CN102500468A - 一种静电除尘器用高压中频电源及其供电方法 - Google Patents

Abstract

一种静电除尘器用高压中频电源，包括整流单元，将输入的三相380V工频50Hz的交流电整流为直流电，然后进行滤波输出；逆变器，将所述滤波后的直流电逆变为两相的中频交流电；高压整流变压器，用于将所述两相的中频交流电升压整流后为静电除尘器供电；还包括控制器，所述控制器控制逆变器逆变后的中频交流电的频率大小，解决了现有技术中的静电除尘器电源为低频（工频）或高频，低频时存在响应时间慢、除尘效率低的技术问题，高频时存在成本高、大功率设备工艺不成熟、用于旧除尘器改造时需要更换相应设备造成资源浪费的技术问题，是一种使用中频电源进行供电，提高了响应时间和除尘效率、且无需更换设备的一种静电除尘器用高压中频电源。

Description

一种静电除尘器用高压中频电源及其供电方法

技术领域

本发明涉及一种电源，具体地说是一种静电除尘器用高压中频电源及其控制方法。

背景技术

静电除尘器（electrostatic precipitator，简称ESP）是一种利用强电场使尘粒带电，并在静电场的作用下将尘粒分离、捕集的装置。静电除尘器的工作原理是利用高压电场使烟气发生电离，产生大量电子和离子，在电场力的作用下向两极移动，在移动过程中碰到气流中的粉尘颗粒使其荷电，荷电粉尘在电场力作用下与气流分离向极性相反的极板或极线运动，荷电粉尘到达极板或极线时由静电力吸附在极板或极线上，通过振打装置使粉尘落入灰斗从而使烟气净化。

静电除尘器的除尘效率取决于施加到电场的平均供电电压和电流的高低。目前，静电除尘器所用的电源有三种，下面分别予以介绍：

第一种：输入电源为两相380V工频50Hz，输入到高压整流变压器的电源为两相0-380V工频50Hz电源。这种电源的缺点是，由于采用工频供电、可控硅调压方式，当除尘器电场发生闪络时，该电源的动态响应时间偏慢，约10ms左右，高压整流变压器二次电压跌落幅度达35-40%，影响除尘器的除尘效率。并且该输入电源的功率因数较低，一般只有0.5左右。

第二种：输入电源为三相380V工频50Hz，输入到高压整流变压器的电源为三相0-380V工频50Hz电源。这种电源的缺点是，仍然采用工频供电、可控硅调压方式，当除尘器电场发生闪络时，该电源的动态响应时间仍然偏慢，约3.3ms左右，高压整流变压器二次电压跌落幅度达20-30%，影响除尘器的除尘效率。且设备体积庞大，成本偏高。另外，采用该电源改造现有除尘器，必须更换现有的除尘器供电设备，造成资源浪费。

第三种：输入电源为三相380V工频50Hz，输入到高压整流变压器的电源为两相0-380V高频2万Hz电源。如中国专利文献CN201399383Y中公开了一种电除尘用的具有恒流特性的高频高压电源，由高频高压硅堆、升压变压器、微机控制器、油箱和控制柜组成。这种电源虽然可以改善和提高静电除尘器的除尘效率，但是由于技术原因、器件本身的原因以及生产工艺等原因，造成成本普遍较高、可靠性低。且该类电源的功率偏小，目前成熟的除尘器高频电源，最大功率仅为72KV/1.2A，难以满足除尘器的供电要求。另外，采用该电源改造现有除尘器，必须更换现有的除尘器供电设备，造成资源浪费。

由以上分析可知，静电除尘器用的电源为工频（50Hz）时，存在动态响应时间偏慢、二次电压跌落幅度高（20%-40%）的问题，除尘效率低的技术问题；静电除尘用的电源为高频时，虽然提高了除尘效率，但是由于与老旧的除尘器电源的设备不匹配，需要全部更换新设备，不能用于原老旧除尘器电源的改造，造成资源浪费。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的静电除尘器电源输入高压整流变压器的电源为低频（工频）或高频，低频时存在响应时间慢、除尘效率低的问题，高频时存在成本高、需要更换相应设备造成资源浪费的问题，从而提出一种使用中频电源对高压整流变压器进行供电，提高了响应时间和除尘效率、且无需更换设备的一种静电除尘器用高压中频电源。

