CN107442283A - 一种安全型高压电源 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种安全型高压电源，包括电源电路、振荡电路、驱动电路、高压输出电路、输出电流检测电路、燃弧预兆甄别电路，燃弧条件破坏电路和自动重启电路，所述振荡电路的输出端连接到驱动电路的输入端，所述驱动电路的输出端连接到高压输出电路的输入端，所述高压输出电路的输出端连接到输出电流检测电路的输入端，所述输出电流检测电路的输出端连接到燃弧预兆甄别电路的输入端，所述燃弧预兆甄别电路的输出端连接到燃弧条件破坏电路的输入端，所述燃弧条件破坏电路的输出端连接到振荡电路的控制端，所述自动重启电路与振荡电路的控制端相连，能够抑制燃弧并降低放电火花的能量，消除高压电源易起火的安全缺陷，扫除静电除尘治理雾霾的障碍。

Description

一种安全型高压电源

【技术领域】

本发明涉及电子技术和环保行业的技术领域，特别是静电除尘和油烟净化行业所用的一种安全型高压电源。

【背景技术】

社会经济高速发展，伴生的雾霾也日益严重。雾霾不仅损害人们的身心健康，大幅降低国民幸福指数，还阻碍经济的发展，成为民生和经济的一大痛点，治理大气污染的压力日甚一日。政府将治霾视作为民办实事的头等大事，不惜采取工厂限产、车辆限行等措施，但效果却有限，而加大经济下行压力和影响百姓生活工作的副面作用却无法避免。

事实上，工厂限产、车辆限行只能减轻污染排放，不能根治雾霾。标本兼治的办法是大力推广环保除尘技术。只要所有的排放源头都实现排放控制，无需限产限行，也能确保蓝天白云常态化，这是治霾的根本办法。

目前环保除尘的主流技术有三种：一是离心除尘，二是布袋或滤芯除尘，三是高压静电除尘，三者各有优劣。

离心除尘只能去除大颗粒物，对形成雾霾的微米级污染物无能为力，通常只作为除尘的前级预处理。

布袋或滤芯除尘风阻大，运行成本高，无法处理餐饮油烟和工业油雾类污染物，应用范围有限。

高压静电除尘风阻小，可处理油雾类污染物，对形成雾霾的微米级污染物尤为有效，运行成本低，是治理雾霾最有效的技术手段。高压静电除尘的技术原理是：高压电源产生数万伏的直流高压施加在集尘电场的极板上形成很强的静电电场，负高压放电极同时发射大量带负电荷电子。粉尘、油烟等污染物通过净化器集尘静电场时带上负电荷，随即被电场力捕捉吸附到正极板上，去除污染物的洁净空气再排放到大气中，从而实现污染源的净化控制。应用该技术可有效防止污染源的粉尘和油烟对大气造成污染，目前已广泛应用于发电厂、化工行业、印染行业、工矿企业、室内净化和餐饮业，是治理大气污染的主流技术，应用面日益广泛。

可以预期的是，当所有的固定排放源和移动排放源都应用了高压静电除尘装置，大气污染从源头得到控制，无需限产限行，雾霾就能被彻底根除。反之，污染扩散后，即使环保治理投入加大千倍，雾霾也难以根除。静电除尘是最有效、也是最可能根治雾霾的技术手段。

但是，高压静电除尘装置存在一种致命的安全缺陷，就是易引发火灾事故。这个缺陷成为普及静电除尘技术的主要障碍。

极板之间数万伏的高压发生击穿放电是常见现象。在一定的温度、湿度和油烟粉尘浓度条件下，击穿放电有时会形成一段电弧并稳定地燃烧，这种现象称为燃弧。当可燃性油污富集时，燃弧会点燃油污引发火灾，粉尘浓度达到爆点还会引起爆炸事故。因高压静电除尘装置引发的火灾事故时有所闻，这不仅危及用户人身和财产安全，相应的经济责任压力也成为除尘设备生产厂家最大的隐忧。这是行业长期存在的共性关键性难题，也是普及高压静电除尘技术实现除霾的最大障碍。

