陳軍律 浙江連成環(huán)?？萍加邢薰?/p>

一、背景及意義

電除塵控制系統(tǒng)主要由除塵器的本體（機(jī)械）和電氣兩部分組成?？刂破鳛榭刂瞥龎m器運(yùn)行的高低壓設(shè)備，是電除塵控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。它的好壞直接影響到除塵的效率。

除塵器本體為電除塵控制系統(tǒng)的本體部分，主要完成煙氣的除塵工作，也是電除塵控制系統(tǒng)的對象，被安裝在煙氣經(jīng)過的煙囪里。

高壓控制部分分為高壓升壓、整流部分。整流出幾萬伏的直流電壓加到電除塵器本體的兩極上進(jìn)而實(shí)現(xiàn)將氣體電離、粉塵荷電等除塵工作。

低壓強(qiáng)部分主要由陽極、陰極振打系統(tǒng)、瓷套、瓷軸加熱控制系統(tǒng)組成。主要對系統(tǒng)極板上收集的灰塵進(jìn)行振打清灰、并落到除塵器底部的灰斗里。

在本體安裝正常情況下，除塵器運(yùn)行和除塵效率主要由電設(shè)備來控制檢測。電氣設(shè)備主要由高壓部分和低壓部分組成，這兩部分都受到電除塵控制器的集中控制。但現(xiàn)階段高壓部分和低壓部分還是分開單獨(dú)控制的，且集中控制的高壓部分由于采用了可控硅等調(diào)壓技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高壓輸出，且普遍存在輸出頻率低，轉(zhuǎn)換效率低等情況；現(xiàn)在控制器由于只關(guān)注自己高壓部分的升壓而沒考慮到整個(gè)系統(tǒng)的完整性，從而沒有實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化控制；電氣設(shè)備需要考慮各行各業(yè)的適用性，現(xiàn)在的控制器只關(guān)注于自己特定的行業(yè)，如國電發(fā)電行業(yè)、鋼鐵行業(yè)、水泥行業(yè)、熱電廠等，相關(guān)行業(yè)的適應(yīng)性不強(qiáng)，因此沒能達(dá)到高效除塵的效果?，F(xiàn)在環(huán)保要求越來越高，各行業(yè)需要這種高低壓一體高頻智能控制器，從而來解決以上存在的問題。

二、技術(shù)解決方案（研究內(nèi)容、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)）

（一）主要研究內(nèi)容

高低壓一體高頻智能控制器采用高壓部分和低壓部分集中到一控制器內(nèi)集控制實(shí)現(xiàn)一體化控制的方法；高低壓一體高頻智能控制器高壓部分采用的是IGBT高頻逆變技術(shù)來實(shí)現(xiàn)AC-DC-AC-DC高壓部分轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)控制開關(guān)頻率達(dá)到20kHz以上；智能化體現(xiàn)在高低壓一體高頻智能控制器的控制器可接收很多也電除塵相關(guān)的參數(shù)如電除塵器出口粉塵濃度、主機(jī)設(shè)備運(yùn)行的負(fù)荷大小等通過設(shè)備把相關(guān)參數(shù)轉(zhuǎn)換成4-20mA信號(hào)后輸入到控制器中?？刂破饕罁?jù)信入信號(hào)的相關(guān)情況采用PID智能調(diào)節(jié)輸出的二次電流和二次電壓，從而實(shí)現(xiàn)高低壓一體高頻智能控制器智能化控制和調(diào)節(jié)；高低壓一體高頻智能控制器中還有4-20mA輸出信號(hào)來傳送對應(yīng)電場的母線電壓、一次電流、二次電流、二次電壓等到對應(yīng)DCS控制系統(tǒng)里；且該控制器具有MODBUS TCP/IP以太網(wǎng)通訊和MODBUS 485通訊接口方便各行各業(yè)傳送數(shù)據(jù)的要求，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場所有設(shè)備集中控制監(jiān)控的目的。

（二）關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

（1）高低壓一體高頻智能控制器采用高壓部分和低壓部分集中到一控制器內(nèi)集控制實(shí)現(xiàn)一體化控制。電除塵器高壓部分和低壓部分是分別單獨(dú)控制的：高壓部分采用單位機(jī)控制，對于閃絡(luò)控制要求越來越高，有些單位機(jī)甚至采用了32位雙核控制；低壓部分一般采用PLC控制，每個(gè)項(xiàng)目根據(jù)甲方的要求選擇不同的PLC，如西門子、三菱、施耐德等。本產(chǎn)品將高壓部分和低壓部分集中在一個(gè)控制器內(nèi)集中控制。

（2）高低壓一體高頻智能控制器高壓部分采用的是四個(gè)IGBT組成高頻逆變回路，通過諧振等技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)AC-DC-AC-DC高壓部分轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)控制開關(guān)頻率達(dá)到20kHz以上。

（3）高低壓一體高頻智能控制器的智能化體現(xiàn)本制器可接收很多也電除塵相關(guān)的參數(shù)如電除塵器出口粉塵濃度、主機(jī)設(shè)備運(yùn)行的負(fù)荷大小等通過設(shè)備把相關(guān)參數(shù)轉(zhuǎn)換成4-20mA信號(hào)后輸入到控制器中?？刂破饕罁?jù)信入信號(hào)的相關(guān)情況采用PID智能調(diào)節(jié)輸出的二次電流和二次電壓，從而實(shí)現(xiàn)高低壓一體高頻智能控制器智能化控制和調(diào)節(jié)。

