JP2641164B2 - 電気集塵器電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、一次巻線が変換器を介して電源系統に接続
され、二次巻線が集塵器側整流器を介して電気集塵器に
給電するようになつている変圧器を備えた電気集塵器電
源装置に関する。

〔従来技術とその問題点〕

排気浄化のために、あるいは一般に流動媒体から異物
を分離するために、しばしば電気集塵器が使用される。
電気集塵器の集塵電極板と放電線には高電圧が供給さ
れ、それらの間に通される媒体に含有する異物を電離さ
せ、その電離された異物を集塵電極板へ分離させる。高
い分離度を得ようとする場合には、集塵電極板と放電線
との間に印加される直流電圧（供給電圧）はできるだけ
高く選ばれる。しかしながら、供給電圧が高いとガス自
身においても電離現象が起こり、これは放電線における
コロナ放電に至る集塵器の持続放電をもたらす。

供給電圧が限界値を上回ると、電源から供給される直
流電流が遮断されなければ、集塵器は絶縁破壊を起こし
て放電し持続したアークが生じることになる。高い直流
電圧が再び確立されるまでは上述の異物分離はできな
い。更に、この経過は集塵器の、特に放電線の損耗を生
じさせ、装置全体の寿命を短くする。

電離経過およびそれにともなう供給電圧の上記限界値
は電気集塵器の集塵電極板間の電界強度の分布に依存す
る。集塵電極板に分離された異物からなる絶縁性の層
は、所定の時間間隔で、場合によつてはできるだけ短時
間の供給電圧の遮断のもとで、槌打して集めて取り除か
なければならない。更に、電離によつて集塵電極板間の
電位変化に強い歪みを持つ空間電荷が形成され、しかも
集塵電極板と空間電荷の間に電圧勾配および放電方向の
逆転をもたらすことがある。

したがつて上記限界値は運転中一定ではない。良好な
分離のためには、集塵器の供給電圧はこの実際上は制御
不可能な変化する限界値にできるだけ近く保持すること
が望ましい。

市販の電気集塵器は、三相交流電源系統の２つの相に
接続されその電源系統から電子式調整器を介して交流電
流を取り出す給電装置を備えている。その調整器の出力
電圧は点弧角制御されて、入力電圧に対して移相された
系統周波数の交流電流を供給し、その交流電流はそれか
ら昇圧・整流後にパルス化された持続電流として電気集
塵器に供給される。集塵器の最適運転条件に近づくため
に、ドイツ連邦共和国特許出願公告第1923952号明細書
においては、調整器における点弧角制御を介して電気集
塵器にかかる電圧を所定の立ち上げパターンにしたがつ
て、集塵器のその時その時の状態に応じた限界値に達し
集塵器の絶縁破壊または放電に到るまで立ちあげること
が提案されている。

一般に絶縁破壊が生じた後は、アークを避けて形成さ
れたプラズマの消イオン化を待つため、交流電流調整器
がまず遮断されなければならない。無電流の最小休止期
間は調整器の周波数、即ち系統周波数によつて決まる。
それによつて、集塵器には系統周波数に応じた脈動でも
つて殆ど間欠なしに流れ絶縁破壊後遮断される直流電流
が供給される。この電流によつて給電される集塵器電圧
については、その都度絶縁破壊まで上昇する脈動経過が
生じる。

系統周波数の交流電流調整器によつて電源系統から取
り出されて昇圧、整流されるこの種の間欠なしに流れる
直流電流を集塵器に供給することは行わない電気集塵器
も既に知られている。このような集塵器は個々の電圧パ
ルスまたは電流パルスの列によつて充電される。パルス
の都度、パルス休止期間中媒体を介して流れていた電荷
を引き渡すために、これらの間隔を置いた直流パルスの
平均電流値がそれぞれの集塵器状態に合わせた集塵器電
流目標値をとるように個々のパルスの周波数および／ま
たは時間幅が設定される。それにより、できるだけ絶縁
破壊限界値以下の値を持ちパルス列周波数に応じて脈動
する集塵器電圧が生じる。

この場合に、短いパルスにより必要なエネルギーを集
塵器に与えることの技術的困難性がある。このために米
国特許第3641740号明細書では、整流された系統電圧に
より直列接続されたコンデンサを充電し、これらのコン
デンサをサイリスタ、高電圧変圧器および半波整流器を
介して電気集塵器に接続することが提案されている。電
気集塵器に達する電流パルスの幅は、例えばこれらのパ
ルスの間にあるパルス休止期間の５％である。

