CN112954876B - 一种等离子气体产生系统、方法、存储介质及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种等离子气体产生系统、方法、存储介质及电子设备，包括：回路振荡电路，与回路振荡电路连接的升压变压器，与升压变压器连接的高压硅堆，与高压硅堆连接的第一槽振荡回路，与第一槽振荡回路连接的第二槽振荡回路；回路振荡电路用于将输入的原始三相交流电压进行功率调节，得到低压交流电压；高压硅堆用于将升压交流电压进行整流，得到直流目标电压；第一槽振荡回路用于根据反馈信号的栅极电流，对直流目标电压进行频率调节，得到第一槽振电压；第二槽振荡回路用于对第一槽振电压进行谐振处理，得到等离子产生电压，等离子产生电压用于对气体进行加热。这样，可以对气体进行感应加热，得到高温高速等离子体。

Description

一种等离子气体产生系统、方法、存储介质及电子设备

技术领域

本发明涉及射频电源技术领域，具体地，涉及一种等离子气体产生系统、方法、存储介质及电子设备。

背景技术

高频等离子体感应加热设备由于其能够产生高温高速等离子体，其内焰核心温度能达到15000℃左右，速度能达到超音速量级，且其在高真空环境下运行，具有高纯度特性，固此类设备主要应用于航空航天材料实验（如火箭、导弹及卫星等外壳材料模拟实验）、稀有金属粉末球化（如钼、钨、钛等及高温氧化物）、难降解废物（如医疗废物、生活垃圾等）处理及高周波信号（如模拟电子对抗及对撞等）处理等方面。

相关技术中，气体感应加热要求高频电源的能量能平稳持续的供给等离子体发生器，实际上三相交流电源通过三相全控桥式整流得到的直流电源是含有纹波的。含有纹波的直流电压加载到电子管上得到阳极电压，这就使得阳极电压实际是间断性的波动的，如果间隔大就会造成高频感应加热的气体亮度不停的闪烁，在可控硅深控的条件下，感应加热气体甚至无法点燃或持续燃烧造成熄弧。

发明内容

本发明的目的是提供一种等离子气体产生系统、方法、存储介质及电子设备，用以解决上述相关技术问题。

为了实现上述目的，本发明实施例的第一方面，提供一种等离子气体产生系统，所述系统包括：回路振荡电路，与所述回路振荡电路连接的升压变压器T，与所述升压变压器T连接的高压硅堆ZQ，与所述高压硅堆ZQ连接的第一槽振荡回路，与所述第一槽振荡回路连接的第二槽振荡回路；

其中，所述回路振荡电路包括三个回路振荡子电路，三个所述回路振荡子电路并联；

所述回路振荡电路用于将输入的原始三相交流电压进行功率调节，得到低压交流电压；

所述高压硅堆ZQ用于将所述变压器T输出的升压交流电压进行整流，得到直流目标电压；

所述第一槽振荡回路用于根据反馈信号的栅极电流，对所述直流目标电压进行频率调节，得到第一槽振电压；

所述第二槽振荡回路用于对所述第一槽振电压进行谐振处理，得到等离子产生电压，所述等离子产生电压用于对气体进行加热，得到所述等离子气体。

可选地，所述回路振荡子电路包括电阻R2、电流互感器L1、电阻R1、电容C1、晶闸管Q1和晶闸管Q4；

其中，所述电阻R1与所述电容C1串联后与所述晶闸管Q1并联，所述晶闸管Q4与所述晶闸管Q1并联，所述晶闸管Q4的阳极与所述晶闸管Q1的阴极连接，所述晶闸管Q4的阴极与所述晶闸管Q1的阳极连接，组成振荡子电路；

所述电阻R2与所述电流互感器L1并联组成互感电路，所述互感电路的输出端与所述振荡子电路的输入端连接。

可选地，所述第一槽振荡回路包括主振荡圈L4、栅极反馈线圈L5、电容C3、电容C4和电容C5；

其中，所述电容C3与所述主振荡圈L4的固定线圈并联，所述栅极反馈线圈L5的固定线圈的第一端与所述主振荡圈L4的固定线圈连接，所述栅极反馈线圈L5的固定线圈、所述电容C4、所述电容C5串联三者串联，所述栅极反馈线圈L5的固定线圈的第二端与所述电容C4连接，所述电容C5远离所述电容C4的一端接地；

