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摘要： 电除尘器用可控硅智能控制三相高压整流设备为一种新型电源，以其三相平衡、功率因数高、节能、高效，可超大功率输出的显著特点，为现阶段国内广泛使用的可控硅控制单相高压整流设备升级换代提供有力的技术支持。可控硅智能控制三相高压整流设备技术在静电除尘器中的使用，既符合国家环保政策的需要，又有利于企业经济效益和社会效益的提高。
关键词： 电除尘器；三相高压整流设备；节能
0 前言
改革开放以来，特别是2000年以后随着工业的蓬勃发展，企业在环保设备方面的投入日益加大。极大地促进了静电除尘器供电电源技术的革新与发展，自动化控制在静电除尘设备当中的应用直接促进了除尘电源技术的升级换代。近几年，中频调幅、三相电源、高频开关等电源的成功研制，极大地提高了静电除尘器的工作效率，进一步地推动了除尘电源技术的发展。邯钢435M2烧结机在筹建之初通过对现行环保技术的发展及成本情况分析后采用可控硅控制三相高压整流设备系统，投产后取得了可观的经济效益和社会效益。
1 现行除尘电源设备的简要分析
1）主流产品——可控硅控制单相高压整流设备，国内目前使用范围最广的除尘电源设备，约占电除尘器电控设备使用总量的80%以上。
优点：价格低廉，技术成熟，闪络控制能力好。
缺点：单相调压，引起严重的三相用电不平衡，存在多次谐波干扰。功率因数小，有功功率低，浪费电力资源。容易发生放电现象。
2）换代产品——可控硅控制三相高压整流设备系统，现阶段国内的主打产品。
優点：三相动态平衡，对电网干扰小，减少电网投资，功率因数较高，极大提升了电力利用率。二次电流、电压输出波形纹波小，电晕电压平均值高，电晕电流密度大，在电除尘器条件相同的情况下，与可控硅控制单相高压整流设备比较，其可向电除尘器注入更大的能量，进一步提高了静电除尘器的工作效率。对于高浓度粉尘、高比电阻粉尘等工况有较好的适应性。
缺点：成本较高，调相调压，有谐波干扰，闪络控制能力差。
3）高端产品——IGBT变流控制中频正弦高压整流设备系统。目前国内主要攻关的研发项目。
优点：三相供电，电流控制精度高，电晕能耗损失小，闪络控制能力优（>2ms），调幅调压，功率因数高。对于高浓度粉尘、高比电阻粉尘等工况有较好的适应性。
缺点：成本高，电路复杂，工艺难度大，目前这种电源还未进入实用阶段。
4）高端产品——IGBT变流控制的高频方波高压整流设备系统。
优点：电流控制精度高、三相供电、二次电压波动小，电晕低损耗，闪络控制能力强。增强了静电除尘器的收尘效率和供电性能。对于高浓度粉尘、高比电阻粉尘等工况的适应性较好。
缺点：电源容量小，调宽调压，峰值电压不受控，对复杂工况条件下的适应能力差。目前这种电源还依赖进口。
2 可控硅控制三相高压整流设备的技术性能
2.1 控制单元
芯片采用28系列DSP控制器TMS320F2812芯片，模数转换采用ADS8364芯片等现代控制领域最先进的芯片。TMS320F2812芯片内含32位微处理器，主频150MHz，ADS8364芯片内含高速6通道同步采样接口和16位A/D转换。它们共同完成A/D转换后进行实时快速处理的功能，提高了对除尘设备的控制精度。
2.2 高精度能级控制和微细火花检测
在电除尘器电场中产生火花闪络时，其二次电流波形在闪络前即产生了微小的畸变，即低能级微细火花，对此波形进行分析，必须具有相当高的分辨率，且在全时域内检测才能实现，只有实现对火花能级的检测，才能实现相应的能级控制。使电除尘器始终工作在电场强度的最高点。
2.3 独特的数字锁相技术
我们采用的三相同步电路，三相电流反馈电路配合数字锁相技术能够实时跟踪电网频率，提高移相触发脉冲的控制调节精度，保证三相输出电流的动态平衡。
2.4 控制模式
1）少火花跟踪控制模式：自动跟踪火花放电点运行。火花灵敏度：1～100以内数值可选择，数值越小灵敏度越高。火花率：0～30/分钟以内数值可选择，当选择“0”时为无火花跟踪，当达到火花临界点时微微减小可控硅导通角，阻止火花闪络的发生，而后再跟踪到火花临界点，如此反复跟踪，达到有效的跟踪电场强度最高点的目的。
2）峰值跟踪控制模式：同少火花跟踪控制模式，自动跟踪二次电压、电流峰值的乘积。
