JPH089019B2 - 電気集塵機用電源装置 - Google Patents

電気集塵機用電源装置

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JPH089019B2
JPH089019B2 JP2135798A JP13579890A JPH089019B2 JP H089019 B2 JPH089019 B2 JP H089019B2 JP 2135798 A JP2135798 A JP 2135798A JP 13579890 A JP13579890 A JP 13579890A JP H089019 B2 JPH089019 B2 JP H089019B2
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voltage
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electrostatic precipitator
pulse
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章男 赤坂
俊明 三坂
行雄 近藤
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日立プラント建設株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電気集塵機用電源装置に係り、特に直流高電
圧にキャパシタの充放電によるパルス波形の電圧を重畳
した電圧波形を出力するに好適な電気集塵機用電源装置
に関するものである。
〔従来の技術〕
一般に電気集塵装置においてはダストの電気抵抗が高
くなると逆電離現象と呼ばれる異常放電が発生し集塵性
能を著しく低下させることが知られている。これは集塵
室の集塵電極板上に帯電付着したダストが高抵抗の場
合、ダスト層の電荷放出が悪いためにそのダスト層にお
いて電気的絶縁破壊が生じ、この絶縁破壊によって発生
したイオンが集塵空間の電荷を中和してしまうものであ
る。このような逆電離現象の対策として、従来、電気集
塵機には間欠荷電方式とパルス荷電方式とが採用されて
いる。
前者は通常の直流印加電圧を商用電源周期の数サイク
ルごとに断続させて印加する方法で、性能改善効果は後
者に比べると小さいが、従来の電源を僅かに変更するだ
けで実現できる。
一方、パルス電荷方式は、印加するパルス幅で 1)
ミリセカンドパルス荷電方式、 2)マイクロセカンド
パルス荷電方式、 3)ナノセカンドパルス荷電方式に
大別される。間欠荷電方式もミリセカンドパルス荷電方
式の一種と見ることが出来る。
パルス荷電方式の特徴は、瞬間的に高い電圧が放電極
に印加されるため、放電極の形状や汚れにあまり支配さ
れずに放電極全体にわたって一様なコロナ放電が発生
し、しかも断続的に放出されるときのイオン密度は高い
ため、相互反発によって集塵空間に分散し、集塵極上に
おいて一様なコロナ電流分布が得られる。
またパルス荷電時の火花電圧は直流荷電の時よりも高
く、その差はパルス幅が短いほど大きくなる性質がある
ためパルス荷電方式ではそれだけ高い電圧が印加でき
る。
逆電離現象は集塵極上のコロナ電流密度の高い所で発
生し易いが、パルス荷電方式は、コロナ電流分布を平坦
化することで抑制していると考えられている。この効果
は、高い電圧を短いパルス幅で印加するほど大きくな
る。
第8図にこのようなパルス荷電方式が採用されている
従来の電気集塵機用電源装置の全体構成を示す。
第8図に於いて、10は電気集塵機、20は直流高電圧電
源回路、30は高電圧パルス発生電源回路である。電気集
塵機10は放電極12と集塵極14とから構成される。直流高
電圧電源回路20は、交流電源21、サイリスタ22、変圧器
23、ダイオード24から構成される。
また、高電圧パルス発生電源回路30は、交流電源31、
サイリスタ32、34、平滑用キャパシタ32、、ダイオード
35、インダクタ36、パルス変圧器37、及び結合キャパシ
タ38から構成される。
このような構成の電気集塵機では、集塵機10の放電極
12と集塵極14との電極間に直流高電圧電源回路20から出
力されるベース電圧が印加され、又、高電圧パルス発生
電源回路30から出力される高電圧パルスがベース電圧に
重畳されて印加されるようになっている。
即ち、直流高電圧電源回路20の交流電源21からの電圧