所述主振荡圈L4的固定线圈的第一端与所述高压硅堆ZQ的输出端连接，所述主振荡圈L4的固定线圈的第二端接地。

可选地，所述第二槽振荡回路包括电容C6、线圈L6和线圈L7；

其中，所述电容C6与所述线圈L6串联，构成槽振荡子电路，所述槽振荡子电路与所述线圈L7并联，所述电容C6被构造成所述槽振荡子电路的输入端，所述槽振荡子电路的输入端被构造成所述第二槽振荡回路的输入端，所述线圈L6远离所述电容C6 的一端接地；

所述线圈L7用于对气体进行加热，得到所述等离子气体。

本发明实施例的第二方面，提供一种等离子体产生方法，应用于第一方面所述的等离子体产生系统，所述方法包括：

通过三个回路振荡子电路分别对原始三相交流电压进行功率调节，得到低压交流电压；

通过升压变压器对所述低压交流电压进行电压升高，得到升压交流电压；

通过高压硅堆对所述变压器输出的升压交流电压进行整流，得到直流目标电压；

根据反馈信号的栅极电流，通过第一槽振荡回路对所述直流目标电压进行频率调节，得到第一槽振电压；

通过第二槽振荡回路对所述第一槽振电压进行谐振处理，得到等离子产生电压，所述等离子产生电压用于对气体进行加热，得到所述等离子气体。

可选地，所述通过三个回路振荡电路分别对原始三相交流电压进行功率调节，得到低压交流电压，包括：

通过每一所述电流互感器的输入端分别输入所述原始三相交流电压，输出互感电压；

通过三个所述振荡子电路对所述互感电压进行功率调节，得到所述低压交流电压。

可选地，所述通过高压硅堆对所述变压器输出的升压交流电压进行整流，得到直流目标电压：

通过所述高压硅堆对所述变压器输出的所述升压交流电压进行整流，得到目标输出电压；并，

通过设置在直流电压侧的电磁线圈进行滤波，去除所述目标输出电压中的纹波，得到所述直流目标电压。

可选地，所述根据反馈信号的栅极电流，通过第一槽振荡回路对所述直流目标电压进行频率调节，得到第一槽振电压，包括：

通过所述主振荡圈对所述直流目标电压进行频率调节，得到目标频率电压；

根据所述反馈信号的栅极电流，通过所述栅极反馈线圈对所述目标频率电压进行，得到所述第一槽振电压。

本发明实施例的第三方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第二方面中任一项所述方法的步骤。

本发明实施例的第四方面，提供一种电子设备，包括：

存储器，其上存储有计算机程序；

处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现第二方面中任一项所述方法的步骤。

上述技术方案中，能够通过回路振荡电路，与回路振荡电路连接的升压变压器，与升压变压器连接的高压硅堆，与高压硅堆连接的第一槽振荡回路，与第一槽振荡回路连接的第二槽振荡回路；回路振荡电路包括三个回路振荡子电路，三个所述回路振荡子电路并联；回路振荡电路用于将输入的原始三相交流电压进行功率调节，得到低压交流电压；高压硅堆用于将变压器输出的升压交流电压进行整流，得到直流目标电压；第一槽振荡回路用于根据反馈信号的栅极电流，对直流目标电压进行频率调节，得到第一槽振电压；第二槽振荡回路用于对第一槽振电压进行谐振处理，得到等离子产生电压，等离子产生电压用于对气体进行加热，得到等离子气体。这样，可以交流电源通过调压、升压整流器件变为高压直流信号，进而得到高频高压信号，并通过LC谐振输出至感应器内部，气体通过感应器内部后对气体进行感应，产生高温高速等离子体。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一示例性实施例所示出的一种等离子气体产生系统的电路图。

图2是本发明一示例性实施例所示出的一种等离子气体产生方法的流程图。

图3是本发明一示例性实施例所示出的一种实现图1中步骤S11的流程图。

图4是本发明一示例性实施例所示出的一种实现图1中步骤S13的流程图。

图5是本发明一示例性实施例所示出的一种实现图1中步骤S14的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在介绍本发明所提供的等离子气体产生系统、方法、存储介质及电子设备之前，首先对本发明的应用场景进行介绍。本发明所提供的各实施例可以用于替代传统热源，在例如航空航天材料试验时，可以高频感应加热等离子体，真空纯净度高，能使被加热对象保持原始特性。

为此，本发明提供一种等离子气体产生系统，参照图1所示出的一种等离子气体产生系统的电路图，所述系统100包括：

回路振荡电路101，与所述回路振荡电路连接的升压变压器T，与所述升压变压器T连接的高压硅堆ZQ，与所述高压硅堆ZQ连接的第一槽振荡回路102，与所述第一槽振荡回路102连接的第二槽振荡回路103；

