JPH0852380A

JPH0852380A - 電気集塵装置

Info

Publication number: JPH0852380A
Application number: JP18943394A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Goto; 匡志後藤; Shigeki Base; 茂樹馬瀬; Sakao Sugiura; 坂男杉浦; Osamu Kawabata; 理川畑; Toshinori Kamei; 俊典亀井
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1994-08-11
Filing date: 1994-08-11
Publication date: 1996-02-27

Abstract

(57)【要約】【目的】出力電圧、電流波形のリップル率を任意に設
定し、リップルのない直流高圧等を出力でき、しかもコ
ストアップのない電気集塵装置を提供する。【構成】３相低圧交流電源１１から供給された交流
が、整流回路１２で整流され、直流リアクトル１３とコ
ンデンサ１４を通過して平滑化されて直流に変換され
る。この直流は、制御装置１７により制御されるスイッ
チング回路１６において、高周波交流パルスに変換され
る。この高周波交流パルスは、高圧変圧整流器２０を構
成している高周波トランス２１に入力され、昇圧されて
整流器２２、直流リアクトル２３を経て、整流された直
流高圧となり、この直流高圧がＥＰ２４に供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、空気中の塵埃を除去
し、煙害の除去等に適用される電気集塵装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】煙害の除去等に用いられる空気中の塵埃
を除去する電気集塵装置は、重要なものとなっている。
従来における電気集塵装置は、図１０に示される低圧交
流電源１と、サイリスタ２ａ，２ｂ、制御装置３から構
成される制御盤４と、高周波トランス５、整流器６、直
流リアクトル７から構成される高圧変圧整流器８と、集
塵室であるＥＰ９から構成される。

【０００３】上記の構成において、逆並列に接続された
サイリスタ２ａ，２ｂによって低圧交流電源１が調整さ
れ、高周波トランス５で昇圧、整流器６において整流さ
れ、直流リアクトル７を経てＥＰ９の放電極に直流高圧
が供給される。設置場所は、高圧変圧整流器８がＥＰ９
の上側となり、また、制御盤４は電気室となっている。
ＥＰ９に供給される電力の調整は、制御装置３がサイリ
スタ２ａ，２ｂの点弧角を制御することにより行なわれ
る。図１１（ａ）に従来における直流高圧電源装置の出
力、即ちＥＰ９に出力される電流波形を、図１１（ｂ）
に出力電圧波形を示す。電圧は、電流が流れている時の
み上昇し、電流が流れていない時には、ＥＰ９の持つ時
定数により徐々に下降する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の電気集
塵装置においては、図１１に示すように、出力電流、電
圧の出力波形は直流ではあるが、リップル分を含んでい
る。また、ＥＰ９の電圧波形は、電流が流れている時の
み上昇し、電流が流れていない時にはＥＰの時定数によ
って下降する。これは、ＥＰ９の負荷条件により変動す
る。一方、ＥＰ９内部での火花放電は、出力電圧波形の
リップルのピーク付近で発生するため、リップルの大き
い負荷条件のＥＰ９においては、火花放電に対する荷電
抑制によって十分な平均電圧、及び電流密度が得られな
い現象が生じている。これに対し、ＥＰ９と並列に平滑
用のコンデンサ（図示せず）を接続してリップルの発生
を抑制しているが、大容量で高耐圧のコンデンサが必要
となり、高価となるため、リップルの小さい電源装置が
必要である。

【０００５】また、商用電源を昇圧するため、図１０に
示す高周波トランス５における損失や重量が比較的大き
くなり、現在、出力電流が２５００ｍＡ程度のものが最
大容量となっている。このためＥＰ９の大容量化に対し
ては、複数の電源装置が必要となり、高価になる。

