CN106024347B - 多变压器组合的超高电压发生装置 - Google Patents

Abstract

一种多变压器组合的超高电压发生装置，涉及到一种高压电源装置，由中间变压器单元和多个高压变压器单元组成，其中，中间变压器单元包括一次侧线圈和二次侧线圈，一次侧线圈设置在内层；高压变压器单元包括初级线圈和次级高压线圈，次级高压线圈设置在外层；各高压变压器单元的初级线圈相互之间连接后构成初级侧电气回路，各高压变压器单元的次级高压线圈相互之间进行顺向叠加输出，中间变压器单元的二次侧线圈连接到多个高压变压器单元构成的初级侧电气回路。本发明使多个高压变压器次级高压线圈上产生的高压电进行叠加为超高电压输出，以满足等离子体装置的长距离引弧的要求。

Description

多变压器组合的超高电压发生装置

技术领域

本发明涉及电子电路，特别涉及到一种高压电源装置。

背景技术

当前，等离子技术已得到广泛的应用，用等离子体处置工业有害物质、医疗垃圾、生活垃圾的方式与一般的焚烧方式大不一样，等离子体是在电离层或放电现象下所形成的一种状态，放电作用使得工作气分子失去外层电子而形成离子状态，经相互碰撞而产生高温，被处理的工业有害物质、医疗垃圾、垃圾废物受到高温高压的等离子体冲击时，其分子、原子将会重新组合而生成新的物质，从而使有害物质变为无害物质。在处置工业有害物质、医疗垃圾、生活垃圾等离子体设备中需要高压引弧电源。

用等离子体喷枪加热分解水蒸气做气化剂来气化煤或垃圾将成为今后的首选，在常压条件下，温度在2000K时水分子几乎不分解，2500K时有25%的水发生分解，3400～3500K时氢气和氧气的摩尔分数达到最大，分别为18%和6%，当温度达到4200K时，水分子将全部分解为氢气、氢、氧气、氧和氢氧原子团，一般的加热方式难以达到这么高的温度，而使用等离子体喷枪则很容易做到，这类等离子体喷枪需要高压电源进行引弧。

为了增加等离子体电弧的能量及延长等离子体电弧的作用时间，需使阴极与阳极之间的距离足够长，要求引弧电源提供足够高的引弧电压。但现有的高压电源中的使用单个高压变压器,由于需考虑次级反射因素或受到磁芯窗口的限制，单个高压变压器的变压比受到限制，使输出电压不够高，存在不能满足长距离引弧要求的缺点。

发明内容

本发明的目的是要克服现有高压电源不能满足长距离引弧要求的缺点，提供一种多变压器组合的超高电压发生装置，输出足够高的引弧电压，以满足等离子体装置长距离引弧的要求，在处置工业有害物质、医疗垃圾、生活垃圾时的能量更高和效率更高。

本发明的一种多变压器组合的超高电压发生装置，包括变压器单元，其特征是超高电压发生装置由中间变压器单元（T1）和多个高压变压器单元组成，其中，中间变压器单元（T1）包括一次侧线圈（Wa）和二次侧线圈（Wb），一次侧线圈（Wa）和二次侧线圈（Wb）进行嵌套设置，一次侧线圈（Wa）设置在内层；高压变压器单元包括初级线圈和次级高压线圈，初级线圈和次级高压线圈进行嵌套设置，次级高压线圈设置在外层；多个高压变压器单元的初级线圈相互之间连接后构成初级侧电气回路，多个高压变压器单元的次级高压线圈相互之间进行顺向叠加输出，中间变压器单元（T1）的一次侧线圈（Wa）有第一输入端（1）和第二输入端（3）接入，中间变压器单元（T1）的二次侧线圈（Wb）的二个出线端连接到多个高压变压器单元构成的初级侧电气回路。