其中，所述回路振荡电路101包括三个回路振荡子电路1011，三个所述回路振荡子电路1011并联；

所述回路振荡电路101用于将输入的原始三相交流电压进行功率调节，得到低压交流电压；

所述高压硅堆ZQ用于将所述变压器T输出的升压交流电压进行整流，得到直流目标电压；

所述第一槽振荡回路102用于根据反馈信号的栅极电流，对所述直流目标电压进行频率调节，得到第一槽振电压；

所述第二槽振荡回路103用于对所述第一槽振电压进行谐振处理，得到等离子产生电压，所述等离子产生电压用于对气体进行加热，得到所述等离子气体。

所述等离子气体可以用于对粉体进行外观处理和难熔金属提纯处理。

回路振荡电路101的三个电压输入端分别接原始三相交流电压的U相、V相和W相。

可选地，参考图1，所述系统100还包括：电压表V1、电压表V2和电压表V3。其中，电压表V1用于采集U相和V相之间的电压；电压表V2用于采集U相和W相之间的电压；电压表V3用于采集W相和V相之间的电压。

具体地，气体感应加热过程，大功率高频电源在保持系统工作频率基本不变的前提下，能够在较宽范围内实现功率的调节。三回路振荡器可以在感应加热过程中平滑调节反馈和负载阻抗，即使在感应加热过程中负载变化较大，它也可以根据工艺要求，用改变反馈和回路间耦合的方法来调节振荡器的工作状态，使其总能维持在最佳工作状态。

高频电源必须满足宽范围功率输出的试验需求。采用4只电子管并联方式来实现最大1000kW功率输出。高频电源设计为可以单管工作、双管并联工作和四管并联工作等3种工作模式。设计的高频电源基本能覆盖从100kW量级到1000kW量级的功率输出。

功率调节线圈及其第二槽路的抽头是固定的，但是通过改变内部短路线圈上下的位置，能实现既保证第一槽路的谐振频率基本不变，又能实现功率无级输出的调整。振荡器功率调节线圈的结构设计是关系到宽范围功率输出能否实现的关键，因此功率调节线圈的结构设计十分的重要。

栅极反馈环节电感线圈结构设计及其分压电容配置，它与电子管电参数相匹配，直接关系到系统是否起振，系统是否能调整最佳工作状态。设计时，首先必须的保证反馈信号较功率圈上的信号相差90度。其次，必须保证分压电容的比例与电子管的放大倍数保持乘积为定值。最后，必须保证栅极环节的电容电感与接地电容形成谐振，将该环节的对地信号总和为零。

三相380V/50Hz工频信号经过晶闸管调压后，输出0-380V平滑可调电压，此电压经过变压器升压至0-10kV高压，经过高压硅堆整流为0-12kV的直流信号，在经过高压电容及电抗滤波后形成稳定平滑可调的直流信号，为电子管阳极供电。

上述技术方案中，能够通过回路振荡电路，与回路振荡电路连接的升压变压器，与升压变压器连接的高压硅堆，与高压硅堆连接的第一槽振荡回路，与第一槽振荡回路连接的第二槽振荡回路；回路振荡电路包括第一回路振荡子电路，第二回路振荡子电路和第三回路振荡子电路，第一回路振荡子电路，第二回路振荡子电路和第三回路振荡子电路并联；回路振荡电路用于将输入的原始三相交流电压进行功率调节，得到低压交流电压；高压硅堆用于将变压器输出的升压交流电压进行整流，得到直流目标电压；第一槽振荡回路用于根据反馈信号的栅极电流，对直流目标电压进行频率调节，得到第一槽振电压；第二槽振荡回路用于对第一槽振电压进行谐振处理，得到等离子产生电压，等离子产生电压用于对气体进行加热，得到等离子气体。这样，可以交流电源通过调压、升压整流器件变为高压直流信号，进而得到高频高压信号，并通过LC谐振输出至感应器内部，气体通过感应器内部后对气体进行感应，产生高温高速等离子体。

可选地，参照图1，在高压硅堆的直流电压侧的设置电感L2和电感L3，高压硅堆与电容C2并联，连接方式参加图1，电感L2和电感L3用于对目标输出电压进行滤波，去除所述目标输出电压中的纹波，得到所述直流目标电压。

可选地，参照图1，所述回路振荡子电路1011包括电阻R2、电流互感器L1、电阻R1、电容C1、晶闸管Q1和晶闸管Q4；

其中，所述电阻R1与所述电容C1串联后与所述晶闸管Q1并联，所述晶闸管Q4与所述晶闸管Q1并联，所述晶闸管Q4的阳极与所述晶闸管Q1的阴极连接，所述晶闸管Q4的阴极与所述晶闸管Q1的阳极连接，组成振荡子电路；

