Hochfrequenz- und Hochspannungsstromversorgung

DeFa Environmental Equipment stellt Hochfrequenz-Hochspannungsnetzteile für industrielle Elektrostatik- und Plasmaanwendungen her. Diese Hochfrequenz- und Hochspannungsnetzteile wandeln einen dreiphasigen Wechselstromeingang in einen geregelten Gleichstromausgang mit Spannungen von 1 kV bis 120 kV um, mit Nennleistungen von 1 kW bis 200 kW in einem einzigen Gehäuse und höherer Leistung durch Parallelkonfigurationen.

Der wesentliche technische Unterschied zu herkömmlichen 50/60-Hz-Netzfrequenztransformatoren ist die Schaltfrequenz. Wir arbeiten zwischen 20 kHz und 50 kHz und verwenden eine LLC-Resonanztopologie mit DSP-Steuerung. Dadurch können wir anstelle großer Eisenkerntransformatoren viel kleinere Ferritkerntransformatoren verwenden und über den größten Teil des Lastbereichs einen Umwandlungswirkungsgrad von über 95 % erreichen. In der Praxis bedeutet das einen um 20 bis 30 Prozent geringeren Energieverbrauch bei gleicher Ausgangsleistung im Vergleich zu älteren Transformatorkonstruktionen.

Beschreibung der Funktionen und Vorteile

Funktionsprinzipien

Das Hochfrequenz- und Hochspannungsnetzteil richtet den Wechselstromeingang in Gleichstrom um und schaltet ihn dann über eine Wechselrichterstufe auf Hochfrequenz um. Der hochfrequente Wechselstrom wird durch einen kompakten Ferrittransformator verstärkt, dann gleichgerichtet und gefiltert, um den endgültigen Gleichstromausgang zu erzeugen.

Der DSP passt die Schaltfrequenz kontinuierlich an, um einen optimalen Betrieb unter wechselnden Last- und Leitungsbedingungen aufrechtzuerhalten. Diese Regelung im geschlossenen Regelkreis reagiert auf Änderungen im Mikrosekundenbereich. Benutzer können zwischen drei Steuermodi wählen: Konstantspannung, Konstantstrom oder Konstantleistung. Für Elektrofilter ist ein konstanter Strom typisch, da dadurch die Korona auch bei schwankender Staubbeladung stabil bleibt. Plasmareaktoren werden normalerweise mit konstanter Spannung betrieben, um die Entladungsbedingungen stabil zu halten.

Ausgabeleistung

Die Ausgangswelligkeit liegt bei Volllast unter 1 % Spitze-zu-Spitze. In einem Elektrofilter bedeutet eine geringe Welligkeit einen gleichmäßigeren Koronastrom und eine bessere Sammeleffizienz ohne übermäßige Funkenbildung. Bei der Plasma-VOC-Behandlung führt dies zu einer stabilen Entladung und vorhersehbareren Oxidationsraten.

Die Genauigkeit der Spannungsregelung liegt innerhalb von ±0,5 % des Sollwerts und die Stromregelung innerhalb von ±1 %. Die schnelle Reaktionszeit – typischerweise unter 100 Mikrosekunden – trägt dazu bei, Funkenüberschläge bei ESP-Anwendungen zu unterdrücken, was den Elektrodenverschleiß reduziert und die Wartungsintervalle verlängert.

Schutzsysteme

Wir haben einen umfassenden Schutz sowohl für die Stromversorgung als auch für die angeschlossene Last eingebaut. Zu den Standardfunktionen gehören Überspannung, Überstrom, Kurzschluss, Eingangsphasenverlust und Übertemperaturabschaltung.

Besondere Erwähnung verdient die Lichtbogenerkennung. Bei Elektrofiltern kommt es häufig zu Funkenbildung, die bis zu einem gewissen Grad normal ist. Doch anhaltende Lichtbögen können die Entladungselektroden beschädigen. Unser Gerät erkennt die Stromspitze eines Lichtbogens und reduziert sofort die Ausgangsleistung. Wenn der Lichtbogen über eine vom Benutzer einstellbare Zeit hinaus bestehen bleibt, schaltet das Gerät vollständig ab. Dies verhindert Lochfraß und verlängert die Lebensdauer der Elektrode.

Alle Schutzereignisse werden mit Zeitstempel protokolliert und im nichtflüchtigen Speicher abgelegt. Bediener können den Fehlerverlauf über die Kommunikationsschnittstelle abrufen.

Überwachung und Kontrolle

RS-485 mit Modbus RTU ist Standard. Optional ist Ethernet mit Modbus TCP erhältlich. Über diese Schnittstellen können Sie das Gerät an ein DCS- oder SCADA-System einer Anlage anschließen.

Von einem entfernten Standort aus können Bediener Ausgangsspannung, Ausgangsstrom, Fehlerstatus, Innentemperatur und Stromverbrauch ablesen. Sie können außerdem Spannungs- und Stromsollwerte anpassen, Steuermodi ändern und Fehler aus der Ferne zurücksetzen. Dies reduziert die Notwendigkeit von Vor-Ort-Besuchen, insbesondere bei Installationen in engen Räumen oder Hochrisikobereichen.