为解决上述技术问题，本发明所述的静电除尘器用高压中频电源，包括：

整流单元，包括整流器和滤波器，所述整流器将输入的三相380V工频50Hz的交流电整流为直流电，所述直流电再经所述滤波器滤波后输出；

逆变器，将所述滤波后的直流电逆变为两相的中频交流电；

高压整流变压器，用于将所述两相的中频交流电升压整流后为静电除尘器供电；

还包括控制器，所述控制器控制逆变器逆变后的中频交流电的频率大小，包括频率选择转换单元，所述频率选择转换单元根据高压整流变压器的类型设置可选择的工作频率范围，在所述可选择的工作频率范围内设置n个频率值，然后向所述逆变器发送信号使得逆变后的中频交流电的频率依次设置为所述n个频率值，其中所述频率值可在所述可选择的工作频率范围之间选择任意整数，然后依次检测并记录每个频率值对应的所述高压整流变压器的输出电流和电压，计算所述电流值和电压值的乘积；选择所述电流值和电压值的乘积最大时对应的频率值为最优频率，设置所述逆变器逆变后的中频交流电为所述最优频率，为所述高压整流变压器供电，从而为静电除尘器供电。

所述中频交流电的频率范围为100Hz-1000Hz

所述逆变器中设置有IGBT开关管。

在所述高压整流变压器的输出端设置有电压采集模块和电流采集模块，所述电压采集模块和电流采集模块将检测到的电压和电流信息发送给所述控制器。

还包括人机交互界面，通过该人机交互界面可以设定所述逆变后的中频交流电的频率。

所述逆变器为两相全桥逆变器。

所述整流器为由整流二极管组成的三相全波整流桥。

一种静电除尘器用高压中频电源的供电方法，包括如下步骤：

（1）将三相380V工频50HZ的交流电输入整流器，将所述输入电源整流为直流电；

（2）将所述直流电经过滤波器滤波，将滤波后的直流电输入逆变器中；

（3）所述控制器的频率转换单元根据所述高压整流变压器的类型设置可选择的工作频率范围，在所述工作频率范围内设置n个不同频率值｛F1，…，Fi，…Fn｝，其中i、n为整数；

（4）所述控制器向所述逆变器发送信号使得逆变后的中频交流电的频率为Fi（100HZ=<Fi=<1000Hz），所述逆变器接收控制器的控制信号，将所述滤波后的直流电逆变为两相的频率为Fi的交流电，输出给高压整流变压器；

（5）所述高压整流变压器将所述两相的频率为Fi的交流电升压整流后输出，所述控制器通过测量装置检测并记录所述高压整流变压器输出的电流Ii和电压Ui，然后计算出所述电流Ii和电压Ui的乘积Ai；

（6）重复步骤（4）-（5），所述控制器获得逆变后频率为（F1，…，Fn）时对应的电流与电压的乘积（A1，…，An），选择其中的最大值Amax对应的频率为最优频率；

（7）所述控制器向所述逆变器发送信号使得逆变后的中频交流电的频率为所述最优频率，所述逆变器接收控制器的控制信号，将所述滤波后的直流电逆变为两相的频率为所述最优频率的交流电，输出给高压整流变压器；

（8）所述高压整流变压器将所述两相的频率为最优频率的交流电升压整流后输出，为静电除尘器供电。

在所述步骤（3）中，所述高压整流变压器为高阻阻抗时，所述可选择的工作频率范围为100Hz-400Hz；所述高压整流变压器为中阻阻抗时，所述可选择的工作频率范围为200Hz-600Hz；所述高压整流变压器为高阻阻抗时，所述可选择的工作频率范围为300Hz-1000Hz。

