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在工業(yè)電除塵等領(lǐng)域，恒流電源得到廣泛的應(yīng)用。本文介紹應(yīng)用可控硅的除塵電源和恒流除塵電源原理以及他們各自的特點(diǎn)。 一、可控硅電源的供電原理 可控硅電源主要是通過兩個(gè)反向并聯(lián)的可控硅控制高壓整流變壓器一次側(cè)電壓，整流變壓器將該電壓升壓后經(jīng)高壓硅堆整流處理得到所要求的直流電壓，改變可控硅的觸發(fā)角來調(diào)節(jié)高壓輸出的平均電壓?？煽毓桦娫赐ㄟ^將反饋信號綜合放大與預(yù)置值進(jìn)行比較后控制可控硅的觸發(fā)角，達(dá)到控制輸出電壓的目的，其主要功能一是對信號綜合處理后確定輸出相位以決定可控硅的導(dǎo)通角，實(shí)現(xiàn)對負(fù)載的電壓跟蹤；二是在火花放電時(shí)，封鎖可控硅，從而達(dá)到熄弧或閃絡(luò)封鎖的目的。 可控硅電源是以電壓源供電為基礎(chǔ)的，因此可以分析它所需要的反饋特性。由于塵埃粒子或酸霧粒子呈較高的比電阻時(shí)，濃度的增加將使本體對外的等效阻抗增加，可控硅電源調(diào)節(jié)的是電壓，二次電流是由本體阻抗所決定的，因此在電壓不變的情況下，阻抗Z增大，勢必使二次電流減小，注入電場的電功率也相應(yīng)減少。U為電源電壓，可以通過可控硅的導(dǎo)通角來改變。Z為電除塵器的等效阻抗，I為電除塵器的供電電流。所以根據(jù)歐姆定律I=U÷Z得到表一的跟蹤特性。
表一
可控硅電源供電的負(fù)載跟蹤特性 另一方面，當(dāng)電除塵油器內(nèi)部發(fā)生火花放電時(shí)，則Z為火花通道的等效阻抗，隨著放電的發(fā)展Z是下降的，若發(fā)展到電弧，只有幾個(gè)歐姆，但需要不斷注入能量，因此還可得到表二的結(jié)果。
表二
電壓源供電的火花抑制特性 由以上的分析可以得出這樣一個(gè)結(jié)果：用電壓源供電時(shí)電源的輸出功率與塵粒或酸霧濃度的變化成負(fù)反饋，而與火花放電的發(fā)展成正反饋，因此可控硅電源的工作基礎(chǔ)是反饋控制回路的特性，目前由于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的使用，使得可控硅電源的可靠性和運(yùn)行性能得到了很大的發(fā)展，但由于可控硅是被動關(guān)斷器件，在導(dǎo)通周期以內(nèi)是不受控的，所以火花擊穿的臨界電壓較低，電暈電流也難以控制，影響沉積效果。 二、恒流電源的供電原理 恒流高壓直流電源的電路包括三個(gè)部分，如下圖所示。第一部分L-C變換器，它是由電感L和電容C組成一個(gè)四端網(wǎng)絡(luò)，將電壓源轉(zhuǎn)換成電流源；第二部分直流高壓發(fā)生器，主要由高壓變壓器和整流橋組成，第三部分反饋控制主要由半導(dǎo)體器件和接觸器構(gòu)成。 恒流電源通過L-C諧振回路將電壓源變換為電流源，調(diào)節(jié)的是電流，因此我們稱之為“電流源”。恒流電源控制的是電流輸出，而二次電壓確是由本體內(nèi)部的阻抗Z決定的。所以根據(jù)歐姆定律U=I×Z得到表三的跟蹤特性。
表三
電流源供電的負(fù)載跟蹤特性 當(dāng)電除塵器內(nèi)部發(fā)生火花放電時(shí)，用電流源供電時(shí)則得到如表四的火花抑制特性。
表四
