PL239146B1 - Układ generatora wysokiego napięcia typu AC/DC do zastosowania w reaktorach zimnej plazmy typu PCD - Google Patents

Abstract

Układ generowania wysokiego napięcia typu AC/DC do zastosowania w reaktorach zimnej plazmy typu PCD składający się z modułu zasilania, modułu generowania impulsów wysokiego napięcia, i obciążenia, charakteryzuje się tym, że ma moduł gaszenia wyładowań łukowych (3) składający się z kondensatora (C), pierwszej diody (D1), drugiej diody (D2), oraz dławika (5) połączony z modułem kształtowania impulsów wysokiego napięcia (2) oraz reaktorem zimnej plazmy typu PCD (4). Moduł zasilania (1) połączony jest w sposób równoległy z modułem generowania impulsów wysokiego napięcia (2), do którego pierwszego zacisku wyjściowego przyłączony jest pierwszy zacisk kondensatora (C), którego drugi koniec połączony jest z katodą pierwszej diody (D1) oraz z anodą drugiej diody (D2), której katoda połączona jest z pierwszym zaciskiem reaktora zimnej plazmy typu PCD (4). Drugi zacisk reaktora (4) przyłączony jest do pierwszego zacisku dławika (5) i drugiego zacisku modułu generowania impulsów wysokiego napięcia (2), a drugi zacisk dławika (5) połączony jest z anodą pierwszej diody (D1).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ generatora wysokiego napięcia typu AC/DC do zastosowania w reaktorach zimnej plazmy typu PCD, na przykład w urządzeniach elektrostatycznego odpylania (elektrofiltrach) zasilanych za pomocą impulsowych generatorów wysokiego napięcia.

Podstawowym problemem, który ogranicza zakres praktycznych zastosowań reaktorów typu PCD zasilanych impulsowo, oraz w sposób impulsowy ze składową stałą (AC/DC) pomimo ich niewątpliwych zalet jest fakt pojawiania się łuku elektrycznego, który prowadzi często do poważnych uszkodzeń samego reaktora jak i układu zasilania [V. Alexandre, „Stability of atmospheric pressure glow discharges”, 2005]. Znane są sposoby generacji fali napięciowej typu AC/DC: przy użyciu dwóch odrębnych zasilaczy wysokiego napięcia AC oraz DC sprzężonych ze sobą za pomocą dodatkowych elementów reaktancyjnych, w tym rezystancji ograniczających prąd zwarcia [K. Yan, T. Yamamoto, S. Kanazawa, T. Ohkubo, Y. Nomoto, i J.-S. Chang, „NO Removal Characteristics of a Corona Radical Shower System Under DC and AC/DC Superimposed Operations”, IEEE Trans. Ind. Appl., t. 37, nr 5, ss. 14991504, 2001], oraz przy użyciu topologii zasilacza wysokiego napięcia generującego falę napięciową typu AC/DC, składającego się przykładowo z: obwodu zasilania, układu kształtowania impulsu z transformatorem wysokiego napięcia oraz diody prostującej przebieg napięcia wyjściowego, [T. H. P. Ariaans, S. Member, A. J. M. Pemen, G. J. J. Winands, E. J. M. Van Heesch, i Z. Liu, „AC / DC / Pulsed-Power Modulator for Corona-Plasma Generation”, IEEE Trans. PLASMA Sci., t. 37, nr 6, ss. 846-851, 2009]. Pierwsze z rozwiązań charakteryzuje się jednak niską sprawnością elektryczną w związku z wprowadzeniem rezystancji do obwodu wyjściowego zasilacza, drugie natomiast nie zapewnia zabezpieczenia przed wystąpieniem łuku w reaktorze oraz jego zwarciem.

Układ generowania wysokiego napięcia typu AC/DC do zastosowania w reaktorach zimnej plazmy typu PCD, według wynalazku, składający się z modułu zasilania, modułu generowania impulsów wysokiego napięcia oraz obciążenia, charakteryzuje się tym, że ma moduł gaszenia wyładowań łukowych składający się z kondensatora, pierwszej diody, drugiej diody, oraz dławika połączony z modułem kształtowania impulsów wysokiego napięcia oraz reaktorem zimnej plazmy typu PCD. Moduł zasilania połączony jest w sposób równoległy z modułem generowania impulsów wysokiego napięcia, do którego pierwszego zacisku wyjściowego przyłączony jest pierwszy zacisk kondensatora. Drugi koniec kondensatora połączony jest z katodą pierwszej diody oraz z anodą drugiej diody (D2), której katoda połączona jest z pierwszym zaciskiem reaktora zimnej plazmy typu PCD. Drugi zacisk reaktora przyłączony jest do pierwszego zacisku dławika i drugiego zacisku modułu generowania impulsów wysokiego napięcia, a drugi zacisk dławika połączony jest z anodą pierwszej diody.

