电除尘恒压源与恒流源技术比较

   在工业电除尘等领域，恒流电源得到广泛的应用。本文介绍应用可控硅的除尘电源和恒流除尘电源原理以及他们各自的特点。

 

一、可控硅电源的供电原理

  可控硅电源主要是通过两个反向并联的可控硅控制高压整流变压器一次侧电压，整流变压器将该电压升压后经高压硅堆整流处理得到所要求的直流电压，改变可控硅的触发角来调节高压输出的平均电压。可控硅电源通过将反馈信号综合放大与预置值进行比较后控制可控硅的触发角，达到控制输出电压的目的，其主要功能一是对信号综合处理后确定输出相位以决定可控硅的导通角，实现对负载的电压跟踪；二是在火花放电时，封锁可控硅，从而达到熄弧或闪络封锁的目的。

    可控硅电源是以电压源供电为基础的，因此可以分析它所需要的反馈特性。由于尘埃粒子或酸雾粒子呈较高的比电阻时，浓度的增加将使本体对外的等效阻抗增加，可控硅电源调节的是电压，二次电流是由本体阻抗所决定的，因此在电压不变的情况下，阻抗Z增大，势必使二次电流减小，注入电场的电功率也相应减少。U为电源电压，可以通过可控硅的导通角来改变。Z为电除尘器的等效阻抗，I为电除尘器的供电电流。所以根据欧姆定律I=U÷Z得到表一的跟踪特性。

 

浓度	电阻Z	电流I	功率P	效率
↑	↑	↓	↓	↓
↓	↓	↑	↑	↑

表一可控硅电源供电的负载跟踪特性

   另一方面，当电除尘油器内部发生火花放电时，则Z为火花通道的等效阻抗，随着放电的发展Z是下降的，若发展到电弧，只有几个欧姆，但需要不断注入能量，因此还可得到表二的结果。

 

放电	电阻Z	电流I	功率P	效果
↑	↓	↑	↑	不能抑制

 表二电压源供电的火花抑制特性

   由以上的分析可以得出这样一个结果：用电压源供电时电源的输出功率与尘粒或酸雾浓度的变化成负反馈，而与火花放电的发展成正反馈，因此可控硅电源的工作基础是反馈控制回路的特性，目前由于计算机控制技术的使用，使得可控硅电源的可靠性和运行性能得到了很大的发展，但由于可控硅是被动关断器件，在导通周期以内是不受控的，所以火花击穿的临界电压较低，电晕电流也难以控制，影响沉积效果。

二、恒流电源的供电原理

   恒流高压直流电源的电路包括三个部分，如下图所示。第一部分L-C变换器，它是由电感L和电容C组成一个四端网络，将电压源转换成电流源；第二部分直流高压发生器，主要由高压变压器和整流桥组成，第三部分反馈控制主要由半导体器件和接触器构成。 恒流电源通过L-C谐振回路将电压源变换为电流源，调节的是电流，因此我们称之为“电流源”。恒流电源控制的是电流输出，而二次电压确是由本体内部的阻抗Z决定的。所以根据欧姆定律U=I×Z得到表三的跟踪特性。

 

浓度	阻抗Z	电流I	功率P	效率
↑	↑	不变	↑	↑
↓	↓	不变	↓	↓

表三电流源供电的负载跟踪特性

    当电除尘器内部发生火花放电时，用电流源供电时则得到如表四的火花抑制特性。

 

放电	电阻Z	电流I	功率P	效果
↑	↓	↓	↓	抑制

   表四电流源供电的火花抑制特性

 

   电场某一局部由电晕放电向火花击穿过渡是需要时间和功率的，脉冲供电控制电压脉冲宽度，使得电场还来不及发展成火花击穿，电压脉冲就结束了，于是提高了火花击穿的临界电压，对可控硅电源来说，可控硅一旦导通切出一块电压U以后，向放电区馈送的功率P=U2/Z，由电晕放电向火花击穿过渡时，放电区的等效电阻Z随离子浓度的增加面减小，这就促使P=U2/Z更大，放电更容易发展，Z进一步降低，这相当于一个正反馈的物理过程，于是很容易导致火花击穿，而电流源供电时，情况正好相反，这时向放电馈送的功率为P=I2×Z，Z减小P也减小，抑制了放电的进一步发展，这相当于一个负反馈的物理过程，因此火花击穿的临界电压明显提高。

三、恒流电源比可控硅电源供电的优势

   恒流供电能保证足够的电晕电流而不容易转化为贯穿性的火花击穿，实现电压自动跟踪。可控硅电源供电时，控制量实际上是电压，而电流是随机量。在阻抗浓度较大，集尘极积尘较厚时，电晕电流往往变得很小。电流源供电时，控制量是电流。不论工况如何，电晕电流是可以根据需要来确定的，而电压是随机量，与前者正好形成对偶关系。

   恒流电源供电可以轻而易举地实现电压自动跟踪，而不需要任何反馈控制电路。例如含尘（酸雾）粒子浓度增加时，宏观体现为放电区的等效电阻增大。由于外电路提供的电流不变，所以电场上的电压就自然上升了。此外，能有效克服电晕电流“闭塞”现象，对电极肥大的适应性也较强，电极肥大或集尘极积尘加厚时，电压同样会自动上升，而可控硅电源供电时，在上述情况下，电压需要通过反馈来控制可控硅的导通角来提高电压，这就必然带来几个工频周期的延时，若电源和本体配置不当，导通角已到最大，则控制无法进行，只能是电流下降的结果。

    因此，恒流供电能大大提高沉积效率，由于采用恒流供电技术，注入到电场的电功率增加，所以除尘除雾效率得到了明显的提高。

四、恒流电源的特点

1）运行可靠性高

    恒流源没有复杂的电子线路，无接插件，允许高压持续短路和突发短路（相当于电场的频繁火花放电），不会烧坏任何元件。对于除酸雾的塑料电场本体来说恒流还有一个重要意义，当火花击穿时，不易烧穿塑料阳极筒壁。

 

2）节电效果明显

   功率因素高，COSφ=0.9~1。而且不随运行的功率水平变化，可以显著降低前级供电变压器的容量。高压发生器的体积重量比可控硅电源小得多，在一些无防爆要求的场合，高压发生器可以直接装在电场本体顶部。

 

3）具备多种保护措施

   具有过电压、持续欠电压和过氧保护电路，能自动报警和跳闸。恒流电源的发展，给静电沉积技术带来了新的特点，在化工、冶金、建材、纺织和发电等行业的实际应中，取得了始料未及的效果，运行效率明显提高。通过两千多台套的工业应用，我们得到了诸多领域的应用经验，并取得了显著的社会效益和环境效益。