一種水中滅藻用高壓脈衝電源的製作方法

2023-06-24 04:47:56 2

專利名稱：一種水中滅藻用高壓脈衝電源的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高壓脈衝電源，特別是一種水中滅藻用高壓脈衝電源。
背景技術：
近年來，等離子體在水中滅藻、尾氣處理、表面改性、等離子刻蝕等方面應用廣泛。 為了產生等離子體，採用快速上升的高壓脈衝電源作為能量輸入和激發方式。這種方式具有成本低、脈衝能量可控、工作穩定等優點。在水處理的應用中，利用快速脈衝形成的外加電場並產生高能電子，這些高能電子攜帶放電電場的能量，高速地和放電介質發生非彈性碰撞，產生激發、離解和電離等一系列反應並形成非平衡等離子體，引發一系列複雜的物理、化學變化，達到有效去除水中藍藻的目的。陡前沿、窄脈衝對產生等離子體的效果有直接的影響。現在流行的產生高壓脈衝的方法是採用Marx發生器，它主要利用其中儲能電容的並聯充電和串聯放電來實現高壓快速上升的脈衝，有電阻隔離、電感隔離和二極體隔離三種，針對不同的輸出要求採用不同的級間開關，但是它的缺點是脈衝前沿受開關影響較大。近年來，磁開關的概念又再次提出來，可以利用它飽和電感和非飽和電感巨大差別來模擬開關的功能，它的開關速度主要是由磁芯自然參數決定的，速度遠快於其他開關。水中滅藻要求脈衝峰值大於5kV、上升沿小於100ns、重複頻率為1(Γ 00Ηζ、每個脈衝內能量0.廣1J。

實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種水中滅藻用高壓脈衝電源，主要解決現有電源裝置使用時，脈衝前沿受開關影響較大的技術問題，具有成本低、脈衝能量可控、工作穩定等優點。為實現上述目的，本實用新型是這樣實現的。一種水中滅藻用高壓脈衝電源，其特徵在於它包括交流電源、整流電路、Marx發生器和磁脈衝壓縮電路；所述的交流電源、整流電路、Marx發生器和磁脈衝壓縮電路依次連接。所述的水中滅藻用高壓脈衝電源，其特徵在於所述的整流電路和Marx發生器之間連接電路上具有K1,所述的Marx發生器和磁脈衝壓縮電路之間連接電路上具有Κ2。所述的水中滅藻用高壓脈衝電源，其特徵在於所述的整流電路由三相橋式整流電路組成。所述的水中滅藻用高壓脈衝電源，其特徵在於所述的Marx發生器具有6個 516nF/30kV圓餅形高壓陶瓷電容器，6個電容器電極分別與兩個電極板螺栓連接，其中一個電極板集成了開關電極，另一個則作為接地極板。所述的水中滅藻用高壓脈衝電源，其特徵在於所述的磁脈衝壓縮電路由電容Q、C1和電感L1組成。本實用新型的有益效果在於採用快速上升的高壓脈衝作為能量輸入和激發方式。這種方式具有成本低、脈衝能量可控、工作穩定等優點。各開關的動作採用單片機控制。 測試可得到峰值7. 5kV、上升沿30ns、重複頻率100Hz、一個脈衝內能量0. 7J的脈衝電壓。