は、変圧器23によって昇圧され、ダイオード24により直
流に整流され、放電極12と集塵極14との間にベース電圧
として印加される。一方、パルス発生電源回路30ではサ
イリスタ32のゲートに電圧が印加されて導通され、交流
電源31からの電圧が平滑用キャパシタ33に充電される。
そして、放電極12と集塵極14により形成されたキャパシ
タ、パルス変圧器37、インダクタ36、平滑用キャパシタ
33により構成された振動回路をスイッチング素子のサイ
リスタ34で起動し、放電極12と集塵極14との間にパルス
電圧を印加するようにしている。
第9図は他のパルス発生電源回路を有する従来の電気
集塵機用電源装置の回路図であり、このパルス発生電源
回路においても、放電極12と集塵極14により形成された
キャパシタ、インダクタ42及びキャパシタ43で構成され
た振動回路をサイリスタ34で起動させ、パルス電圧を得
るようにしている。
第10図はパルス荷電方式の更に他の従来例を示す回路
図である。同図において、直流電源50により抵抗器51を
介してキャパシタ52が充電され、キャパシタ52の端子電
圧がスパークギャップ53のスパーク電圧以上になると、
スパークギャップ53は火花放電により短絡する。このと
き、キャパシタ52に蓄えられていた電荷はスパークギャ
ップ53を通して抵抗器54に流れ、パルス電圧が発生す
る。このパルス電圧のパルス幅は、キャパシタ52と抵抗
器54の値の積で決まり、抵抗器54の値を小さくすること
により、第8図や第9図の従来例よりも短いパルス幅を
実現することができる。尚、55は結合キャパシタ、56は
直流電源である。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、前述したようにパルス荷電方式の効果を上
げるにはパルス幅を短くしたほうが良いが、第8図及び
第9図に示した従来例では負荷のキャパシタを含む電気
振動回路を利用しているため、振動回路の定数によりパ
ルス幅が決定される。従って、電気集塵装置が大きくな
れば、キャパシティも大きくなるため振動の周期は長く
なり、パルス幅が長くなる。これに対処するためにはイ
ンダクタンスを小さくすればよいが、同時に大電流を扱
う高速スイッチング素子が必要となる。
また、負荷のキャパシティが同じであっても、さらに
性能向上のためパルス幅を短くするには、やはりインダ
クタンスを小さくする必要があり、この場合、スイッチ
ング素子には瞬間的に大電流が流れることになる。
現在スイッチング素子としては、サイリスタなど半導
体が使われるのが主流であるが、di/dtが大きいと破壊
しやすく、上記のような電源に使う高速大電流サイリス
タはコストが高く信頼性の面でも課題が残されていて、
適用電気集塵装置の大形化、パルス幅の短縮化が困難で
あった。
また、第10図に示した従来例は、抵抗器による電力損
失のための運転コストの増加、スパークギャップの寿命
の問題から商品化にはいたっていない。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、高
電圧や大きなdi/dtにも強く信頼性が高く、且つパルス
幅の短いパルス電圧を供給することができる電気集塵機
用電源装置を提供することを目的とする。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は前記目的を達成するために、電気集塵機の電
極から構成される容量性負荷にパルス状高電圧を供給す
る電気集塵機用電源装置において、一次キャパシタの両
端に所定の周期の振動電圧を発生させる高電圧発生手段
と、前記高電圧発生手段と電気集塵機の電極との間に配
設された磁気圧縮回路による第1、第2のスイッチング
手段と、前記高電圧発生手段による一次キャパシタの充
電時に該一次キャパシタから前記第2のスイッチング手
段に電流が流れるのを阻止するバルブ手段と、を備え、
前記第1のスイッチング手段は前記一次キャパシタの両
端に発生した電圧が所定値に達するとスイッチング動作
し、急峻な立ち上がりを持つパルス電圧に変換して電気
集塵機の電極に印加し、前記第2のスイッチング手段は
前記第1のスイッチング手段のスイッチング動作後、所
望のパルス幅時間経過後にスイッチング動作し、前記電
極に蓄えられた電荷を前記バルブ手段を介して一次キャ
パシタ側に回収するとともに、前記パルス電圧のパルス
幅を規制するように構成されることを特徴としている。
