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1、直流高压电源的发展过程邱贻刚（淄博骏马电子有限责任公司 淄博张店山泉路中段） 摘要：我国直流高压电源的发展是随着电除尘本体设备的设计、制造技术 的发展而发展的。本文简述了我国直流高压电源的发展历程，电源技术的 现状及今后的发展方向。关键词：控制方式 能耗 效率 我国直流高压电源的发展是随着电除尘本体设备的设计、制造技术的 发展而发展的。1936 年中国第一台电除尘器在本溪工农兵水泥厂投入运行，50年葫芦岛锌厂自行设计制造了第一台4电场12.6m2电除尘器。当时配用 的直流高压电源是高压变压器配以机械整流，叫做“十字架”高压机械整 流设备，它是手工操作，噪音大、效率低。 60 年代半导体器件的发
2、展，国 内制造了磁饱和电抗器调压的高压整流电源。从此，国内有了直流高压电 源制造厂。磁饱和电抗器的限流作用是通过控制直流励磁电流改变铁芯的 饱和度来实现的。它的调压虽然不用人工操作，但是自动跟踪性能差，噪 音大、能耗高、效率低。直到 70 年代初期，因晶体管和可控硅技术的发展， 国外有了可控硅调压整流设备，随后也进入了中国。最初，国内靠消化吸 收，可控硅调压电源设备的制造厂家也相继诞生。我国在发展直流高压电源技术的过程中，具有里程碑意义的，是 1974 年 11 月在郑州铝厂召开的高压整流设备鉴定会，集中了全国 14 家产品。 按照鉴定程序要求，做过压、过流保护和频繁的开路、短路等破坏性实验
3、实验最后通过了 5 家产品，其中可控硅调压 2 家、饱和电抗器调压 3 家。由于在鉴定过程中，可控硅调压电源可靠性方面暴露的问题较多，鉴定后 一年时间里，设计院和用户还不敢选用。到了70 年代末，由于在性能和可 靠性方面做了大量的完善工艺和老化工作，可控硅调压设备才得到广泛的 推广使用。为了改善饱和电抗器调压的性能，还利用可控硅技术自动调节 饱和电抗器的励磁电流，改造了相当数量的饱和调压整流设备。80 年代中期，可控硅调压还是模拟控制，火花自动跟踪或叫做飞弧探 测，性能和可靠性已经比较成熟，具有多种控制特性，如峰值跟踪、最佳 火花率控制、临界火花电压跟踪等控制方式。这就为80 年代中后期由模拟
4、 控制过渡到数字控制、单片机控制，提供了设计思路和硬件基础。1988 年 上海电阻厂第一台微机处理直流高压电源在淮南平圩电厂试车成功1989年 投入运行。单片机的出现和多样化，采用软硬件结合的方式，就使电除尘 的控制和管理功能得到了进一步的完善。到了 90 年代，直流高压电源技术发展到了鼎盛时期。国内各个电源 制造厂推出各具特点的直流高压电源。虽然特点各异，其实质就是计算机 技术、自动控制跟踪技术、信息处理技术、测量技术、通讯技术的有机结 合，完成对除尘器运行全过程的测量、控制、管理的一种集散系统。为了适应高比电阻粉尘的正常收尘，避免反电晕的发生，80 年代后期， 国外推出了脉冲电源。高压脉冲
5、电源通过自动调整脉宽、脉幅、脉冲频率 改变电流密度，使粉尘层的表面电阻与电流密度的乘积小于粉尘层之间的 气体的击穿电压，避免了粉尘层击穿出现反电晕。但是高压脉冲电源控制 电路非常复杂，难以提高可靠性，加之成本高，我国没有广泛应用。90 年代，国内研发了恒流电源，它不完全是饱和电抗器调压的一种“返祖”现象，采用初级LC变换的原理，在理论上可以保证负载的输出电流比较稳定，但是电流的恒定是靠降低负载二次电压转换来的，所以负载的输 出功率是不会因为恒流而增加的，但是它解决了可控硅电源难以调幅的问 题，受到了烟气工况多变用户的青睐，在国内市场上占有一席之地。前面所述各种直流高压电源控制方式各异，但是其供
6、电电源都是单相 电源供电，如果一个用户选用的直流高压电源数量不是3 的倍数，那么至 少其中一个电场的直流高压电源无法进行相序组合，造成电网不平衡供电。 直流高压电源的功率越大不平衡现象越严重，同时单相供电直流高压电源 电能转换效率比较低，理论计算效率只有70，实际为66左右，超过30 的电能无法做有用功。为了节能降耗，提高电能转换率， 2000 年以后，三 相直流高压电源应运而生。因为采用完全的三相调压，三相升压、三相整 流，功率因数上95%，电网损耗最小。有效地克服了单相直流高压电源功 率因数低、缺相损耗、不平衡供电的弊端。2006 年，三相直流高压电源在 河南中洲铝业得到应用，是一项很有实
7、用和推广价值的科技成果。目前， 三相电源面临的主要问题是低导通角时纹波依然很大；火花能量比单相电 源还要大；由于闪络冲击大，对于闪络火花放电瞬态的干扰比单相电源更 大，因此对于隔离技术的要求更高。当前，直流高压电源正在向高频化、数字化发展。由于采用高频技术， 直流高压电源的体积大大减小，减少了铜和钢材的使用量。相同容量下高 频变压器与低频变压器的铜耗为 1：6，另外高频电源还具有电能利用率高 （效率可达到95%），火花能量小、输出电压纹波小，可以向电场提供更高 的电晕功率等优点，越来越引起大家的重视。国内几家环保业的龙头企业， 如浙江佳环、福建龙净，在高频电源的开发方面都取得了一定的成果，已
8、经有样机在现场应用。高频电源的开发难度在于受开关器件和高频变压器 制造工艺的影响，对于控制技术和制造工艺要求很高；为了保证高频特性 高频铁芯大多采用封闭式的环形铁芯，高压绕线和绝缘处理都比较困难， 产品的一致性也难以控制；高频电磁干扰严重；大功率高频电源的开发受 限于高频损耗，难以有大的突破；由于控制柜与变压器不可分离，控制柜 在室外运行，运行寿命是个问题。由于存在以上问题，目前国内高频电源 还正处于试用阶段，在全国推广普及还需要一段时间。经过近 60年的同行们的不懈努力，我国直流高压电源的设计生产水平 已经接近世界先进水平，下一步的发展趋势将是三相电源、高频电源的开 发完善及与计算机技术的完美结合。相信在不久的将来，在国内广大科研 工作者的共同努力下，我们的直流高压电源技术一定会打破瓶颈，取得重 大进展。
