CN101961681A - 自动换极的高压电源 - Google Patents

Abstract

一种自动换极的高压电源，由直流电源电路，直流稳压电源电路，滤波及储能电路，定时电路，控制脉冲发生器电路，脉冲变压器，工作指示电路，开关电路和高压电极组成，由定时电路产生定时信号第一时间段和第二时间段，在两段时间切换时能够随之切换脉冲变压器与滤波及储能电路之间的开关，使得脉冲变压器输出电压的极性随之变换；控制脉冲发生器电路产生脉冲信号并施加到开关电路上；开关电路受到控制，当脉冲到来时，其导通，脉冲结束时，其截止；从而在高压电极上形成与定时信号第一时间段和第二时间段内相对应的极性相反的高压脉冲电压信号。

Description

自动换极的高压电源

技术领域

本发明涉及等离子体和高压静电领域，尤其涉及可以自动换极的高压电源。

背景技术

高压电源是电力除尘设备，常温等离子体设备必用的关键部件，其性能的优劣决定了这两类设备的性能好坏。

电力除尘设备已广泛地用于净化含尘废气的场合。其工作原理是：对含灰尘废气施加高压电场，使灰尘荷电，在电场力的作用下，荷正电的灰尘沉积在高压负电极上，荷负电的灰尘则沉积在高压正电极上。两个高压电极上沉积的灰尘将越来越多，若不及时清除，将严重影响电力除尘设备的效率。严重时，甚至会使其失效。对于干而脆的灰尘，可以采用“振打”电极的方法，使灰尘从电极上脱落。但是，对于粘稠的灰尘(例如油腻的灰尘)只好采取停机，用人工清洗的原始办法清除电极上的“积尘”。这种办法既麻烦又费时费力。

常温等离子体废气净化设备是一种在环保领域应用越来越多的新兴环保设备。其工作原理是：在高压电场的作用下，气体电离并产生大量的高能电子、高能光子及OH、O3等活性粒子，高能电子将有害气体分子键打断，在OH、O3的催化下，有毒有害的废气将转化为无毒无害的H₂O、CO₂及矿化盐。

与电力除尘设备一样，等离子体设备在运行时，不可避免地会在两个电极上粘附一些粘稠的灰尘。这些粘稠的灰尘积聚到一定程度后，等离子体设备的性能也受到严重的影响：高能电子、OH、O3的数量减少，净化废气的能力下降。

综上所述，电力除尘设备，常温等离子体设备在其高压电极上积聚粘稠灰尘的问题，已成了影响设备正常功能的严重问题，现有技术尚无解决此问题的技术方案。

发明内容

本发明就是针对现有技术的缺陷，提供一种可以自动换极的高压电源，通过自动更换高压电极的正、负极性，达到自动清除电极上所积粘稠灰尘的目的。

一种自动换极的高压电源，由直流电源电路，直流稳压电源电路，滤波及储能电路，定时电路，控制脉冲发生器电路，脉冲变压器，工作指示电路，开关电路和高压电极组成，由定时电路产生定时信号第一时间段和第二时间段，在两段时间切换时能够随之切换脉冲变压器与滤波及储能电路之间的开关，使得脉冲变压器输出电压的极性随之变换；控制脉冲发生器电路产生脉冲信号并施加到开关电路上。开关电路受到控制，当脉冲到来时，其导通，脉冲结束时，其截止；从而在高压电极上形成与定时信号第一时间段和第二时间段内相对应的极性相反的高压脉冲电压信号。

