CN202131138U - 一种新型蓝藻处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型蓝藻处理装置，包括供电电源、脉冲形成系统、充电器、控制器、放电电极，所述的供电电源为交流电，所述的脉冲形成系统中由磁压缩电路和BPFN型脉冲形成网络连接而成，所述的供电电源分为通过输电插座、太阳能蓄电经逆变和备用发电机发电所提供的三种交流电，所述的通过输电插座为主要供电方式，太阳能和备用发电机供电作为备用供电电源。当使用输电插座或备用发电机供电时，控制器只控制充电器输出的充电电压、输出脉冲的频率和IGBT驱动电路。本实用新型的有益效果是：利用物理上的方法处理蓝藻，操作方便，安全，无污染，见效快，效率高，易于推广。

Description

一种新型蓝藻处理装置

技术领域

本发明涉及电力电子的技术领域，尤其是一种新型蓝藻处理装置。 

背景技术

蓝藻水华是水体中的蓝藻快速大量增殖形成肉眼可见的蓝藻群体或者导致水体颜色发生变化的一种现象，严重时可在水体表面漂浮积聚形成一层绿色的藻席，甚至藻浆，蓝藻水华发生的根源主要在于水体富集了过多的氮、磷等营养物质，是水体富营养化的另外一种表现形式。近年来，蓝藻水华在养殖水体中呈现高发、频发、暴发态势蓝藻大量死亡时会产生蓝藻毒素、大量羟胺及硫化氢等有毒有害物质严重败坏养殖水体，直接危害养殖动物，间接通过食物链影响人类身心健康；另外死亡的蓝藻释放大量有机质，散发腥臭味，刺激了化能异养细菌的滋生，其中大部分化能异养细菌对水产养殖动物来说并不是有益菌，而是致病菌，从而进一步导致继发感染细菌性疾病的发生。 

处理水华的方法主要有： 

1、换注新水(物理方法)，

2、灭藻制剂(化学方法)，容易造成二次污染。 

3、微生物方式，投加菌种，成本很高； 

但是以上方法都不能根本上治理水华，且见效不快。

发明内容

为了克服现有的处理水华的方法容易造成二次污染，成本很高并且不能根本上治理水华、见效不快的缺点，本发明提供一种新型蓝藻处理装置，利用水中放电等离子技术，直接作用于蓝藻细胞，进而杀死蓝藻细胞，从根本上解决水华。 

本发明的技术方案是：包括供电电源、脉冲形成系统、充电器、控制器、放电电极，所述的供电电源为交流电，所述的脉冲形成系统中由磁压缩电路和BPFN型脉冲形成网络连接而成，所述的供电电源与脉冲形成系统之间置有一个充电器，充电器与控制器连接，根据控制器中设定输出直流电压的幅值，控制器通过磁压缩电路中的IGBT驱动电路控制脉冲形成系统开启或者停止，充电器为高压直流电源，将220V交流电转变成几千伏的直流电压输送到脉冲形成系统，所述的脉冲形成系统将直流电压压缩为脉冲宽度毫秒级至纳秒级的超高压和大电流输出给放电电极，所述的放电电极具有多个放电尖端，放电电极输出大电流进行水中放电，电离等离子体，作用于蓝藻细胞，进而杀死蓝藻细胞，被杀死的蓝藻沉入水底，被微生物分解。 

所述的磁压缩电路包括磁复位电路、电容C₀、电容C₁、电容C₂，磁开关SI₁、磁开关SI₂、磁开关SI₃、磁开关SI₄和升压变压器PT，当充电电压向电容C₀充电时，磁开关SI₁未饱和，电能储存在电容C₀中，当电容C₀充电到最大值时，磁开关SI₁饱和，导通电流，储存在电容C₀中的电能通过谐振的方式传输到电容C₁中，同样，电容C₁中的电能以同样的方式向电容C₂中传输，变压器PT的作用为升压作用，当磁芯饱和后，磁芯不能立即自主回复到未饱和状态，加入磁复位电路，帮助磁芯复位。 