今のところ最適な方法としては、集塵器に先ず整流器
を介して既に比較的高い殆ど一定の基本直流電圧を印加
し、脈動する集塵器電圧を発生させるために交流電圧ま
たは間隔を置いた個別電圧パルスを前記の基本直流電圧
に重畳するという組み合わせ法が採用されている。

米国特許第3984215号明細書によれば、集塵器電圧の
大きさは集塵器のブレークダウン電圧よりも遥かに上に
あるが、しかし、集塵器の放電がアークを形成しないよ
うに非常に短いパルス持続時間にて行われる。これらの
間隔を置いた個々のパルスの時間幅、波形およびパルス
列周波数はそれぞれの集塵器負荷状態に合わせられる。
ヨーロツパ特許第0034075号明細書によれば、一定の基
本直流電圧を印加された集塵器に間隔を置いた電流パル
スが供給され、それらの電流パルスの最大振幅は、集塵
器電流の目標値に応じて集塵器がブレークオーバ電圧以
下にある最大電圧に充電されるように制御される。これ
らの電流パルスは、整流器から給電される中間回路から
所望のパルス幅に設計された振動回路式周波数変換装置
もしくは強制消弧式可変周波数変換装置により取り出さ
れ、昇圧される。集塵器電圧の脈動は、ダイオードがそ
の都度昇圧された電流パルスの一方の極性を抑制するこ
とによつて保証される。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第2713675号明細書に
おいては、三相交流電源系統の２つの相に接続されて点
弧角制御される交流調整器とこれの後段に接続された変
圧器および整流器によつて基本電圧が供給される簡単な
給電装置が提案されている。この基本直流電圧を供給さ
れる電極は結合コンデンサを介して高電圧変圧器の二次
巻線に接続され、その高電圧変圧器の一次巻線は中間接
続されたインバータを介して可制御整流器から給電され
る。それにより基本電圧には負荷に応じて50Hz〜2kHzの
範囲で可変の周波数を持つ整流されていない交流電圧が
重畳される。

しかし、分解プロセスの特性により決定されるこれら
の方法を集塵器の運転場所に使用しようとする場合に
は、より厳しい決定が適用される電源電源系統への要求
も考慮すべきである。例えば系統の無効電流負担および
高調波負担並びに電源系統の三相交流端子間の非対称負
荷の限界が考慮されなければならない。また、据え付け
コストもできるだけ少なくしなければならない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、出力電圧ほぼ最適に分離プロセスの
技術に適合可能であり、且つ電源系統への擾乱作用がで
きるだけ小さく保たれるような給電装置を提供すること
にある。つまり、例えば電源系統にとつてはcosφ≒１
の力率を可能にし、集塵器にとつては僅かの電圧崩壊頻
度もしくは短絡過電流の回避を可能にすることである。
さらに本発明の目的は、使用される構成部品の寸法およ
び放電線の負荷に関しても著しく改善することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上述の目的を達成するため、本発明によれば、変圧器
を備え、変圧器の一次巻線は電力変換器を介して電源系
統に接続され、変圧器の二次巻線は電気集塵器側の整流
器を介して電気集塵器に接続され、前記電力変換器は、
電源系統に接続された整流装置と、整流装置の出力側に
接続された直流電流調整器と、直流電流調整器に接続さ
れたインバータとからなる電気集塵器電源装置におい
て、電気系統に接続された前記整流装置とインバータと
の間に流れる直流中間回路電流を調整する直流中間回路
は、インバータの動作周波数より高い動作周波数で作動
するものである。

本発明においては、直流電流調整器はインバータの運
転に関係することなく電源系統の要求に合わせて電源系
統からパワーを取り出すことができ、インバータの転流
による悪影響から系統電源を遮蔽することができ、更に
インバータより高い動作周波数で作動することにより極
めて敏速な制御が可能となる。インバータは高周波で運
転することができ、それによってインバータの出力部の
設計を有利にし、又分離プロセスへの最適の適合が得ら
れる。