在第一时间段内，两个电极之间形成高压脉冲电场，穿越两个电极之间的灰尘被荷电，受电场力的作用，荷电的灰尘被吸附到相应的电极上。

在第二时间段内，两个电极之间形成与第一时间段内相反的高压脉冲电场，吸附到相应的电极上的灰尘被重新荷电，并在新电场力的作用下从电极上脱落，并且不会引起扬尘。

所述高压电源可以工作在不换极模式下，此时开关断开，定时器停止工作，两个电极之间的电场方向不改变。

所述第一时间段和所述第二时间段都可以通过定时器电路来分别设置不同的时间长度。

所述工作指示电路可以具有多个LED指示灯，在所述自动换极的高压电源正常工作时，点亮以指示，并且能够依次点亮，其依次点亮的速度反映脉冲的速度。

本发明实现上述技术目的所采取的技术方案如图1-a、图1-b、图1-c、图1-d所示。图中T为脉冲变压器，共有L1、L2、L3、L四组线圈，L1、L2为初级线圈，L为产生高压的次级线圈，L3为指示工作状态用的耦合线圈。

在时间t＝0至t＝T1，即Δt1的时段内，开关K与1端接通，在后续电路的控制下，电流Ii1从L1的异名端流入，从同名端流出。此时，在次级线圈L上感应出图1-a所示的电流I1并在高压电极D1与高压电极D2之间产生电压V1。V1的极性为：D2是正极，D1是负极。

在时间t＝T1至t＝T2，即Δt2的时段内，开关K与2端接通，在后续电路的控制下，电流Ii2从L2的同名端流入，从异名端流出。此时，在次级线圈L上感应的电流I2与所述的I1方向相反，受I2作用而在高压电极间产生的电压V3极性也与V1相反，即D2是正极，D1是负极。

综上所述，本发明通过以下的两种手段，达到了高压换极的功能：第一，开关K分时段分别与1端或2端接通；第二，脉冲变压器T中，线圈L1、L2绕制方向不同，引线的同名端位置各异。

本发明进一步的技术措施是：Ii1、Ii2为脉冲电流，由它们所感应而产生的高压V1、V2也是脉冲高压。

实现上述技术措施的技术方案为：控制脉冲发生器电路产生如图1-b所示波形的脉冲信号V0并施加到开关电路上。开关电路V0受到控制，当脉冲到来时，其导通，脉冲结束时，其截止。

在开关电路和脉冲变压器的共同作用下，V1的脉冲波形如图1-c所示，V2的脉冲波形如图1-d所示。

本发明更进一步的技术措施是，设定本发明按以下两种模式工作：1、不换极工作模式：开关断开，定时电路停止工作，开关K0锁定在与1端接通的状态，高压电源不换极。2、自动换极工作模式：开关K0接通，定时电路工作，0至T1时段，开关K与1端接通，Ii1流动；T1至T2时段，开关K与2端接通，Ii2流动，如此循环，达到自动换极的目的，并且，所述时段的时长，可以由定时电路任意设定。例如，可以设定0至T1的时长为10小时，T1至T2的时长为2小时。

本发明最重要的意义是：通过高压电源的换极而自动清除沉积在高压电极上灰尘。现以清除电极D1上的灰尘为例，说明实现此功能的过程：

1、在Δt1期间，V1为正脉冲电压，D2为正极，D1为负极，且D1与大地相连接，因此，相对大地而言，此时，两个电极间施加正高压V1，电场方向由D2指向D1。

2、在高压脉冲电场的作用下，穿越D1-D2空间的灰尘被荷电。

3、受电场力的作用，荷正电的灰尘沉集在D1上并释放所携电荷。

4、在Δt2期间，电极D1、D2的极性互换，D1为正极，D2为负极，对于大地而言，两个电极间施加负高压V2，电场方向由D1指向D2，正好与Δt1期间的电场方向相反。在此新电场的作用下，易荷正电的沉集在D1上的灰尘重新被荷正电，并受新电场的斥力而从D1上脱落，并且是不会引起二次扬尘的大块脱落，电极D1上的积尘便被清除。