Zaletą proponowanego rozwiązania jest wysoka sprawność energetyczna jak i znaczny wzrost niezawodności układu reaktor-zasilacz. Proponowane rozwiązanie może być zastosowane m.in. do zasilania elektrofiltrów, w których bardzo często stosuje się rezystancję ograniczającą prąd zwarcia, co znacznie obniża sprawność energetyczną. Dodatkową zaletą zastosowania układu w przypadku obciążeń o charakterze pojemnościowym jest spowodowanie pojawienia się na zasilanym reaktorze napięcia o dwóch składowych - impulsów o czasie narastania zależnym od stromości zbocza narastającego impulsów generowanych przez układ kształtowania impulsów wysokiego napięcia oraz składowej stałej, której wartość zależna jest od pojemności C, częstotliwości impulsów wysokiego napięcia, parametrów zasilanego reaktora oraz intensywności wyładowań w nim zachodzących. Taki stan pracy odpowiada zasilaniu reaktora falą napięciową typu AC/DC, co zapewnia wzrost sprawności elektrycznej oraz sprawności procesów fizykochemicznych zachodzących w reaktorze bądź elektrofiltrze. Diody D1 oraz D2 pełnią funkcję prostownika oraz blokującą napięcie ujemne na odbiorniku R, podczas gdy dławik o niewielkiej wartości indukcyjności pełni funkcję zabezpieczającą diody D1, D2 przed uszkodzeniem w przypadku wystąpienia impulsów prądowych o dużej stromości zbocza.

Wynalazek jest przedstawiony w przykładzie wykonania oraz na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy układu, fig. 2 przedstawia przebiegi prądów i napięć obrazujące zasadę działania modułu wygaszania wyładowań łukowych w przypadku zasilania impulsami bipolarnymi.

Układ generowania impulsów wysokiego napięcia typu AC/DC do zastosowania w reaktorach zimnej plazmy typu PCD składa się z modułu zasilania 1, modułu generowania impulsów wysokiego napięcia 2, modułu gaszenia wyładowań łukowych 3 i reaktora zimnej plazmy typu PCD 4. Moduł gaszenia wyładowań łukowych 3 składa się z kondensatora C, pierwszej diody D1, drugiej diody D2 oraz dławika. Moduł zasilania 1 połączony jest w sposób równoległy z modułem generowania impulsów wy

PL 239 146 B1 sokiego napięcia 2, do którego pierwszego zacisku wyjścia przyłączony jest pierwszy zacisk kondensatora C, którego drugi koniec połączony jest z katodą pierwszej diody D1 oraz z anodą drugiej diody D2. Katoda drugiej diody D2 połączona jest z pierwszym zaciskiem reaktora zimnej plazmy typu PCD 4 zaś drugi zacisk reaktora 4 przyłączony jest do pierwszego zacisku dławika 5 i drugiego zacisku modułu generowania impulsów wysokiego napięcia 2. Drugi zacisk dławika 5 połączony jest z anodą pierwszej diody D1.

Działanie modułu gaszenia łuku można opisać w sposób następujący: W przypadku gdy układ kształtowania impulsów wysokiego napięcia 2 generuje impulsy o charakterze jedno- bądź dwu biegunowym - układ gaszenia wyładowań łukowych 3 powoduje ograniczenie energii wyładowań łukowych powstałych w zasilanym reaktorze zimnej plazmy 4. Energia potencjalnego wyładowania łukowego ograniczona jest maksymalną energią zgromadzoną w pojemności C - w przypadku wystąpienia zwarcia ulega ono naturalnemu wygaszeniu po jej rozładowaniu. W przypadku gdy układ kształtowania impulsów wysokiego napięcia 2 generuje naprzemiennie impulsy o zmiennej polaryzacji, zastosowanie proponowanego układu powoduje również znaczny wzrost amplitudy napięcia wyjściowego układu, ponieważ pojemność C ładowana jest podczas impulsów o polaryzacji ujemnej, a następnie jej napięcie sumowane jest z dodatnim impulsem generowanym przez układ kształtowania impulsu. Wzrost amplitudy napięcia w znacznym stopniu przyczynia się do wzrostu chwilowej energii dostarczanej do obciążenia i poprawy sprawności procesów w nim zachodzących.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Układ generowania wysokiego napięcia typu AC/DC do zastosowania w reaktorach zimnej plazmy typu PCD składający się z modułu zasilania, modułu generowania impulsów wysokiego napięcia oraz obciążenia, znamienny tym, że ma moduł gaszenia wyładowań łukowych (3) składający się z kondensatora (C), pierwszej diody (D1), drugiej diody (D2), oraz dławika (5) połączony z modułem kształtowania impulsów wysokiego napięcia (2) oraz reaktorem zimnej plazmy typu PCD (4), przy czym moduł zasilania (1) połączony jest w sposób równoległy z modułem generowania impulsów wysokiego napięcia (2), do którego pierwszego zacisku wyjściowego przyłączony jest pierwszy zacisk kondensatora (C), którego drugi koniec połączony jest z katodą pierwszej diody (D1) oraz z anodą drugiej diody (D2), której katoda połączona jest z pierwszym zaciskiem reaktora zimnej plazmy typu PCD (4) zaś drugi zacisk reaktora (4) przyłączony jest do pierwszego zacisku dławika (5) i drugiego zacisku modułu generowania impulsów wysokiego napięcia (2), a drugi zacisk dławika (5) połączony jest z anodą pierwszej diody (D1).