CN117835519A - 一种多相交流电弧等离子体激励电源及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电源技术领域，尤其是涉及一种多相交流电弧等离子体激励电源及系统。一种多相交流电弧等离子体激励电源包括两个隔离变压器和十二个动铁芯单相交流变压器；两个所述隔离变压器与十二个所述动铁芯单相交流变压器分为两组；组中：每个所述隔离变压器的上游与三相交流电网连接，下游与所述动铁芯单相交流变压器；六个所述动铁芯单相交流变压器的一端与所述组内的所述隔离变压器的六相输出连接，另一端用于与等离子体发生器电极相连接；其中，所述输出端的地级连接在一起，以便所述动铁芯单相交流变压器的功率端两两之间形成相位差。相比于三相交流电弧放电产生的等离子体具有更稳定、功率更大、能量更高、可以产生更长的等离子体射流。
Description
技术领域
本发明涉及电源技术领域，尤其是涉及一种多相交流电弧等离子体激励电源及系统。
背景技术
电弧等离子体因其高温、高能量密度、高活性等特点广泛应用于冶金、化工、能源环保以及航空航天等领域。目前，产生电弧等离子体主要采用直流或交流电源等驱动方式。由于交流电弧等离子体技术与其他方式相比，具有较低的装备开发与运行成本、较长的电极使用寿命以及较高的热效率等优势，在工业应用领域具有广泛的应用前景。
目前，交流电弧等离子体主要集中在三相交流电弧等离子体发生器的研究与开发，但是为了在实际应用中形成更加均匀和稳定的等离子体高温场，开发多相交流电弧等离子体发生器对于拓展交流电弧等离子体放电模式和应用场景具有重要意义。作为电弧等离子体放电，需要配套的电源的研究与开发，因此，对于多相交流电弧等离子体发生器的重要配套装置，多相交流电源的开发非常关键。对于多相交流电源，必须满足电流交替过零点，才能保证放电过程的持续稳定。这样就要求多相交流电源输出的每一相电流两两之间必须具有相位差。
发明内容
本发明提供一种多相交流电弧等离子体激励电源，用于解决若想多相交流电源，在电流交替过零点，放电过程的持续稳定，如何在多相交流电源输出的每一相电流两两之间形成相位差。
本申请第一方面，提供一种多相交流电弧等离子体激励电源，包括：两个隔离变压器和十二个动铁芯单相交流变压器；
两个所述隔离变压器与十二个所述动铁芯单相交流变压器分为两组；
组中：
每个所述隔离变压器的上游与三相交流电网连接，下游与所述动铁芯单相交流变压器；
六个所述动铁芯单相交流变压器的一端与所述组内的所述隔离变压器的六相输出连接，另一端用于与等离子体发生器电极相连接；其中，
所述输出端的地级连接在一起，以便所述动铁芯单相交流变压器的功率端两两之间形成相位差。
可实施的一些方式中，两台所述隔离变压器并联接入所述三相交流电网，其中，一个所述隔离变压器与所述三相交流电网的连接方式为三角形连接，另一个所述隔离变压器与所述三相交流电网的连接方式为星型连接。
可实施的一些方式中，所述两台隔离变压器次级线圈的中性点通过导线连接在一起。
可实施的一些方式中，所述两台隔离变压器的初级线圈和次级线圈的匝数比均为
可实施的一些方式中，所述动铁芯单相交流变压器包括主变压器和动铁芯，所述动铁芯与所述主变压器连接；
所述动铁芯单相交流变压器输出电流波形为标准正弦波。
可实施的一些方式中，所述动铁芯在所述主变压器的磁路中建立了一个旁路，通过改变所述动铁芯的位置，调整所述旁路的磁通量大小，以便改变通过动铁芯单相交流变压器的次级绕组的磁通量的大小。
可实施的一些方式中，所述隔离变压器的下游输出端中的一相和中心线，作为所述动铁芯单相交流变压器的输入电源。
可实施的一些方式中，所述动铁芯单相交流变压器的输出端分别与多相电弧所述等离子体发生器的单相电极相连接。
本申请第二方面，一种多相交流电弧等离子体激励电源系统，应用于前述的多相交流电弧等离子体激励电源，所述系统包括多相交流电弧等离子体激励电源。
本申请第三方面，提供一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器控制前述的多相交流电弧等离子体激励电源。
本发明有益效果：
本申请提供一种多相交流电弧等离子体激励电源，具有两个隔离变压器和十二个动铁芯单相交流变压器；其中，两个所述隔离变压器与十二个所述动铁芯单相交流变压器分为两组；组中：每个所述隔离变压器的上游用于与三相交流电网连接，下游与所述动铁芯单相交流变压器；六个所述动铁芯单相交流变压器的输入端与所述组内的所述隔离变压器的六相输出连接，所述动铁芯单相交流变压器的输出端用于与等离子体发生器电极相连接；其中，所述输出端的地级连接在一起，以便所述动铁芯单相交流变压器的功率端两两之间形成相位差。利用上述结构，可以产生十二相交流电弧等离子体放电，相比于三相交流电弧放电产生的等离子体具有更稳定、功率更大、能量更高、可以产生更长的等离子体射流，同时还具有可扩展性，可以做成二十四相甚至三十六相交流电弧放电等离子体电源。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种多相交流电弧等离子体激励电源的多相交流电弧等离子体激励电源示意图；