〔実施例〕

以下、図面の第１図および第２図に示す２つの実施例
を参照しながら本発明を更に詳細に説明する。

図において、Ｆは電気集塵器を示し、それの板の間に
矢印Ｍで示された媒体（例えば燃焼炉ガスまたは他の排
ガス）が通され、電気集塵器Ｆには電源系統Ｎから電圧
Ｕが供給され、この電圧Ｕは測定要素MUにより検出され
る。このために電源系統Ｎの電圧によつて電源系統側の
可制御整流装置と中間回路の電流のための制御可能なバ
イパス路を備えた集塵器側のインバータとからなる周波
数変換装置の中間回路への給電が行われる。WPは周波数
変換装置の交流出力端子に接続された高電圧変圧器の一
次巻線である。高電圧変圧器の二次巻線WSは整流器GR
H、特に非制御の整流ブリツジを介して集塵器Ｆの電極
に給電する。

可制御整流装置は、特に第１図に示されているよう
に、測定要素MIにより測定可能な中間回路直流電流Ｉの
ための電流調整要素を後段に接続された非制御の整流装
置GRであるとよい。その操作要素として、フリーホイー
リングダイオードFDを含み、操作電気弁STを備え、高周
波の特に約5kHzの動作周波数を持つ直流チョッパを直流
電流調整器としてを使用するならば、後段に接続される
中間回路リアクトルZIは（中間回路コンデンサZKと共
に）その高周波の平滑にのみ合わせさえすればよく、整
流装置GRに接続される電源系統Ｎをインバータおよび集
塵器から生じ得る悪影響から開放する。電源装置にとつ
ては対称三相交流有効負荷しか生じない（cosφ≒
１）。

電流調節器IRおよび操作電気弁STの制御装置SStによ
つて目標値Ｉ^＊に調節可能な周波数変換装置の中間回路
電流はリアクトルZIを介して（弁STの点弧時には電源電
流から、また弁STの阻止時にはフリーホイーリングダイ
オードFDを介して）インバータのスイツチング状態に関
係なくほぼ一定して流れる。

インバータは、第１図によれば、弁Tr1,Tr2,Tr3,Tr4
のブリツジ接続からなる。各弁にはダイオードD1,D2,D
3,D4が逆並列接続されていて、それにより一次巻線WPの
インダクタンスを通して流れる電流が印加直流電流に反
抗する電圧を発生する状態が可能である。

この種の回路はパルス幅変調インバータとして普通で
あり、このパルス幅変調インバータは、相応に大きい中
間回路コンデンサを介して印加される直流電圧を、正弦
波状低周波目標出力電圧の半周期内で、正弦波状にパル
ス幅変調された高周波電圧パルスの形で交互の極性で交
流電圧出力端子に接続する。この電圧パルスの場合に
は、直流電圧が直列接続されている弁の同時導通によつ
て短絡されないことがインターロツクによつて保証され
なければならない。

この回路は本発明においては、流れるリアクトルZIお
よび調節器IRにより印加される直流流のために、交流端
子への直流電流の交互の接続によつて高周波の交流電流
（動作周波数は得に１〜3kHz）を発生させるべく運転さ
れる。

その場合に、その都度半周期後に弁Tr1およびTr4もし
くはTr2およびTr3が同時に点弧されるならば、半周期に
等しい長さと直流電流に等しい振幅を有する電流パルス
が巻線WPを通して流れる。しかし半周期内で中間状態を
制御し、直列接続関係にある２つの弁（例えば弁Tr1、T
r2おもび／又は弁Tr3、Tr4）を同時に導通させることに
よって、または特別のバイパス弁によってバイパス路を
閉じ、印加直流電流を短絡的に交流電流端子に導き、高
周波の交流電流パルスの休止期間を短縮させることも可
能である。これは、既に中間回路直流電流を介して調整
可能な、交流電流振幅の付加的な高速制御を意味する。

このように直流電流のバイパス路を一時的に形成する
ことは、第１図によれば少なくとも集塵器で絶縁破壊が
検出されたときは何時でも行うことができる。集塵器電
圧Ｕの破壊は例えばしきい値回路SGによって検出するこ
とができる。インバータの制御ユニツトWSTを介して同
時に通常の点弧パルスは阻止される。

プログラム部“Program"は集塵器電圧が破壊した後イ
ンバータを遮断し、所定の時間後再びインバータの点弧
パルスを生ぜしめるように制御し、その場合に付加的に
交流電流振幅の立ち上げおよび／またはインバータ周波
数自身は絶縁破壊頻度および流入・流出する媒体の異物
含有量に依存してプログラム部によつて制御することが
できる。

変圧器に流れる電流は、常に、集塵器における絶縁破
壊時にも、印加直流電流に制限されるが、しかし変圧器
へのインバータ給電を任意に迅速に再び行い得るように
維持したままにすることが有利である。変圧器自身はイ
ンバータの高い周波数に合わせればよく、したがつて安
価になる。

