CN219420604U - 一种脉冲交流高压电场低温等离子体冷杀菌电源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种脉冲交流高压电场低温等离子体冷杀菌电源装置，应用于变压器输出控制技术领域，包括主回路和控制回路，主回路包括变频器、调压器、电抗器一、电抗器二、变压器模组、固态继电器一K2和固定继电器二K3；控制回路包括PLC、开关电源一、开关电源二和显示屏，所述PLC分别与变频器、调压器、显示屏、开关继电器一、固态继电器一、固态继电器二、开关继电器二和开关继电器三电性连接。该电源装置，能够实现高压电场灭菌和低温等离子体灭菌功能，且接线简单便捷，便于使用。

Description

一种脉冲交流高压电场低温等离子体冷杀菌电源装置

技术领域

本实用新型属于变压器输出控制技术领域，具体涉及一种脉冲交流高压电场低温等离子体冷杀菌电源装置。

背景技术

高压电场灭菌的技术原理是向两个放置间隙几厘米的电极板输入高电压，通过极板间的电压差实现极化反转，产生高电压、高频率脉冲的电场以使消杀物品携带的细菌生物细胞膜电穿孔，消杀物品出现不可逆的穿孔与细胞组织的破裂，导致微生物失活。

低温等离子体灭菌的技术原理是通过高电压高频率交流输出，激发高场强或达到气体临界电气强度，电离周围气体产生等离子体，空气中大量等离子体之间频繁撞击，产生电化学反应，通过等离子体中的活性粒子强氧化性对有毒有害气体及活体病毒、细菌等进行快速降解与灭活。

上述高压电场灭菌与低温等离子体灭菌均能取得较好的冷杀菌效果。

例如：申请号为CN202020716063.8的中国专利，公开了一种基于微秒高压脉冲电源的杀菌消毒装置，其优势是输出的脉冲宽度是微妙级别，重复频率是1kHz内可调，最大输出功率1kW，但此装置的最大输出电压仅为40kV，并不能满足一些特定菌种的冷杀菌电压标准。

再如：申请号为CN201721582435.7的中国专利，公开了一种家用高压脉冲电场杀菌装置，其优势是体积小、搬运便携、适合家用，最大输出电压可达60kV，但此装置的脉冲频率是工频50Hz，不能实现变频功能。

目前市场上的高压电源大多难以实现变频与变压同时结合的功能，为了同时实现高压电场灭菌与低温等离子体灭菌的功能，既要满足高电压输出，又要实现特定频段的变频，因此需要设计一套高压电场低温等离子体冷杀菌电源装置。

实用新型内容

鉴于现有技术中存在上述问题，本实用新型的目的是提供一种脉冲交流高压电场低温等离子体冷杀菌电源装置，能够实现高压电场灭菌和低温等离子体灭菌功能，且接线简单便捷，便于使用。

一种脉冲交流高压电场低温等离子体冷杀菌电源装置，包括主回路和控制回路，所述主回路包括变频器，所述变频器的输出端与调压器电性连接，所述调压器的输出端通过固态继电器一电性连接有电抗器一，所述电抗器一的输出端通过固定继电器二电性连接有电抗器二，所述电抗器二的输出端与变压器模组电性连接，所述变压器模组包括两个以同名端反接方式电性连接的油浸式单相变压器；

所述控制回路包括PLC，所述PLC分别连接有开关电源一和开关电源二，所述开关电源一与调压器电性连接；

所述开关电源二与显示屏电性连接，所述开关电源二的负极分别与开关继电器一、固态继电器一、固态继电器二、开关继电器二和开关继电器三电性连接，所述开关继电器一、固态继电器一、固态继电器二、开关继电器二和开关继电器三均与PLC电性连接；

