電除塵器變頻高壓電源的仿真探析

福建龍凈環(huán)保股份有限公司 郭鵬飛

本文就電除塵器變頻高壓電源的研究進展以及其初步試驗的結(jié)構(gòu)進行深入的分析。一般情況下，高壓電源的阻抗只有與負(fù)載也就是電除塵器的阻抗相匹配的條件下才能夠保障電除塵器具備更好的除塵效果以及電暈功率。相較于傳統(tǒng)的SCR高壓電源、工頻高壓電源以及中頻高壓電源不同，電除塵器變頻高壓電源的工作效率會發(fā)生不斷的變化，電除塵器電場波動的實際情況就是高壓電源頻率變化的另一種體現(xiàn)方式。本文就電除塵器變頻高壓電源做出仿真探究，以望參考。

現(xiàn)階段，就目前而言，我國在實際應(yīng)用的過程中有著多種多樣的電除塵器高壓電源，能夠?qū)⑵浒凑崭邏弘娫匆约懊}沖高壓電源兩種類型進行輸出形式分類；分可以氛圍單相出入電源以及三相出入電源的電源輸入形式針對高壓電源進行分類；但是站在工作頻率的方面而言，我們還可以將其分內(nèi)高頻高壓電源以及中頻高壓電源和工頻高壓電源。所謂的單相輸入高壓電源往往會采用工頻單相AC380V輸入、并且會設(shè)置兩只反并聯(lián)和可以控制的移相對電壓進行調(diào)節(jié)，當(dāng)電流流經(jīng)單相硅整流高壓變壓器升壓的過程中，就能夠使電除塵器的用電需求得到充分的滿足。三相輸入高壓電源一般情況下都會采用工頻AC380V/50Hz的交流電源進行輸入，并且還要保障相等的磁通、電流以及電壓，就相位上一次相差為120°，在進行設(shè)置的過程中通常情況都會選擇應(yīng)用6個可以控制的硅反并聯(lián)對電壓進行調(diào)整。最后，若應(yīng)用高頻高壓電源的過程中往往都會采用逆變的工作方式，一般情況下都會將工作頻率設(shè)置為10Hz以上，這種逆變的工作方式也會應(yīng)用于中頻高壓的形式上，此時的工作頻率一般情況下會保持在高頻高壓電源與工頻高壓電源之間，所以說，一般情況下，中頻高壓電源、高頻高壓電源以及工頻單項電源他們的移項調(diào)頻工作頻率以及逆變工作頻率都保持不變。

1 問題的提出

圖1 電除塵器等效電路

1.1 電除塵器等效電路

圖1為我們展示了電除塵器的等效電路，作為一種高壓電源的負(fù)載，電除塵器的電場是由電容C以及電阻R（具備非線性特征）兩者進行并聯(lián)所構(gòu)成的。一般情況下，極板間煙氣電離狀況、粉塵氣體的介電性能以及極間距都會對C和R產(chǎn)生直接的影響，其次電除塵器自身的運行情況也會對兩者產(chǎn)生直接的影響。因此，對于高壓電源而言，電除塵器就是阻抗隨著時間的變化而不斷變化的負(fù)載。

就電除塵器而言，其能夠?qū)Ω邏弘娫串a(chǎn)生較大沖擊的就是其自身的電場發(fā)生火花閃絡(luò)或者出現(xiàn)電場短路的情況，沖擊力的大小往往都會與高壓電源的阻抗產(chǎn)生直接的聯(lián)系。一般情況下，在電除塵器運行的過程中其自身的高壓電源應(yīng)當(dāng)參照電除塵器運行實際情況的變化而言變化，確保阻抗以及HV得到及時的調(diào)節(jié)。雖然高壓電源能夠承受各種沖擊，但是為了充分保障電除塵器的可靠運行還應(yīng)當(dāng)采用立即封鎖輸出，或者對輸出阻抗進行調(diào)節(jié)的方式對現(xiàn)場的火花閃絡(luò)現(xiàn)象進行有效地控制。

1.2 變頻高壓電源

當(dāng)下，我們都知道高壓電源的阻抗只有在負(fù)載與電除塵器電場阻抗完全匹配的情況下才能夠充分滿足電除塵器的用電需求，為電除塵器提供更高的電功率。針對電除塵器的等效電路進行分析可知，時間的變化會相應(yīng)導(dǎo)致電除塵器電場阻抗的變化。因此，為了充分匹配電除塵器電場與高壓電源，我們還需要高壓電源和電除塵器阻抗之間的變化得到有效地控制。在我們初步確認(rèn)高壓柜整流升壓變壓器設(shè)計參數(shù)之后，高壓電源的輸出阻抗的決定參數(shù)就是高壓電源的工作頻率，并且輸出阻抗與工作頻率之間有著十分明顯的線性關(guān)系。所以，我們在針對高壓工作電源的工作頻率進行調(diào)節(jié)的過程中應(yīng)當(dāng)充分參照電除塵器電場的實際工況進行調(diào)整，以此才能夠充分保障高壓電源的電除塵器與輸出阻抗之間能夠快速的提升實時阻抗，為動態(tài)的匹配效果做出充分的保障。