圖1是本實用新型的主電路結構圖。圖中1-交流電源、2-整流電路、3-Marx發生器、4-磁脈衝壓縮電路。圖2是本實用新型中Marx發生器的結構圖圖中21-圓餅形高壓陶瓷電容器、22-接地電感、23-充電電感、24-負載、25-對地電容(增容結構)。圖3是本實用新型的系統流程圖。圖4是本實用新型的單片機中斷程序流程圖。
具體實施方式
本實用新型提供一種水中滅藻用高壓脈衝電源，它包括交流電源1、整流電路2、 Marx發生器3、磁脈衝壓縮電路4。採用Marx發生器與磁脈衝壓縮電路結合的方式，利用 Marx發生器形成初級高壓脈衝，再用磁開關進行整形，開關的控制由單片機來實現(如圖1 所示)。 本實用新型中，上述整流電路由三相橋式整流電路組成。交流電壓從工頻電網接入，用變壓器升壓6倍，再經過由有電容濾波的不控整流電路，形成先緩慢上升後穩壓的直流電壓源。本實用新型中，上述Marx發生器採用模塊化的設計(如圖2所示)，儲能電容採用 516nF/30kV圓餅形高壓陶瓷電容器31，6個電容器電極分別與兩個電極板螺栓連接，其中一個電極板集成了開關電極，另一個則作為接地極板，這樣10個模塊形成5個開關結構， 正負充電，減少了開關個數，從而減小系統電感。本實用新型中，上述磁脈衝壓縮電路由電容Q、C1和電感L1組成。Marx發生器充電完成後，K1斷開，K2閉合，同時Marx發生器的內部開關閉合形成電容的串聯放電。Marx 發生器的儲能電容遠大於Ctl，這樣大電容對小電容的放電速度很快，形成初級脈衝。本實用新型的工作原理為交流電壓從工頻電網接入，用變壓器升壓6倍，再經過由有電容濾波的不控整流電路，形成先緩慢上升後穩壓的直流電壓源。初始狀態時K1斷開， K2斷開，實驗開始後K1閉合，直流電壓源向電阻隔離的Marx發生器充電，主要檢測Marx發生器最末端的電容是否充滿，此充電過程為0. Ims左右。Marx發生器充電完成後，K1斷開， K2閉合，同時Marx發生器的內部開關閉合形成電容的串聯放電。Marx發生器的儲能電容遠大於Ctl，這樣大電容對小電容的放電速度很快，形成初級脈衝，而且儲能電容中的能量只有一部分轉移到Ctl中，這不僅有利於縮短下一次Marx發生器的充電時間，還能夠控制輸出脈衝中的能量。當Ctl充滿時，K2和Marx發生器內開關同時斷開，K1閉合，Marx發生器再次充電。非線性電感L在Ctl充滿時達到飽和，電感值突變為很小，形成了近似短路的電容對電容放電，這樣就實現了對初級脈衝的壓縮陡化，負載端也就得到了要求的脈衝。系統流程如圖3所示，單片機控制中斷流程如圖4所示。 綜上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並非用來限定本實用新型的實施範圍。即凡依本實用新型申請專利範圍的內容所作的等效變化與修飾，都應為本實用新型的技術範疇。
權利要求1.一種水中滅藻用高壓脈衝電源，其特徵在於它包括交流電源、整流電路、Marx發生器和磁脈衝壓縮電路；所述的交流電源、整流電路、Marx發生器和磁脈衝壓縮電路依次連接。
2.根據權利要求1所述的水中滅藻用高壓脈衝電源，其特徵在於所述的整流電路和 Marx發生器之間連接電路上具有K1,所述的Marx發生器和磁脈衝壓縮電路之間連接電路上具有K2。
3.根據權利要求1或2所述的水中滅藻用高壓脈衝電源，其特徵在於所述的整流電路由三相橋式整流電路組成。
4.根據權利要求1或2所述的水中滅藻用高壓脈衝電源，其特徵在於所述的Marx發生器具有6個516nF/30kV圓餅形高壓陶瓷電容器，6個電容器電極分別與兩個電極板螺栓連接，其中一個電極板集成了開關電極，另一個則作為接地極板。
5.根據權利要求1或2所述的水中滅藻用高壓脈衝電源，其特徵在於所述的磁脈衝壓縮電路由電容Ctl、C1和電感L1組成。
專利摘要本實用新型涉及一種高壓脈衝電源，特別是一種水中滅藻用高壓脈衝電源。它包括交流電源、整流電路、Marx發生器和磁脈衝壓縮電路；所述的交流電源、整流電路、Marx發生器和磁脈衝壓縮電路依次連接。它主要解決現有電源裝置使用時，脈衝前沿受開關影響較大的技術問題，具有成本低、脈衝能量可控、工作穩定等優點。
文檔編號H02M9/06GK202309560SQ20112042454
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月1日 優先權日2011年11月1日
發明者呂鋒 申請人:上海理工大學