所述电阻R2与所述电流互感器L1并联组成互感电路，所述互感电路的输出端与所述振荡子电路的输入端连接。

晶闸管Q1和晶闸管Q4分别接脉冲变压器。

可选地，参照图1，所述第一槽振荡回路102包括主振荡圈L4、栅极反馈线圈L5、电容C3、电容C4和电容C5；

其中，所述电容C3与所述主振荡圈L4的固定线圈并联，所述栅极反馈线圈L5的固定线圈的第一端与所述主振荡圈L4的固定线圈连接，所述栅极反馈线圈L5的固定线圈、所述电容C4、所述电容C5串联三者串联，所述栅极反馈线圈L5的固定线圈的第二端与所述电容C4连接，所述电容C5远离所述电容C4的一端接地；

所述主振荡圈L4的固定线圈的第一端与所述高压硅堆ZQ的输出端连接，所述主振荡圈L4的固定线圈的第二端接地。

当第一槽振荡回路102与第二槽振荡回路103的频率差距过大时，可通过调整第一槽振荡回路102的主振荡圈L4的短路位置，以调整第一槽振荡回路102的电感量，从而调整第一槽振荡回路102输出电压的频率，使之与第二槽振荡回路103频率接近。

可选地，参照图1，所述第二槽振荡回路103包括电容C6、线圈L6和线圈L7；

其中，所述电容C6与所述线圈L6串联，构成槽振荡子电路，所述槽振荡子电路与所述线圈L7并联，所述电容C6被构造成所述槽振荡子电路的输入端，所述槽振荡子电路的输入端被构造成所述第二槽振荡回路103的输入端，所述线圈L6远离所述电容C6 的一端接地；

所述线圈L7用于对气体进行加热，得到所述等离子气体。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供一种等离子体产生方法，应用于第一方面所述的等离子体产生系统，图2是本发明一示例性实施例所示出的一种等离子气体产生方法的流程图。所述方法包括：

S11、通过三个回路振荡子电路分别对原始三相交流电压进行功率调节，得到低压交流电压；

S12、通过升压变压器对所述低压交流电压进行电压升高，得到升压交流电压；

S13、通过高压硅堆对所述变压器输出的升压交流电压进行整流，得到直流目标电压；

S14、根据反馈信号的栅极电流，通过第一槽振荡回路对所述直流目标电压进行频率调节，得到第一槽振电压；

S15、通过第二槽振荡回路对所述第一槽振电压进行谐振处理，得到等离子产生电压，所述等离子产生电压用于对气体进行加热，得到所述等离子气体。

上述技术方案中，能够通过三个回路振荡子电路分别对原始三相交流电压进行功率调节，得到低压交流电压；通过升压变压器对所述低压交流电压进行电压升高，得到升压交流电压；通过高压硅堆对所述变压器输出的升压交流电压进行整流，得到直流目标电压；根据反馈信号的栅极电流，通过第一槽振荡回路对所述直流目标电压进行频率调节，得到第一槽振电压；通过第二槽振荡回路对所述第一槽振电压进行谐振处理，得到等离子产生电压，所述等离子产生电压用于对气体进行加热，得到所述等离子气体。这样，可以交流电源通过调压、升压整流器件变为高压直流信号，进而得到高频高压信号，并通过LC谐振输出至感应器内部，气体通过感应器内部后对气体进行感应，产生高温高速等离子体。

可选地，在步骤S11中，所述通过三个回路振荡电路分别对原始三相交流电压进行功率调节，得到低压交流电压，包括：

S111、通过每一所述电流互感器的输入端分别输入所述原始三相交流电压，输出互感电压；

S112、通过三个所述振荡子电路对所述互感电压进行功率调节，得到所述低压交流电压。

可选地，在步骤S13中，所述通过高压硅堆对所述变压器输出的升压交流电压进行整流，得到直流目标电压：

S131、通过所述高压硅堆对所述变压器输出的所述升压交流电压进行整流，得到目标输出电压；并，

S132、通过设置在直流电压侧的电磁线圈进行滤波，去除所述目标输出电压中的纹波，得到所述直流目标电压。

可选地，在步骤S14中，所述根据反馈信号的栅极电流，通过第一槽振荡回路对所述直流目标电压进行频率调节，得到第一槽振电压，包括：

S141、通过所述主振荡圈对所述直流目标电压进行频率调节，得到目标频率电压；

S142、根据所述反馈信号的栅极电流，通过所述栅极反馈线圈对所述目标频率电压进行，得到所述第一槽振电压。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现任一项所述方法的步骤。