（4）高低壓一體高頻智能控制器可采用多種與DCS通訊方式。本研發(fā)的控制器中還有4-20mA輸出信號(hào)來傳送對應(yīng)電場的母線電壓、一次電流、二次電流、二次電壓等到對應(yīng)DCS控制系統(tǒng)里；且該控制器還具有MODBUS TCP/IP以太網(wǎng)通訊和MODBUS 485通訊接口方便各行各業(yè)傳送數(shù)據(jù)的要求，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場所有設(shè)備集中控制監(jiān)控的目的。

（三）具體實(shí)施方式

如圖1所示，高低壓一體高頻智能控制器采用高壓部分和低壓部分集中到一控制器內(nèi)集控制實(shí)現(xiàn)一體化控制的方法。

圖1

如圖2所示高低壓一體高頻智能控制器里的控制器電源通過三相主回路依次通過微斷路器QF2、隔離變壓器T1、開關(guān)電源T2、保險(xiǎn)絲FU2、保險(xiǎn)絲FU3輸出控制器所需電源S1，P1和控制回路所需電源S，P；本研發(fā)的高壓部分采用的是IGBT高頻逆變技術(shù)來實(shí)現(xiàn)AC-DC-AC-DC高壓部分轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)控制開關(guān)頻率達(dá)到20kHz以上；如上圖2所示，在三相電L1、L2、L3依次經(jīng)過斷路器QF1、交流接觸器KM1、電抗器Z1、三相整流橋TD1、C1后實(shí)現(xiàn)輸出510VDC直流電壓（第一次AC-DC轉(zhuǎn)變）。逆變回路由四個(gè)IGBT組成，其中D1、D2組成半控橋與D3、D4并聯(lián)在510VDC直流電壓兩端。控制器通過控制四個(gè)IGBT關(guān)斷來實(shí)現(xiàn)第一次DC-AC轉(zhuǎn)變。R1、R2、R3并聯(lián)在接觸器KM1兩端，起到給諧振電路第一次諧振提供必要的電壓從而保證IGBT的軟啟動(dòng)。逆變后的交流電壓再經(jīng)過C2、變壓器的原邊組成諧振電路從而實(shí)現(xiàn)了高頻的逆變的過程。變壓器TR1經(jīng)過升壓整流后，經(jīng)隔離開關(guān)SA3接到除塵器ESP。

圖2

如圖3所示高低壓一體高頻智能化控制器采用的高壓部分的相關(guān)信號(hào)，如高壓部分所需要的輸入電流、母線電壓、高頻諧振電流、二次電壓、二次電流、變壓器油溫、IGBT油溫、溫度1、溫度2、溫度3、濁度信號(hào)4-20mA、負(fù)荷信號(hào)4-20mA等模擬量輸入信號(hào)經(jīng)過運(yùn)放信號(hào)放大處理光耦隔離后輸入32位多核單片機(jī)內(nèi)；模擬量輸出信號(hào)通過完光耦隔離信號(hào)處理后輸出現(xiàn)場所需的DCS信號(hào)，如母線電壓4-20mA、一次電流4-20mA、二次電流4-20mA、二次電壓4-20mA等信號(hào)。IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過高速光耦隔離信號(hào)驅(qū)動(dòng)處理后，經(jīng)過IGBT驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)接板轉(zhuǎn)換成IGBT所需要的電平信號(hào)后接到IGBT對應(yīng)管腳上，驅(qū)動(dòng)IGBT開關(guān)；如圖3所示高低壓一體高頻智能化控制器在對應(yīng)的接口處預(yù)留有MODBUS TCP/IP以太網(wǎng)通訊和MODBUS 485通訊接口方便各行各業(yè)傳送數(shù)據(jù)的要求；另高低壓一體高頻智能化控制器有十幾路輸入信號(hào)和十幾路輸出信號(hào)作為高低壓信號(hào)。輸入信號(hào)經(jīng)過限流電阻、分壓電阻后輸入到光耦輸入端，并在輸入端接入一個(gè)反相二極管保護(hù)發(fā)光二極管；輸出端通過繼電器隔離輸出現(xiàn)場所需的常開或常閉信號(hào)滿足控制和DCS控制所需等。高低壓一體高頻智能控制器由于高低壓集中控制在一個(gè)密閉空間，且放置電除塵器頂部需要考慮溫度的問題，在斷路器QF1下面引出一路三相電源經(jīng)過接觸器KM2、熱保護(hù)器FR、到風(fēng)機(jī)M1；再經(jīng)過特殊風(fēng)道的設(shè)計(jì)在油溫和IGBT溫度達(dá)到一定的設(shè)定溫度時(shí)啟動(dòng)，從而保證了除塵用高低壓一體高頻智能化控制穩(wěn)定運(yùn)行。

圖3

三、結(jié)語

高低壓一體高頻智能化控制器具有輸出高壓電源開關(guān)頻率高、智能化、一體化、適用性廣等特點(diǎn)。該項(xiàng)目的研發(fā)在國家電網(wǎng)除塵、水泥行業(yè)除塵、熱電廠行業(yè)除塵、鋼鐵廠行業(yè)等行業(yè)具有廣泛的用途。本產(chǎn)品將大大提高企業(yè)的技術(shù)研發(fā)力量，提高企業(yè)國際競爭力，促進(jìn)企業(yè)快速發(fā)展。同時(shí)，也有利于豐富公司現(xiàn)有的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，有助于促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，增加財(cái)政收入，增加就業(yè)機(jī)會(huì)機(jī)會(huì)等。