CN104135184A - 一种电场发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电场发生装置，包括直流电源、MARX发生器、变压器、主控单元、信号放大单元、电压极性转换单元、电极板装置；其中，主控单元与信号放大单元连接，信号放大单元与MARX发生器连接，以对MARX发生器的充放电进行时序控制；信号放大单元与电压极性转换单元连接；电压极性转换单元输入端与MARX发生器连接，其输出端与所述变压器连接，以转换MARX发生器输出的电压极性并且通过变压器进行升压；电极板装置与变压器输出端连接，并将变压器输出端的脉冲电压产生急剧变化的强电场。根据本发明的电场发生装置应用于污泥细胞破壁设备中时提高了细胞的破壁率，并实现了污泥细胞破壁设备的集成信息化管理。

Description

一种电场发生装置

技术领域

本发明涉及污水处理电子设备领域，尤其涉及一种电场发生装置。

背景技术

在现有污水处理领域中，污泥细胞破壁技术的方法包括化学法和物理法，化学法有碱处理法、臭氧氧化法；物理法有热处理法、超声波处理法、高压喷射法、冷冻处理法等。在工程应用中，传统处理工艺所需的设备成本高，能耗高，效率低，容易堵塞，而应用高压脉冲电场技术进行细胞破壁的设备种类较少，因此根据实际需要，开发新的应用高压脉冲电场的污泥细胞破壁处理设备仍是今后重点研究的方向。

发明内容

为此，本发明提出了一种可以解决上述问题的或至少能部分解决上述问题的一种高压脉冲电场发生装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种电场发生装置，包括：直流电源、MARX发生器、主控单元、信号放大单元、电压极性转换单元、变压器以及电极板装置；其中，所述主控单元的信号输出端与所述信号放大单元的输入端连接，以向所述信号放大单元提供脉宽调制信号；所述信号放大单元输出端与所述MARX发生器连接，以对MARX发生器进行充放电进行时序控制；所述信号放大单元输出端与所述电压极性转换单元连接，以控制极性转换单元进行电压极性转换；所述电压极性转换单元的输入端与MARX发生器输出端连接，其输出端与所述变压器输入端连接，以转换MARX发生器输出的电压极性并且通过所述变压器进行升压；所述电极板装置与所述变压器的高压输出端口相连接，变压器输出端的第二端口与MARX发生器的接地端相连。

可选的，根据本发明的高压脉冲电场发生装置，所述主控单元为单片机。

可选的，根据本发明的高压脉冲电场发生装置，所述MARX发生器进一步包括第一IGBT开关或MOSFET开关，通过第一IGBT开关或MOSFET开关对每级电容放电回路进行导通和断开控制。

可选的，根据本发明的高压脉冲电场发生装置，所述MARX发生器为第一预设级电路并联充电串联放电，其中，第1级电路的电容的正极与电阻R1第一端连接，R1第二端与所述直流电源正极连接，该电容负极与电阻R3第一端连接，R3第二端与所述直流电源负极连接并共同接地，该电容正极与IGBT开关的集电极连接，IGBT的发射极与电阻R2第一端连接，电阻R2第二端与R3第二端连接；第一预设级电路的第n级电路并联在第一预设级电路的第n-1级电容的两端。

可选的，根据本发明的高压脉冲电场发生装置，所述极性转换单元为采用第二IGBT开关进行控制极性转换。

可选的，根据本发明的高压脉冲电场发生装置，所述信号放大单元为IGBT驱动板，其输出端与所述第一及第二IGBT开关连接，以控制第一、第二IGBT开关的导通和断开。

可选的，根据本发明的高压脉冲电场发生装置，所述电极板装置包括圆管和位于所述圆管中心的电极棒。

根据本发明的电磁场发生装置，通过采用主控单元对高压脉冲电场生成装置进行控制，使得用于污泥细胞破壁的设备能进行集成信息化管理；通过采用MARX发生器和极性转换单元的组合，从而产生场强方向和大小急剧变化的脉冲电场，进而提高了污泥细胞的破壁率。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。其中在附图中，参考数字之后的字母标记指示多个相同的部件，当泛指这些部件时，将省略其最后的字母标记。在附图中：

图1示出了根据本发明的电场发生装置的示意图；

图2示出了根据本发明的一种实施方式的示意图；

图3示出了根据本发明的一种实施方式的部分电路结构图；

其中，附图标记如下：

高压脉冲电场发生装置100；

主控单元110、信号放大单元120、IGBT驱动板直流电源130、脉冲发生单元140、第一IGBT开关141、极性转换单元150、第二IGBT开关151、脉冲变压器160以及电极板装置装置170。

具体实施方式

本发明提供了许多可应用的创造性概念，该创造性概念可大量的体现于具体的上下文中。在下述本发明的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本发明的具体实现方式的示例性说明，而不构成对本发明范围的限制。