所述PLC分别与变频器、调压器和显示屏电性连接。

为了实现人机交互，所述显示屏用于设置启动放电的参数，包括放电时间范围、间隙时间范围、设定频率范围和输出电压范围。

为了实现调高器升压、降压功能，所述调压器包括电机，所述电机分别与开关继电器二、开关继电器三电性连接。

所述开关继电器一位于PLC与变频器之间的电路上，所述固态继电器一以差动方式连接在调压器和电抗器一之间的电路上，固态继电器二以差动方式连接在电抗器一、电抗器二之间的电路上，所述开关继电器二、开关继电器三以单一工作模式连接在开关电源一与调压器之间的电路上。

为了提高绝缘性，同时能够与变频器输出频率适配，所述油浸式单相变压器的磁芯为400Hz CD型磁芯。

本实用新型的有益效果是：该脉冲交流高压电场低温等离子体冷杀菌电源装置，使用多个继电器开关控制整个时序逻辑电路，通过各个继电器的通断动作，及时有效的控制各个电器元件的工作输出，并且将时序电路的响应时间控制在毫秒级别，满足周期时间的精准需求。

通过设置以差模方式连接的电抗器，可以有效消除变频器输出信号对变压器输出电压造成的谐波污染，同时差模连接方式中两个固态继电器开关起到隔离作用，避免放电结束时，变压器模组反激电流无法回零，导致固态继电器关断失败的情况。

变压器模组具有不易发热、浸入油箱中绝缘性强，适配变频器输出频率的优点，通过同名端反接方式连接两个油浸式单相变压器，能够有效提高电压输出范围，满足大部分消毒冷杀菌领域的高压输出需求，同时电压输出稳定且不会过高，有利于防止200kV以上的超高压击穿电极板。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型电路的电气连接示意图；

图2是本实用新型主回路的电路框图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，一种脉冲交流高压电场低温等离子体冷杀菌电源装置，包括主回路和控制回路，主回路包括变频器、调压器、电抗器一、电抗器二、变压器模组、固态继电器一K2和固定继电器二K3；控制回路包括PLC、开关电源一、开关电源二和显示屏。

如图2所示，变频器的输出端与调压器电性连接，调压器的输出端通过固态继电器一K2电性连接有电抗器一，电抗器一的输出端通过固定继电器二K3电性连接有电抗器二，电抗器二的输出端与变压器模组电性连接，所述变压器模组包括两个以同名端反接方式电性连接的油浸式单相变压器。

其中，固态继电器一K2以差动方式连接在调压器和电抗器一之间的电路上，固态继电器二K3以差动方式连接在电抗器一、电抗器二之间的电路上，电抗器一、电抗器二通过差动方式连接在调压器与变压器模组之间，作用是防止变频器对输出电压造成谐波污染，又可以避免放电结束时变压器绕组反激电流无法回零，导致变压器关断失败。

油浸式单相变压器的磁芯为400Hz CD型磁芯，相较于只适配固定50Hz的工频硅钢片磁芯，其优势是不易发热，浸入油箱中绝缘性强，同时适配本实用新型中变频器输出的40-300Hz频率范围，满足系统运行中40-300Hz的变频范围与40-160kV的变压范围。

如图1所示，开关继电器二K4、开关继电器三K5以单一工作模式连接在开关电源一与调压器之间的电路上，具体的，调压器包括电机，电机分别与开关继电器二K4、开关继电器三K5电性连接，当开关继电器二K4闭合，开关继电器三K5关断时，电机正转起到升压变压器的作用，用于升压；当开关继电器二K4关断，开关继电器三K5闭合时，电机反转起到自耦变压器的作用，用于降压。

如图1所示，PLC分别连接有开关电源一和开关电源二，其中，开关电源一输出12V电压，开关电源二输出24V电压，开关电源一与调压器电性连接；开关电源二与显示屏电性连接，显示屏用于设置启动放电的参数，包括放电时间范围10-500s、间隙时间范围0-3000ms、设定频率范围40-300Hz和输出电压范围40-160kV。

