高频开关电源技术的发展及在火电厂的应用

应 用 技 术
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Ｉ 童
高频 开 关 电源 技术 的发展 及 在 火 电厂 的 应 用
康志刚
关 电源技术在电力电子技术 的应用及各种 电 源系统 中均处于核 心地位 。如采用高频开关 电源技术 ， 大型电解电镀电源的体积 和重量 都会大幅下 降， 可极大地 提高电源利用效率 并降低成本。
三、 高频 电源在 火 电厂 的应用
国 电电力邯郸热 电厂 １ １ 、 １ ２ 机组 配二套双 室 四电场 电除尘器 ， 有效通 流面积 １ ７ ２ ｍ２ ， ｊ 极 线为新 Ｒ Ｓ管状芒 刺 ， 电源配置为高压硅整流变压器 ， 控制运 行方式 为 ： 两 相电 源 经过升压变压器 升压 后 ， 通 过全 波整 流成直 流后 再输 送 至 电场 。两套除尘器分别于 ２ ０ １ １年 ５月和 ２ ０ １ ２年 ６月全 部 改造成 了高频 电源 。改造后能耗 和除尘效率 均有 明显改 善 和提高 。 改造前 ， 锅炉负荷在 ２ ２ ０ ＭＷ、 节能模式状态下 ， 运行参 数 和功 耗 如 下 ： １ １ 机组 ： 上位机显示 总功率 消耗为 ２ ４ １ ｋ Ｗ， 烟尘 出 口 排 放浓 度为 １ ０ ５ ｍｇ ／ Ｎ・ ｒ ｎ 。 。 １ ２ ９ 机组 ： 上 位机 显示 总功率消耗为 ２ ３ ３ ｋ Ｗ， 烟 尘出 口 排放浓 度为 １ ２ ５ ｍｇ ／ Ｎ・ ｒ ｎ 。 。 改造为高频电源后 ， 锅 炉负 荷同样在 ２ ２ ０ ＭＷ 、 节能模 式状态下 ， 各 电场 运 行 数 据 如 下 ： １ １ 机组 ： 上位机显示总功率消耗为 １ ３ ６ ｋ ｗ， 烟尘 出 口 排放浓度为 ５ ６ ． ６ ｍｇ ／ Ｎ・ ｍ３ 。 １ ２ 机组 ： 上位机显示总功率消耗为 １ ３ ９ ｋ Ｗ， 烟尘 出 口 排放浓度为 ５ ５ ． １ ｍｇ ／ Ｎ・ ｍ３ 。 由以上数据看 出 ， 改造前后 ， 两台炉 总功率消耗 降低 了 近２ ０ ０ ｋ Ｗ， 除尘效 率提高了近 ５ ３ 。 邯郸热 电厂作 为 已建火 电厂 ， 在 节能 降耗 方面 做 出 了 积极尝试 ， 在 电除尘改造 中应用先 进 的高频 电源开 关技术 ， 经济效 益和社会 效益均有 了大幅度提高 。 参考文献 ： ［ １ ］ 刘胜利． 高频开关 电源实用新技 术 ［ Ｍ］ ． 北京 ： 机械
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． 高频化 。理论分 析和实践经验表 明， 当我们把 电源频 率从工频 ５ ０ Ｈｚ 提高到 ２ ０ ｋ Ｈｚ 时， 变压器 、 电感和电容等用 电设备 的体积重量大体下 降至工频设 计时 的 ５ ～１ ０ ％， 其 主要材料可节约 ９ Ｏ 或更高 ， 还能节 电 ３ Ｏ 或更 多。而原来 许多采用 电子管的传统高频设备 由于 固态化 而节能 、 节约 材 料所带来 的显著经济效益 ， 更体现了技术含量 的价值。 ２ ． 模块化 。模块 化一 方面 是指 功率 器件 的模 块化 ， 另 方面是指 电源单元 的模 块化 。近 年 ， 有些 公 司把 开关 器 件的驱动保护 电路也 装 到功率模 块 中 ， 组 成 了“ 智 能化 ” 功 率模块 （ Ｉ Ｐ Ｍ） ； 还有 “ 用户 专用 ” 功 率模块 （ ＡＳ Ｐ Ｍ） ， 它几 乎 把一 台整机 的所 有硬 件都 以芯 片形式 安装 到一 个模 块 中。 