本发明中，中间变压器单元（T1）中的一次侧线圈（Wa）有中心抽头（2）接出；多个高压变压器单元的初级线圈相互之间以下列其中一种方式进行连接：第一种方式，各高压变压器单元的初级线圈相互之间以同名端并联方式进行连接；第一种方式，各高压变压器单元的初级线圈相互之间以顺向串联方式进行连接。本发明的优选方案为各高压变压器单元的初级线圈相互之间以顺向串联方式进行连接；高压变压器单元为二个以上。

本发明在高压电源装置中应用，采用开关电源技术，当工作频率大于400千周时，各变压器为空心变压器，均不需使用磁芯；当工作频率为1-400千周时，在各变压器中需使用铁氧体磁芯，各变压器中的一次侧线圈、二次侧线圈或初级线圈、次级高压线圈分别安装在各自的铁氧体磁芯上。

本发明采取多变压器组合的措施进行超高电压输出，使高压电分别在多只变压器次级高压线圈上产生，进行高压电叠加输出，大大提高了输出电压，以满足等离子体装置的长距离引弧的要求；同时，减小了次级高压线圈的反射应力，避免开关器件损坏。所述超高电压为30万伏以上的高电压。

本发明应用时，在中间变压器单元（T1）的一次侧线圈（Wa）的二端分别连接有功率开关管。本发明的工作原理是：分别连接在中间变压器单元（T1）的一次侧线圈（Wa）二端的功率开关管交替导通或截止，使中间变压器单元（T1）的二次侧线圈（Wb）有功率输出，中间变压器单元（T1）二次侧线圈（Wb）的高频电能输入到多个高压变压器单元构成的初级侧电气回路中，使多个高压变压器单元的次级高压线圈有功率输出，各高压变压器次级高压线圈的功率输出产生高电压进行叠加输出，形成超高电压提供给等离子体装置进行长距离引弧操作。本发明中，次级高压线圈输出的电压由Vin×N2／N1×T00／T×n确定，其中Vin为单个高压变压器初级线圈的输入电压，N2为单个高压变压器次级高压线圈的匝数，N1为单个高压变压器初级线圈的匝数，T00／T为占空比，n为高压变压器的数量。

本发明在装置中设置中间变压器单元（T1），使高压变压器的使用数量不受限制，以获得超高电压输出。

本发明的有益效果是：采取多变压器组合的措施，使多个高压变压器次级高压线圈上产生的高压电进行叠加为超高电压输出，以满足等离子体装置的长距离引弧的要求，在处置工业有害物质、医疗垃圾、生活垃圾时的能量更高和效率更高。本发明使高压电分别在各次级高压线圈上产生，减小了次级高压线圈的反射应力，避免开关器件损坏。

附图说明

附图1是本发明的一种多变压器组合的超高电压发生装置的电气结构图。

附图2是本发明的另一种多变压器组合的超高电压发生装置的电气结构图。

附图3是本发明的又一种多变压器组合的超高电压发生装置的电气结构图。

附图4是本发明在高压电源系统中应用的原理图。

附图5是本发明在高压电源系统中应用的另一原理图。

图中： T1.中间变压器单元，Wa.一次侧线圈，Wb.二次侧线圈，T2-1.第一高压变压器单元，Wc-1.第一初级线圈，Wd-1.第一次级高压线圈，T2-2.第二高压变压器单元，Wc-2.第二初级线圈，Wd-2.第二次级高压线圈，T2-n.第n高压变压器单元，Wc-n.第n初级线圈，Wd-n.第n次级高压线圈，VT1.第一功率开关管，VT2.第二功率开关管，VT3.第三功率开关管，VT4.第四功率开关管，V+.输入电源，1.第一输入端，2.中心抽头，3.第二输入端，4.第一高压输出端，5.第二高压输出端。