例えばプログラム部によつて設定し得る動作点の安定
化のために、特に所定の動作点に属する集塵器電圧目標
値に集塵器電圧を制限する付加的な電圧制限制御ループ
が設けられる。このために目標値設定器SSにおいて設定
された電圧目標値Ｕ^＊が電圧測定要素MUによつて測定さ
れた電圧実際値Ｕと比較され、制限回路BGの制限調節器
BRを介して電流調節器IRの入力端に導かれる。

集塵器の運転のために他の異なるパラメータを考慮
し、相応に拘束の制御および調節に置き換えることがで
きる。したがつて、集塵器の運転は多くの点で最適化す
ることができる。この適応性を第２図で説明するが、し
かし用途に応じて全く別の構成にすることもできる。

この他のパラメータとしては、例えば、入力信号とし
て、原ガスにおける異物含有量（流入媒体の異物含有
量）および／または浄化ガスにおける異物含有量（流出
媒体の異物含有量）を使用することができる。集塵器の
供給電圧および／または供給電流は最適化可能であり、
特にそれらは所定の電圧／電流特性にしたがつて制御す
ることができる。この特性は原ガスにおける異物含有
量、即ち集塵器の負荷状態に依存して変化させることが
できる。更に、制御は各集塵器の絶縁破壊および槌打ち
現象の開始、終了に非常に迅速に反応することができ、
電圧の波動、即ち上限と下限との間での電圧脈動もあら
かじめ与えて最適化することができる。

この第２図においては制御可能な三相整流ブリツジDR
として可制御整流装置が示されている。この三相整流ブ
リツジDRは間接形周波数変換装置の中間回路電流Ｉ（測
定要素MIにより測定される）を変化させて高周波の調整
器出力電流の振幅を所定の調節特性にて調節するために
必要な手段をすでに備えている。

中間回路は中間回路リアクトルZIを含んでおり、この
リアクトルは中間回路電流の平滑用に設計され、場合に
よつては中間回路コンデンサと組み合わせられる。

後段に接続されたインバータARは高周波の交流電流を
発生する。これに適した第２図に示されたインバータ
は、電流形インバータとして公知である。原理的に三相
以上には多相ブリツジも可能であり、場合によつては昇
圧および整流後にできるだけ間欠のない直流を得るには
有利であるが、単相全波整流ブリツジで十分である。

通常の相順で弁TH1とTH4とが、もしくは弁TH2とTH3と
が同時に点弧され、転流コンデンサK1およびK2の反転充
電のもとで前に点弧された弁が消弧される。

バイパス点弧のための手段としてバイパスサイリスタ
TQが設けられている。この種のバイパス点弧の際に所定
の中間回路電流がリアクトルZIを介して流れ続けるが、
バイパスサイリスタTQを介して一次巻線WPをバイパス
し、したがつて一次巻線WPはインバータのどの位相でも
速やかに減磁され、そして任意に僅かの変換装置クロツ
クパルスの阻止後に再び完全な中間回路電流でもつて励
磁されることができる。したがつて、電圧崩壊後に迅速
に必要な分離電圧を再確立することができる。この種の
バイパス点弧は別のブリツジ回路において直列関係にあ
る弁の点弧によつて行うこともできる。それらは、正規
のクロツク列で点弧される弁の導通期間をインバータ出
力電流の半周期に比べて短くするために用意することも
できる。印加中間回路電流自身はこのスイツチング経過
によつて殆ど影響を受けない。

制御ブロツクPRにおいては、目標値設定器SSにて中間
回路電流の目標値Ｉ^＊もしくは出力交流電流の振幅を与
え、それの制御偏差に応じて電流調節器SRを介して可制
御整流装置の制御手段のための制御ユニツトSDRを制御
することによつて給電動作点が確定される。その場合に
目標値Ｉ^＊は特に目標値設定器SSに記憶されている電流
／電圧特性曲線にしたがつて求められ、目標値設定器SS
には電流制御プログラム部PSによつて最適な電圧Ｕ^＊の
値が与えられる。その場合に集塵器供給電圧の前述の脈
動を発生させるために、電圧Ｕ^＊は例えば燃焼炉ガスセ
ンサRGで測定される異物残留量に応じて周期的に変化さ
せることができる。電圧Ｕ^＊のための最適な基本レベル
は、燃焼炉ガスセンサEGによつて原ガス中異物含有量に
応じて決めるか、または一方では高い分離効率が得られ
他方では測定要素MUにおいて検出され絶縁破壊の発生頻
度が少なくなるように反復探索方式の枠内で変化させて
もよい。