目前，高压静电除尘电源包含震荡电路及驱动电路，驱动高压包变压、整流后输出数万伏直流高压。通过高压输出线串检测磁环线圈、低压线包串检测磁环线圈或高压包紧贴采样线圈等方法检测放电脉冲发生时的变化电流及电压的信号，经相关电路实现开路保护、短路保护和放电保护，防止高压电源损坏。然而上述保护方案对击穿放电、短路和开路异常状态比较灵敏，对燃弧存在保护盲区，原因是燃弧状态既有高压输出，也有稳定的电流，异常信号难于捕捉。因此静电除尘装置在处理可燃性油雾时，难以避免火灾的发生，因此提出一种安全型高压电源。

【发明内容】

本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种安全型高压电源，能够抑制燃弧并降低放电火花的能量，消除高压电源易起火的安全缺陷，扫除静电除尘治理雾霾的障碍。

为实现上述目的，本发明提出了一种安全型高压电源，包括电源电路、振荡电路、驱动电路、高压输出电路、输出电流检测电路、燃弧预兆甄别电路，燃弧条件破坏电路和自动重启电路，所述振荡电路的输出端连接到驱动电路的输入端，所述驱动电路的输出端连接到高压输出电路的输入端，所述高压输出电路的输出端连接到输出电流检测电路的输入端，所述输出电流检测电路的输出端连接到燃弧预兆甄别电路的输入端，所述燃弧预兆甄别电路的输出端连接到燃弧条件破坏电路的输入端，所述燃弧条件破坏电路的输出端连接到振荡电路的控制端，所述自动重启电路与振荡电路的控制端相连。

作为优选，所述电源电路包括整流滤波电路和DC-DC变换电路，所述电源电路用于将市电转换为直流12V向各单元电路供电。

作为优选，所述振荡电路包括U1、C1和R1，所述驱动电路包括L1、R2和R3，所述高压输出电路包括T1、T2、C2、C3和L3，所述振荡电路由C1和R1决定振荡频率，芯片U1放大信号，经驱动电路的隔离变压器L1送到半桥高压输出电路，通过高压输出电路的T1、T2和C2/C3施加于高压包L2的初级，经高压包次级变压整流后的直流高压输出连接到输出电流检测电路的检测回路。

作为优选，所述燃弧预兆甄别电路包括R4、R5、U2和D2，所述输出电流检测电路的采样电阻用于将检测信号送到燃弧预兆甄别电路，所述燃弧预兆甄别电路用于将检测信号电压与电晕放电状态正常设定值比较，判断是否出现燃弧预兆信号。

作为优选，所述燃弧条件破坏电路包括U3、D3、R6和T1，所述燃弧条件破坏电路用于在收到燃弧预兆甄别电路的动作信号时关闭振荡结束过渡暂态。

作为优选，所述自动重启电路包括C4，所述自动重启电路用于使装置重新自动回到电晕放电状态。

本发明的有益效果：通过燃弧发生机理的研究，研发有效的燃弧预兆甄别电路，发现并甄别燃弧预兆特征量，再通过燃弧条件破坏电路，破坏燃弧产生的条件，避免发生燃弧以实现燃弧抑制保护。本发明不是检测到燃弧状态再触发保护电路，而是检测是否存在燃弧发生前的预兆。一旦侦测到燃弧预兆，迅速启动相关保护电路破坏燃弧条件，使火弧不能发生。

具体来说，高压静电除尘电场的工作状态有两种稳定状态：一种是电晕放电状态。负高压放电极发射大量带负电荷电子附着于粉尘油烟等污染物颗粒上，电场力随即捕捉清除带电的污染物颗粒。这是正常的除尘工作状态；另一种是电弧维持稳定的燃弧状态，燃烧的电弧成为引发火灾的源头。

这两种稳定状态之间，存在极短的暂态过渡状态，就是在介质临近击穿时，首先是部分空气分子被电离形成等离子导电通道，随后离子流受电场力作用加速向异性电极飞渡，飞渡过程中离子撞击空气分子，离子通过电场加速获得的动能一部分使空气分子继续电离维持等离子导电通道的存在，另一部分则发光发热维持电弧的高温状态，这个过程持续下去就形成电弧电压和燃弧电流，燃弧由此产生。