本发明实施例还提供一种电子设备，包括：

存储器，其上存储有计算机程序；

处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现任一项所述方法的步骤。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所发明的内容。

Claims (4)

1.一种等离子气体产生系统，其特征在于，所述系统包括：回路振荡电路（101），与所述回路振荡电路连接的升压变压器T，与所述升压变压器T连接的高压硅堆ZQ，与所述高压硅堆ZQ连接的第一槽振荡回路（102），与所述第一槽振荡回路（102）连接的第二槽振荡回路（103）；其中，所述回路振荡电路（101）包括三个回路振荡子电路（1011），三个所述回路振荡子电路（1011）并联；所述回路振荡电路（101）用于将输入的原始三相交流电压进行功率调节，得到低压交流电压；所述高压硅堆ZQ用于将所述变压器T输出的升压交流电压进行整流，得到直流目标电压；所述第一槽振荡回路（102）用于根据反馈信号的栅极电流，对所述直流目标电压进行频率调节，得到第一槽振电压；所述第二槽振荡回路（103）用于对所述第一槽振电压进行谐振处理，得到等离子产生电压，所述等离子产生电压用于对气体进行加热，得到所述等离子气体；

所述回路振荡子电路（1011）包括电阻R2、电流互感器L1、电阻R1、电容C1、晶闸管Q1和晶闸管Q4；其中，所述电阻R1与所述电容C1串联后与所述晶闸管Q1并联，所述晶闸管Q4与所述晶闸管Q1并联，所述晶闸管Q4的阳极与所述晶闸管Q1的阴极连接，所述晶闸管Q4的阴极与所述晶闸管Q1的阳极连接，组成振荡子电路；所述电阻R2与所述电流互感器L1并联组成互感电路，所述互感电路的输出端与所述振荡子电路的输入端连接；

所述第一槽振荡回路（102）包括主振荡圈L4、栅极反馈线圈L5、电容C3、电容C4和电容C5；其中，所述电容C3与所述主振荡圈L4的固定线圈并联，所述栅极反馈线圈L5的固定线圈的第一端与所述主振荡圈L4的固定线圈连接，所述栅极反馈线圈L5的固定线圈、所述电容C4、所述电容C5串联三者串联，所述栅极反馈线圈L5的固定线圈的第二端与所述电容C4连接，所述电容C5远离所述电容C4的一端接地；所述主振荡圈L4的固定线圈的第一端与所述高压硅堆ZQ的输出端连接，所述主振荡圈L4的固定线圈的第二端接地；

所述第二槽振荡回路（103）包括电容C6、线圈L6和线圈L7；其中，所述电容C6与所述线圈L6串联，构成槽振荡子电路，所述槽振荡子电路与所述线圈L7并联，所述电容C6被构造成所述槽振荡子电路的输入端，所述槽振荡子电路的输入端被构造成所述第二槽振荡回路（103）的输入端，所述线圈L6远离所述电容C6的一端接地；所述线圈L7用于对气体进行加热，得到所述等离子气体。

2.一种基于权利要求1所述的等离子气体产生系统的等离子体产生方法，其特征在于，所述方法包括：通过每一所述电流互感器的输入端分别输入所述原始三相交流电压，输出互感电压；通过三个所述振荡子电路对所述互感电压进行功率调节，得到所述低压交流电压；通过升压变压器对所述低压交流电压进行电压升高，得到升压交流电压；通过高压硅堆对所述变压器输出的所述升压交流电压进行整流，得到目标输出电压；并，通过设置在直流电压侧的电磁线圈进行滤波，去除所述目标输出电压中的纹波，得到所述直流目标电压；通过所述主振荡圈对所述直流目标电压进行频率调节，得到目标频率电压；根据所述反馈信号的栅极电流，通过所述栅极反馈线圈对所述目标频率电压进行频率调节，得到所述第一槽振电压；通过第二槽振荡回路对所述第一槽振电压进行谐振处理，得到等离子产生电压，所述等离子产生电压用于对气体进行加热，得到所述等离子气体；所述第二槽振荡回路（103）包括电容C6、线圈L6和线圈L7；其中，所述电容C6与所述线圈L6串联，构成槽振荡子电路，所述槽振荡子电路与所述线圈L7并联，所述电容C6被构造成所述槽振荡子电路的输入端，所述槽振荡子电路的输入端被构造成所述第二槽振荡回路（103）的输入端，所述线圈L6远离所述电容C6的一端接地；所述线圈L7用于对气体进行加热，得到所述等离子气体。

3.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求2中所述方法的步骤。

4.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器，其上存储有计算机程序；处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现权利要求2中所述方法的步骤。

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