高低壓一體高頻智能控制器

陳軍律 浙江連成環保科技有限公司

一、背景及意義

電除塵控制系統主要由除塵器的本體（機械）和電氣兩部分組成。控制器為控制除塵器運行的高低壓設備，是電除塵控制系統的關鍵部分。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的對象，被安裝在煙氣經過的煙囪里。

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而實現將氣體電離、粉塵荷電等除塵工作。

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

在本體安裝正常情況下，除塵器運行和除塵效率主要由電設備來控制檢測。電氣設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。但現階段高壓部分和低壓部分還是分開單獨控制的，且集中控制的高壓部分由于采用了可控硅等調壓技術來實現高壓輸出，且普遍存在輸出頻率低，轉換效率低等情況；現在控制器由于只關注自己高壓部分的升壓而沒考慮到整個系統的完整性，從而沒有實現系統的智能化控制；電氣設備需要考慮各行各業的適用性，現在的控制器只關注于自己特定的行業，如國電發電行業、鋼鐵行業、水泥行業、熱電廠等，相關行業的適應性不強，因此沒能達到高效除塵的效果。現在環保要求越來越高，各行業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、技術解決方案（研究內容、關鍵技術及創新點）

（一）主要研究內容

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集控制實現一體化控制的方法；高低壓一體高頻智能控制器高壓部分采用的是IGBT高頻逆變技術來實現AC-DC-AC-DC高壓部分轉換，從而實現控制開關頻率達到20kHz以上；智能化體現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的參數如電除塵器出口粉塵濃度、主機設備運行的負荷大小等通過設備把相關參數轉換成4-20mA信號后輸入到控制器中。控制器依據信入信號的相關情況采用PID智能調節輸出的二次電流和二次電壓，從而實現高低壓一體高頻智能控制器智能化控制和調節；高低壓一體高頻智能控制器中還有4-20mA輸出信號來傳送對應電場的母線電壓、一次電流、二次電流、二次電壓等到對應DCS控制系統里；且該控制器具有MODBUS TCP/IP以太網通訊和MODBUS 485通訊接口方便各行各業傳送數據的要求，從而實現現場所有設備集中控制監控的目的。

（二）關鍵技術及創新點

（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集控制實現一體化控制。電除塵器高壓部分和低壓部分是分別單獨控制的：高壓部分采用單位機控制，對于閃絡控制要求越來越高，有些單位機甚至采用了32位雙核控制；低壓部分一般采用PLC控制，每個項目根據甲方的要求選擇不同的PLC，如西門子、三菱、施耐德等。本產品將高壓部分和低壓部分集中在一個控制器內集中控制。

（2）高低壓一體高頻智能控制器高壓部分采用的是四個IGBT組成高頻逆變回路，通過諧振等技術，從而實現AC-DC-AC-DC高壓部分轉換，從而實現控制開關頻率達到20kHz以上。

（3）高低壓一體高頻智能控制器的智能化體現本制器可接收很多也電除塵相關的參數如電除塵器出口粉塵濃度、主機設備運行的負荷大小等通過設備把相關參數轉換成4-20mA信號后輸入到控制器中。控制器依據信入信號的相關情況采用PID智能調節輸出的二次電流和二次電壓，從而實現高低壓一體高頻智能控制器智能化控制和調節。

（4）高低壓一體高頻智能控制器可采用多種與DCS通訊方式。本研發的控制器中還有4-20mA輸出信號來傳送對應電場的母線電壓、一次電流、二次電流、二次電壓等到對應DCS控制系統里；且該控制器還具有MODBUS TCP/IP以太網通訊和MODBUS 485通訊接口方便各行各業傳送數據的要求，從而實現現場所有設備集中控制監控的目的。

（三）具體實施方式

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集控制實現一體化控制的方法。

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、開關電源T2、保險絲FU2、保險絲FU3輸出控制器所需電源S1，P1和控制回路所需電源S，P；本研發的高壓部分采用的是IGBT高頻逆變技術來實現AC-DC-AC-DC高壓部分轉換，從而實現控制開關頻率達到20kHz以上；如上圖2所示，在三相電L1、L2、L3依次經過斷路器QF1、交流接觸器KM1、電抗器Z1、三相整流橋TD1、C1后實現輸出510VDC直流電壓（第一次AC-DC轉變）。逆變回路由四個IGBT組成，其中D1、D2組成半控橋與D3、D4并聯在510VDC直流電壓兩端。控制器通過控制四個IGBT關斷來實現第一次DC-AC轉變。R1、R2、R3并聯在接觸器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。逆變后的交流電壓再經過C2、變壓器的原邊組成諧振電路從而實現了高頻的逆變的過程。變壓器TR1經過升壓整流后，經隔離開關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信號，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4-20mA、負荷信號4-20mA等模擬量輸入信號經過運放信號放大處理光耦隔離后輸入32位多核單片機內；模擬量輸出信號通過完光耦隔離信號處理后輸出現場所需的DCS信號，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。IGBT驅動信號通過高速光耦隔離信號驅動處理后，經過IGBT驅動轉接板轉換成IGBT所需要的電平信號后接到IGBT對應管腳上，驅動IGBT開關；如圖3所示高低壓一體高頻智能化控制器在對應的接口處預留有MODBUS TCP/IP以太網通訊和MODBUS 485通訊接口方便各行各業傳送數據的要求；另高低壓一體高頻智能化控制器有十幾路輸入信號和十幾路輸出信號作為高低壓信號。輸入信號經過限流電阻、分壓電阻后輸入到光耦輸入端，并在輸入端接入一個反相二極管保護發光二極管；輸出端通過繼電器隔離輸出現場所需的常開或常閉信號滿足控制和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過接觸器KM2、熱保護器FR、到風機M1；再經過特殊風道的設計在油溫和IGBT溫度達到一定的設定溫度時啟動，從而保證了除塵用高低壓一體高頻智能化控制穩定運行。

圖3

三、結語

高低壓一體高頻智能化控制器具有輸出高壓電源開關頻率高、智能化、一體化、適用性廣等特點。該項目的研發在國家電網除塵、水泥行業除塵、熱電廠行業除塵、鋼鐵廠行業等行業具有廣泛的用途。本產品將大大提高企業的技術研發力量，提高企業國際競爭力，促進企業快速發展。同時，也有利于豐富公司現有的產品結構，有助于促進當地經濟結構調整和產業升級，增加財政收入，增加就業機會機會等。