一般に予め与えられた電圧値Ｕ^＊に電圧制限すること
が好ましい。このために電流目標値を制限する制限回路
BGに作用する制限調節器BRに供給電圧Ｕの目標値−実際
値偏差が入力される。例えばブレークオーバ後に供給電
圧を所定の曲線経過にしたがつて立ち上げることができ
るようにするために、制限調節器PRの目標値入力端にソ
フトスタート関数発生器HGを設け、この関数発生器の最
終値を（例えば電圧測定要素MUで測定される集塵器の絶
縁破壊の頻度に依存させて）パルスプログラム部PIによ
つて変化させることもできる。両プログラム部PSおよび
PIにおいては、それぞれの可能な運転状態のためのソフ
トスタート関数発生器HGおよび／または目標値設定器SS
の制御によつて、例えば槌打過程（分離した異物の除
去）でも交流電流の制御への最適な関係を可能にするた
めに、その都度分離のために用意された技術に応じて別
の実際値−目標値関係を処理することができる。集塵器
特性曲線上におけるその都度与えられた動作点に応じ
て、電圧制限調節器BRは集塵器の絶縁破壊点に近くまで
給電の安定運転を可能にし、それにより集塵器の絶縁破
壊頻度が減少し、集塵器寿命が高められる。

更に、パルスプログラム部PIは、インバータ出力周波
数、したがつてインバータARの高周波数を、インバータ
制御ユニツトWStのための相応の運転依存性の制御信号
により発生させる目的を有する。また、パルスプログラ
ム部PIは、電圧崩壊後におけるバイパスサイリスタTQ、
インバータの一次停止および再始動のためのスイツチン
グ信号をも発生する。更に、高電圧整流器GRHの周期的
阻止によつて、取り出される直流電流を遮断し（パツケ
ージ形成）、それにより同様に集塵器における電圧脈動
を強制させることができる。

集塵器の基本直流電圧のこの制御によつて、付加的な
絶縁高電圧パルスの使用が不安になる。しかし、第２図
に示されている結合コンデンサKKは、集塵器の相応の入
力端子HFIに印加され得るこの種のパルスの付加的な印
加も容易にする。

交流電流として高周波を使用することにより、変圧器
の価格を低減することができる。中間回路リアクトルに
ついても同様に低廉することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は発明による電気集塵器の給電装置
の互いに異なる実施例を示す回路図である。 Ｆ……電気集塵器、WP……変圧器一次巻線、WS……変圧
器二次巻線、Ｎ……電源系統、GR……整流装置、ST……
操作電気弁、DR……可制御整流装置、ZI……中間回路リ
アクトル、Tr1〜Tr4……弁、D1〜D4……ダイオード、FD
……フリーホイーリングダイオード、TH1〜TH4……弁、
TQ……バイパスサイリスタ。

フロントページの続き (72)発明者 フランツ、ノイリンガー ドイツ連邦共和国エルツハウゼン、アム フアルトール７ (72)発明者 ヘルムート、シユンマー ドイツ連邦共和国ホイゼンシユタム、グ スタフアドルフシユトラーセ27 (56)参考文献 特開 昭53−21468（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−35769（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−33247（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−15172（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】変圧器を備え、変圧器の一次巻線は電力変
   換器を介して電源系統に接続され、変圧器の二次巻線は
   電気集塵器側の整流器を介して電気集塵器に接続され、
   前記電力変換器は、電源系統に接続された整流装置と、
   整流装置の出力側に接続された直流電流調整器と、直流
   電流調整器に接続されたインバータとからなる電気集塵
   器電源装置において、電源系統に接続された前記整流装
   置とインバータとの間に流れる直流中間回路電流を調整
   する直流中間回路は、インバータの動作周波数より高い
   動作周波数で作動するものであることを特徴とする電気
   集塵器電源装置。
2. 【請求項２】インバータは変圧器の一次巻線をその都度
   所定の高周波の動作クロックの半周期内において所定の
   パルス持続期間電力変換器の直流中間回路に接続し、変
   圧器はその動作クロックの高周波数に合わせて構成され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電
   気集塵器電源装置。
3. 【請求項３】集塵器側整流器は非制御の整流器であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載
   の電気集塵器電源装置。