中频技术下50/60Hz变压器在静电除尘器电源中的应用与选型

基于Redkoh Industries（Hank Del Gatto & Paul Ford）研究的技术要点解析与艾尼科（Enelco）行业应用展望

关键词
静电除尘器电源, 中频技术, 开关电源 (SMPS), 50/60Hz变压器, 电场优化, 艾尼科 (Enelco), 运行维护, 电除尘器改造

在电力、钢铁、水泥、浆纸与化工等高排放行业，静电除尘器（ESP）是实现颗粒物达标治理与节能减排的关键环节，静电除尘器电源的选择直接影响除尘效率与运行成本。本文基于Hank Del Gatto 与 Paul Ford（Redkoh Industries, Hillsborough NJ, USA）的研究成果，结合行业应用和艾尼科（Enelco）的技术实践，对使用50/60Hz变压器（TR）并配合中频技术（MFPS）的技术要点与选型建议进行阐述[1-4]。

传统采用相控硅（SCR）的50/60Hz电源已服务数十年，自90年代以来，高频开关电源（SMPS）开始广泛应用并能显著提高ESP性能（通常提升20%–40%，在某些场合可达50%）[1]。SMPS有多种切换频率方案，其中中频电源（100–400Hz）以其能复用现有TR和控制柜、降低改造成本的优势，成为替代改造的务实选择。关键在于两类中频实现方式的差别：一是以400Hz为基频、通过PWM调节占空比直接驱动TR，此法会把CLR+TR的阻抗放大约6.6倍，适合当场电场仅需TR额定值60%–70%的场景；二是以约100Hz为基频，通过在基频内部做高频PWM以调节有效幅值（幅度调制方 式），能使TR在接近原设计频率下工作，通常允许维持TR额定毫安输出而不降低寿命[1-3]。

关于TR寿命和损耗，影响因素主要为温升（绕组与铁芯损耗）及线圈内的局部高电压或电晕导致绝缘劣化。铁芯损耗由涡流与磁滞构成，频率升高会改变损耗构成，但由于磁通密度与频率呈反比（在同电压下），将60Hz提升到400Hz后磁通密度显著降低，从而总体铁芯损耗并不一定增大，甚至可能下降[2,3,6]。绕组损耗更值得关注，主要受“集肤效应”和“邻近效应”影响，高频下大导体的有效截面积降低会使绕组损耗上升，但在100Hz左右影响微弱，在400Hz下对大功率初级绕组可能造成约10%左右的额外损耗，二次绕组影响可忽略[1,4]。

工程实践表明，通过合理选择MFPS频率与控制策略，并配合必要的CLR取值调整，可以在低风险下实现试运行并监测TR的温升与局部放电指标，从而以较低成本获得大幅性能提升。MFPS改造在现场的适配性较好：控制柜尺寸与线路接入与原60Hz系统相近，3相市电输入、断路器与接触器可继续沿用，常见改造成本与新建SMPS系统相比可节省显著支出（含安装与运维比率可达约2:1）[1]。

对中国市场而言，艾尼科（Enelco）在电除尘器极板、极线布局与电场优化方面具有长期积累，其在多起水泥、钢铁与浆纸厂的升级项目中，通过采用中频幅度调制的控制策略，配合电场重配与现场调试，实现了排放浓度下降、能耗降低与运维简化的目标。具体效益包括提高除尘效率20%–40%、降低峰值火花率、使TR在原设计寿命范围内安全运行，并减少更换CLR或TR的频率，从而降低全生命周期成本。

结论与建议：采用中频技术（尤其是以100Hz为基频并实现幅度调制的MFPS）能在绝大多数情况下兼顾性能提升与对原50/60Hz变压器的可靠性；在进行改造前应开展试运行并实施温升与局部放电监测。对于中国的钢铁、水泥、浆纸和化工行业，MFPS改造结合艾尼科在电场与极板工艺的优化，代表了一条成本可控、见效显著的升级路径，有助于快速实现排放达标与降低运维费用。作者与机构：本文改写基于Redkoh Industries的研究，原作者为Hank Del Gatto 与 Paul Ford (Redkoh Industries, Hillsborough NJ, USA) [1]。

参考文献
[1] Del Gatto H., Ford P., Using 50/60Hz Precipitator TR’s with Mid-Frequency Technology, Redkoh Industries, Hillsborough NJ, USA. [2] Lee R., Electronic Transformers And Circuits, 1988. [3] Harlow J. H., Electric Power Transformer Engineering, 2007. [4] McLyman W. T., Magnetic Core Selection for Transformers and Inductors, 1997. [5] Nan X., “An Improved Calculation of Proximity-Effect Loss in High-Frequency Windings of Round Conductors,” IEEE Power Electronics Conference, June 2003. [6] Dixon L. H. Jr., “Eddy Current Losses in Transformer Windings and Circuit Wiring,” Magnetic Metals Corporation; Magnetic Metals Corporation, Transformer Lamination Catalog.