CN1006283B - 自放电型脉冲充电静电除尘器 - Google Patents

Abstract

自放电型脉冲充电静电除尘器包括一个高速开关元件，储存于电容器中的电荷通过该元件聚加在静电除尘器上，此电荷消耗在除尘器的电阻上。单功率源静电除尘器的充电部分被分成若干由电感元件相互耦合的充电分路。该静电除尘器包括一个装置，该装置通过按时间均分方式陆续高速开关的元件和一个电容与充电分路基本相等的充电电容器向各充电分路供应电荷。该静电除尘器通过抑制反向电离而增加了除尘效率，并降低了功率源的成本。

Description

本发明涉及自放电型脉冲充电静电除尘器，特别涉及消除反向电离而增加除尘效率并降低功率装置成本的静电除尘器（简称EP）。

普通的静电除尘器采用负的直流（DC）高压充电方法。对这种普通的静电除尘器，在处理高电阻的灰尘时，在除尘电极上引起该灰尘层绝缘击穿，并产生具有反极性的离子，即发生了反向电离现象，因此除尘效率显著恶化。当灰尘的电阻率ρd和灰尘层的电流密度i的乘积ρd×i超过该灰尘层的绝缘击穿电压E_dc时引起反向电离现象。

因此，提出一种脉冲充电装置作为获得高除尘效率同时又消掉反向电离的手段。

图4（A）和（B）给出脉冲叠加型充电静电除尘器的例子，它把脉冲电压叠加在直流高压上，图5（A）和（B）为图4（A）和（B）中的电路的电压波形。由变压器1升压的电压经整流器2整流并以电荷的形式贮存在充电电容器3上。图4的电路在高速开关元件4接通时，通过由充电电容器3、耦合电容器6、静电除尘器7所含的电容C_EP和该电路的电感组成的谐振电路产生LC谐振，贮存在电容器3上的电荷经过LC谐振，以便向静电除尘器7提供一个具有陡峭上升沿的高压。在下面开关元件4被断开的情况，这时留在电路上的电荷经波形成形电阻器5除去，以便不让过量的由于贮存在电路中的电荷造成的电流流过静电除尘器7。用这种方法，能通过耦合电容器6把具有陡峭上升沿及短脉冲宽度的电压（如图5（A）和 （B）所示）加在静电除尘器7上。此外，为了获得在不产生脉冲时存在的基础电压，把一个直流高压发生器8接在静电除尘器7上。用这种方法，直流充电部分能在抑制电流时将高的峰值电压加在静电除尘器上而不增大脉冲部分的平均电流，从而改进了对高阻灰尘的除尘效果。

然而，上述装置需要两个功率源和充电电容器以外的耦合电容器，所以，功率源的成本很高。因此该装置没有广泛投入实际使用。

作为另一种装置，提出了能量回收型脉冲充电装置。但是，该装置有复杂的电源电路，该功率源的成本也是昂贵的。

因此，提出了一种如图6（A）和（B）所示的自放电型脉冲充电静电除尘器，其中，充电电容器3通过高速开关元件4直接与静电除尘器相连，除去了耦合电容器6、直流高压发生器8和波形成形电阻器5。图4（B）为由一个等效电容C_EP和一个等效电阻R_EP的并联电路组成的等效电路图。对于该静电除尘器，当开关元件4断开时，贮存在静电除尘器7的等效电容C_EP上的电荷通过静电除尘器的等效电阻R_EP（电阻以及类似电晕放电等等）放电。图7（A）和（B）为由图6（A）和（B）的电路获得的电压波形。该装置的特征是能经济地获得具有陡峭上升沿的脉冲电压波形，也能获得和现有技术的脉冲充电装置同样形式的均匀电流密度，由实施例已证明，与直流充电装置相比，该装置改进了对高阻灰尘的除尘效率。

在图6（A）中，由变压器1升压的电压通过整流器2整流并以电荷的形式贮存在充电电容器3上。因此，当高速开关元件4接通时，图6（A）的电路通过由静电除尘器7的电容C_EP，充电电容器3和电路的电感组成的谐振电路产生LC谐振，使贮存于电容器3上的电荷经过LC谐振，以便获得如图7（A）和（B）所示的具有高上升沿的高压波形。开关元件4断开后，贮存在静电除尘器7的电 容C_EP上的电荷通过静电除尘器7的电阻R_EP放电，静电除尘器的电容上的电压逐渐衰减，直至开关元件重新接通。在这一运转过程中，开关元件断开后由于电流流过静电除尘器而使电压开始衰减时的初始电压称为衰减初始电压，而开关元件正要接通前的最低电压称为剩余电压。