5、电极D2上灰尘的清除过程与D1相同，此处不再说明。

对于环保领域的技术人员来说，本发明对于餐饮油烟净化机，对处理VOC废气的等离子体设备具有十分重要的意义：可以免除电极的定期清洗，并可保证上述设备持续的净化效率。

附图说明

图1-a为本发明的电路原理方框图；

图1-b为控制脉冲波形示意图；

图1-c为正脉冲V1的波形图；

图1-d为负脉冲V2的波形图；

图2为本发明第一实施例的电路原理图；

图3为本发明第二实施例的电路原理图；

图4为本发明第三实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。但应当理解这里的说明并不构成对本发明保护范围的限制。

本发明第一实施例如图2所示，C1、C2、C3、C4和L4组成滤波及储能电路。该电路的主要功能为：1、对直流电源的输出进行滤波，降低直流电源的纹波。2、对后续电路逆向窜入的信号进行滤波，防止这些信号通过电源窜入其他电路中。3、在脉冲截止期间进行储能，脉冲到来，后续的开关电路导通时，结合直流电源共同对后续电路输能，这样，可以使脉冲的上升沿更陡直。

功率场效应管FET、三极管V3、电阻R13、电阻R14、发光二极管LED1、稳压二极管DW1共同组成开关电路。当图2中所示的脉冲信号施加到功率场效应管FET的栅极G和源极S上时，漏极D与源极S之间导通，脉冲电流Ii1、Ii2流通。

稳压二极管DW1起保护功率场效应管FET的作用，防止功率场效应管FET的栅极G和源极S之间因电压过高而使其损坏。发光二极管LED1起指示作用，其点亮时，表明脉冲信号发生器及射极输出器V3工作正常。电阻R14的作用为：脉冲截止后，通过其迅速地泄放功率场效应管FET栅极G和源极S之间的滞留电荷，使得功率场效应管FET加速关断，这样可以改善脉冲变压器T各线圈上脉冲电压下降沿的性能。

三极管V1、三极管V2及它们各自的附属元器件组成定时回路，该定时回路中有两个继电器，一个为单触点继电器，另一个为双触点继电器。J1为双触点继电器的线包，K为双触点继电器的一组触点，K1为双触点继电器的另一组触点；J2为单触点继电器的线包，K2为单触点继电器的触点。该定时回路的工作过程为：

1、当开关K0断开时，三极管V1、三极管V2不工作，开关K锁定与1端接通，本发明按不换极的模式工作；当开关K0闭合接通时，三极管V1、三极管V2工作，本发明按自动换极的模式工作。

2、在自动换极的模式下：电容C5通过相关电阻充电，当电容C5上电压充至使三极管V1导通的电压值时：

从上述流程可以知道，由三极管V1截止到导通的时间段即为图1-c所示的Δt1；由开关K1闭合到复位断开的时间段即为图1-d所示的Δt2。

换言之，三极管V1导通还是截止，由电容C5两端的电压决定，而电容C5上充电的快慢则由开关K3、K4、K5的状态决定。因此，Δt1的长短可根据开关K3、K4、K5的状态作多种选择。

同样道理，Δt2的长短可根据开关K6、K7、K8的状态作多种选择。

D4、R6、C6的作用是：使整个定时电路延时复位。它们的工作过程为：开关K1闭合，C6通过D4、R6充电。当V2导通，J2通电，开关K2断开时(即V1、V2与直流电源断开)，由于D4的作用，C6单独对V2及其附属器件放电，使V2延迟Δt时间截止。

设计Δt的作用是：保证V1在V2之前复位。如果不设Δt，那么V2导通，K2断开后，若V2在V1之前复位，即K2在K1尚未复位断开就抢先闭合的话(即C7的放电速度快于C5的放电速度)，定时电路就乱了套，设置了Δt，就可避免上述情况的发生。

