Development and Modeling of an Advanced Power Supply System for Electrostatic Precipitators to Improve Environmental Efficiency

2026

Толық мәтін Ашық қол жеткізу: Gold Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.3390/designs10020034
Деректер сенімділігі 70 орташа
Бұл баға қалай есептеледі

Ол жазбаның өзінің тексерілетін белгілерінен құралады: мақаланың DOI-і бар ма, оның деректерін қанша тәуелсіз дереккөз растады, міндетті өрістер толтырылған ба және соңғы растау қаншалықты жаңа. Дереккөздер арасындағы алшақтық пен идентификатордың болмауы бағаны төмендетеді. 80-нен бастап мән жазбаның қосымша тексерусіз жарияланғанын, 60-тан 79-ға дейін — оның сенімділігі төмен күйде жарияланғанын және қолмен тексеру ұсынылатынын білдіреді. Редактор қолмен тексерген жазбаны қайта есептеу 90-нан төмен түсірмейді. Бұл — мақаланың өзіне емес, ол туралы деректерімізге берілген баға.

Аңдатпа

This study presents the engineering design and system-level modeling of a high-frequency power supply architecture for electrostatic precipitators intended to improve particulate removal efficiency and operational stability. Atmospheric air pollution by fine particulate matter (PM2.5) remains one of the most critical challenges in environmental protection and public health. Although electrostatic precipitators (ESPs) are widely used for industrial gas cleaning, the efficiency and stability of conventional 50 Hz power supplies are limited under conditions of strongly nonlinear corona discharge and high-resistivity dust. This paper presents the development and investigation of an advanced high-frequency power supply system for electrostatic precipitators based on a coupled electrical–electrophysical mathematical model. The work follows an engineering design methodology that integrates converter topology selection, electrophysical modeling of corona discharge, and control-oriented system optimization. The proposed model provides a unified description of electric field formation, space charge accumulation, ion transport, and particle motion in the corona discharge region. The simulation results show that in the operating voltage range of 10–100 kV, the electric field strength reaches (2–5)·106 V/m, the ion concentration stabilizes in the range of 1013–1015 m−3, and the particle drift velocity increases from approximately 0.05 to 0.3 m/s, leading to an increase in collection efficiency from about 55% to 93%. It is demonstrated that the proposed system ensures stable output voltage regulation within ±2.5–5% even under strongly nonlinear load conditions. The use of an LC output filter (C = 1–10 nF, L = 10–100 mH) reduces the voltage ripple from about 14% to 1.4–4.8% and significantly improves the transient response. In addition, adaptive adjustment of the pulse repetition frequency in the range of 10–200 kHz makes it possible to reduce energy consumption by 12–18% while simultaneously increasing the collection efficiency by 8–15%. The obtained results confirm that the proposed high-frequency power supply architecture provides a physically well-founded and energy-efficient solution for improving the environmental performance and operational stability of electrostatic precipitators.