内高频高压电源以及中频高压电源和工频高压电源。所谓的单相输入高压电源往往会采用工频单相AC380V输入、并且会设置两只反并联和可以控制的移相对电压进行调节，当电流流经单相硅整流高压变压器升压的过程中，就能够使电除尘器的用电需求得到充分的满足。三相输入高压电源一般情况下都会采用工频AC380V/50Hz的交流电源进行输入，并且还要保障相等的磁通、电流以及电压，就相位上一次相差为120°，在进行设置的过程中通常情况都会选择应用6个可以控制的硅反并联对电压进行调整。最后，若应用高频高压电源的过程中往往都会采用逆变的工作方式，一般情况下都会将工作频率设置为10Hz以上，这种逆变的工作方式也会应用于中频高压的形式上，此时的工作频率一般情况下会保持在高频高压电源与工频高压电源之间，所以说，一般情况下，中频高压电源、高频高压电源以及工频单项电源他们的移项调频工作频率以及逆变工作频率都保持不变。

1 问题的提出

图1 电除尘器等效电路

1.1 电除尘器等效电路

图1为我们展示了电除尘器的等效电路，作为一种高压电源的负载，电除尘器的电场是由电容C以及电阻R（具备非线性特征）两者进行并联所构成的。一般情况下，极板间烟气电离状况、粉尘气体的介电性能以及极间距都会对C和R产生直接的影响，其次电除尘器自身的运行情况也会对两者产生直接的影响。因此，对于高压电源而言，电除尘器就是阻抗随着时间的变化而不断变化的负载。

就电除尘器而言，其能够对高压电源产生较大冲击的就是其自身的电场发生火花闪络或者出现电场短路的情况，冲击力的大小往往都会与高压电源的阻抗产生直接的联系。一般情况下，在电除尘器运行的过程中其自身的高压电源应当参照电除尘器运行实际情况的变化而言变化，确保阻抗以及HV得到及时的调节。虽然高压电源能够承受各种冲击，但是为了充分保障电除尘器的可靠运行还应当采用立即封锁输出，或者对输出阻抗进行调节的方式对现场的火花闪络现象进行有效地控制。

1.2 变频高压电源

当下，我们都知道高压电源的阻抗只有在负载与电除尘器电场阻抗完全匹配的情况下才能够充分满足电除尘器的用电需求，为电除尘器提供更高的电功率。针对电除尘器的等效电路进行分析可知，时间的变化会相应导致电除尘器电场阻抗的变化。因此，为了充分匹配电除尘器电场与高压电源，我们还需要高压电源和电除尘器阻抗之间的变化得到有效地控制。在我们初步确认高压柜整流升压变压器设计参数之后，高压电源的输出阻抗的决定参数就是高压电源的工作频率，并且输出阻抗与工作频率之间有着十分明显的线性关系。所以，我们在针对高压工作电源的工作频率进行调节的过程中应当充分参照电除尘器电场的实际工况进行调整，以此才能够充分保障高压电源的电除尘器与输出阻抗之间能够快速的提升实时阻抗，为动态的匹配效果做出充分的保障。

1.3 相较于其他电源之间变频高电压电源之间存在的不同

相较于其他的固定工作频率的直流高压电源，变频高压有着很大的不同，由于其是动态变化的逆变工作频率，因此其输出阻抗是通过实时跟踪电场运行情况的变化而产生变化。充分保障能够满足其实际工作的过程中电除尘器电场阻抗的动态匹配要求，充分的保障电除尘器获得的最高电功率保持在最高，并且确保其能够获得最佳的供电效果。最后，与其他的工频高压电源相比较，在调试方式上变频高压电源有着很大的不同，以往的工频高压电源能够对硅工频移相调压方式进行调整，而变频高压电源则采用正弦脉宽调制调压与变频调压的方式进行适当的调整。

