一种带燃弧抑制保护的高压电源的制作方法

本发明涉及电子技术和环保行业的技术领域，特别是一种静电除尘和油烟净化行业所用的一种带燃弧抑制保护电路的高压电源。

背景技术：

随着国内空气污染的日益严重，严重的雾霾极大地危害人们的身心健康，大幅降低幸福指数，不和谐矛盾日益尖锐，是民生和经济的一大痛点，治理大气污染的需求日益迫切。目前治理大气污染应用最多的是高压静电除尘技术。其原理是：高压电源产生数万伏的直流高压施加在集尘电场的极板上形成很强的静电电场，负高压放电极同时发射大量带负电荷电子。粉尘、油烟等污染物通过净化器集尘静电场时带上负电荷，随即被电场力捕捉吸附到正极板上，去除污染物的洁净空气再排放到大气中，从而实现污染源的净化控制。应用该技术可有效处理污染源的粉尘和油烟，防止对大气造成污染，目前已广泛应用于发电厂、化工行业、印染行业、工矿企业、室内净化和餐饮业，是治理大气污染的主流技术，应用面日益广泛。

为了提高净化效果，高压静电场的高压越高越好，但过高的电压易发生高压击穿放电。在一定的温度、湿度和油烟粉尘浓度条件下，击穿放电有时会形成一段电弧并稳定地燃烧，这种现象称为燃弧，是一种常见现象。当可燃性油污富集时，燃弧易点燃油污引发火灾，粉尘浓度达到爆点还会引起爆炸事故。燃弧引发的安全事故，不仅危及用户人身和财产安全，妨碍生产，也增加厂家售后服务量和经济责任压力。这是目前高压静电除尘技术在安全方面存在的不足之处。

燃弧状态与击穿状态、短路状态完全不同，击穿状态有大电流脉冲，短路状态输出电压为零，容易检测提取明显的异常特征量用于保护方案设计。而燃弧状态下，高压电源仍正常工作，视火弧长度不同，输出高压数千伏至一万多伏不等，功率则稳定在几十至几百瓦之间，电压电流异常信号不明显。

现阶段，高压静电除尘装置对异常状态的检测主要有两种：

一是高压输出线串检测磁环线圈，其原理是：当击穿放电瞬间高压输出线有放电脉冲电流，该脉冲电流在检测磁环线圈产生感应电压，形成异常脉冲信号送到保护电路，经相关电路实现保护功能。

二是低压线包串检测磁环线圈，其原理是：当击穿放电瞬间或短路异常时，低压包引出线有变化电流，该变化电流在检测磁环线圈产生感应电压，形成异常脉冲信号送到保护电路，经相关电路实现保护功能。

上述检测方法，对击穿放电或短路异常状态比较灵敏，但对燃弧则没有感应，提取不到异常特征量，难于实现燃弧保护功能，存在保护盲区。

技术实现要素：

本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种带燃弧抑制保护的高压电源。通过燃弧发生机理的研究，研发有效的检测电路和燃弧特征甄别电路，发现并甄别燃弧状态特征量，再通过灭弧执行电路，破坏燃弧产生的条件，使高压静电除尘装置避免发生燃弧，实现燃弧抑制保护。

为实现上述目的，本发明提出了一种带燃弧抑制保护的高压电源，包括电源电路、振荡频率控制电路、驱动电路、高压输出电路、取样检测电路、高压静电场、击穿放电及短路保护电路，所述振荡频率控制电路输出端连接到驱动电路的输入端，驱动电路的输出端连接到高压输出电路的输出端，高压输出电路的直流高压施加于电场的极板上形成高压静电场，取样检测电路的输入端连接到高压输出电路的输出端，取样检测电路的输出端连接到击穿放电及短路保护电路的输入端，击穿放电及短路保护电路的输出端连接到振荡频率控制电路，还包括燃弧甄别电路和灭弧执行电路，所述燃弧甄别电路的输入端连接到取样检测电路的输出端，燃弧甄别电路的输出端连接到灭弧执行电路的输入端，灭弧执行电路的输出端连接到振荡频率控制电路。

作为优选，所述高压输出电路中包含有高压包，取样监测电路中包含有采样线圈，所述采样线圈紧贴高压包实现耦合。

作为优选，所述燃弧甄别电路由窗口比较器电路组成。

作为优选，所述燃弧甄别电路包括但不限于第六电阻、第七电阻、稳压管、第二集成电路，所述第六电阻连接在取样检测电路与第二集成电路的反相输入端之间，第七电阻与稳压管串联后连接在电源与第二集成电路的同相输入端之间。