不过，普通的廉价自放电型脉冲充电装置有下列问题：

（1）由于自放电型脉冲充电装置只有单个功率源，如果为了改进效率而增加峰值电压的话，衰减初始电压和剩余电压也只能增加。因此，在电压从衰减初始电压向剩余电压衰减时，流过静电除尘器的电流增大，从而引起高阻灰尘的反向电离。特别是，由于流过静电除尘器的电流随着电压的增加呈指数函数的形式增加，在衰减初始电压附近，有大电流流过，由此产生反向电离的临界条件。图8给出峰值电压和本发明人所做的一个实施例得到的除尘效率之间的关系。根据该实施例，已证实除尘效率随峰值电压的增加而增大，并在某峰值电压处有个最大值，当电压超过该确定的峰值电压时，效率降低。

（2）当从衰减初始电压到剩余电压的平均电压（如图7（A）和（B）所示，相当于现有技术中所谓直流充电装置的平均电压）较高时，除尘效率得到改善，同时，为了增加上述周期的平均电压，必须缩短图7（A）所示脉冲的周期。然而，这时如果继续缩短脉冲的周期，流过静电除尘器的电流随衰减初始电压附近的电晕电流的增加引起反向电离。

（3）相反，如果增大脉冲的周期来降低耗散能量，平均电压就下降。

（4）再则，自放电型脉冲充电装置与普通的脉冲充电装置相比能大大降低成本。然而，为了增加单功率源静电除尘器的容量， 就需要具有大容量的充电电容器，这是由于充电电容器3与静电除尘器7的电容C_EP成正比。此外，存在着这样的技术问题：增加流过高速开关元件的电流和增加电路中所含的电感，电压就具有一个弧形的上升沿。相反，如果降低单功率源静电除尘器的容量，则由于增加功率源的数量，经济效益就被破坏了。

为解决上述问题，已做出本发明，本发明的目的是提供一个自放电型脉冲充电静电除尘器，该除尘器消除反向电离，从而提高除尘效率并获得降低成本的功率装置。

为了达到上述目的，本发明构成如下：

自放电型脉冲充电静电除尘器包含一高速开关元件，贮存在电容器中的电荷通过该元件提供给静电除尘器，而通过静电除尘器内的电阻器将电荷耗散掉，该除尘器的特征在于：通过高速开关元件陆续按时间均分的方式向多个充电分路提供电荷，这些充电分路是通过分开单功率源静电除尘器的充电部分而形成的，并通过电感元件相互连接在一起，而充电电容器的容量选择得基本上等于充电分路的容量。

（1）把自放电型脉冲发生功率源静电除尘器的充电部分分成若干分路，这些分路通过几百到几千微亨（μH）的电感器相互连接在一起。通过高速开关元件把贮存在充电电容器中的电荷供给静电除尘器的各个充电分路，这个高速开关元件与和电感器连接的电路是不同的。

（2）自放电型脉冲发生功率源及高速开关元件的充电电容器的电容选择得和许多充电分路中的一个分路的容量相当。

原理如下：

（1）各充电分路的电路元件与自放电型脉冲充电的完全一样。通过把由同一功率源提供的充电部分分成若干分路，并通过几 百到几千微亨的电感把充电分路相互接到一起，由不同电路的充电电容器的电荷供电的单个充电分路能由电荷在瞬间获得高的峰值电压。同时，由于电荷通过电感器延迟很短时间就移到另一个充电分路，由电荷维持的分路上的衰减初始电压可以得到降低，并获得高的峰值电压，从而由于抑制过大的电流流过静电除尘器而抑制反向电离。

（2）对于普通的自放电型充电脉冲的情况，在由充电电容器的电荷供电的充电分路上，电压只靠电流流过电阻器R_EP从衰减初始电压衰减到剩余电压，直到重新供给电荷。然而，在本发明中，各充电分路通过电感器供给电荷，而其余的充电分路依次得到电荷供给。因此，电压轻微地脉动变化，而电压随后即回复到与由电荷供电的充电分路的衰减初始电压同样的电平。

因此，能改善平均电压的维持而不发生反向电离，同时能在保持平均电压的时候节省能量。

（3）在普通的自放电型脉冲充电静电除尘器中，为了获得高的峰值电压，具有相同静电除尘器容量的功率源需要的充电电容器与静电除尘器的电容相当，而开关元件需要在大电流下接通和关断。相反地，在本发明中，能由容量与各充电分路的电容相当的充电电容器获得基本完全相同的峰值电压，与现有技术中所用的电流相比，能减小开关元件接通和关断的电流。

尤其因由充电电容器的电荷供电的充电分路与未充电的其他充电分路通过电感器相连接，所以只有直接由电荷供电的那个充电分路含有带有陡峭上升沿的增大的电势，而且接着发生的电荷从其它充电分路的输送和接收都是通过电感器实现的，结果获得了均匀的电压。因此，尽管充电电容器的电容与各充电分路的相当，各充电分路的峰值电压也能足够高。