【０００６】その他の問題点としては、商用電源を用い
て制御するため、間欠荷電の周期の基準は、１／２ｆ
（ｆは商用周波数）で固定され、その他の周期で荷電す
るためには、別途パルス発生装置等を使用しなければな
らない。また、上記商用電源を用いた制御のために火花
放電の抑制制御が、数ｍｓｅｃオーダまでしか追従でき
ないことにより、急速に荷電を復帰し、性能低下を防止
することが不可能であること等がある。

【０００７】この発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、出力電圧、電流波形のリップル率を任意に設定し、
リップルのない直流高圧等を出力でき、しかもコストア
ップのない電気集塵装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、低圧交流電
源を電力制御素子にて制御し、高圧変圧整流器により昇
圧、整流して放電極へ接続してなる電気集塵装置におい
て、上記低圧交流電源から供給される交流を直流に変換
して平滑化するコンバータと、このコンバータにより変
換された直流をスイッチング回路で高周波交流に変換す
るインバータと、このインバータに周波数指令を出力す
る制御装置と、上記インバータから出力される高周波交
流を高周波トランスで昇圧したのち整流して上記放電極
に供給する高圧変圧整流器とを具備したことを特徴とす
る。

【０００９】

【作用】低圧交流電源から供給された交流が、コンバー
タによって整流されて直流に変換され、次にインバータ
において上記直流は、高周波交流に変換される。また、
制御装置から上記インバータに周波数指令が送出され、
上記高周波交流の出力は制御される。次に上記高周波交
流の出力は、高圧変圧整流器を経て、直流高圧として出
力される。

【００１０】上記のように、制御装置がインバータに対
して周波数指令を行なうことにより、出力電圧、電流波
形におけるリップル率を任意に設定することができ、リ
ップルのない直流高圧を出力できる。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図１は、この発明の一実施例に係る電気集塵
装置の構成図である。図１に示すように、電気集塵装置
は、交流電源としての３相低圧交流電源１１と、サイリ
スタあるいはダイオードを用いた整流回路１２、直流リ
アクトル１３、コンデンサ１４、スイッチング回路１
６、制御装置１７から構成される制御盤１８と、高圧変
圧整流器２０と、この高圧変圧整流器２０の下側に設置
される集塵室であるＥＰ２４により構成される。

【００１２】上記整流回路１２、直流リアクトル１３、
コンデンサ１４から構成される部分は、コンバータ１５
であり、３相低圧交流電源１１から供給される交流を整
流回路１２において整流し、直流リアクトル１３及びコ
ンデンサ１４からなる平滑回路により平滑してスイッチ
ング回路１６へ出力する。

【００１３】スイッチング回路１６は、複数個の絶縁ゲ
ートバイポーラトランジスタ、即ちＩＧＢＴ等により構
成され、制御装置１７から与えられる電圧信号によって
スイッチング動作し、高周波交流パルスを発生させる。
このスイッチング回路１６は、インバータとして作用
し、直流電圧より高周波交流パルスを発生して高圧変圧
整流器２０に供給する。

【００１４】高圧変圧整流器２０は、高周波トランス２
１、整流器２２、直流リアクトル２３により構成され
る。高周波トランス２１は、スイッチング回路１６から
出力された上記高周波交流パルスを昇圧し、整流器２
２、直流リアクトル２３は、昇圧された高周波交流パル
スを整流する。この結果、直流高圧出力が得られ、この
直流高圧出力は、ＥＰ２４の放電極に供給される。

【００１５】図２は、図１におけるスイッチング回路１
６の構成を示す図である。図２に示すように、スイッチ
ング回路１６は、Ｖ／Ｆ（電圧／周波数）変換回路３
１、ドライブ回路３２、ＩＧＢＴ３３により構成され、
ドライブ回路３２とＩＧＢＴ３３からなる部分はインバ
ータ回路３４である。Ｖ／Ｆ変換回路３１は、制御装置
１７から供給される電圧信号を周波数信号に変換してハ
イブリッドＩＣにより構成されるドライブ回路３２に送
出し、ドライブ回路３２において、ＩＧＢＴ３３を駆動
するために必要な信号を作り出す。ＩＧＢＴ３３は、μ
ｓｅｃオーダで高速スイッチングを行なう。またＩＧＢ
Ｔ３３の他に、ＳＩサイリスタ、ＳＩトランジスタ、パ
ワーＭＯＳＦＥＴ、絶縁ゲートトランジスタ、バイポー
ラ型ＭＯＳＦＥＴ等も、代替素子として挙げられる。