具体实施方式

实施例1 图1所示的实施方式中，多变压器组合的超高电压发生装置由中间变压器单元（T1）和多个高压变压器单元组成，其中，中间变压器单元（T1）包括一次侧线圈（Wa）和二次侧线圈（Wb），一次侧线圈（Wa）和二次侧线圈（Wb）进行嵌套设置，一次侧线圈（Wa）设置在内层；高压变压器单元包括初级线圈和次级高压线圈，初级线圈和次级高压线圈进行嵌套设置，次级高压线圈设置在外层，次级高压线圈以分格绕制方式绕制在骨架上；多个高压变压器单元的初级线圈相互之间以同名端并联方式连接后构成初级侧电气回路，多个高压变压器单元的次级高压线圈相互之间进行顺向串联构成高压叠加输出回路，中间变压器单元（T1）的一次侧线圈（Wa）有第一输入端（1）和第二输入端（3）接入，中间变压器单元（T1）的二次侧线圈（Wb）的二个出线端连接到多个高压变压器单元构成的初级侧电气回路，多个高压变压器单元构成的高压输出回路有第一高压输出端（4）和第二高压输出端（5）接出。本实施例的高压变压器单元为二个以上，本实施例使高压电分别在多只变压器次级高压线圈上产生，进行高压电叠加形成超高电压输出，以满足等离子体装置的长距离引弧的要求。本实施例在开关式的高压电源装置中应用，其工作频率为1-400千周，在中间变压器和各高压变压器中有铁氧体磁芯，一次侧线圈（Wa）和二次侧线圈（Wb）安装在中间变压器的铁氧体磁芯上，初级线圈和次级高压线圈分别安装在各自高压变压器的铁氧体磁芯上。

实施例2 图2所示的实施方式中，多变压器组合的超高电压发生装置由中间变压器单元（T1）和多个高压变压器单元组成，其中，中间变压器单元（T1）包括一次侧线圈（Wa）和二次侧线圈（Wb），一次侧线圈（Wa）和二次侧线圈（Wb）进行嵌套设置，一次侧线圈（Wa）设置在内层；高压变压器单元包括初级线圈和次级高压线圈，初级线圈和次级高压线圈进行嵌套设置，次级高压线圈设置在外层，次级高压线圈以分格绕制方式绕制在骨架上；各高压变压器单元的初级线圈相互之间以顺向串联方式连接后构成初级侧电气回路，各高压变压器单元的次级高压线圈相互之间进行顺向串联构成高压输出回路，中间变压器单元（T1）的一次侧线圈（Wa）有第一输入端（1）和第二输入端（3）接入，中间变压器单元（T1）的二次侧线圈（Wb）的二个出线端连接到多个高压变压器单元构成的初级侧电气回路，多个高压变压器单元构成的高压输出回路有第一高压输出端（4）和第二高压输出端（5）接出。本实施例的高压变压器单元为二个以上，本实施例使高压电分别在多只变压器次级高压线圈上产生，进行高压电叠加形成超高电压输出，以满足等离子体装置的长距离引弧的要求。本实施例在开关式的高压电源装置中应用，其工作频率为1-400千周，在中间变压器和各高压变压器中有铁氧体磁芯，一次侧线圈（Wa）和二次侧线圈（Wb）安装在中间变压器的铁氧体磁芯上，初级线圈和次级高压线圈分别安装在各自高压变压器的铁氧体磁芯上。

实施例3 图3所示的实施方式中，多变压器组合的超高电压发生装置是在第二实施例的基础上，中间变压器单元（T1）中的一次侧线圈（Wa）有中心抽头（2）接出，中心抽头（2）用来连接输入电源。其他结构与第二实施的相同，不再赘述。

实施例4 图4所示的实施方式中，多变压器组合的超高电压发生装置在高压电源系统中应用，多变压器组合的超高电压发生装置的电气结构与第二实施例的相同，不再赘述。第一功率开关管（VT1）和第三功率开关管（VT3）的漏极连接到输入电源（V+），第一功率开关管（VT1）的源极与第二功率开关管（VT2）的漏极连接后再连接到中间变压器单元（T1）一次侧线圈（Wa）的第一输入端（1），第三功率开关管（VT3）的源极与第四功率开关管（VT4）的漏极连接后再连接到中间变压器单元（T1）一次侧线圈（Wa）的第二输入端（3），第二功率开关管（VT2）的源极和第四功率开关管（VT4）的源极连接到地线。本实施例中，第一功率开关管（VT1）、第四功率开关管（VT4）和第二功率开关管（VT2）、第三功率开关管（VT3）交替导通或截止，使中间变压器单元（T1）的二次侧线圈（Wb）有功率输出，中间变压器单元（T1）二次侧线圈（Wb）的高频电能输入到多个高压变压器单元构成的初级侧电气回路中，使多个高压变压器单元的次级高压线圈有功率输出，各高压变压器次级高压线圈的功率输出产生高电压进行叠加输出，形成超高电压提供给等离子体装置进行长距离引弧操作。