所述的BPFN脉冲形成回路，由电感L₁, 电感L₂, 电感L₃…电感L_n和电容C₃, 电容C₄,电容C₅…电容C_n组成，当磁开关SI₃饱和时导通电流，电容C₂中的电能向电容C₃到电容C₁₀中充电，电容C₃到电容C₁₀中的电能充到最大值时，磁开关SI₄饱和导通电流，电容C₃到电容C₁₀中的电能通过电容C_n－磁开关SI₄－电感L₁－电感L₂—电感L₃—负载—电感L₆—电感L₅—电感L₄回路向负载放电，形成具有一定宽度的高压脉冲，脉冲宽度的大小能通过调整谐振回路LC的级数来获得，通过在前级中磁压缩回路中的绝缘栅双极型晶体管IGBT驱动电路控制脉冲发生的频率，通过控制器向绝缘栅双极型晶体管IGBT门极输出控制信号，控制绝缘栅双极型晶体管IGBT驱动电路的开通与关闭时间，从而控制整个电路的开通与关断状态，最终起到控制高压脉冲输出的频率。 

所述的供电电源分为通过输电插座、太阳能蓄电经逆变和备用发电机发电所提供的三种交流电，所述的通过输电插座为主要供电方式，太阳能和备用发电机供电作为备用供电电源。 

所述的太阳能蓄电经逆变的交流电系统中，由控制器通过蓄电池监控系统监控蓄电池组，蓄电池组中储存的电压为24V的直流电，通过逆变器逆变为220V/50HZ的交流电输送到充电器再输送到脉冲形成系统，所述的蓄电池监控模块由温度模块、电压模块和电流模块组成。 

当使用输电插座或备用发电机供电时，控制器只控制充电器输出的充电电压、输出脉冲的频率和IGBT驱动电路。 

本发明的有益效果是：利用物理上的方法处理蓝藻，操作方便，安全，无污染，见效快，效率高，易于推广。 

附图说明：

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明的控制功能图；

图3为本发明的脉冲形成系统的电路原理图；

图4为本发明的三极放电电极的立体图；

图5为本发明的三极放电电极的平面图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用以限定本发明。

由图1所示，一种新型蓝藻处理装置，包括供电电源、脉冲形成系统、充电器、控制器、放电电极，所述的供电电源为交流电，所述的脉冲形成系统中由磁压缩电路和BPFN型脉冲形成网络连接而成，所述的供电电源与脉冲形成系统之间置有一个充电器，充电器为LAMBDA AMERICAS公司生产的型号为102A高压直流电源，这种电源能将220V交流电转变成最高可达6千伏的直流电压输出，充电器与控制器连接，根据控制器中设定输出直流电压的幅值，控制器通过磁压缩电路中的IGBT驱动电路控制脉冲形成系统开启或者停止，充电器为高压直流电源，将220V交流电转变成几千伏的直流电压输送到脉冲形成系统，此系统由磁压缩电路和BPFN型脉冲型成网络共同作用，所述的脉冲形成系统将直流电压压缩为脉冲宽度毫秒级至纳秒级的超高压和大电流输出给放电电极，放电电极不是采用传统的单尖端的放电电极，采用三尖端的放电电极，使用这种电极能够有效的扩大放电面积，增加电离的等离子的数目，增加作用范围，增加杀死蓝藻细胞的数目，提高装置的工作效率，放电电极输出大电流进行水中放电，电离等离子体，作用蓝藻细胞，进而杀死蓝藻细胞，被杀死的蓝藻沉入水底，被微生物分解。 

所述的供电电源分为通过输电插座、太阳能蓄电经逆变和备用发电机发电所提供的三种交流电，根据装置工作地点的不同情况选择装置的供电方式能够增加装置使用的灵活度，所述的通过输电插座为主要供电方式，太阳能和备用发电机供电作为备用供电电源，所述的控制器的控制芯片为工业控制芯片,用TMS3202812作为控制器的控制芯片。 

