恒流高压直流电源

§1 恒流高压直流电源

§1.1 恒流源供电的理论基础

对电除尘器采用恒流源供电，是八十年代中期开始的，虽然它采用了大量的无源元件：电抗器、电容组成L－C变换网络，但却改变了一种供电方式，采用电流源供电。

作为一个供电回路，一般由电源和负载组成，其表征参量为三个，电压、电流和阻抗，以电压作为电源的形式供电（电压源），则电流随负载变化；以电流作为电源的形式供电（电流源），则电压随负载变化。无论是较早的磁饱和放大器电源，还是现在的可控硅电源，均是电压源的特性，一种方式是改变回路的阻抗，进行限流，一种是改变输出电压的平均值（波形），虽然均可以做到“恒压” ，“恒流” 运行，但均是通过控制调整电压来达到的，其主变量，即能直接控制、调整的是电压μ，如图一所示：i=f(u)。而恒流源是一种电流源的概念，能直接控制、调整的是电流i，如图二所示：u＝f(i)，通过控制和调整电流i做到“恒压” ，“恒流” 、“最佳火花率”等工作状态下运行。

图1 电压源供电i=f(u) 图2 电流源供电u＝f(i)

除尘器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，不论哪一种电源供电，电场处在电晕放电状态，电源所提供的电流则电晕电流，当电场处在火花放电状态，则电源所提供的电流为火花电流，因此在用恒流源供电时，由于电晕放电向火花放电过渡时，放电通道的等效电阻R随电离强度的增加而减小，这样注入到放电通道的功率P＝I2（t）R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，

也就是说使除尘器的伏安特性的正阻区得到了大幅度的延伸，延伸的幅值取决于除尘器的状态和工况条件，一般含尘浓度大、电阻率高的烟尘，除尘器机械缺陷较大的，其伏安特性延伸幅值也大，而且延伸是在r=du/di→0附近，也就是说电压增加几千伏，电流成倍地增加。

从图一、图二的伏安特性可以看出，由于除尘器是具有气体放电特性的一个非线性特性，特别是曲线的后半段具有负阻特性，因此对于同一个电压值，电流可能是多值的，而对同一个电流值来说，电压是单值的，即在某一时刻，除尘器的工作电压是其电流的单值函数，因此，简单地从非线性电路平衡状态的稳定性来考虑，以恒流源来供电时，电压不会发生跳跃，可以稳定工作在r=du/di→0附近，即工作在高的电压和电流下，因为一个电流值，只有一个电压所对应，而电流值是由设备所决定的，因此这种稳定的工作状态不需要反馈控制回路来支撑，而且是本身回路所具有的。所以，用恒流源供电，可以使除尘器工作在较高的功率水平下

.

2

12.211.1I A U A U +=(1)

.

222.

2211.

I A U A I += (2)

式中的A 11、A 12、A 21、A 22为复数系数，跟电网频率、四端网络的元件参数及其连接方式有关，Z H 为四端网络输出端的等效负载阻抗。

考虑到负载上的电压、电流可表示为：

.

2.

2U Z I H = (3)

将(3)式代入(1) 式后，可得： H

Z A A U I 1112.

1

.2+= (4)

由(4)式可知，如果选择四端网络的结构和参数，使得A 11=0,则负载电流便与其阻抗完全无关，而仅仅决定于电网电压和系数A 12。

在含有L、C 的电路中，如果电网输入为Usinωt 时，则负载电流为：

)

1(22

.

1

.

2−+−=LC Z L U j I H ωω (5)

如果根据对电网频率共振的条件ω2LC=1来选择L和C,则（5）式中分母的第二项为0，即：

L

U j

I ω2.

1

.

2−= (6-1) (6-2) 1

1I A U &&=

由(6-1)式可知供给负载的电流与负载本身的大小无关。这就是本电源“恒流”的含义。由（6-2）式可知输入电压与输入电流同相，功率因数高，接近1。

作为电流源的一种，L-C 恒流高压直流电源在静电沉积中的应用，使供电水平上升到一个新的高度。

§1.3技术特点

运行稳定，可靠性高，能长期保持沉积效率，能承受瞬态及稳态短路。 能适应工况变化，克服二次扬尘，并有抑制电晕闭塞和阴极肥大的能力。 运行电压高，并能抑制放电，对机械缺陷不敏感。

电源结构简单，采用并联模块化的设计，检修方便，电源故障率低。 功率因数高COSφ≥0.90，而且不随运行功率水平变化,节电效果明显。 输入和输出的波形为完整的正弦波，不干扰电网。

在电除尘器实际运行中，由于工况的不可预见性，使得除尘器热态运行的伏安特性偏离了设计值，如高电压，低电流；频繁闪络，运行电压偏低等不正常的运行状态，通过恒流源供电能改变其运行特性，特别在一些特殊场合，第一电场采用恒流源供电，即能使整个电除尘器的稳定运行，如电子束脱硫后的电除尘器（ESP2），最终达到达标排放。

由于恒流源是多个L-C 恒流变换器并联工作，因此随着容量增加，恒流变换器的个数也线性增加，其制造成本也线性增加。

§1.4产品型号和系列

§1.4.1产品型号

户内（N）或户外（W）

恒流电源S:手动,C:微机,P:PLC,D:DCS

§1.4.2 HLS手动系列恒流高压直流电源

HLS手动系列电源是恒流电源供电的基本型式，充分实现了恒流电源的技术特点，使用了较少的电子元器件，产品操作，维护简单实用，是中小型企业的首选产品系列

§1.4.3 HLC系列微机控制恒流高压直流电源

§1.4.3.1 HLC系列电源的特点

HLC系列电源核心组件是控制单元和操作单元，可独立设定参数自动运行，也可在上位机上设定参数自动运行，同时兼有手动功能。组态软件是在WINDOWS 或WINNT 4.0平台上进行的，而DCS等控制组态也是在此平台上进行的，因而两者不能互相溶入。