模块化 的设计使 各元 器件 之 间不 再有 传统 的引 线连 接 ， 有 效降低 了引线寄 生电感和寄生 电容 由于频率 的不断提 高造 成对各 器件 的影 响 ， 并经过严 格 、 合 理的热 、 电、 机械方 面优 化设计 ， 提高 了系统 的可靠性 。 ３ ． 数字 化。随着数 字式信号 、 数字 电路 重要性 的提 高 ， 数 字信号处理技术 也 日趋完 善成熟 ， 相 对模 拟信 号显示 出 诸 多优点 ， 比如便 于计算 机处 理控制 、 避免模 拟信号 的畸变 失真 、 降低杂散信 号 的干扰 、 便 于调试 和遥 感遥 测 遥调 ， 也 便于 自诊断 、 容错 等新技术植入 。所 以， 数字化技术在智 能 化的开关 电源需要用计算机控制 时 ， 更显得必不可少 。 ４ ． 绿色化 。电源 系统 的绿 色化 有两 层含 义 ： 一 是显 著 节电 ； 二是 这些 电源不能（ 或少 ） 对 电 网产 生污染 。实际上 ， 许多功率 电子节 电设 备往 往向 电网注入 严重 的高次谐波 电 流， 变成对电网 的污染 源。而新 型的 电源 电路 拓扑 和控 制 技术 ， 可使功率开关工作在零 电压 或零 电流状 态 ， 从 而大 大 地提高 开关 电源 的工作频率 ， 设计 出性能优 良的开关电源 。 当前社会对 节能减 排 的关 注 度 日益增 高 ， 已建 火 电厂 的电除尘改造势 在必行 。经过多种 电除尘 电源 的应用 实践 后得 出 ， 高频 电源开关改造不仅 改造资金低 ， 还 能提高 除尘 效率 约 ４ Ｏ ～７ Ｏ ， 降低 能耗 约 ５ ０ ～８ Ｏ 。所 以， 面对 越来越严 的烟尘排 放约束 性 指标 和 日益 精细 的投 资概算 ， 高频 电源开关改造是 已建火 电厂 目前最佳选择 。
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高频 电源供 电外 ， 还给集成在高频 电源 内部的风机 、 振打、 加 热诸单元供电 ， 并具有在设备运行故 障时断电保护功能 。 全桥 逆变器的逆变 电路 由全 桥 串联谐 振逆 变器 组 成 ， 将整 流滤波电路产 生 ５ ３ ０ Ｖ左 右 的直 流 电逆变成 ２ ０ ｋ Ｈｚ 左右 的高频交流电送高频高压变压器 。 大功率高频高压 变压器 采用 油浸 式设 计 ， 是 高频 电源 的核心部件 ， 其作 用是将 逆 变 电路 产生 的高频 交 流 电升压 整流后形成高频高压脉动直流送 电至 除尘器 。 控制 电路 包括 电 源 电路 、 信 号调 理 电路 、 ＤＳ Ｐ控 制 电 路、 驱 动电路 、 二次 电流 电压采样 电路 。 信号调理板分模拟量调理 电路和开关量 隔离 电路两 大 部分 ： 模拟量调 理回路有一次 电流 、 一次 电压 、 二次 电流 、 二 次 电压 、 油温等 ； 开关量部分 隔离电路包 括多路 中间继 电器 输 出控制 （ 实现对主开关跳 闸、 充 电断路 器 、 主断路 器 、 冷却 风机 的控制 ） 和 多路 状态 量信 号采集 及驱 动板 信号 和故 障 信号 。驱 动电路直接固定在 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ上 ， 驱动 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 的导 通和 关断， 二次 电流 电压采集安装 于高压变压器 顶部 ， 直接 与 电 流电压 瓷柱连接 。 高频电源由安装在高频电源底部 的风机和分 布在 电源 四周 的风道配合进 行强迫 风冷 散热 ， 确保 变压 器 和大 功率 开关元件的温度在正常工作范 围之 内。