【００１６】図３は、図２に示すＩＧＢＴ３３を駆動さ
せるために必要なＶ／Ｆ変換回路３１及びドライブ回路
３２部分の構成を更に詳細に説明するブロック図であ
る。同図に示すように、Ｖ／Ｆ変換回路３１から周波数
信号１０１が、立上がり検出部４１に送出されて上記周
波数信号１０１の立上がり部分が検出され、周波数信号
１０２が生成される。この周波数信号１０２が、立上が
り検出部４２と立下がり検出部４３に送出され、それぞ
れ周波数信号１０２の立上がり部分、立下がり部分が検
出される。これにより、立上がり検出部４２からは周波
数信号１０３がドライブ回路３２ａに出力され、立下が
り検出部４３からは周波数信号１０４がドライブ回路３
２ｂに出力される。

【００１７】次に上記実施例の動作について説明する。
図１において、３相低圧交流電源１１から供給された交
流出力が、制御盤１８における整流回路１２に入力され
て整流され、直流リアクトル１３とコンデンサ１４で構
成される平滑回路を通過することにより直流出力が得ら
れる。この直流出力は、制御装置１７から出力される電
圧信号によってスイッチング回路１６が数十μｓｅｃオ
ーダでオン／オフされることにより、高周波交流パルス
に変換されて出力される。上記高周波交流パルスは、高
周波トランス２１により昇圧され、整流器２２、直流リ
アクトル２３を経て整流され、直流高圧がＥＰ２４に荷
電される。

【００１８】上記した動作において、制御装置１７は、
スイッチング回路１６に送出する電圧信号を変化させる
ことで周波数指令を行なう。即ち制御装置１７は、上記
周波数指令によってスイッチングのタイミングを変え、
高周波交流パルス密度を変化させてリップル率を操作す
る。

【００１９】また、上記スイッチングの動作において、
図２に示すスイッチング回路１６内部のＩＧＢＴ３３を
オンさせるタイミングについては、図３、及び図４に示
すように、Ｖ／Ｆ変換回路３１から出力された周波数信
号１０１は、立上がり検出部４１に出力される。次に、
立上がり検出部４１において上記周波数信号１０１の立
上がり部分が検出されて生成された周波数信号１０２
が、立上がり検出部４２と立下がり検出部４３に出力さ
れる。立上がり検出部４２は、周波数信号１０２の立上
がり部分を検出して生成した周波数信号１０３をドライ
ブ回路３２ａに送出し、立下がり検出部４３は、周波数
信号１０２の立下がり部分を検出して生成した周波数信
号１０４をドライブ回路３２ｂに送出する。これによ
り、ＩＧＢＴ３３における高速スイッチング動作が可能
となる。

【００２０】また、図５（ａ）にリップル率０％時にお
けるスイッチング回路１６の出力、即ちＩＧＢＴ３３の
出力電圧波形を、図５（ｂ）には、ＥＰ２４に出力され
る直流高圧の電圧波形を示す。リップルのない出力を得
る場合、スイッチング回路１６におけるスイッチング周
波数を一定とし、その最大スイッチング周波数は、例え
ば２０ｋＨｚである。