2 变频高压电源的仿真设计

2.1 工作原理介绍

一般情况下都会再用变频逆变技术处理变频高压电源。在进行实际运行的过程中应当通过整流电路REC将三相工频电网整流为直流电，在通过DC-link，以电除尘器电场为基础促使逆变电路INV变频逆变电流，在通过高压硅整流生涯变压器HVT升压之后形成电除尘器ESP作为一种负载上的除尘电路。

2.2 电路结构

信号指示电路、计算机HMI/IPC监控电路、控制电路CON、信号检测电路、硅整流升压变压器HVT、变频逆变电路INV、DC-Link电路、整流电路REC等模块共同构成的电除尘器变频高压电源。

2.3 电路特点

AC→DC→AC→DC变流工作方式是变频高压电源采用的主要工作方式，还需要针对工频的三相整流进行升压整流处理，但是要注意整个处理的过程应当放在SPWM变频逆变之后进行，才能够最后形成平滑的直流电压。电除尘器电场的平均电压能够得到有效地提升，输出波纹才能够得到最为有效地控制；由于采用了三相输入的方式，三相平衡得到了充分的改善，进而能够形成较高的功率，因此，在一般情况下都会采用IGBT的方式来处理变频高压电源的逆变器件。采用TI最为新的浮点DSP，以此保障A/D转换能够顺利地完成，相应的产生SPWM、PID算法以及PWM脉冲产生。

应用变频高压电源的主要原因就因为其能够最大程度对的控制模拟脉冲、跟踪火花闪络的临界电压、对火花闪络的频率进行有效的控制，进而充分实现平均电压等多种特征。同时变频高压电源自身的保护功能十分的完善，其能够对温度、过流、闪络、短路以及开路等多种情况进行充分的保护。变频高压电源借助动态阻抗对火花以及拉弧进行有效的处理，进而实现电除尘器火花和拉弧之间的间断供电。应当充分参照电除尘器工况的自适应情况转变电除尘器的变频高压工作效率以及输出阻抗，充分保障电场能够获得最高的电晕功率，还能够同时提升电除尘器的除尘功率。

2.4 控制回路

控制回路CON，信号检测电路实时对火花闪络、拉弧、电流和电压进行检测，控制回路CON能够接受到这些检测到的信号。在接受到检测信号的情况下，控制回路能够准确的计算信号，将经过计算的信号输出给变频逆变回路INV的控制，同时还能够保障信号从逆变电路INV的变频逆变交流输出，采用IPC连接电路CON的通信控制功能，确保向上位计算机IPC传送变频高压电源工作参数工作目标得到充分的实现。

结论：总是言之采用SPWM调频调幅调压方式的变频高压电源，能够确保三相输入的稳定性，真正保障电网的缺项功率以及三相电网之间的平衡性；电网的无功损耗以及释放电网容量能够得到充分的控制。相较于工频高压电源而言，不仅能够通过变频电源的方式来实现没有供电间隙的火花封锁的方式处理阻抗处理火花，并且还能够充分保障火花得到及时的检测并且对SPWM脉冲进行及时的封锁，充分保障有效提升电除尘器场火花封锁的时效性，充分改善电除尘器的供电性能，有着良好的节能性效果。借助这种调节变频高压电源控制柜的工作方式，能够充分保障变频高压电源的输出阻抗得到有效的调节。通过本文的试验与测试，能够明显看出提升工作频率能够确保变频高压电源的输出得到有效的控制，确保二次电压Vz以及二次电流I2得到充分的限制，电厂火花以及拉弧得到了频率的封锁，实现了不间断供电的电场无火花无拉弧供电。因此，在进行电除尘器常规工频高压电源改造升级的过程中，相关工作人员应当将工频高压电源控制柜设置为变频高压电源控制柜，将原有工频高压电源的硅整流升压变压器保留下来，充分保障除尘效率的充分提升，并且保障电除尘器的节能型，促使工程费用以及工程工期得到充分的缩减。