图2为本发明一种多相交流电弧等离子体激励电源的多相交流电弧等离子体激励电源隔离变压器星型连接示意图；
图3为本发明一种多相交流电弧等离子体激励电源的多相交流电弧等离子体激励电源隔离变压器三角形连接示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面对本申请所涉及的一些名词进行解释，以便对本申请的理解：
隔离变压器，是一种特殊的变压器，其主要作用是将输入电源和负载设备隔离开来，防止电源故障或电气干扰对负载设备产生影响，同时也提供额外的安全保护。原理基于电磁感应的法则，通过在变压器中使用两个绕组，即输入端绕组和输出端绕组，将输入电压和电流转换为输出电压和电流，并将它们隔离开来。这样可以有效地避免输入端和输出端之间的电气干扰和相互影响，同时还能减少漏电流，提高电路的安全性。
动铁芯单相交流变压器，是一种特殊类型的变压器，其中铁芯采用动铁芯结构。利用动铁芯结构制造的用于将单相交流电源的电压和电流进行转换的设备。适用于各种电力和电子设备中的电能传输和电压变换应用。
等离子体发生器，是一种用于产生等离子体的装置。等离子体是第四态物质，由带有正电荷和负电荷的离子以及自由电子组成。是一种常用的金属切割工具，通过使用高频交流电弧在金属表面上产生高温等离子体，从而实现对金属材料的切割。还能够利用高频交流电弧产生的等离子体热能，将金属材料进行焊接。
三相交流电网，是一种电力传输和分配系统，它由三个相互偏移120度的交流电源组成。
参阅图1至图3，本申请提供一种多相交流电弧等离子体激励电源及系统。
如图1所示，本申请第一方面提供一种多相交流电弧等离子体激励电源包括隔离变压器和动铁芯单相交流变压器。图1中，T1为隔离变压器，A为自动稳压器、B为绝缘层、C为变压器部分；T2为动铁芯单相交流变压器，L1至L12分别为十二个所述动铁芯单相交流变压器。其中，两个所述隔离变压器与十二个所述动铁芯单相交流变压器分为两组。也就是说，可以以1比6的比例对隔离变压器和动铁芯单相交流变压器进行组配。示例性地，可以根据交流电弧放电等离子体需要，依据比例设计成二十四相，甚至三十六相交流电弧放电等离子体电源。下面以每组一个隔离变压器和六个动铁芯单相交流变压器进行说明。
一组中包括一个隔离变压器和六个动铁芯单相交流变压器，一个所述隔离变压器的上游用于与三相交流电网连接，下游与所述动铁芯单相交流变压器。六个所述动铁芯单相交流变压器的输入端与所述组内的所述隔离变压器的六相输出连接，所述动铁芯单相交流变压器的输出端用于与等离子体发生器电极相连接。其中，所述动铁芯单相交流变压器的输出端的地级连接在一起，以便所述动铁芯单相交流变压器的功率端两两之间形成相位差。也就是说，利用动铁芯单相交流变压器的输出端接地的方式，实现动铁芯单相交流变压器的功率端两两之间形成相位差。其中，功率端理解为动铁芯单相交流变压器的输出端，使用功率端方便对本申请的理解。
动铁芯单相交流变压器的输出端与等离子体发生器电极相连接的具体连接方式为：所述动铁芯单相交流变压器的输出端分别与多相电弧所述等离子体发生器的单相电极相连接。
如图2和图3所示，两台所述隔离变压器并联接入所述三相交流电网，其中，如图2，一个所述隔离变压器与所述三相交流电网的连接方式为三角形连接，图2中，A、B和C，以及L1至L6与图1中表示的信息相同，此处不在赘述，N为中性线。如图3，另一个所述隔离变压器与所述三相交流电网的连接方式为星型连接，图3中，A、B、C和N，以及L1至L6与图2中表示的信息相同，此处不在赘述。
需要说明地是，三角形连接能够使得隔离变压器与三相交流电网连接后，每个相线上的电流是相对较小的，可以减小线路的电流负荷。另外，三角形连接还能够提供较高的电压稳定性，也就是说，由于电流较小，因此三角形连接方式在面对负载波动时具有较高的电压稳定性，能够提供相对稳定的输出电压。
星型连接能够使得隔离变压器与三相交流电网连接后，具有更好的对称性，也就是说，在星型连接方式下，三相电压分别连接到隔离变压器的每个相线的中点，具有更好的对称性，可以减小电网中的不平衡负荷。另外，具有更好的短路容忍能力，星型连接方式下，短路故障时只有一条相线受到短路电流的影响，其他两条相线保持正常工作。这提高了短路容忍能力，减少了故障对整个电网的影响。
而本申请中一个隔离变压器使用三角形连接，另一个隔离变压器使用星型连接，能够实现不同的输出电压，三角形连接方式可以提供较高的输出电压，而星型连接方式可以提供较低的输出电压。尤其适用于系统中存在对不同电压级别的需求。另外，通过采用不同的连接方式，可以适应不同类型的负载，并实现最佳的电力传输效果。