当使用输电插座或备用发电机供电时，控制器起三个作用，一是控制充电器对脉冲形成系统的充电电压；二是控制输出脉冲的频率；三是控制IGBT驱动电路。在阳光充足的地方使用太阳能蓄电经逆变的交流电系统中，由控制器通过蓄电池监控系统监控蓄电池组，蓄电池组中储存的电压为24V的直流电，通过逆变器逆变为220V/50HZ的交流电输送到充电器再输送到脉冲形成系统，所述的蓄电池监控模块由温度模块、电压模块和电流模块组成。 

图2为控制功能图。以TI公司TMS320F2812为控制芯片的控制器对整个系统起主控作用。蓄电池监控模块由温度模块、电压模块和电流模块组成，控制器通过监控模块采集蓄电池组的工作状态，将采集到的数据与所设定的阀值进行对比，一旦采集的数据超过阀值，控制器输出信号控制报警信号和蓄电池的充/放电回路，切断或者开启电路，保护蓄电池组，延长其使用寿命。充电器为LAMBDA AMERICAS公司生产的型号为102A的高压直流电源，这种电源有15 PIN D-SUB接口，具有可编程功能，将控制器与其可编程端口进行对接，能实现通过控制器直接设定充电器输出的充电电压幅值和充电频率功能。控制器通过可编程端口，能实时采集电压数据和温度数据，检测充电器的工作状态，当充电器工作出现异常状态时，控制器发出报警信号并直接停止其工作，保护充电器。IGBT驱动电路控制信号也由控制器发出，通过控制IGBT驱动电路，控制器能启动或者停止IGBT驱动电路开关开通或者关断，进而控制脉冲形成系统开启或者停止，当系统出现异常时，保护系统。 

由图3所示，所述的磁压缩电路由磁复位电路、磁压缩电路和BPFN脉冲形成网络组成。所述的磁压缩电路包括磁复位电路、电容C₀、陶瓷电容C₁、C₂，磁开关SI₁、SI₂、SI₃、SI₄和升压变压器PT。其中，C₀的容值远大于C₁,nC₂=C₁,n为变压器的变比。由可饱和磁芯制做而成的磁开关与普通的半导体开关不同，它不仅具有普通半导体开关的开关作用，而且不受开关频率的限制。磁开关在磁芯未饱和时，其自身的电感量很大，对电流的流通起阻碍作用，相当于开关的断开状态；当磁芯饱和时，其自身的电感量急剧下降，导通电流，相当于开关的闭合状态。当充电电压向C₀充电时，SI₁未饱和，电能储存在C₀中，当C₀充电到最大值时，SI₁饱和，导通电流，储存在C₀中的电能通过谐振的方式传输到C₁中，同样，C₁中的电能以同样的方式向C₂中传输，变压器PT的作用为升压作用，当磁芯饱和后，磁芯不能立即自主回复到未饱和状态，加入磁复位电路，帮助磁芯复位。 

所述的BPFN脉冲形成网络，由电感L₁,L₂,L₃…L_n和电容C₃,C₄,C₅…C_n组成，其工作原理为，当SI₃饱和时导通电流，C₂中的电能向C₃到C₁₀中充电，C₃到C₁₀中的电能充到最大值时，SI₄饱和导通电流，电容C₃到C₁₀中的电能通过C_n－SI₄－L₁－L₂—L₃—负载—L₆—L₅—L₄回路向负载放电，形成具有一定宽度的高压脉冲，脉冲宽度的大小能通过调整LC的级数来获得。因为BPFN脉冲形成网络输出电压的大小与电容C₂的电压大小相等，如果电压幅值不够，能在输出端加入脉冲变压器进一步提升脉冲电压幅值，但脉冲波形的宽度并不改变。BPFN脉冲形成网络具有能设定输出脉冲宽度的优点，其缺点为不易调整输出高压脉冲的频率，所以在前级中加入磁压缩回路，通过在前级中磁压缩回路中的IGBT驱动电路控制脉冲发生的频率，通过控制器向IGBT门极输出控制信号，控制IGBT驱动电路的开通与关闭时间，从而控制整个电路的开通与关断状态，最终起到控制高压脉冲输出的频率。 