〔作用〕
本発明によれば、高電圧発生手段と電気集塵機の電極
との間に磁気圧縮回路による第1、第2のスイッチング
手段を挿入し、高電圧発生手段の一次キャパシタの両端
に発生した電圧が所定値に達すると、電気圧縮回路の急
峻な立ち上がりを示すスイッチング特性をもって、第1
のスイッチング手段を通って電気集塵機の電極間(放電
極と集塵極間)のキャパシティを充電し、その後再び第
2のスイッチング手段及びバルブ手段を通って放電極と
集塵極間に蓄えられた電荷を高電圧発生手段側に戻し、
急峻でパルス幅の短いパルス電圧を発生するようにして
いる。
〔実施例〕
以下添付図面に従って本発明に係る電気集塵機用電源
装置の好ましい実施例を詳説する。
第1図は本発明に係る第1実施例を示す回路図であ
り、第8図に示した従来の電気集塵機用電源装置と同一
の部材若しくは類似の部材には同一の符号を付し、その
詳しい説明は省略する。
第1図に於いて、10は集塵機、20は直流高電圧電源回
路、100は高電圧パルス発生電源回路である。
高電圧パルス発生電源回路100は、交流電源102、整流
用ダイオード104、平滑用キャパシタ106、スイッチング
サイリスタ108、ダイオード110、インダクタンス112、
及び一次キャパシタ114を有する高電圧発生回路と、磁
気圧縮用の可飽和リアクトル120、122及びダイオード12
4を有する磁気圧縮回路とから構成されている。
可飽和リアクトル120、122は、第2図に示すようにト
ロイダル形磁芯121にコイルを巻いて構成される。トロ
イダル形磁芯121は、非晶質合金又はフェライト等の材
料で形成され、磁束密度(B)−電界(H)曲線が第3
図に示すような角形ヒステリシスループ特性を持つもの
が使用される。
第1図において、スイッチングサイリスタ108をオン
させると、平滑用キャパシタ106に蓄えられていた電荷
はインダクタンス112を通して流れ、一次キャパシタ114
の両端には正弦波状に変化する高電圧が現れる。この正
弦波の周期は、平滑用キャパシタ106、一次キャパシタ1
14の容量及び電流が流れる回路のインダクタンスで決ま
る。
一次キャパシタ114は上記電圧変化に応じて充電され
ていくが、可飽和リアクトル120は初め大きなインダク
タンスを持っているため、その出力側にはほとんど電圧
が現れない。また、一次キャパシタ114の充電中には、
可飽和リアクトル122に直列に接続されたダイオード124
により、可飽和リアクトル122には電流が流れないよう
になっている。
その後、一次キャパシタ114の電圧がピークに近づく
と、可飽和リアクトル120は急激に飽和し、インダクタ
ンスが激減する。このとき、一次キャパシタ114に蓄え
られていた電荷は短時間のうちに電気集塵機10の放電極
14間のキャパシティに移り、急峻な立ち上がりのパルス
電圧が印加されることになる。
一方、可飽和リアクトル122は電気集塵機に電荷が移
った後、所望のパルス幅の時間経過後に飽和状態になる
ように設計されており、これにより電気集塵機に蓄えら
れた電荷は可飽和リアクトル122、ダイオード124を通し
て一次キャパシタ114に移され、その後さらに、ダイオ
ード110を通して平滑用キャパシタ106に戻される。尚、
可飽和リアクトル120及び122が飽和状態に移るタイミン
グは、入力側の電圧波形に応じてコアの材質、寸法、コ
イルの巻数を適当に選ぶことにより設定できる。
以上の動作による、可飽和リアクトル120の入力側及
び出力側の電圧波形をそれぞれ第4図(A)及び(B)
に示す。同図(A)に示すように、スイッチングサイリ
スタ108を含む高電圧発生回路は、周期の長い正弦波状
の電圧を発生するが、電気圧縮回路のスイッチング動作
により磁気圧縮回路の出力側には、同図(B)に示すよ
うに立ち上がり、立ち下がりが急峻で幅が短いパルス電
圧が発生する。
尚、上記パルス幅は可飽和リアクトル122によって決
定され、必要に応じてパルス幅の短いパルス電圧を発生
させることができる。また、可飽和リアクトルはスイッ
チングサイリスタに比べて高電圧や大きなdi/dtにも強
い。一方、スイッチングサイリスタ108のスイッチング
動作は、立ち上がりの遅いパルスを扱えばよいので、大
電流の処理ができ、大型の電気集塵機の電源にも対応で
きる。
第5図は本発明に係る第2実施例を示す回路図であ
る。
第1図の第1実施例では、可飽和リアクトル120と122
を別の磁芯を使って構成したが、第5図の第2実施例で