作为优选，所述灭弧执行电路包括但不限于第一三极管、第二电阻，所述第一三极管的基极连接到燃弧甄别电路的输出端，第一三极管的发射极接地，第一三极管的集电极经过第二电阻连接到振荡频率控制电路的输入端。

为实现上述目的，本发明还提出了一种带燃弧抑制保护的高压电源，包括电源电路、振荡频率控制电路、驱动电路、高压输出电路、取样检测电路、高压静电场、击穿放电及短路保护电路，还包括依次连接的燃弧甄别电路和灭弧执行电路，所述取样检测电路、燃弧甄别电路、灭弧执行电路、击穿放电及短路保护电路由单片机程序实现。

从燃弧发生的机理分析，在介质临近击穿时，首先是部分空气分子被电离形成等离子导电通道。与击穿放电不同的是，该导电通道阻抗没有低到使电场能量以大电流脉冲方式瞬间释放，而是形成稳定的离子流并向异性电极移动，离子在移动过程中与空气分子撞击，其电场能量将空气分子电离维持等离子导电通道，电场能量转变成热能和光能，这个过程自维持稳定，形成稳定的燃弧。

燃弧状态下高压电源仍有高压电压和电流输出，电弧两端的弧根电压各接近1千伏,弧柱电压则视弧柱长度不同，数千伏至一万多伏高低不等，三段电压之和就是电弧电压，燃弧功率则稳定在几十至几百瓦之间。异常信号不明显，特征量隐蔽。

基于对燃弧发生机理的分析，为实现燃弧保护功能目的，本发明一种带燃弧抑制保护电路的高压电源,采取的方案是：带燃弧抑制保护电路的高压电源，包括电源电路1、振荡频率控制电路2、驱动电路3、高压输出电路4、取样检测电路5、放电和短路保护电路9、燃弧特征甄别电路6、灭弧执行电路7和高压静电场8。其特征是，取样监测电路信号来自采样线圈,采样线圈紧贴高压包输出线圈耦合，放电脉冲、短路零电压和电弧电压都有反应。紧耦合采样线圈将取样信号送到信号调理电路。调理后信号分别送到放电和短路保护电路以及燃弧特征甄别电路。燃弧特征甄别电路由窗口比较器电路组成，窗口值仅匹配燃弧状态时的电弧电压范围，正常工作时无信号输出，当取样监测电路发来的信号中出现燃弧特征量时，燃弧特征甄别电路即从中剥离出燃弧特征量，输出高电平到灭弧执行电路。灭弧执行电路由电子开关T和电阻R2组成，正常工作时燃弧特征甄别电路无高电平输出，电子开关T截止，电阻R2退出电路，振荡频率控制电路的振荡频率由电阻R1和电容C确定，输出高压正常。当燃弧特征甄别电路输出高电平时，电子开关T导通，电阻R2和R1的并联阻值使振荡频率控制电路的频率升高，经过驱动电路和高压输出电路，降低输出高压，使得输出高压降低到电弧维持电压值以下，破坏燃弧发生的条件，达到灭弧目的。燃弧特征甄别电路输出高电平为窄脉冲，电弧一熄灭高压输出迅即恢复，输出稳定高压静电场，在抑制燃弧同时，保持净化效果。

本发明的有益效果：本发明除了具备常规的击穿放电保护和短路保护外，还具有独特的燃弧抑制保护功能，解决了环保除尘行业的长期存在的共性难题。应用本发明后，静电除尘装置原来常见的燃弧不再出现，有效避免燃弧引发的火灾、爆炸等事故，使静电除尘装置的安全性大幅提高，用户人身安全和财产安全有了保障，厂家最大的隐忧得以消除。应用本发明可挽回的经济损失可计算，可挽救的生命则无法计算价值，经济效益和社会效益不言自明。

【附图说明】

图1是本发明一种带燃弧抑制保护的高压电源实施例一的原理框图；

图2是本发明一种带燃弧抑制保护的高压电源实施例一的电路示意图。

图中：1-电源电路、2-振荡频率控制电路、3驱动电路、4-高压输出电路、5-取样检测电路、6-燃弧甄别电路、7-灭弧执行电路、8-高压静电场、9-击穿放电及短路保护电路。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明一种带燃弧抑制保护的高压电源的实施，作进一步详细说明。

