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高压脉冲电源的仿真与设计研究文献综述

 2022-09-20 11:11:25  

文献综述(或调研报告):

静电除尘是一种有效脱除工业废气中固体尘粒的技术方法。电除尘器在我我国已有30年以上的历史,自然作为电除尘器的重要部分——高压电源也已经走过30多年的历程了。在这30多年中,电除尘器电源有单相工频可控整流电源、工频恒流电源、三相可控整流电源、中频电源、调频式高频电源和调幅式高频电源及脉冲电源等多种形式。但是从研发和应用的广度和深度来看,从1985年至2000年主要是工频电源,这是第一个里程碑;2001年至2015年主要是第二个里程碑——高频电源;2015年开始,电除尘高压电源已经步入了第三个里程碑——脉冲电源。而从供电方式上看,则可分为直流供电、间歇供电和脉冲供电三种,三种供电方式各具特点且在国内除尘现场均占据一定的应用比例,或被组合使用在电除尘器的不同电场,以达到更好的除尘效果。

高压直流是电除尘器最早采用的供电方式,高压电场使气体电离,即产生电晕放电,进而使粉尘荷电,并在直流电场力的作用下,运动吸附在阳极收尘极板上。由于采用工频升压,不可避免的存在一些固有问题:如三相供电不平衡导致功率因数较低,变压器体积和漏感大使闪络电流切断和除尘器电压恢复时间较长,输出电压脉动大导致输出平均电压低等,因而工频除尘电源除尘效率较低。

第二种是间歇供电方式。间歇供电方式可以运行于工频、中频和高频电源。由于ESP负载的容性稳压作用,调节晶闸管触发角,可在ESP上获得周期性的高、低电压间歇工作的波形。中频电源的调压特性较好,通过控制基波脉宽调制度可线性调整间歇工作方式下高、低电压的幅值,高频电源可通过调频和调节脉冲宽度改变输出电压大小。间歇供电方式实质上是一种强度较低的毫秒级脉冲供电方式,高电压波形期间,收尘极粉尘层电场强度增加,在达到临界反电晕前转为低电压供电,为粉尘层电荷的泄放提供了充足的时间,尽管抑制反电晕的效果略逊于脉冲供电,但其仅需在现有的直流电源基础上改变控制方式,成本低廉且提效降耗效果显著。然而,间歇供电的电源装置瞬时输出电流和功率较大,因此需要提高开关管和变压器的容量。

第三种为脉冲供电。对尘粒的荷电研究表明,电除尘器峰值电压越大,电晕强度和粉尘荷电能力越强,而荷电尘粒的收集速度则取决于电场电压均值。传统供电方式中,电晕荷电场强也是收尘场强,由于反电晕现象,两者相互制约而影响除尘效率的提高,因此,若对两个电场用两个独立的电源供电,脉冲高压实现高强度电晕放电,直流高压维持收尘场强,则可以实现高的除尘效率,抑制反电晕和降低火花率。

通过对大量文献的阅读与研究,可以概括出脉冲电源的四个特点:大大提高除尘效率,有效克服反电晕,可实现节能,可针对PM2.5及超细粉尘。

脉冲高压电源以窄脉冲(120s及以下)电压波形输出为基本工作方式,其主要目的,是在不降低或提高除尘器运行峰值电压的情况下,通过改变脉冲重复频率调节电晕电流,以抑制反电晕的发生,使电除尘器在收集、高比电阻粉尘时,有更高的收尘效率。

常见的脉冲供电装置有三种类型:

第一种型式是脉冲高压电源装置使用火花间隙产生脉冲。这种方法虽然装置简单费用较低,但要求有高精度的维护水平,电极容易烧蚀,不能长期连续工作,其脉冲宽度在微秒量级或更窄,工作峰值电压比常规电源提高显著,功率容量做的较小。

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