【００２１】図６（ａ）は、リップル率１００％時にお
けるＩＧＢＴ３３の出力電圧波形を、図６（ｂ）は、Ｅ
Ｐ２４に出力される電圧波形を示す。図６に示すよう
に、出力電圧は、１００％リップルの出力を得る場合、
スイッチング回路１６におけるスイッチング周波数は、
０〜４０ｋＨｚの間で変化させる。制御装置１７から出
力する電圧信号が高いほど、スイッチング周波数は高く
なる。また、リップル率と周波数の関係は、リップル率
１００％でスイッチングにおける中心周波数をｆとした
時、上限周波数は２ｆとなり、下限周波数は０となる
（この実施例においてはｆ＝２０ｋＨｚ）。また、例え
ばリップル率５０％の時には、上限周波数は１．５ｆと
なり、下限周波数は０．５ｆとなる。

【００２２】スイッチング回路１６は、プラスとマイナ
スのパルスを出力するが、マイナスのパルスはプラスと
プラスの中間点で出力するのではなく、図５（ａ）、図
６（ａ）に示すように、プラスのパルスを出力した後、
すぐに出力させている。これは、ＥＰ２４における火花
放電による短絡現象に伴なう過電流が流れるので、一時
的に荷電を遮断する必要があるためである。もし、プラ
スとプラスのパルスの中間点にマイナスのパルスを出力
するようにした場合、プラスとマイナスのパルスの間で
火花放電が発生すると、プラスのパルスを出力した後で
荷電の遮断が行なわれる。そして、荷電開始はプラスの
パルスで始まるため、プラスのパルスが続くことにな
り、この現象は、高周波トランス２１にとって好ましく
ない。従って上記現象を少なくするためにプラスのパル
スの出力後、すぐにマイナスのパルスを出力するように
している。

【００２３】また、スイッチング回路１６におけるスイ
ッチング周波数とＥＰ２４に出力される電圧との関係を
図７に示す。同図に示すように、スイッチング周波数と
出力電圧とは比例関係にあり、０ｋＶ出力の時、スイッ
チング周波数は、０Ｈｚである。

【００２４】上記したように、制御装置１７からスイッ
チング回路１６に送出する電圧信号による周波数指令に
よって、出力におけるリップル率も変化させることがで
きるが、図８に、例えばリップル率を１００％とする時
の制御装置１７から出力される電圧信号の波形を示す。
同図に示すように、リップル率を１００％とする場合
は、１０Ｖの振幅を持つ正弦波の電圧出力となる。ま
た、間欠荷電を含む従来電源装置ベースで使用する場
合、同図における１サイクル時間は、８．３ｍｓｅｃ
（１２０Ｈｚ）程度であり、また、従来の間欠荷電より
も荷電時間が短い荷電方式であるパルス荷電を実施する
際には、上記１サイクル時間は、２．５ｍｓｅｃ（４０
０ｐｐｓ）程度である。

【００２５】この発明における電気集塵装置において、
高周波パルス密度、即ちスイッチング周波数が一定であ
れば、リップルのない出力が可能である。また、図７に
示すように、スイッチング周波数と出力電圧とは比例し
ているので、スイッチング周波数が最大で一定の時、即
ちこの実施例においては、２０ｋＨｚ一定の時にリップ
ルのない最大出力が得られる。但し、リップル率を変化
させる場合には、スイッチング周波数の最大値である２
０ｋＨｚは上記リップル率に応じて変化する。

【００２６】上記のように、３相低圧交流電源１１から
供給される交流を一旦直流に変換し、スイッチング回路
１６において高周波交流パルスを発生させることによ
り、ＥＰ２４と並列に高価なコンデンサを接続しなくて
もリップル分のない直流高圧を出力できる。また、コス
トアップも抑えることができる。また、高周波交流パル
スを昇圧するので、高周波トランス２１の鉄心の飽和点
が小さくなって鉄心を小さくできることにより、高周波
トランス２１の体積を小さくすることが可能である。ま
た、ＩＧＢＴ３３等の素子によるスイッチング動作によ
り、高周波交流パルスにおけるパルス密度を変化させる
ことで出力波形のリップル率が任意に設定でき、リップ
ル分のない直流高圧出力を初め、間欠荷電の周期も任意
に調整できるため、パルス発生装置等がまったく不要に
なる。加えて上記リップル率を可変できるため、ＥＰ２
４の負荷条件に左右されず、ＥＰ２４に印加する最適な
電圧波形（ピーク値、平均値、ピーク繰り返し周期）を
出力できる。この他に、従来、サイリスタにより行なっ
ていた位相制御をＩＧＢＴ等の素子を用い、スイッチン
グ制御により行なうので、火花放電の抑制制御を数ｍｓ
ｅｃのオーダから数十μｓｅｃのオーダまで短縮できる
ため、火花放電の抑制制御による復帰時間が短縮でき、
性能の低下を防止できる。