は2つの可飽和リアクトル130と132とが、第6図に示す
ように1つの磁芯131を共用している点で第1実施例と
相違している。第2実施例によれば、磁芯のコスト低減
や電源装置の構成を簡略化することができる。
第7図は本発明に係る第3実施例を示す回路図であ
る。
第1図の第1実施例と比較すると、第3実施例ではパ
ルス変圧器140を配設した点で相違する。即ち、第3実
施例では、スイッチングサイリスタ108をオンさせる
と、平滑用キャパシタ106に蓄えられていた電荷はパル
ス変圧器140の一次側140Aを通して流れ、二次側140Bに
昇圧されたパルス電圧が現れる。そして、この昇圧され
たパルス電圧によって一次キャパシタ114に電荷を蓄え
るようにしている。この第3実施例によれば、耐圧の低
いスイッチングサイリスタでも使用できるという利点が
ある。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明に係る電気集塵機用電源装
置によれば、磁気圧縮回路によるスイッチング動作でパ
ルス電圧を得るようにしたため、従来のスイッチングサ
イリスタに比べて高電圧や大きなdi/dtにも強く信頼性
の高い電源装置を提供することができるとともに、磁気
圧縮回路による2つのスイッチング手段によってパルス
幅の短いパルス電圧を発生させることができる。これに
より、放電極からのイオン放出が一様に行われ、集塵性
能を高く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る電気集塵機用電源装置の第1実施
例を示す回路図、第2図は第1図に示した可飽和リアク
トルの外形図、第3図は第2図に示した可飽和リアクト
ルのトロイダル形磁芯のB−H曲線を示す図、第4図
(A)及び(B)はそれぞれ第1図の可飽和リアクトル
の入力側電圧波形図及び出力側電圧波形図、第5図は本
発明に係る電気集塵機用電源装置の第2実施例を示す回
路図、第6図は第5図に示した可飽和リアクトルの外形
図、第7図は本発明に係る電気集塵機用電源装置の第3
実施例を示す回路図、第8図乃至第10図はそれぞれ従来
の電気集塵機用電源装置の回路図である。 10……電気集塵機、12……放電極、 14……集塵極、20……直流高電圧電源回路、 100……高電圧パルス発生電源回路、 102……交流電源、104……整流用ダイオード、 106……平滑用キャパシタ、 108……スイッチングサイリスタ、 110、124……ダイオード、 112……インダクタンス、114……一次キャパシタ、 120、122、130、132……可飽和リアクトル、 140……パルス変圧器。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電気集塵機の電極から構成される容量性負
    荷にパルス状高電圧を供給する電気集塵機用電源装置に
    おいて、 一次キャパシタと両端に所定の周期の振動電圧を発生さ
    せる高電圧発生手段と、 前記高電圧発生手段と電気集塵機の電極との間に配設さ
    れた磁気圧縮回路による第1、第2のスイッチング手段
    と、 前記高電圧発生手段による一次キャパシタの充電時に該
    一次キャパシタから前記第2のスイッチング手段に電流
    が流れるのを阻止するバルブ手段と、を備え、 前記第1のスイッチング手段は前記一次キャパシタの両
    端に発生した電圧が所定値に達するとスイッチング動作
    し、急峻な立ち上がりを持つパルス電圧に変換して電気
    集塵機の電極に印加し、 前記第2のスイッチング手段は前記第1のスイッチング
    手段のスイッチング動作後、所望のパルス幅時間経過後
    にスイッチング動作し、前記電極に蓄えられた電荷を前
    記バルブ手段を介して一次キャパシタ側に回収するとと
    もに、前記パルス電圧のパルス幅を規制するように構成
    されることを特徴とする電気集塵機用電源装置。
  2. 【請求項2】前記高電圧発生手段は、交流電源を直流に
    変換する変換手段と、該変換手段によって変換された直
    流電圧を充電する平滑用キャパシタと、該平滑用キャパ
    シタに蓄えられた電荷を前記一次キャパシタに導く半導
    体スイッチング素子とを有することを特徴とする請求項
    1の電気集塵機用電源装置。
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