在所述步骤（3）中，所述n为2-100个，所述频率值F1，…，Fn在所述可选择的频率范围内均匀分布。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点，

（1）本发明的静电除尘器用高压中频电源及其供电方法，包括整流单元、逆变器、高压整流变压器和控制器，所述整流单元包括整流器和滤波器，所述控制器控制逆变器逆变后的中频交流电的频率大小，所述控制器通过其频率转换单元在可选择的频率范围内设置多个频率值，测量各个频率值下得到的高压整流变压器的输出电流和电压，计算所述电流值和电压值的乘积，选择乘积最大时对应的逆变器逆变后的中频交流电的频率大小为最优频率，将所述逆变器逆变后的中频交流电设置为此最优频率，为所述高压变压器供电，从而为静电除尘器供电，通过这种方式获得中频电源，用中频电源为所述静电除尘器供电，与工频电源供电相比，可以大大提高其工作效率，逆变器输出中频电源给高压整流变压器，可以将功率因数提高到0.95，通过使用中频电源，可以减少高压整流变压器二次电压的突变，提高电场的平均电压和峰值电压的比率，改善静电除尘器的电压-电流曲线，中频电源的使用可以减少高压整流变压器二次电压的跌落，仅仅跌落5%-10%，因此高压整流变压器二次电压的平均值将大大增加，二次电压的增加将导致二次电流的增加，提高静电除尘器的除尘效率；此外，由于针对高压整流变压器的类型设置了可以选择的工作频率范围，根据实际工况得到在此范围内的最优频率，然后使得所述除尘器用电源工作在此最优频率下，获得最好的除尘效率，且通过控制器及其频率转换单元，使得控制器与不同类型阻抗的高压整流变压器相配套，在改造老旧除尘设备时不需要更换其他设备，大大节约了资源，提高了所述静电除尘器的工作效率，有效解决了现有技术中大功率设备工艺不成熟、用于旧除尘器改造时需要更换相应设备造成资源浪费的技术问题。

（2）本发明的静电除尘器用高压中频电源及其供电方法，所述高压整流变压器为高阻阻抗时，所述可选择的工作频率范围为100Hz-400Hz；所述高压整流变压器为中阻阻抗时，所述可选择的工作频率范围为200Hz-600Hz；所述高压整流变压器为低阻阻抗时，所述可选择的工作频率范围为300Hz-1000Hz，根据高压整流变压器的类型来设置可以选择的中频交流电的频率，由于受到高压整流变压器的制约，为了改造这种电源，需要根据其原有的设备进行设计，这样，提高了控制器的适用范围，也扩大了对各种老旧电源的改造范围，通过使用控制器获得合适的中频电源的改造方式，即提高了老旧电源的工作效率，也提高了设备的利用率。

（3）本发明的静电除尘器用高压中频电源及其供电方法，所述逆变器中设置有IGBT开关管，不同于可控硅控制必须在交流电压波形过零点时才能有效关断，设置有IGBT开关管的逆变器可以在交流电压波形的任意时间段实现快速关断（微秒级），这意味着大大地减少了静电除尘器发生火花和闪络时二次电压的跌落，从而减少由于火花闪络造成的静电除尘器电场内部件和绝缘部件的损耗，并且快速的响应时间减少了除尘器闪络时的短路峰值电流，减少了能量损失。

（4）本发明的静电除尘器用高压中频电源及其供电方法，还包括人机交互界面，通过该人机交互界面可以设定所述逆变后的中频交流电的频率，这样所述中频的频率还可以通过人工来设置，进一步提高了其适用范围。

（5）本发明的静电除尘器用高压中频电源及其供电方法，所述逆变器为两相全桥逆变器，所述整流器为由整流二极管组成的三相全波整流桥，使用简单方便，价格低廉。

（6）本发明的静电除尘器用高压中频电源及其供电方法，所述n为2-100个，所述频率值F1，…，Fn在所述可选择的频率范围内均匀分布，这样，通过选择不同的频率来寻找最优频率，可以找到比较合适的频率值，使得所述静电除尘器工作效率达到最优。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1  是本发明提供的静电除尘器用高压中频电源的系统结构图；