由图4至图5所示，1到3号为高压放电电极的尖端，4为绝缘地座。脉冲形成系统输出的功率在传统的单极放电电极中不能充分释放，并且单电极放电面积小，作用范围小。本发明采用三极放电，能够增加放电点，充分利用脉冲形成系统输出的功率，增加放电面积，增大作用范围，能够在短时间内大面积的杀死更多的蓝藻细胞，增加效率。 

本发明中放电电极采用的是三个放电尖端，也能采用两个或者四个放电尖端。 

Claims (6)

1.一种新型蓝藻处理装置，其特征在于，包括供电电源、脉冲形成系统、充电器、控制器、放电电极，所述的供电电源为交流电，所述的脉冲形成系统中由磁压缩电路和BPFN型脉冲形成网络连接而成，所述的供电电源与脉冲形成系统之间置有一个充电器，充电器与控制器连接，根据控制器中设定输出直流电压的幅值，控制器通过磁压缩电路中的IGBT驱动电路控制脉冲形成系统开启或者停止，充电器为高压直流电源，将220V交流电转变成几千伏的直流电压输送到脉冲形成系统，所述的脉冲形成系统将直流电压压缩为脉冲宽度毫秒级至纳秒级的超高压和大电流输出给放电电极，所述的放电电极具有多个放电尖端。

2.根据权利要求1所述的新型蓝藻处理装置，其特征在于，所述的磁压缩电路包括磁复位电路、电容C₀、电容C₁、电容C₂，磁开关SI₁、磁开关SI₂、磁开关SI₃、磁开关SI₄和升压变压器PT，当充电电压向电容C₀充电时，磁开关SI₁未饱和，电能储存在电容C₀中，当电容C₀充电到最大值时，磁开关SI₁饱和，导通电流，储存在电容C₀中的电能通过谐振的方式传输到电容C₁中，同样，电容C₁中的电能以同样的方式向电容C₂中传输，变压器PT的作用为升压作用，当磁芯饱和后，磁芯不能立即自主回复到未饱和状态，加入磁复位电路，帮助磁芯复位。

3.根据权利要求1所述的新型蓝藻处理装置，其特征在于，所述的BPFN脉冲形成回路，由电感L₁, 电感L₂, 电感L₃…电感L_n和电容C₃,电容C₄,电容C₅…电容C_n组成，当磁开关SI₃饱和时导通电流，电容C₂中的电能向电容C₃到电容C₁₀中充电，电容C₃到电容C₁₀中的电能充到最大值时，磁开关SI₄饱和导通电流，电容C₃到电容C₁₀中的电能通过电容C_n－磁开关SI₄－电感L₁－电感L₂—电感L₃—负载—电感L₆—电感L₅—电感L₄回路向负载放电，形成具有一定宽度的高压脉冲，脉冲宽度的大小能通过调整谐振回路LC的级数来获得，通过在前级中磁压缩回路中的绝缘栅双极型晶体管IGBT驱动电路控制脉冲发生的频率，通过控制器向绝缘栅双极型晶体管IGBT门极输出控制信号，控制绝缘栅双极型晶体管IGBT驱动电路的开通与关闭时间，从而控制整个电路的开通与关断状态，最终起到控制高压脉冲输出的频率。

4.根据权利要求1所述的新型蓝藻处理装置，其特征在于，所述的供电电源分为通过输电插座、太阳能蓄电经逆变和备用发电机发电所提供的三种交流电，所述的通过输电插座为主要供电方式，太阳能和备用发电机供电作为备用供电电源。

5.根据权利要求4所述的新型蓝藻处理装置，其特征在于，所述的太阳能蓄电经逆变的交流电系统中，由控制器通过蓄电池监控系统监控蓄电池组，蓄电池组中储存的电压为24V的直流电，通过逆变器逆变为220V/50HZ的交流电输送到充电器再输送到脉冲形成系统，所述的蓄电池监控模块由温度模块、电压模块和电流模块组成。

6.根据权利要求4所述的新型蓝藻处理装置，其特征在于，当使用输电插座或备用发电机供电时，控制器只控制充电器输出的充电电压、输出脉冲的频率和IGBT驱动电路。

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