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摘 要：电除尘器作为一种广泛应用于水泥、电力、冶金、建材等行业的环保装置，投入工业以来为大气污染的治理和生态环境的保护做出了重要的贡献。随着国家对环保要求的日益提高，开发高效、节能型电除尘具有极其重要的意义。因此，研发电除尘供电控制系统对于提高电除尘器的除尘效率具有重要意义。
关键词：电除尘；三相电源；控制功能
第1章 绪论
1.1 课题背景
随着我国经济发展过程中环境问题日益严重，国家把环境保护定为基本国策，而环境污染问题的解决在很大程度上取决于环境工程技术。电除尘器由于除尘效率高、处理烟气量大等特点而被工业生产尤其是电力工业广泛应用。目前，电除尘器已广泛应用于火力发电、钢铁、有色冶金、化工、建材、机械、电子等众多行业。电除尘器技术从设备本体到计算机控制的高低压电源，以及绝缘配件、振打装置、极板极线等已全部实现国产化[1]。
1.2 静电除尘三相电源与单相电源的比较
1、电源的转换效率
单相直流电源的输出功率与输入功率之比的转换效率低于70%；三相高压直流电源输出功率与输入功率之比的转换效率达到95%；三相电源可提高转换效率25%，大大减少电网供电的负荷空损率，有利于节约能源。
2、输入供电
单相高压直流电源采用单相供电，相对输入的电流大，无法保证三相供电的平衡；三相高压直流电源输入采用三相供电，每相输入的电流相等，输入供电平衡，输入的电流小。
3、输出的直流平均电压
单相电源输出的电压脉动范围大于25%，线性度差，容易出现阻抗不匹配，极易触发火花放电，造成电晕电流低，难以提高除尘效率；三相电源输出的电压波动小于5%，其直流平均电压接近峰值电压，线性度好，施加到电除尘器上的直流电压比单相电源要高得多，从而提高除尘效率。
第2章 电除尘器的工作原理
2.1 电除尘器的基本工作原理
电除尘器是利用直流高压电源产生的强电场使气体电离，产生电晕放电，进而使悬浮尘粒荷电，并在电场力的作用下，将悬浮尘粒从气体中分离出来并加以捕集的除尘装置。电场与直流高压电源输出端相连的金属线叫电晕极（也称阴极或放电极），接地的金属极叫集尘极（也称阳极或收尘极）。当含尘气体从除尘器下部进气管引入电场后，电晕区的正离子和电晕区外的负离子与尘粒碰撞并附着其上，实现了尘粒的荷电。荷电尘粒在电场力的作用下向电极性相反的电极运动，并沉积在电极表面，当电极表面的粉尘沉积到一定厚度时，通过机械振打等手段将电极上的粉尘捕集下来，从下部灰斗排出，而净化后的气体从除尘器上部出气管排出，从而达到净化含尘气体的目的。
第3章 高压电源控制系统的设计
3.1 三相电源主回路的设计
三相交流调压电路采用三相三线制接法，任一相在导通时必须和另一相构成回路。三相的触发脉冲应依次相差120°，同一相的两个反并联晶闸管触发脉冲应相差180°，触发脉冲的顺序是VT1——VT6，依次相差60°。相电压过零点定为触发延迟角α的起点，而在三相三線电路中，两相间导通是靠线电压导通的，线电压超相电压30°，因此α角的移相范围是0°—150°[2]。
3.3 静电除尘器三相电源模型的仿真分析
基于三相交流调压的仿真模型，利用SIMULINK创建了静电除尘三相电源的仿真模型，如图3.1给出了A相电压和电流的仿真波形。
第4章 高压电除尘控制器软件设计
控制系统要实现自动控制的目要有相应的软件支持。如果我们将处理器看作大脑，将外围电路看作四肢，那么运行在处理器上的系统软件就是思想和灵魂。一个好的系统软件要求对整个系统资源进行合理的分配，协调好各功能模块之间的关系，保证各功能模块能够正常运行，并且要求做到结构清晰，以便于以后的维护和升级。
4.1 主程序设计
主程序的设计首先是对整个系统进行初始化，程序的初始化是整个程序设计的关键所在，如果初始化不正确，将会导致整个程序的运行错误。主程序的主要工作是完成系统的初始化工作、键盘的检测以及显示屏的显示等。系统的初始化主要是完成系统的自检、读取上次关机时的参数、设置当前控制方式和工作参数、开启中断等。在软件抗干扰处理方面，由于现场的工作环境比较复杂，对系统的干扰较大，因此程序中每隔一定的时间就会对系统的参数进行一次检查，避免系统参数出现较大偏差，导致控制器无法正常工作。