3）最佳斜率跟踪控制模式：同少火花跟踪控制模式，火花放电后自动调整上升斜率。
4）间歇供电控制模式：在供电时间相同的条件下，调整间歇（不供电）时间，间歇时间：1S-100S之间任选。此功能可减少电能损耗，提高振打时的清灰效果，有效的提高对高比电阻粉尘的捕集。
5）反电晕控制模式：自动跟踪反电晕点运行。
3 可控硅智能控制三相高压整流设备工作原理
主回路基本工作原理是将三相AC380V、50Hz低压电，经控制回路在反并联的可控硅控触发制下，将相位角移动调压后的交流电送至整流变压器一次侧，经整流变压器二次侧升压和可控硅整流后输出直流高压电送至电除尘器，并根据电除尘器设备的电压和电流变化的反馈信号通过DSP控制器来进行自动跟踪控制。可控硅智能控制三相高压整流设备原理框图如下：
主回路原理框图
4 可控硅智能控制三相高压整流设备节能情况分析
设电除尘器某电场中所需功率相等，单相、三相电源均选1.2A/72kV设备。已知：单相电源的输入电流为336A，输入电压为380V，三相电源的输入电流为162A，输入电压为380V。
解：假设单相、三相电源输出功率均相等。
所以有：单相电源的输入功率P1=IU=336×380=128（kVA）
三相电源的输入功率P3=IU=1.732×162×380=106（kVA）
每天的耗电量：单相电源日耗电量W1=P1t=128×24=3072（kWh）
三相电源日耗电量W3=Pt=106×24=2544（kWh）
每天三相电源比单相电源少耗电量：W=W1-W3=3072-2544=528（kWh）
节电率＝（W1－W3）÷W1＝（3072－2544）÷3072＝17%
邯钢435M2烧结机机头电除尘（1.5A/72KV）电场16个、机尾电除尘（1.2A/72KV）电场8个、整粒电除尘（0.8A/72KV）电场8个。粗略估计每天相对于单项电源输入设备节约的电量为：528×32=16896（kWh）。如按照电价0.6元/（kWh），每年节约的成本费用为：
16896×0.6×365=3700224元
5 结论
实践证明，邯钢435烧结机采用可控硅智能控制三相高压整流设备以来，电场的整体运行平稳，除尘效果均可以达到国家环保安全方面的要求。并且电除尘工作时三相电流基本平衡，较好的保障了电气设备的安全运行，取得了良好的经济和社会效益。
关键词： 电除尘器；三相高压整流设备；节能
0 前言
改革开放以来，特别是2000年以后随着工业的蓬勃发展，企业在环保设备方面的投入日益加大。极大地促进了静电除尘器供电电源技术的革新与发展，自动化控制在静电除尘设备当中的应用直接促进了除尘电源技术的升级换代。近几年，中频调幅、三相电源、高频开关等电源的成功研制，极大地提高了静电除尘器的工作效率，进一步地推动了除尘电源技术的发展。邯钢435M2烧结机在筹建之初通过对现行环保技术的发展及成本情况分析后采用可控硅控制三相高压整流设备系统，投产后取得了可观的经济效益和社会效益。
1 现行除尘电源设备的简要分析
1）主流产品——可控硅控制单相高压整流设备，国内目前使用范围最广的除尘电源设备，约占电除尘器电控设备使用总量的80%以上。
优点：价格低廉，技术成熟，闪络控制能力好。
缺点：单相调压，引起严重的三相用电不平衡，存在多次谐波干扰。功率因数小，有功功率低，浪费电力资源。容易发生放电现象。
2）换代产品——可控硅控制三相高压整流设备系统，现阶段国内的主打产品。
優点：三相动态平衡，对电网干扰小，减少电网投资，功率因数较高，极大提升了电力利用率。二次电流、电压输出波形纹波小，电晕电压平均值高，电晕电流密度大，在电除尘器条件相同的情况下，与可控硅控制单相高压整流设备比较，其可向电除尘器注入更大的能量，进一步提高了静电除尘器的工作效率。对于高浓度粉尘、高比电阻粉尘等工况有较好的适应性。
缺点：成本较高，调相调压，有谐波干扰，闪络控制能力差。
3）高端产品——IGBT变流控制中频正弦高压整流设备系统。目前国内主要攻关的研发项目。
优点：三相供电，电流控制精度高，电晕能耗损失小，闪络控制能力优（>2ms），调幅调压，功率因数高。对于高浓度粉尘、高比电阻粉尘等工况有较好的适应性。
缺点：成本高，电路复杂，工艺难度大，目前这种电源还未进入实用阶段。