需要说明地是，所述两台隔离变压器次级线圈的中性点通过导线连接在一起。具体地，所述隔离变压器的下游输出端中的一相和中心线，作为所述动铁芯单相交流变压器的输入电源。这样，的中性点能够形成共享中性点，共享中性点连接可以提供零序电流的回路，便于保护设备和系统。共享中性点连接还可以帮助实现负载的平衡，也就是说，通过将两台隔离变压器的中性点连接在一起，可以确保负载在各个相线上均匀分布，避免电网中出现不平衡负载。
还需要说明地是，所述两台隔离变压器的初级线圈和次级线圈的匝数比均为
对于隔离变压器的星型连接，可以获得具有如下相位差特征的电压分布，六相输出两两之间具有π/3的相位差：
其中，其中，Vi和Vi′，i＝x，y，z，分别代表星形连接产生的六相电路中6个电压分量；Vm代表正弦电压波形函数的最大电压值。
对于隔离变压器的三角形连接，可以获得具有如下相位差特征的电压分布，同样，此种连接方式，六相输出也是两两之间具有π/3的相位差：
其中，ViΔ和V′iL，i＝x，y，z，分别代表三角形连接产生的六相电路中6个电压分量；Vm代表正弦电压波形函数的最大电压值。
这样，而将两种不同方式结合在一起，所输出的十二相电压两两之间具有π/6的相位差。
在一些实施例中，所述动铁芯单相交流变压器包括主变压器和动铁芯，所述动铁芯与所述主变压器连接；所述动铁芯单相交流变压器输出电流波形为标准正弦波。
在一些实施例中，所述动铁芯在所述主变压器的磁路中建立了一个旁路，通过改变所述动铁芯的位置，调整所述旁路的磁通量大小，以便改变通过动铁芯单相交流变压器的次级绕组的磁通量的大小。也就是说，改变动铁芯的位置，可以改变通过这个旁路的磁通量大小，也就改变了通过次级绕组的磁通量的大小，从而改变次级的输出电压，获得不同的电流。
在上述实施方式中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“方式”、“具体方式”、或“一些方式”等的描述意指结合该实施例或方式描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或方式中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或方式。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或方式中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或方式以及不同实施例或方式的特征进行结合和组合。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种多相交流电弧等离子体激励电源，其特征在于，包括：两个隔离变压器和十二个动铁芯单相交流变压器；
两个所述隔离变压器与十二个所述动铁芯单相交流变压器分为两组；
组中：
每个所述隔离变压器的上游用于与三相交流电网连接，下游与所述动铁芯单相交流变压器；
六个所述动铁芯单相交流变压器的输入端与所述组内的所述隔离变压器的六相输出连接，所述动铁芯单相交流变压器的输出端用于与等离子体发生器电极相连接；其中，
所述输出端的地级连接在一起，以便所述动铁芯单相交流变压器的功率端两两之间形成相位差。
2.根据权利要求1所述的多相交流电弧等离子体激励电源，其特征在于，两台所述隔离变压器并联接入所述三相交流电网，其中，一个所述隔离变压器与所述三相交流电网的连接方式为三角形连接，另一个所述隔离变压器与所述三相交流电网的连接方式为星型连接。
3.根据权利要求1所述的多相交流电弧等离子体激励电源，其特征在于，所述两台隔离变压器次级线圈的中性点通过导线连接在一起。
4.根据权利要求1所述的多相交流电弧等离子体激励电源，其特征在于，所述两台隔离变压器的初级线圈和次级线圈的匝数比均为
5.根据权利要求1所述的多相交流电弧等离子体激励电源，其特征在于，所述动铁芯单相交流变压器包括主变压器和动铁芯，所述动铁芯与所述主变压器连接；
所述动铁芯单相交流变压器输出电流波形为标准正弦波。
6.根据权利要求5所述的多相交流电弧等离子体激励电源，其特征在于，所述动铁芯在所述主变压器的磁路中建立了一个旁路，通过改变所述动铁芯的位置，调整所述旁路的磁通量大小，以便改变通过动铁芯单相交流变压器的次级绕组的磁通量的大小。
7.根据权利要求1所述的多相交流电弧等离子体激励电源，其特征在于，所述隔离变压器的下游输出端中的一相和中心线，作为所述动铁芯单相交流变压器的输入电源。
8.根据权利要求6所述的多相交流电弧等离子体激励电源，其特征在于，所述动铁芯单相交流变压器的输出端分别与多相电弧所述等离子体发生器的单相电极相连接。
9.一种多相交流电弧等离子体激励电源系统，其特征在于，应用于权利要求1-8中任一项所述的多相交流电弧等离子体激励电源，所述系统包括多相交流电弧等离子体激励电源。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器控制权利要求1-8任意一项所述的多相交流电弧等离子体激励电源。
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