4.2 火花中断子程序
为了提高电场的除尘效率，除尘器应尽量工作在逼近火花放电的状态，并且又要保证火花产生的时候减小可控硅的导通角。因此，火花中断子程序是保证除尘效率和设备安全生产的关键所在。当电场有大火花产生时，控制器将关闭可控硅的导通。当电场发生小火花时，由于不会产生较大影响，无需关断可控硅需要降低电压即可。
4.3 A/D采样中断子程序
处理器以软件中断方式对各路模拟信号进行连续采样。为了实现递推计算，所采集的数据采用环形存储技术进行存储，存储区可存储10个周波的采样数据。当打开外部中断子程序后，软件定时器中断定时启动，完成十次采样后启动A/D转换，转换结束后进行数据预处理并保存数据。
4.4 串行通信子程序
串行通信子程序的功能主要是接收上位机发送的数据和指令完成远程控制，并定时向上位机传递该控制系统的工作参数，完成上位机对控制系统的实时监控。
在电除尘控制系统中，串行通信是将电场运行时的一次电压、一次电流、二次电压、二次电流等测量值以及运行状态信息传到上位机。同时，还可以实现参数的设置、保存、打印、实时在线分析，各种报警信号的显示功能，串行通信子。
4.5 故障处理子程序
故障处理子程序是指当电场发生一次电压欠压、一次电流过流、二次电压过压、二次电流过流、电场短路、开路等故障时，控制器发出报警信号，控制系统关闭可控硅，切断主回路进行跳闸保护，并发出报警信息。
4.6 参数保存子程序
当控制器收到上位机发出一个保存参数的中断信号时，处理器执行保存参数子程序。保存参数子程序主要是将系统设置的各种重要运行操作参数保存到静态存储芯片上。
总结与展望
在环保逐渐成为大众关注的今天，带给环保产品更多的机遇和挑战。因此，在进一步研究如何利用高压供电控制系统提高有效的电晕功率外，对除尘器的电场机械结构、数学模型、粉尘的最佳驱动速度、电场风速、合理的极间距等方面的研究也十分重要。同时，对于相应配套的低压电源控制设备的研究也是十分必要。只有这些机电设备有机的结合在一起，才能发挥电除尘器的最佳效率，才能达到最佳的除尘效果。
参考文献：
[1].电除尘器节能与优化控制的仿真研究.华北电力大学硕士学位论文
[2].电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2009
关键词：电除尘；三相电源；控制功能
第1章 绪论
1.1 课题背景
随着我国经济发展过程中环境问题日益严重，国家把环境保护定为基本国策，而环境污染问题的解决在很大程度上取决于环境工程技术。电除尘器由于除尘效率高、处理烟气量大等特点而被工业生产尤其是电力工业广泛应用。目前，电除尘器已广泛应用于火力发电、钢铁、有色冶金、化工、建材、机械、电子等众多行业。电除尘器技术从设备本体到计算机控制的高低压电源，以及绝缘配件、振打装置、极板极线等已全部实现国产化[1]。
1.2 静电除尘三相电源与单相电源的比较
1、电源的转换效率
单相直流电源的输出功率与输入功率之比的转换效率低于70%；三相高压直流电源输出功率与输入功率之比的转换效率达到95%；三相电源可提高转换效率25%，大大减少电网供电的负荷空损率，有利于节约能源。
2、输入供电
单相高压直流电源采用单相供电，相对输入的电流大，无法保证三相供电的平衡；三相高压直流电源输入采用三相供电，每相输入的电流相等，输入供电平衡，输入的电流小。
3、输出的直流平均电压
单相电源输出的电压脉动范围大于25%，线性度差，容易出现阻抗不匹配，极易触发火花放电，造成电晕电流低，难以提高除尘效率；三相电源输出的电压波动小于5%，其直流平均电压接近峰值电压，线性度好，施加到电除尘器上的直流电压比单相电源要高得多，从而提高除尘效率。
第2章 电除尘器的工作原理
2.1 电除尘器的基本工作原理
电除尘器是利用直流高压电源产生的强电场使气体电离，产生电晕放电，进而使悬浮尘粒荷电，并在电场力的作用下，将悬浮尘粒从气体中分离出来并加以捕集的除尘装置。电场与直流高压电源输出端相连的金属线叫电晕极（也称阴极或放电极），接地的金属极叫集尘极（也称阳极或收尘极）。当含尘气体从除尘器下部进气管引入电场后，电晕区的正离子和电晕区外的负离子与尘粒碰撞并附着其上，实现了尘粒的荷电。荷电尘粒在电场力的作用下向电极性相反的电极运动，并沉积在电极表面，当电极表面的粉尘沉积到一定厚度时，通过机械振打等手段将电极上的粉尘捕集下来，从下部灰斗排出，而净化后的气体从除尘器上部出气管排出，从而达到净化含尘气体的目的。