图2右上角：脉冲变压器T的耦合线圈L3，整流桥Z1，电容C8、C9及电阻R15、LED2共同组成本发明的工作指示电路。当本发明工作正常时，LED2点亮。

综上所述，本实施例的工作过程为：脉冲信号发生器送出的脉冲串经射极输出器加至FET的G极，脉冲高电平时，FET导通，脉冲低电平时，FET关断。因此，Ii1、Ii2为脉冲电流。在Δt1期间，Ii1从线圈L1的异名端流入，高压电极D2与D1之间为正脉冲高压V1；在Δt2期间，Ii2从线圈L1的同名端流入，高压电极D2与D1之间为负脉冲高压V2。定时电路则控制本高压电源实现周期性的。

本发明的第二实施例如图3所示。第二实施例的工作原理与工作过程与第一实施例相同，故图3中与图2中相同的元件及其附图标记略去，这里不再重复，仅说明第二实施例与第一实施例不同之处。第二实施例中采用运算放大器IC3组成脉冲信号发生器。调节电位器W3，可以调整脉冲宽度；调节电位器W4，可以调整脉冲占空比。同时调节W3和W4，可以使本发明工作在最佳状态。

本发明的第三实施例如图4所示。第三实施例的工作原理与工作过程与第一实施例相同，故图4中与图2中相同的元件及其附图标记略去，这里不再重复，仅说明第三实施例与第一实施例不同之处。第三实施例中采用集成电路IC1产生方波信号，经射极输出器V4后转换成脉冲信号，调节电位器W5可以改变脉宽和重复频率。IC1输出的方波信号还送至分频器IC2。经IC2分频后，四个发光二极管LED4-LED7组成美观的“流水”指示。IC1工作正常，“流水灯”亮，脉冲重复频率高，“流水”就快。因此，“流水”的快慢，可以粗略地指导脉冲重复频率的高低，这有利于现场调试。

显然，本领域技术人员可以根据图1-a的原理，组成更多的实施电路图，但这些电路图都在本发明的保护范围之内。最后应该说明，以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明的技术方案，所以，本领域的技术人员应当理解，虽然在理解本发明技术方案的基础上，可以对本发明进行修改或等同替换，但一切不脱离本发明的实质和范围的技术方案及改进，均应在本发明的权利要求所涵盖的范围内。

Claims (6)

1.一种自动换极的高压电源，由直流电源电路，直流稳压电源电路，滤波及储能电路，定时电路，控制脉冲发生器电路，脉冲变压器，工作指示电路，开关电路和高压电极组成，其特征在于：

由定时电路产生定时信号第一时间段和第二时间段，在两段时间切换时能够随之切换脉冲变压器与滤波及储能电路之间的开关，使得脉冲变压器输出电压的极性随之变换；

控制脉冲发生器电路产生脉冲信号并施加到开关电路上。开关电路受到控制，当脉冲到来时，其导通，脉冲结束时，其截止；

从而在高压电极上形成与定时信号第一时间段和第二时间段内相对应的极性相反的高压脉冲电压信号。

2.如权利要求1所述的自动换极的高压电源，其特征在于：

在第一时间段内，两个电极之间形成高压脉冲电场，穿越两个电极之间的灰尘被荷电，受电场力的作用，荷电的灰尘被吸附到相应的电极上。

3.如权利要求1所述的自动换极的高压电源，其特征在于：

在第二时间段内，两个电极之间形成与第一时间段内相反的高压脉冲电场，吸附到相应的电极上的灰尘被重新荷电，并在新电场力的作用下从电极上脱落，并且不会引起扬尘。

4.如权利要求1所述的自动换极的高压电源，其特征在于：

所述高压电源可以工作在不换极模式下，此时开关断开，定时器停止工作，两个电极之间的电场方向不改变。

5.如权利要求1所述的自动换极的高压电源，其特征在于：

所述第一时间段和所述第二时间段都可以通过定时器电路来分别设置不同的时间长度。

6.如权利要求1所述的自动换极的高压电源，其特征在于：

所述工作指示电路可以具有多个LED指示灯，在所述自动换极的高压电源正常工作时，点亮以指示，并且能够依次点亮，其依次点亮的速度反映脉冲的速度。

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