开关电源二的负极分别与开关继电器一K1、固态继电器一K2、固态继电器二K3、开关继电器二K4和开关继电器三K5电性连接，开关继电器一K1、固态继电器一K2、固态继电器二K3、开关继电器二K4和开关继电器三K5均与PLC电性连接，开关继电器一K1位于PLC与变频器之间的电路上。

PLC控制整个时序逻辑电路的状态，PLC与显示屏通信连接并接收通过显示屏设置的启动放电的参数；PLC与变频器通信连接并传输放电指令；PLC与开关继电器一K1、固态继电器一K2、固态继电器二K3、开关继电器二K4和开关继电器三K5连接，用于控制各元器件工作的通断；PLC与调压器连接，用于控制调压器内部电机的旋转档位。

工作原理：该脉冲交流高压电场低温等离子体冷杀菌电源装置，启动放电时，PLC根据显示屏设置的放电参数向变频器发出指令，变频器接收PLC发送的指令信号后，输出信号至调压器，调压器的电机正传到相应的档位后输出信号，其中，调压器起到升压变压器的升压作用，经差模连接的电抗器一、电抗器二输入变压器模组，变压器模组经阻尼电阻输出用户所需的高电压，其中，电抗器一、电抗器二能够消除潜在的因变频器输出不同脉宽脉冲信号造成的谐波污染。此外变压器模组的两个输出端接入平板电极，将待消杀的物品放置于平板电极并输出高压，能够实现高压极化低温等离子体冷杀菌处理。

放电结束时，PLC通过控制开关继电器一K1切断变频器的输出信号、控制调压器的电机反转起到自耦变压器的降压作用，降压后的变压器模组负载端输出电压逐渐降零，直至下一个放电周期到来，当电机转动到复位“0”档位时，变频器反馈数字信号至PLC，PLC切断电机反转的驱动信号。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种脉冲交流高压电场低温等离子体冷杀菌电源装置，其特征在于，包括：主回路和控制回路，所述主回路包括变频器，所述变频器的输出端与调压器电性连接，所述调压器的输出端通过固态继电器一电性连接有电抗器一，所述电抗器一的输出端通过固定继电器二电性连接有电抗器二，所述电抗器二的输出端与变压器模组电性连接，所述变压器模组包括两个以同名端反接方式电性连接的油浸式单相变压器；

所述控制回路包括PLC，所述PLC分别连接有开关电源一和开关电源二，所述开关电源一与调压器电性连接；

所述开关电源二与显示屏电性连接，所述开关电源二的负极分别与开关继电器一、固态继电器一、固态继电器二、开关继电器二和开关继电器三电性连接，所述开关继电器一、固态继电器一、固态继电器二、开关继电器二和开关继电器三均与PLC电性连接；

所述PLC分别与变频器、调压器和显示屏电性连接。

2.根据权利要求1所述的脉冲交流高压电场低温等离子体冷杀菌电源装置，其特征在于，所述显示屏用于设置启动放电的参数，包括放电时间范围、间隙时间范围、设定频率范围和输出电压范围。

3.根据权利要求1所述的脉冲交流高压电场低温等离子体冷杀菌电源装置，其特征在于，所述调压器包括电机，所述电机分别与开关继电器二、开关继电器三电性连接。

4.根据权利要求1所述的脉冲交流高压电场低温等离子体冷杀菌电源装置，其特征在于，所述开关继电器一位于PLC与变频器之间的电路上，所述固态继电器一以差动方式连接在调压器和电抗器一之间的电路上，固态继电器二以差动方式连接在电抗器一、电抗器二之间的电路上，所述开关继电器二、开关继电器三以单一工作模式连接在开关电源一与调压器之间的电路上。

5.根据权利要求1所述的脉冲交流高压电场低温等离子体冷杀菌电源装置，其特征在于，所述油浸式单相变压器的磁芯为400Hz CD型磁芯。