Für die analoge Steuerung stellen wir standardmäßig 4–20 mA-Eingänge für Sollwerte und Ausgänge für Statussignale zur Verfügung.

Physisches Design

Das Hochfrequenzdesign reduziert Größe und Gewicht erheblich. Eine 100-kW-Einheit nimmt etwa ein Zehntel des Volumens eines entsprechenden 50/60-Hz-Transformators ein. Dies macht Nachrüstungen praktisch, wenn ältere Geräte in überfüllten Elektroräumen ausgetauscht werden. Das Gewicht wird ebenfalls reduziert, sodass für die Installation keine schweren Hebegeräte erforderlich sind.

Bei Modellen bis zu 50 kW erfolgt die Kühlung durch Umluft, bei höheren Nennleistungen oder bei Installationen mit Umgebungstemperaturen über 40 °C erfolgt die Kühlung durch Wasserkühlung. Die Standardgehäuseschutzart ist IP20 für den Innenbereich; IP54 ist für den Außenbereich oder staubige Umgebungen verfügbar.

Anwendungen

Diese Netzteile werden in verschiedenen industriellen Umweltanwendungen eingesetzt:

Elektrofilter zur Rauchgasstaubabscheidung in Kraftwerken, Zementöfen, Stahlsinteranlagen und Verbrennungsanlagen. Der stabile Gleichstromausgang verbessert die Sammeleffizienz und reduziert die Stapelemissionen.

Plasma-VOC-Behandlungssysteme zur Zersetzung flüchtiger organischer Verbindungen in Abgasströmen aus Chemiefabriken, Beschichtungslinien, Druckereien und der pharmazeutischen Produktion.

Industrieölrauch- und -nebelbehandlung für Bearbeitungsbetriebe, Lebensmittelverarbeitung und Textilspannmaschinen.

Geruchskontrollsysteme für Abwasseraufbereitungsanlagen, Kompostierungsanlagen und Tierkörperbeseitigungsbetriebe, bei denen Plasma- oder Koronaentladung zum Abbau von H₂S, Ammoniak und anderen Geruchsverbindungen eingesetzt wird.

Luftreinigungsgeräte für Gewerbegebäude, Reinräume und medizinische Einrichtungen.

Zuverlässigkeit und Tests

Wir stellen seit 2006 Hochspannungsnetzteile her. Unsere installierte Basis umfasst mehr als 2.000 Einheiten in China, Südostasien, dem Nahen Osten, Südamerika und Europa. Viele davon werden in Zement- und Stahlwerken eingesetzt, wo die Umgebungstemperatur regelmäßig 45 °C übersteigt und die Staubbelastung hoch ist.

Felddaten dieser Installationen geben uns eine durchschnittliche Zeitspanne zwischen Ausfällen von etwas mehr als 80.000 Stunden. Diese Zahl basiert auf tatsächlichen Betriebsprotokollen und nicht auf theoretischen Berechnungen.

Jedes Gerät wird vor dem Versand einem 48-stündigen Einbrenntest bei voller Nennlast unterzogen. Wir führen außerdem eine Minute lang einen Hochspannungsfestigkeitstest mit dem 1,5-fachen der Nennleistung durch. Bei der Endprüfung wird jede Schutzfunktion einzeln überprüft.

Kritische Komponenten – IGBT-Module, Hochspannungstransformatoren, Kondensatoren und Steuerplatinen – werden von erstklassigen Lieferanten bezogen. Wir prüfen jede Charge bei Ankunft und führen Aufzeichnungen zur Rückverfolgbarkeit aller wichtigen Teile.

Anpassungsoptionen

Wir bieten kundenspezifische Konfigurationen für nicht standardmäßige Spannungen, Stromstärken oder mechanische Anforderungen. Beispiele hierfür sind Einheiten für bestimmte Plasmachemien, für Seewäscher mit Salznebelbeständigkeit und für Installationen in großer Höhe, die Leistungsminderungsanpassungen erfordern.

Unser Engineering-Team kann bei der Schnittstellenanpassung, der Anpassung der Steuerlogik und der harmonischen Filterung behilflich sein. Bei größeren Projekten bieten wir auch Unterstützung bei der Inbetriebnahme vor Ort an. Die meisten Einheiten sind jedoch so vorkonfiguriert, dass sie sofort mit Standard-ESP- oder Plasmasystemen funktionieren.

Dokumentation und Support

Jedem Gerät liegt ein vollständiges Handbuch zu Installation, Verkabelung, Betrieb, Fehlerbehebung und Wartung bei. Wir bieten technischen Support per E-Mail und Telefon und antworten innerhalb von 24 Stunden auf Standardanfragen. Bei dringenden Problemen können wir über die Kommunikationsschnittstelle eine Ferndiagnose veranlassen.

Für aktuelle Modelle haben wir Ersatzteile auf Lager und wir führen Dokumentationen für Geräte, die innerhalb der letzten zehn Jahre ausgeliefert wurden, um ältere Geräte zu unterstützen.