電流源供電的火花抑制特性 電場某一局部由電暈放電向火花擊穿過渡是需要時(shí)間和功率的，脈沖供電控制電壓脈沖寬度，使得電場還來不及發(fā)展成火花擊穿，電壓脈沖就結(jié)束了，于是提高了火花擊穿的臨界電壓，對可控硅電源來說，可控硅一旦導(dǎo)通切出一塊電壓U以后，向放電區(qū)饋送的功率P=U2/Z，由電暈放電向火花擊穿過渡時(shí)，放電區(qū)的等效電阻Z隨離子濃度的增加面減小，這就促使P=U2/Z更大，放電更容易發(fā)展，Z進(jìn)一步降低，這相當(dāng)于一個(gè)正反饋的物理過程，于是很容易導(dǎo)致火花擊穿，而電流源供電時(shí)，情況正好相反，這時(shí)向放電饋送的功率為P=I2
×Z，Z減小P也減小，抑制了放電的進(jìn)一步發(fā)展，這相當(dāng)于一個(gè)負(fù)反饋的物理過程，因此火花擊穿的臨界電壓明顯提高。 三、恒流電源比可控硅電源供電的優(yōu)勢 恒流供電能保證足夠的電暈電流而不容易轉(zhuǎn)化為貫穿性的火花擊穿，實(shí)現(xiàn)電壓自動跟蹤?？煽毓桦娫垂╇姇r(shí)，控制量實(shí)際上是電壓，而電流是隨機(jī)量。在阻抗?jié)舛容^大，集塵極積塵較厚時(shí)，電暈電流往往變得很小。電流源供電時(shí)，控制量是電流。不論工況如何，電暈電流是可以根據(jù)需要來確定的，而電壓是隨機(jī)量，與前者正好形成對偶關(guān)系。 恒流電源供電可以輕而易舉地實(shí)現(xiàn)電壓自動跟蹤，而不需要任何反饋控制電路。例如含塵（酸霧）粒子濃度增加時(shí)，宏觀體現(xiàn)為放電區(qū)的等效電阻增大。由于外電路提供的電流不變，所以電場上的電壓就自然上升了。此外，能有效克服電暈電流“閉塞”現(xiàn)象，對電極肥大的適應(yīng)性也較強(qiáng)，電極肥大或集塵極積塵加厚時(shí)，電壓同樣會自動上升，而可控硅電源供電時(shí)，在上述情況下，電壓需要通過反饋來控制可控硅的導(dǎo)通角來提高電壓，這就必然帶來幾個(gè)工頻周期的延時(shí)，若電源和本體配置不當(dāng)，導(dǎo)通角已到最大，則控制無法進(jìn)行，只能是電流下降的結(jié)果。 因此，恒流供電能大大提高沉積效率，由于采用恒流供電技術(shù)，注入到電場的電功率增加，所以除塵除霧效率得到了明顯的提高。 四、恒流電源的特點(diǎn) 1）運(yùn)行可靠性高 恒流源沒有復(fù)雜的電子線路，無接插件，允許高壓持續(xù)短路和突發(fā)短路（相當(dāng)于電場的頻繁火花放電），不會燒壞任何元件。對于除酸霧的塑料電場本體來說恒流還有一個(gè)重要意義，當(dāng)火花擊穿時(shí)，不易燒穿塑料陽極筒壁。 2）節(jié)電效果明顯 功率因素高，COSφ=0.9~1 。而且不隨運(yùn)行的功率水平變化，可以顯著降低前級供電變壓器的容量。高壓發(fā)生器的體積重量比可控硅電源小得多，在一些無防爆要求的場合，高壓發(fā)生器可以直接裝在電場本體頂部。 3）具備多種保護(hù)措施 具有過電壓、持續(xù)欠電壓和過氧保護(hù)電路，能自動報(bào)警和跳閘。恒流電源的發(fā)展，給靜電沉積技術(shù)帶來了新的特點(diǎn)，在化工、冶金、建材、紡織和發(fā)電等行業(yè)的實(shí)際應(yīng)中，取得了始料未及的效果，運(yùn)行效率明顯提高。通過兩千多臺套的工業(yè)應(yīng)用，我們得到了諸多領(lǐng)域的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，并取得了顯著的社會效益和環(huán)境效益。 |
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