【００２７】この発明の電気集塵装置においては、上記
したように、間欠荷電の周期、即ち間欠荷電の荷電時間
と休止時間が自由に設定でき、従来電源装置ベースの荷
電率１／３で間欠荷電を行なったときは、例えば図９に
示すように、荷電時間は８．３ｍｓｅｃ、休止時間は１
６．６ｍｓｅｃとなる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
低圧交流電源から供給される交流を直流に変換して平滑
化するコンバータ、上記直流をスイッチング回路で高周
波交流に変換するインバータ、及びこのインバータに周
波数指令を出力する制御装置とを設けたことにより、上
記高周波交流におけるパルス密度を変化させることがで
き、出力電圧、出力電流波形におけるリップル率を任意
に設定することができるので、リップル分を含まない直
流高圧や、間欠荷電等の出力波形を得ることができる。
また、上記高周波交流のパルスを作り出すことにより、
高価なコンデンサを用いることなくリップルのない直流
高圧が得られるため、コストアップを抑えることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る電気集塵装置の構成
図。

【図２】同実施例におけるスイッチング回路の構成図。

【図３】同実施例におけるＶ／Ｆ変換回路からドライブ
回路までの構成を更に詳細に説明するブロック図。

【図４】同実施例におけるＩＧＢＴをオンさせるタイミ
ングを説明する図。

【図５】同実施例におけるリップル率０％時のスイッチ
ングによる高周波交流パルスの出力波形とＥＰに出力さ
れる電圧波形を示す図。

【図６】同実施例におけるリップル率１００％時のスイ
ッチングによる高周波交流パルスの出力波形とＥＰに出
力される電圧波形を示す図。

【図７】スイッチング周波数とＥＰに出力される電圧と
の関係を示した図。

【図８】スイッチング回路が制御される際、リップル率
１００％とした時に制御装置から出力される電圧信号を
示す図。

【図９】従来電源装置ベースの荷電率１／３で間欠荷電
を行なった時の荷電時間と休止時間を示す図。

【図１０】従来における電気集塵装置の構成図。

【図１１】従来における電気集塵装置のＥＰに出力され
る電流、電圧波形を示す図。

【符号の説明】

１１３相低圧交流電源１２整流回路１３直流リアクトル１４コンデンサ１５コンバータ１６スイッチング回路１７制御装置１８制御盤２０高圧変圧整流器２１高周波トランス２２整流器２３直流リアクトル２４ＥＰ３１Ｖ／Ｆ変換回路３２，３２ａ，３２ｂドライブ回路３３ＩＧＢＴ３４インバータ回路４１，４２立上がり検出部４３立下がり検出部

フロントページの続き (72)発明者川畑理兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者亀井俊典兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】低圧交流電源を電力制御素子にて制御
し、高圧変圧整流器により昇圧、整流して放電極へ接続
してなる電気集塵装置において、上記低圧交流電源から
供給される交流を直流に変換して平滑化するコンバータ
と、このコンバータにより変換された直流をスイッチン
グ回路で高周波交流に変換するインバータと、このイン
バータに周波数指令を出力する制御装置と、上記インバ
ータから出力される高周波交流を高周波トランスで昇圧
したのち整流して上記放電極に供給する高圧変圧整流器
とを具備したことを特徴とする電気集塵装置。