按上述结构，本发明具有下列卓越的效果。

（1）自放电型脉冲充电静电除尘器的电压波形的改进构成了经济的脉冲充电方法，即，降低衰减初始电压和增大剩余电压的改进保持了对高阻灰尘照样获得具有陡峭上升沿高压脉冲的特性，并在抑制反向电离的同时获得高的电压峰值。此外，电压降低的抑制能使平均电压的保持得到改善，并能获得较高的除尘效率（参见图3）。

（2）功率装置中充电电容器的容量能大幅度减小，即与普通自放电型脉冲充电静电除尘器相比，减少到用充电分路的个数来除而得到的容量，而且功率装置的成本能够降低。由于高速开关元件开启和断开的电流能够被大大降低，即降低到用充电分路的个数来除而得到的值，所以可靠性能得到改善。一般说来，开关的触点寿命与流过触点的方波电流值成反比。

图1用图解说明本发明的一个实施例;

图2示出图1实施例的电压波形;

图3给出本发明与现有技术相比较的电压波形;

图4-8用图说明现有技术。

参考给出本发明一个实施例的结构的图1，由变压器11升压的电压经整流器12进行整流，并作为电荷贮存在充电电容器13中。电容器13通过高速开关14与静电除尘器17相连。静电除尘器17被分成4个充电分路，在这个例子中用（a）-（d）表示，这些分路由单功率源供给电荷。充电分路的数目可以是两个或更多些，但最好是两到六个。充电分路可以包含沿着气流方向的分路，而最好是选择充电分路垂直于气流方向，这样，电流和电压的特性都完全相同。在实施例中，使用多级旋转式火花放电器作为高速开关，也可以使用高速和高压型可控硅或其它装置。

另一方面，静电除尘器的充电分路（a）-（d）通过电感器19和一根高电导率的耦合杆20相互连接。

充电电容器的容量可以是与静电除尘器各个充电分路的容量相当的容量值。

现在按时间连续方式描述本发明实施例的工作情况。

图2为当旋转式火花放电器连续接通和断开，向各充电分路按时间连续方式依（a）、（b）、（c）和（d）的次序提供贮存在电容器13中的电荷时的各充电分路的电压波形。当开关（a）接通时，电荷由充电电容器13供给静电除尘器17的充电分路（a）以达到LC谐振。这时，电荷有通过电感器19流入其它充电分路的倾向。不过，由于具有陡峭上升沿的含高频成分的电势的增加造成了时间延迟，阻滞电荷流进其它的充电分路，充电分路（a）的峰值电压增加到与不通过电感和其它充电分路相接的情况基本相似时的水平。但是，如果电感器19的值太小，由于经过电感器19的漏电流较大，则峰值电压下降，所以电感器19的电感值最好大于几百微亨。

在充电分路（a）的电压达到高峰值以后，电荷的传递和接收就通过电感器19在充电分路间自动进行。因此，各充电分路的电压水平互相相等，此时电荷的传递与接收通过与分路（a）所含的电容C_EP及其它充电分路（b）、（c）和（d）的总电容C_EP的LC谐振来进行。此时的电压为衰减初始电压，因为电荷分散入充电分路（a）、（b）、（c）和（d），所以和分路不通过电感器相互连接时的单一结构相比，分路（a）上的电压降低，而其它分路（b）、（c）和（d）上的电压增加。接着，分路（a）、（b）、（c）和（d）上的电荷被电阻器和由各分路中的电晕放电引起的诸如此类东西有效地分散掉，而电压逐渐衰减。

然后，充电分路（b）的开关被接通，分路（b）的电压增加到高的峰值。这时，充电分路（a）通过电感器19受分路（b）的峰值电压的影响，结果在分路（a）上的峰值电压表现为脉冲和分路（b）相比上升沿衰减了一点的脉冲形式，而分路（a）的电压与充电分路（b）的衰减初始电压一样。此后，重复进行同样的操作，接通和断开分路（c）和（d）的开关，然后再接通和断开分路（a）的开关。

在一个周期内按时间均分的方式向各个充电分路提供贮存在一个共用的电容器中的电荷，这种操作方法和计算机的时间均分装置是一样的。因此，可把这种装置称为时间均分供能自放电型脉冲充电装置。

Claims (2)

1、包含一个高速开关元件的自放电型脉冲充电静电除尘器，贮存在电容器中的电荷通过该开关元件提供给静电除尘器，而通过静电除尘器内的电阻器将电荷耗散掉，该除尘器的特征在于：通过高速开关元件陆续按时间均分的方式向多个充电分路提供电荷，这些充电分路是通过分开单功率源静电除尘器的充电部分而形成的，并通过电感元件相互连接在一起，而充电电容器的容量选择得基本上等于充电分路的容量。

2、按照权利要求1的自放电型脉冲充电静电除尘器，其中所述电感元件的电感值为几百到几千微亨。

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