下面结合附图和具体的实施例对本发明的具体实现方式作进一步的示例性说明。

根据图1示出的根据本发明的高压脉冲电场发生装置100的示意图可以看出：本发明提出的一种高压脉冲电场发生装置100，包括直流电源130、MARX发生器140、变压器160、主控单元110、信号放大单元120、电压极性转换单元150、电极板装置170；其中，所述主控单元110的信号输出端与所述信号放大单元120的输入端连接，以向所述信号放大单元120提供脉宽调制信号；所述信号放大单元120输出端与所述MARX发生器140连接，以对MARX发生器140进行充放电进行时序控制；所述信号放大单元120输出端与所述电压极性转换单元150连接，以控制极性转换单元150进行电压极性转换；所述电压极性转换单元150的输入端与MARX发生器140输出端连接，其输出端与所述变压器160输入端连接，以转换MARX发生器140输出的电压极性并且通过所述变压器160进行升压；所述电极板装置170的第一极与所述变压器160的输出端的第一接口连接，第二级与所述变压器160的输出端的第二接口连接，以通过变压器160输出端的高电压产生电场。

进一步，根据本发明的电场发生装置100的主控单元110优选为单片机，例如89S51、arm11或其他的单片机，其中，89S51芯片向下兼容其他型号的MCS51单片机并能在线更新固件程序，能够方便对高压脉冲电场发生装置100的脉宽调制信号参数进行在线修改；arm11单片机具有强大的网络兼容性，能对多个根据本发明的高压脉冲电场发生装置进行系统联网，实现集成化的监测与管理。

进一步，根据本发明的电场发生装置100的MARX发生器140优选包括第一IGBT开关141，通过第一IGBT开关141对每级电容放电回路进行导通和断开控制。其中，第一IGBT开关141能满足MARX发生器140的电压和电流要求，每级电容电路的IGBT开关能同时导通，使得所有级联电容以及放电电阻串联并进行瞬时放电，从而形成脉冲电压输出（脉冲电压峰值为MARX发生器140的所有级联电容串联时的放电初始电压值之和）；在放电结束后，IGBT开关141同时断开，各级电容进行并联充电等待下周期进行串联放电。

进一步，根据本发明的高压脉冲电场发生装置100的极性转换单元150优选为通过第二IGBT开关151进行控制的极性转换单元150，通过逆变器的第二IGBT开关151进行导通和断开操作，使得极性转换单元150对MARX发生器140输出的电压脉冲信号周期性的改变极性，并通过逆变器150输出端向脉冲变压器160输出双极性电压脉冲信号。

进一步，根据本发明的高压脉冲电场发生装置100的信号放大单元120优选为IGBT驱动板121，其输出端与所述IGBT开关连接，以控制IGBT开关的导通和断开。其中，IGBT驱动板121的输入端与主控单元110信号输出端连接，该IGBT驱动板121将主控单元110产生的脉宽调制信号进行放大，并且将放大的调制信号输出到多路IGBT开关，使得第一GBT开关141和\或第二IGBT开关151按照主控单元110预设的参数（例如，脉冲的周期、占空比、极性转换的周期等）进行导通和断开。

进一步，根据本发明的电场发生装置100的脉冲变压器160将极性转换单元150输出的双极性电压脉冲信号进行升压处理，从而产生双极性的高压信号。

进一步，根据本发明的高压脉冲电场发生装置100的电极板装置170优选包括管道以及位于管道中心的电极棒，变压器输出端的两极分别与电极板装置的两极（管道和电极棒）分别连接，从而使得电极板装置的两极，产生场强大小和方向周期性急剧变化的双极性高压脉冲电场。

实施例

根据图2示出的根据本发明的一种实施方式的高压脉冲电场发生装置100包括500v直流电源130、第一预设级数的MARX发生器140，例如，采用4级MARX发生器、30倍升压的变压器160、89S51单片机110、IGBT驱动板120、极性转换单元150、电极板装置170；其中，89S51单片机110的信号输出端与IGBT驱动板120的输入端连接，以向IGBT驱动板120提供脉宽调制信号；IGBT驱动板120的输出端的4路脉宽调制信号与MARX发生器140的4个IGBT开关141连接，通过对IGBT开关141进行驱动控制，以便对MARX发生器140的级联电容进行并联充电和串联放电的时序控制；IGBT驱动板120输出端与极性转换单元的IGBT开关151连接，以控制极性转换单元150按照IGBT驱动板120的脉宽调制信号所表示的周期对脉冲信号进行极性转换；极性转换单元150的输入端与MARX发生器140输出端连接，其输出端与所述变压器160输入端连接，以转换MARX发生器140输出的单极性脉冲信号转换为双极性脉冲信号并且通过所述变压器160进行30倍升压；电极板装置170的第一极与变压器160的输出端的第一接口连接，第二级与所述变压器的输出端的第二接口连接，以通过变压器160输出端的峰值50KV的双极性脉冲产生场强方向和大小急剧变化的电场。