图2  是本发明提供的静电除尘器用高压中频电源的结构示意图。

图中附图标记表示为：1-输入电源，2-整流器，3-滤波器，4-逆变器，5-高压整流变压器，6-控制器，7-IGBT驱动器，8-人机交互界面，9-电源转换模块，10-信号变换器。

具体实施方式

下面给出本发明所述的静电除尘器用高压中频电源的一个具体的实施方式，静电除尘器用高压中频电源，如图1所示，包括：三相380V工频50Hz的输入电源1、具有整流器2和滤波器3的整流单元、逆变器4、高压整流变压器5、以及控制器6，

整流单元，包括整流器2和滤波器3，此处选择的整流器2为由整流二极管组成的三相全波整流桥，所述整流器2将输入的三相380V工频50Hz的交流电整流为直流电，所述直流电再经所述滤波器3滤波后输出；

逆变器4，所述逆变器4为两相全桥逆变器4，其中设置有IGBT开关管，所述IGBT开关管的开关状态由IGBT驱动器7来驱动，将所述滤波后的直流电逆变为两相的中频交流电，此处的交流电的频率大小在100Hz-1000HZ之间；

高压整流变压器5，用于将所述两相的中频交流电升压整流后为静电除尘器供电；

控制器6，所述控制器6控制逆变器4逆变后的中频交流电的频率大小，包括频率选择转换单元，所述频率选择转换单元根据高压整流变压器5的类型设置可选择的工作频率范围，在所述可选择的工作频率范围内设置n个频率值，然后向所述逆变器4发送信号使得逆变后的中频交流电的频率依次设置为所述n个频率值，然后依次检测并记录每个频率值对应的所述高压整流变压器5的输出电流和电压，计算所述电流值和电压值的乘积；选择所述电流值和电压值的乘积最大时对应的频率值为最优频率，设置所述逆变器4逆变后的中频交流电为所述最优频率，为所述高压整流变压器5供电，从而为静电除尘器供电。

由于现在普遍使用的高压整流变压器5的阻抗分为高阻、中阻、低阻，根据经验值和现场情况来设定，如果所述高压整流变压器5为高阻阻抗，易选择较低工作频率如100-400Hz；如果所述高压整流变压器5为中阻阻抗，则易选择的工作频率为200-600Hz；如果所述高压整流变压器5为低租阻抗，则易选择的工作频率为300-1000Hz。为了保证上述不同阻抗类型的高压整流变压器5正常工作，所述高压整流变压器5为高阻阻抗时，所述可选择的工作频率范围为100Hz-400Hz；所述高压整流变压器5为中阻阻抗时，所述可选择的工作频率范围为200Hz-600Hz；所述高压整流变压器5为低阻阻抗时，所述可选择的工作频率范围为300Hz-1000Hz。

在所述高压整流变压器5的输出端设置有电压采集模块和电流采集模块，所述电压采集模块和电流采集模块将检测到的电压和电流信息发送给所述控制器6，所述电压采集模块可以由分压电阻来实现，如图2所示，在高压整流变压器5的输出端连接串联的第一分压电阻R1和第二分压电阻R2，通过第三电阻R3采集第二分压电阻R2上的电压作为反馈电压，将该反馈电压发送给控制器6。由于高压整流变压器5的输出电压是高压，控制器6可以处理的信号为低压信号，因此需要信号变换器10将强电信号变换为弱电信号后发送给控制器6；所述电流采集模块可以通过第四电阻R4来采集高压整流变压器5的输出电流，第四电阻R4的一端连接高压整流变压器5的负输出端，另一端连接信号变换器10的输入端。信号变换器10将电流信号变换为控制器6可以接收的信号范围后发送给控制器6。此外，还可以设置人机交互界面8，通过该人机交互界面8可以设定所述逆变后的中频交流电的频率的大小。本实施例所述的静电除尘器用高压中频电源，还需要设置电源转换模块9，用于将输入电源1（三相380V的交流电）转换为+12V、-12V、+5V的电源，其中，+12V为IGBT驱动器7的电路部分供电，+12V、-12V为接口板集成运算放大器供电，+5V为控制器6和接口板数字电路供电。