4）高端产品——IGBT变流控制的高频方波高压整流设备系统。
优点：电流控制精度高、三相供电、二次电压波动小，电晕低损耗，闪络控制能力强。增强了静电除尘器的收尘效率和供电性能。对于高浓度粉尘、高比电阻粉尘等工况的适应性较好。
缺点：电源容量小，调宽调压，峰值电压不受控，对复杂工况条件下的适应能力差。目前这种电源还依赖进口。
2 可控硅控制三相高压整流设备的技术性能
2.1 控制单元
芯片采用28系列DSP控制器TMS320F2812芯片，模数转换采用ADS8364芯片等现代控制领域最先进的芯片。TMS320F2812芯片内含32位微处理器，主频150MHz，ADS8364芯片内含高速6通道同步采样接口和16位A/D转换。它们共同完成A/D转换后进行实时快速处理的功能，提高了对除尘设备的控制精度。
2.2 高精度能级控制和微细火花检测
在电除尘器电场中产生火花闪络时，其二次电流波形在闪络前即产生了微小的畸变，即低能级微细火花，对此波形进行分析，必须具有相当高的分辨率，且在全时域内检测才能实现，只有实现对火花能级的检测，才能实现相应的能级控制。使电除尘器始终工作在电场强度的最高点。
2.3 独特的数字锁相技术
我们采用的三相同步电路，三相电流反馈电路配合数字锁相技术能够实时跟踪电网频率，提高移相触发脉冲的控制调节精度，保证三相输出电流的动态平衡。
2.4 控制模式
1）少火花跟踪控制模式：自动跟踪火花放电点运行。火花灵敏度：1～100以内数值可选择，数值越小灵敏度越高。火花率：0～30/分钟以内数值可选择，当选择“0”时为无火花跟踪，当达到火花临界点时微微减小可控硅导通角，阻止火花闪络的发生，而后再跟踪到火花临界点，如此反复跟踪，达到有效的跟踪电场强度最高点的目的。
2）峰值跟踪控制模式：同少火花跟踪控制模式，自动跟踪二次电压、电流峰值的乘积。
3）最佳斜率跟踪控制模式：同少火花跟踪控制模式，火花放电后自动调整上升斜率。
4）间歇供电控制模式：在供电时间相同的条件下，调整间歇（不供电）时间，间歇时间：1S-100S之间任选。此功能可减少电能损耗，提高振打时的清灰效果，有效的提高对高比电阻粉尘的捕集。
5）反电晕控制模式：自动跟踪反电晕点运行。
3 可控硅智能控制三相高压整流设备工作原理
主回路基本工作原理是将三相AC380V、50Hz低压电，经控制回路在反并联的可控硅控触发制下，将相位角移动调压后的交流电送至整流变压器一次侧，经整流变压器二次侧升压和可控硅整流后输出直流高压电送至电除尘器，并根据电除尘器设备的电压和电流变化的反馈信号通过DSP控制器来进行自动跟踪控制。可控硅智能控制三相高压整流设备原理框图如下：
主回路原理框图
4 可控硅智能控制三相高压整流设备节能情况分析
设电除尘器某电场中所需功率相等，单相、三相电源均选1.2A/72kV设备。已知：单相电源的输入电流为336A，输入电压为380V，三相电源的输入电流为162A，输入电压为380V。
解：假设单相、三相电源输出功率均相等。
所以有：单相电源的输入功率P1=IU=336×380=128（kVA）
三相电源的输入功率P3=IU=1.732×162×380=106（kVA）
每天的耗电量：单相电源日耗电量W1=P1t=128×24=3072（kWh）
三相电源日耗电量W3=Pt=106×24=2544（kWh）
每天三相电源比单相电源少耗电量：W=W1-W3=3072-2544=528（kWh）
节电率＝（W1－W3）÷W1＝（3072－2544）÷3072＝17%
邯钢435M2烧结机机头电除尘（1.5A/72KV）电场16个、机尾电除尘（1.2A/72KV）电场8个、整粒电除尘（0.8A/72KV）电场8个。粗略估计每天相对于单项电源输入设备节约的电量为：528×32=16896（kWh）。如按照电价0.6元/（kWh），每年节约的成本费用为：
16896×0.6×365=3700224元
5 结论
实践证明，邯钢435烧结机采用可控硅智能控制三相高压整流设备以来，电场的整体运行平稳，除尘效果均可以达到国家环保安全方面的要求。并且电除尘工作时三相电流基本平衡，较好的保障了电气设备的安全运行，取得了良好的经济和社会效益。