根据图3示出的根据本发明的一种实施方式的部分电路图，可以看出：本实施例的4级MARX发生器140的第1级电容电路的级联电容C1的正极与电阻R1第一端连接，R1第二端与500v直流电源130正极连接，该电容C1负极与电阻R3第一端连接，R3第二端与所述直流电源130负极连接并共同接地，该电容C1正极与IGBT开关141的集电极连接，IGBT开关141的发射极与电阻R2第一端连接，电阻R2第二端与R3第二端连接；第n级电路并联在第n-1级电容的两端；第4级电容的负极与接地端组成输出端与极性转换单元150输入端连接。其工作过程为：首先4个级联电容进行并联充电，每级电容充电后电压达到500v；然后每级电容放电回路的IGBT开关141在IGBT驱动板120输出的脉宽调制信号的上升沿同时导通；进一步，4个级联电容进行串联式迅速放电，并向极性转换单元150输入端提供1800v的单极脉冲信号，同时，极性转换单元150根据其IGBT开关151的导通与断开变化，保证极性转换单元150本周期的输出脉冲电压极性与上一周期的脉冲电压极性相反，从而向脉冲变压器160输出双极性的脉冲电压信号；进一步，脉冲变压器160将其初级线圈端的双极性脉冲电压进行30倍升压后向电极板装置170提供50KV左右的双极性脉冲电压，从而使电极板装置170的电极棒与圆管的壁之间产生方向和大小按周期急剧变化的电磁场环境。

    根据本发明的电场发生装置100，通过采用主控单元110对高压脉冲电场生成装置100进行控制，使得用于污泥细胞破壁的设备能进行集成信息化管理；通过采用MARX发生器140和极性转换单元150的组合，从而产生场强方向和大小急剧变化的强电场，进而提高了污泥细胞的破壁率。

应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。

Claims (7)

1.一种电场发生装置（100），包括直流电源（130）、MARX发生器（140）和变压器（160）；

特征在于，该装置还包括：主控单元（110）、信号放大单元（120）、电压极性转换单元（150）、电极板装置（170）；

其中，所述主控单元（110）的信号输出端与所述信号放大单元（120）的输入端连接，以向所述信号放大单元（120）提供脉宽调制信号；所述信号放大单元（120）输出端与所述MARX发生器（140）连接，以对MARX发生器（140）进行充放电进行时序控制；所述信号放大单元（120）输出端与所述电压极性转换单元（150）连接，以控制电压极性转换单元（150）进行电压极性转换；所述电压极性转换单元（150）的输入端与MARX发生器（140）输出端连接，其输出端与所述变压器（160）输入端连接，以转换MARX发生器（140）输出的电压极性并且通过所述变压器（160）进行升压；所述电极板装置（170）与所述变压器（160）的高压输出端口连接，所述变压器（160）的输出端的第二接口与MARX发生器的接地端相连接，在所述电极板装置（170）周围产生高压的脉冲电场。

2.根据权利要求1所述的电场发生装置（100），其特征在于，所述主控单元（110）为单片机。

3.根据权利要求1所述的电场发生装置（100），其特征在于，所述MARX发生器（140）进一步包括第一IGBT开关（141）或MOSFET开关，通过IGBT开关（141）或MOSFET开关对每级电容充放电回路进行导通和断开控制。

4.根据权利要求3所述的电场发生装置（100），其特征在于，所述MARX发生器（140）包括第一预设级数电路以进行并联充电串联放电，其中，

第1级电路的电容C1的正极与电阻R1第一端连接，R1第二端与所述直流电源（130）正极连接，该电容C1负极与电阻R3第一端连接，R3第二端与所述直流电源（130）负极连接并共同接地，该电容C1正极与IGBT开关（141）的集电极连接，IGBT开关（141）的发射级与电阻R2第一端连接，电阻R2第二端与R3第二端连接；所述第一预设级数电路的第n级电路并联在所述第一预设级数电路的第n-1级电容的两端。

5.根据权利要求4所述的电场发生装置（100），其特征在于，所述极性转换单元（150）采用第二IGBT开关（151）或MOSFET开关进行极性转换的控制。

6.根据权利要求5所述的电场发生装置（100），其特征在于，所述信号放大单元（120）为IGBT驱动板(121)，其驱动输出端与所述第一IGBT开关（141）及第二IGBT开关(151)连接。

7.根据权利要求1所述的电场发生装置（100），其特征在于，所述电极板装置（170）包括圆管和位于所述圆管中心的电极棒。