第3章 高压电源控制系统的设计
3.1 三相电源主回路的设计
三相交流调压电路采用三相三线制接法，任一相在导通时必须和另一相构成回路。三相的触发脉冲应依次相差120°，同一相的两个反并联晶闸管触发脉冲应相差180°，触发脉冲的顺序是VT1——VT6，依次相差60°。相电压过零点定为触发延迟角α的起点，而在三相三線电路中，两相间导通是靠线电压导通的，线电压超相电压30°，因此α角的移相范围是0°—150°[2]。
3.3 静电除尘器三相电源模型的仿真分析
基于三相交流调压的仿真模型，利用SIMULINK创建了静电除尘三相电源的仿真模型，如图3.1给出了A相电压和电流的仿真波形。
第4章 高压电除尘控制器软件设计
控制系统要实现自动控制的目要有相应的软件支持。如果我们将处理器看作大脑，将外围电路看作四肢，那么运行在处理器上的系统软件就是思想和灵魂。一个好的系统软件要求对整个系统资源进行合理的分配，协调好各功能模块之间的关系，保证各功能模块能够正常运行，并且要求做到结构清晰，以便于以后的维护和升级。
4.1 主程序设计
主程序的设计首先是对整个系统进行初始化，程序的初始化是整个程序设计的关键所在，如果初始化不正确，将会导致整个程序的运行错误。主程序的主要工作是完成系统的初始化工作、键盘的检测以及显示屏的显示等。系统的初始化主要是完成系统的自检、读取上次关机时的参数、设置当前控制方式和工作参数、开启中断等。在软件抗干扰处理方面，由于现场的工作环境比较复杂，对系统的干扰较大，因此程序中每隔一定的时间就会对系统的参数进行一次检查，避免系统参数出现较大偏差，导致控制器无法正常工作。
4.2 火花中断子程序
为了提高电场的除尘效率，除尘器应尽量工作在逼近火花放电的状态，并且又要保证火花产生的时候减小可控硅的导通角。因此，火花中断子程序是保证除尘效率和设备安全生产的关键所在。当电场有大火花产生时，控制器将关闭可控硅的导通。当电场发生小火花时，由于不会产生较大影响，无需关断可控硅需要降低电压即可。
4.3 A/D采样中断子程序
处理器以软件中断方式对各路模拟信号进行连续采样。为了实现递推计算，所采集的数据采用环形存储技术进行存储，存储区可存储10个周波的采样数据。当打开外部中断子程序后，软件定时器中断定时启动，完成十次采样后启动A/D转换，转换结束后进行数据预处理并保存数据。
4.4 串行通信子程序
串行通信子程序的功能主要是接收上位机发送的数据和指令完成远程控制，并定时向上位机传递该控制系统的工作参数，完成上位机对控制系统的实时监控。
在电除尘控制系统中，串行通信是将电场运行时的一次电压、一次电流、二次电压、二次电流等测量值以及运行状态信息传到上位机。同时，还可以实现参数的设置、保存、打印、实时在线分析，各种报警信号的显示功能，串行通信子。
4.5 故障处理子程序
故障处理子程序是指当电场发生一次电压欠压、一次电流过流、二次电压过压、二次电流过流、电场短路、开路等故障时，控制器发出报警信号，控制系统关闭可控硅，切断主回路进行跳闸保护，并发出报警信息。
4.6 参数保存子程序
当控制器收到上位机发出一个保存参数的中断信号时，处理器执行保存参数子程序。保存参数子程序主要是将系统设置的各种重要运行操作参数保存到静态存储芯片上。
总结与展望
在环保逐渐成为大众关注的今天，带给环保产品更多的机遇和挑战。因此，在进一步研究如何利用高压供电控制系统提高有效的电晕功率外，对除尘器的电场机械结构、数学模型、粉尘的最佳驱动速度、电场风速、合理的极间距等方面的研究也十分重要。同时，对于相应配套的低压电源控制设备的研究也是十分必要。只有这些机电设备有机的结合在一起，才能发挥电除尘器的最佳效率，才能达到最佳的除尘效果。
参考文献：
[1].电除尘器节能与优化控制的仿真研究.华北电力大学硕士学位论文
[2].电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2009