取样检测电路5、燃弧特征甄别电路6、灭弧执行电路7、击穿放电及短路保护电路9，可以用模拟电路设计，也可以用单片机电路设计，这两种设计分别应用于实施例一和实施例二。

实施例一：

应用于无烟烧烤车的一种带燃弧抑制保护电路的高压电源

电源电路1连接各个单元电路，将市电转换成各个单元电路所需电压供电。振荡频率控制电路2、驱动电路3、高压输出电路4、取样检测电路5、检测信号分两路：一路送击穿放电和短路保护电路9、另一路送燃弧特征甄别电路6、灭弧执行电路7，最后反馈到振荡频率控制电路2，形成控制回路，输出稳定高压静电场8。

其中取样监测电路5连接紧耦合采样线圈L4，采样线圈紧贴高压输出电路4线圈L3耦合，将高压输出电压取样信号送到信号调理电路完成极性变换和电平变换，调理后信号一路经R5送到击穿放电、短路保护电路9，由击穿放电、短路保护电路9连接到振荡频率控制电路2，另一路经R6送到燃弧特征甄别电路6；燃弧特征甄别电路6由窗口比较器电路组成，其门槛电平设置在正常工作电平和燃弧特征电平之间。正常工作时，电平高于门槛电平设定值，燃弧特征甄别电路无高电平输出，电子开关T1截止，电阻R2退出电路，振荡频率控制电路的振荡频率由电阻R1和电容C确定，输出高压静电场8正常。发生燃弧时，燃弧电压低于门槛电平设定值，燃弧特征甄别电路输出高电平到灭弧执行电路7,电子开关T1导通，电阻R2并入电路，振荡频率控制电路的振荡电阻变为R1、R2并联，振荡电阻减小，使振荡频率升高。振荡频率控制电路2输出振荡信号，经驱动电路3的L1送到高压输出电路4进行功率放大和高压变换输出。频率升高使输出高压降低到电弧维持电压值以下，破坏燃弧发生的条件，达到灭弧目的。燃弧特征甄别电路输出高电平为窄脉冲，电弧一熄灭高压静电场8输出迅即恢复正常，在抑制燃弧同时，保持净化效果。

实施例二：

应用于工厂窑炉烟气净化的一种带燃弧抑制保护电路的大功率高压电源方案

本实例与例一原理相同，区别在于取样监测功能5、击穿放电和短路保护电路9、燃弧甄别功能6、灭弧执行电路7由单片机程序算法完成。电源电路1连接各个单元电路，将市电转换成各个单元电路所需电压供电。振荡频率控制电路2、驱动电路3、高压输出电路4、取样检测电路5、击穿放电和短路保护电路8、燃弧特征甄别电路6、灭弧执行电路7依次相连，反馈到振荡频率控制电路2，形成控制回路。

其中取样监测电路5连接紧耦合采样线圈L4，采样线圈紧贴高压输出电路4线圈L3耦合，将高压输出电压取样信号送到信号调理电路完成极性变换和电平变换，调理后信号一路经R5送到击穿放电、短路保护电路9连接到振荡频率控制电路2，另一路将高压输出电压信号送到单片机，由程序完成燃弧状态的特征量检测和燃弧特征甄别信号的输出。正常工作时单片机无燃弧信号脉冲输出，当取样监测电路5发来的信号中出现燃弧特征量时，单片机通过程序运算，识别并输出高电平脉冲到灭弧执行电路7。灭弧执行电路7由电子开关T1和电阻R2组成。正常工作时燃弧特征甄别电路6无高电平输出，电子开关T1截止，电阻R2退出，振荡频率控制电路2的振荡频率由电阻R1和电容C确定，输出高压静电场8正常。当单片机识别燃弧特征量并输出高电平脉冲时，电子开关T1导通，电阻R2和R1的并联阻值使振荡频率控制电路2的频率升高，经过驱动电路3和高压输出电路4，降低输出高压到电弧维持电压值以下，破坏燃弧发生的条件，达到灭弧目的。单片机输出的高电平为窄脉冲，电弧一熄灭高压静电场8输出迅即恢复正常，在抑制燃弧同时，不降低净化效果。

上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。