1.3 相較于其他電源之間變頻高電壓電源之間存在的不同

相較于其他的固定工作頻率的直流高壓電源，變頻高壓有著很大的不同，由于其是動態(tài)變化的逆變工作頻率，因此其輸出阻抗是通過實時跟蹤電場運行情況的變化而產(chǎn)生變化。充分保障能夠滿足其實際工作的過程中電除塵器電場阻抗的動態(tài)匹配要求，充分的保障電除塵器獲得的最高電功率保持在最高，并且確保其能夠獲得最佳的供電效果。最后，與其他的工頻高壓電源相比較，在調(diào)試方式上變頻高壓電源有著很大的不同，以往的工頻高壓電源能夠?qū)韫ゎl移相調(diào)壓方式進行調(diào)整，而變頻高壓電源則采用正弦脈寬調(diào)制調(diào)壓與變頻調(diào)壓的方式進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

2 變頻高壓電源的仿真設(shè)計

2.1 工作原理介紹

一般情況下都會再用變頻逆變技術(shù)處理變頻高壓電源。在進行實際運行的過程中應(yīng)當(dāng)通過整流電路REC將三相工頻電網(wǎng)整流為直流電，在通過DC-link，以電除塵器電場為基礎(chǔ)促使逆變電路INV變頻逆變電流，在通過高壓硅整流生涯變壓器HVT升壓之后形成電除塵器ESP作為一種負(fù)載上的除塵電路。

2.2 電路結(jié)構(gòu)

信號指示電路、計算機HMI/IPC監(jiān)控電路、控制電路CON、信號檢測電路、硅整流升壓變壓器HVT、變頻逆變電路INV、DC-Link電路、整流電路REC等模塊共同構(gòu)成的電除塵器變頻高壓電源。

2.3 電路特點

AC→DC→AC→DC變流工作方式是變頻高壓電源采用的主要工作方式，還需要針對工頻的三相整流進行升壓整流處理，但是要注意整個處理的過程應(yīng)當(dāng)放在SPWM變頻逆變之后進行，才能夠最后形成平滑的直流電壓。電除塵器電場的平均電壓能夠得到有效地提升，輸出波紋才能夠得到最為有效地控制；由于采用了三相輸入的方式，三相平衡得到了充分的改善，進而能夠形成較高的功率，因此，在一般情況下都會采用IGBT的方式來處理變頻高壓電源的逆變器件。采用TI最為新的浮點DSP，以此保障A/D轉(zhuǎn)換能夠順利地完成，相應(yīng)的產(chǎn)生SPWM、PID算法以及PWM脈沖產(chǎn)生。

應(yīng)用變頻高壓電源的主要原因就因為其能夠最大程度對的控制模擬脈沖、跟蹤火花閃絡(luò)的臨界電壓、對火花閃絡(luò)的頻率進行有效的控制，進而充分實現(xiàn)平均電壓等多種特征。同時變頻高壓電源自身的保護功能十分的完善，其能夠?qū)囟取⑦^流、閃絡(luò)、短路以及開路等多種情況進行充分的保護。變頻高壓電源借助動態(tài)阻抗對火花以及拉弧進行有效的處理，進而實現(xiàn)電除塵器火花和拉弧之間的間斷供電。應(yīng)當(dāng)充分參照電除塵器工況的自適應(yīng)情況轉(zhuǎn)變電除塵器的變頻高壓工作效率以及輸出阻抗，充分保障電場能夠獲得最高的電暈功率，還能夠同時提升電除塵器的除塵功率。

2.4 控制回路

控制回路CON，信號檢測電路實時對火花閃絡(luò)、拉弧、電流和電壓進行檢測，控制回路CON能夠接受到這些檢測到的信號。在接受到檢測信號的情況下，控制回路能夠準(zhǔn)確的計算信號，將經(jīng)過計算的信號輸出給變頻逆變回路INV的控制，同時還能夠保障信號從逆變電路INV的變頻逆變交流輸出，采用IPC連接電路CON的通信控制功能，確保向上位計算機IPC傳送變頻高壓電源工作參數(shù)工作目標(biāo)得到充分的實現(xiàn)。

結(jié)論：總是言之采用SPWM調(diào)頻調(diào)幅調(diào)壓方式的變頻高壓電源，能夠確保三相輸入的穩(wěn)定性，真正保障電網(wǎng)的缺項功率以及三相電網(wǎng)之間的平衡性；電網(wǎng)的無功損耗以及釋放電網(wǎng)容量能夠得到充分的控制。相較于工頻高壓電源而言，不僅能夠通過變頻電源的方式來實現(xiàn)沒有供電間隙的火花封鎖的方式處理阻抗處理火花，并且還能夠充分保障火花得到及時的檢測并且對SPWM脈沖進行及時的封鎖，充分保障有效提升電除塵器場火花封鎖的時效性，充分改善電除塵器的供電性能，有著良好的節(jié)能性效果。借助這種調(diào)節(jié)變頻高壓電源控制柜的工作方式，能夠充分保障變頻高壓電源的輸出阻抗得到有效的調(diào)節(jié)。通過本文的試驗與測試，能夠明顯看出提升工作頻率能夠確保變頻高壓電源的輸出得到有效的控制，確保二次電壓Vz以及二次電流I2得到充分的限制，電廠火花以及拉弧得到了頻率的封鎖，實現(xiàn)了不間斷供電的電場無火花無拉弧供電。因此，在進行電除塵器常規(guī)工頻高壓電源改造升級的過程中，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)將工頻高壓電源控制柜設(shè)置為變頻高壓電源控制柜，將原有工頻高壓電源的硅整流升壓變壓器保留下來，充分保障除塵效率的充分提升，并且保障電除塵器的節(jié)能型，促使工程費用以及工程工期得到充分的縮減。