燃弧状态下高压电源仍有高压电压和电流输出，电弧两端的弧根电压各接近1千伏,弧柱电压则视弧柱长度不同，为数千伏至一万多伏高低不等，三段电压之和就是电弧电压，燃弧功率则稳定在几十至几百瓦之间，燃弧电流也处于相应的稳定值。基于对燃弧发生机理的分析可知，从电晕放电状态到燃弧状态之间存在短暂的过渡状态，其特征是出现电弧电压和燃弧电流。虽然燃弧状态异常信号不明显，特征量隐蔽，但燃弧电流和正常工作电流还是存在差异，针对这个差异设计输出电流检测电路，一旦侦测出这个差异即发现燃弧的预兆。只要在进入燃弧状态之前快速关闭高压输出，就能破坏燃弧发生条件，中断等离子导电通道，灭弧后再立即自动重启恢复工作，使静电除尘装置自动从过渡状态恢复到电晕放电状态，避免进入燃弧状态。这样就能使每次击穿放电都无法形成燃弧，有效地消除高压电源因燃弧导致起火的危险，实现燃弧抑制保护功能。

本发明除了具备常规的击穿放电保护、开路保护和短路保护外，还具有独特的燃弧抑制保护功能，通过侦测出燃弧预兆并启动燃弧条件破坏电路，使每次击穿放电都无法形成燃弧，消除燃弧危害。应用本发明后，静电除尘装置成为一种安全型的静电除尘装置，原来常见的燃弧不再出现，有效避免燃弧引发的火灾、爆炸等事故，解决了环保除尘行业长期存在的关键性难题。使静电除尘装置的安全性大幅提高，用户人身安全和财产安全有了保障，厂家最大的隐忧得以消除。尤其是，消除了这个安全隐患后，高压静电除尘技术才能够普及应用，不用限产限行就可治理雾霾才成为实际可能，经济效益和社会效益显而易见。

本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

【附图说明】

图1是本发明一种安全型高压电源实施例的原理框图；

图2是本发明一种安全型高压电源实施例的电路示意图。

【具体实施方式】

参阅图1和图2本发明一种安全型高压电源，包括电源电路1、振荡电路2、驱动电路3、高压输出电路4、输出电流检测电路5、燃弧预兆甄别电路6，燃弧条件破坏电路7和自动重启电路8，所述振荡电路2的输出端连接到驱动电路3的输入端，所述驱动电路3的输出端连接到高压输出电路4的输入端，所述高压输出电路4的输出端连接到输出电流检测电路5的输入端，所述输出电流检测电路5的输出端连接到燃弧预兆甄别电路6的输入端，所述燃弧预兆甄别电路6的输出端连接到燃弧条件破坏电路7的输入端，所述燃弧条件破坏电路7的输出端连接到振荡电路2的控制端，所述自动重启电路8与振荡电路2的控制端相连。所述电源电路1包括整流滤波电路和DC-DC变换电路，所述电源电路1用于将市电转换为直流12V向各单元电路供电。所述振荡电路2包括U1、C1和R1，所述驱动电路3包括L1、R2和R3，所述高压输出电路4包括T1、T2、C2、C3和L3，所述振荡电路2由C1和R1决定振荡频率，芯片U1放大信号，经驱动电路3的隔离变压器L1送到半桥高压输出电路4，通过高压输出电路4的T1、T2和C2、C3施加于高压包L2的初级，经高压包次级变压整流后的直流高压输出连接到输出电流检测电路5的检测回路。所述燃弧预兆甄别电路6包括R4、R5、U2和D2，所述输出电流检测电路5的采样电阻用于将检测信号送到燃弧预兆甄别电路6，所述燃弧预兆甄别电路6用于将检测信号电压与电晕放电状态正常设定值比较，判断是否出现燃弧预兆信号。所述燃弧条件破坏电路7包括U3、D3、R6和T1，所述燃弧条件破坏电路7用于在收到燃弧预兆甄别电路6的动作信号时关闭振荡结束过渡暂态。所述自动重启电路8包括C4，所述自动重启电路8用于使装置重新自动回到电晕放电状态。