下面给出上述静电除尘器用高压中频电源的供电方法，包括如下步骤：

（1）将三相380V工频50HZ的交流电输入整流器2，将所述输入电源1整流为直流电；

（2）将所述直流电经过滤波器3滤波，将滤波后的直流电输入逆变器4中；

（3）所述控制器6的频率转换单元根据所述高压整流变压器5的类型设置可选择的工作频率范围，本实施例中所述高压整流变压器5为中阻阻抗，其可选择的工作频率范围为200-600Hz，在所述工作频率范围内设置9个频率值F1=200、F2=250、F4=300、F4=350、F5=400、F6=450、F7=500、F8=550、F9=600；

（4）所述控制器6向所述逆变器4发送信号使得逆变后的中频交流电的频率为F1，所述逆变器4接收控制器6的控制信号，将所述滤波后的直流电逆变为两相的频率为F1的交流电，输出给高压整流变压器5；

（5）所述高压整流变压器5将所述两相的频率为F1的交流电升压整流后输出，所述控制器6通过测量装置检测并记录所述高压整流变压器5输出的电流I1和电压U1，然后计算出所述电流I1和电压U1的乘积A1；

（6）将所述F1依次设置为F2、…、F9，依次重复步骤（4）-（5），所述控制器6获得逆变后频率为（F1，…，F9）时对应的电流与电压的乘积（A1，…，A9），选择其中的最大值max｛A1，…，A9｝对应的频率为最优频率F；

（7）所述控制器6向所述逆变器4发送信号使得逆变后的中频交流电的频率为所述最优频率F，所述逆变器4接收控制器6的控制信号，将所述滤波后的直流电逆变为两相的频率为所述最优频率的交流电，输出给高压整流变压器5；

（8）所述高压整流变压器5将所述两相的频率为最优频率的交流电升压整流后输出，为静电除尘器供电。

在所述步骤（3）中，如果所述高压整流变压器5为中阻阻抗时，则所述可选择的工作频率范围为200Hz-600Hz；若所述高压整流变压器5为高阻阻抗时，则所述可选择的工作频率范围为300Hz-1000Hz，所述高压整流变压器5为低阻阻抗时，所述可选择的工作频率范围为300Hz-1000Hz；所述可选择的工作频率范围内设置的频率值为2-100个，在所述可选择的频率范围内均匀分布。

本实施例提供的静电除尘器用高压中频电源，可以提供与高频电源性能接近的中频电源，其工作频率为100Hz-1000Hz，由于在不同的工作频率下高压整流变压器5的感抗不同，频率越高，感抗越大，二次电压和二次电流波形的下降沿和上升沿越缓慢，因此其乘积不一定越大，及除尘器的效率不一定越高，通过选择最优频率的工作方式使得除尘器能够工作在效率最好的状态。采用该中频电源无需更换现有的高压整流变压器5、电源线、隔离开关等设备。在同一电场下，使用中频电源可以使除尘器提高约15%的工作电压，增加约25%的除尘功率，并且有效抑制静电除尘器电场的闪络强度，减少除尘器发生闪络时的不必要损耗。通过使用本发明提供的中频电源，可以减小高压整流变压器5二次侧电压的交流电源的波纹，提高二次侧平均电压与峰值电压的比率，改善静电除尘器的电压-电流曲线。同时，二次侧电压的跌落将减小，二次侧电压的增加导致二次电流的增大，从而提高静电除尘器的除尘效率。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。 

Claims (10)