实施例5 图5所示的实施方式中，多变压器组合的超高电压发生装置在高压电源系统中应用，多变压器组合的超高电压发生装置的电气结构与第三实施例的相同，不再赘述。第一功率开关管（VT1）的漏极连接到中间变压器单元（T1）一次侧线圈（Wa）的第一输入端（1），输入电源（V+）连接到一次侧线圈（Wa）的中心抽头（2），第二功率开关管（VT2）的漏极连接到中间变压器单元（T1）一次侧线圈（Wa）的第二输入端（3），第一功率开关管（VT1）的源极和第二功率开关管（VT2）的源极连接到地线。本实施例中，第一功率开关管（VT1）和第二功率开关管（VT2）交替导通或截止，使中间变压器单元（T1）的二次侧线圈（Wb）有功率输出，中间变压器单元（T1）二次侧线圈（Wb）的高频电能输入到多个高压变压器单元构成的初级侧电气回路中，使多个高压变压器单元的次级高压线圈有功率输出，各高压变压器次级高压线圈的功率输出产生高电压进行叠加输出，形成超高电压提供给等离子体装置进行长距离引弧操作。

Claims (4)

1.一种多变压器组合的超高电压发生装置，包括变压器单元，其特征是高压电分别在多只变压器次级高压线圈上产生，进行高压电叠加输出，超高电压发生装置由中间变压器单元（T1）和多个高压变压器单元组成，其中，中间变压器单元（T1）包括一次侧线圈（Wa）和二次侧线圈（Wb），一次侧线圈（Wa）和二次侧线圈（Wb）进行嵌套设置，一次侧线圈（Wa）设置在内层；高压变压器单元包括初级线圈和次级高压线圈，初级线圈和次级高压线圈进行嵌套设置，次级高压线圈设置在外层；多个高压变压器单元的初级线圈相互之间连接后构成初级侧电气回路，多个高压变压器单元的次级高压线圈相互之间进行顺向叠加输出，中间变压器单元（T1）的一次侧线圈（Wa）有第一输入端（1）和第二输入端（3）接入，中间变压器单元（T1）的二次侧线圈（Wb）的二个出线端连接到多个高压变压器单元构成的初级侧电气回路；

在中间变压器单元（T1）的一次侧线圈（Wa）的二端分别连接有功率开关管，第一功率开关管（VT1）和第三功率开关管（VT3）的漏极连接到输入电源（V+），第一功率开关管（VT1）的源极与第二功率开关管（VT2）的漏极连接后再连接到中间变压器单元（T1）一次侧线圈（Wa）的第一输入端（1），第三功率开关管（VT3）的源极与第四功率开关管（VT4）的漏极连接后再连接到中间变压器单元（T1）一次侧线圈（Wa）的第二输入端（3），第二功率开关管（VT2）的源极和第四功率开关管（VT4）的源极连接到地线。

2.根据权利要求1所述的一种多变压器组合的超高电压发生装置，其特征是中间变压器单元（T1）中的一次侧线圈（Wa）有中心抽头（2）接出。

3.根据权利要求1所述的一种多变压器组合的超高电压发生装置，其特征是多个高压变压器单元的初级线圈相互之间以下列其中一种方式进行连接：

第一种方式，各高压变压器单元的初级线圈相互之间以同名端并联方式进行连接；

第二种方式，各高压变压器单元的初级线圈相互之间以顺向串联方式进行连接。

4.根据权利要求1所述的一种多变压器组合的超高电压发生装置，其特征是高压变压器单元为二个以上。