具体实施例：

如图2电路主流程示意图所示，电源电路1包括整流滤波电路和DC-DC变换电路，将市电转换为直流12V向各单元电路供电。振荡电路2由C1和R1决定振荡频率，芯片U1放大信号，经驱动电路3的隔离变压器L1送到半桥高压输出电路4，通过T1、T2和C2/C3施加于高压包L2的初级，高压包次级变压整流后的直流高压输出连接到输出电流检测电路5的检测回路，电流检测电路5的采样电阻将检测信号送到燃弧预兆甄别电路6，U2侦测是否出现燃弧预兆信号，一旦发现燃弧预兆信号立即传送到燃弧条件破坏电路7，经U3驱动T1拉低C4电压迅速关闭振荡，停止高压输出以阻止过渡暂态进入燃弧状态。随后自动重启电路8的C4被U1内部恒流源充电，电压回升使电路重新振荡恢复高压输出，重新回到电晕放电状态，从而达到燃弧抑制保护目的。

其特征是：电流检测电路5的采样电阻将直流高压输出电流变换成检测信号电压；U2与周围元件组成燃弧预兆甄别电路6，将检测信号电压与电晕放电状态正常设定值比较，判断是否出现燃弧预兆信号；燃弧条件破坏电路7包括U3、D3、R6和T1，在收到燃弧预兆甄别电路6的动作信号时关闭振荡结束过渡暂态；自动重启电路8使装置重新自动回到电晕放电状态。

上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种安全型高压电源，其特征在于：包括电源电路(1)、振荡电路(2)、驱动电路(3)、高压输出电路(4)、输出电流检测电路(5)、燃弧预兆甄别电路(6)，燃弧条件破坏电路(7)和自动重启电路(8)，所述振荡电路(2)的输出端连接到驱动电路(3)的输入端，所述驱动电路(3)的输出端连接到高压输出电路(4)的输入端，所述高压输出电路(4)的输出端连接到输出电流检测电路(5)的输入端，所述输出电流检测电路(5)的输出端连接到燃弧预兆甄别电路(6)的输入端，所述燃弧预兆甄别电路(6)的输出端连接到燃弧条件破坏电路(7)的输入端，所述燃弧条件破坏电路(7)的输出端连接到振荡电路(2)的控制端，所述自动重启电路(8)与振荡电路(2)的控制端相连。

2.如权利要求1所述的一种安全型高压电源，其特征在于：所述电源电路(1)包括整流滤波电路和DC-DC变换电路，所述电源电路(1)用于将市电转换为直流12V向各单元电路供电。

3.如权利要求1所述的一种安全型高压电源，其特征在于：所述振荡电路(2)包括U1、C1和R1，所述驱动电路(3)包括L1、R2和R3，所述高压输出电路(4)包括T1、T2、C2、C3和L3，所述振荡电路(2)由C1和R1决定振荡频率，芯片U1放大信号，经驱动电路(3)的隔离变压器L1送到半桥高压输出电路(4)，通过高压输出电路(4)的T1、T2和C2、C3施加于高压包L2的初级，经高压包次级变压整流后的直流高压输出连接到输出电流检测电路(5)的检测回路。

4.如权利要求1所述的一种安全型高压电源，其特征在于：所述燃弧预兆甄别电路(6)包括R4、R5、U2和D2，所述输出电流检测电路(5)的采样电阻用于将检测信号送到燃弧预兆甄别电路(6)，所述燃弧预兆甄别电路(6)用于将检测信号电压与电晕放电状态正常设定值比较，判断是否出现燃弧预兆信号。

5.如权利要求1所述的一种安全型高压电源，其特征在于：所述燃弧条件破坏电路(7)包括U3、D3、R6和T1，所述燃弧条件破坏电路(7)用于在收到燃弧预兆甄别电路(6)的动作信号时关闭振荡结束过渡暂态。

6.如权利要求1所述的一种安全型高压电源，其特征在于：所述自动重启电路(8)包括C4，所述自动重启电路(8)用于使装置重新自动回到电晕放电状态。