1.一种静电除尘器用高压中频电源，包括：

整流单元，包括整流器和滤波器，所述整流器将输入的三相380V工频50Hz的交流电整流为直流电，所述直流电再经所述滤波器滤波后输出；

逆变器，将所述滤波后的直流电逆变为两相的中频交流电；

高压整流变压器，用于将所述两相的中频交流电升压整流后为静电除尘器供电；

其特征在于：还包括控制器，所述控制器控制逆变器逆变后的中频交流电的频率大小，包括频率选择转换单元，所述频率选择转换单元根据高压整流变压器的阻抗类型为高阻、中阻或低阻来设置可选择的工作频率范围，在所述可选择的工作频率范围内设置n个不同的频率值，其中所述频率值可在所述可选择的工作频率范围之间选择任意整数，然后向所述逆变器发送信号使得逆变后的中频交流电的频率依次设置为所述n个频率值，然后依次检测并记录每个频率值对应的所述高压整流变压器的输出电流和电压，计算所述电流值和电压值的乘积；选择所述电流值和电压值的乘积最大时对应的频率值为最优频率，设置所述逆变器逆变后的中频交流电为所述最优频率，为所述高压整流变压器供电，从而为静电除尘器供电。

2.根据权利要求1所述的静电除尘器用高压中频电源，其特征在于：所述中频交流电的频率范围为100Hz-1000Hz。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的静电除尘器用高压中频电源，其特征在于：所述逆变器中设置有IGBT开关管。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的静电除尘器用高压中频电源，其特征在于：在所述高压整流变压器的输出端设置有电压采集模块和电流采集模块，所述电压采集模块和电流采集模块将检测到的电压和电流信息发送给所述控制器。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的静电除尘器用高压中频电源，其特征在于：还包括人机交互界面，通过该人机交互界面可以设定所述逆变后的中频交流电的频率。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的静电除尘器用高压中频电源，其特征在于：所述逆变器为两相全桥逆变器。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的静电除尘器用高压中频电源，其特征在于：所述整流器为由整流二极管组成的三相全波整流桥。

8.一种权利要求1-7中任一项所述的静电除尘器用高压中频电源的供电方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将三相380V工频50HZ的交流电输入整流器，将所述输入电源整流为直流电；

（2）将所述直流电经过滤波器滤波，将滤波后的直流电输入逆变器中；

（3）所述控制器的频率转换单元根据所述高压整流变压器的类型设置可选择的工作频率范围，在所述工作频率范围内设置n个不同的频率值｛F1，…，Fi，…Fn｝，其中i、n为整数；

（4）所述控制器向所述逆变器发送信号使得逆变后的中频交流电的频率为Fi（100Hz=<Fi=<1000Hz)，所述逆变器接收控制器的控制信号，将所述滤波后的直流电逆变为两相的频率为Fi的交流电，输出给高压整流变压器；

（5）所述高压整流变压器将所述两相的频率为Fi的交流电升压整流后输出，所述控制器通过测量装置检测并记录所述高压整流变压器输出的电流Ii和电压Ui，然后计算出所述电流Ii和电压Ui的乘积Ai；

（6）重复步骤（4）-（5），所述控制器获得逆变后频率为（F1，…，Fn）时对应的电流与电压的乘积（A1，…，An），选择其中的最大值Amax对应的频率为最优频率；

（7）所述控制器向所述逆变器发送信号使得逆变后的中频交流电的频率为所述最优频率，所述逆变器接收控制器的控制信号，将所述滤波后的直流电逆变为两相的频率为所述最优频率的交流电，输出给高压整流变压器；

（8）所述高压整流变压器将所述两相的频率为最优频率的交流电升压整流后输出，为静电除尘器供电。

9.根据权利要求8所述的静电除尘器用高压中频电源的供电方法，其特征在于：在所述步骤（3）中，所述高压整流变压器为高阻阻抗时，所述可选择的工作频率范围为100Hz-400Hz；所述高压整流变压器为中阻阻抗时，所述可选择的工作频率范围为200Hz-600Hz；所述高压整流变压器为低阻阻抗时，所述可选择的工作频率范围为300Hz-1000Hz。

10.根据权利要求8或9所述的静电除尘器用高压中频电源的供电方法，其特征在于：在所述步骤（3）中，所述n为2-100个，所述频率值F1，…，Fn在所述可选择的频率范围内均匀分布。

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