专利名称：一种水中灭藻用高压脉冲电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高压脉冲电源，特别是一种水中灭藻用高压脉冲电源。
背景技术：
近年来，等离子体在水中灭藻、尾气处理、表面改性、等离子刻蚀等方面应用广泛。 为了产生等离子体，采用快速上升的高压脉冲电源作为能量输入和激发方式。这种方式具有成本低、脉冲能量可控、工作稳定等优点。在水处理的应用中，利用快速脉冲形成的外加电场并产生高能电子，这些高能电子携带放电电场的能量，高速地和放电介质发生非弹性碰撞，产生激发、离解和电离等一系列反应并形成非平衡等离子体，引发一系列复杂的物理、化学变化，达到有效去除水中蓝藻的目的。陡前沿、窄脉冲对产生等离子体的效果有直接的影响。现在流行的产生高压脉冲的方法是采用Marx发生器，它主要利用其中储能电容的并联充电和串联放电来实现高压快速上升的脉冲，有电阻隔离、电感隔离和二极管隔离三种，针对不同的输出要求采用不同的级间开关，但是它的缺点是脉冲前沿受开关影响较大。近年来，磁开关的概念又再次提出来，可以利用它饱和电感和非饱和电感巨大差别来模拟开关的功能，它的开关速度主要是由磁芯自然参数决定的，速度远快于其他开关。水中灭藻要求脉冲峰值大于5kV、上升沿小于100ns、重复频率为1(Γ 00Ηζ、每个脉冲内能量0.广1J。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种水中灭藻用高压脉冲电源，主要解决现有电源装置使用时，脉冲前沿受开关影响较大的技术问题，具有成本低、脉冲能量可控、工作稳定等优点。为实现上述目的，本实用新型是这样实现的。一种水中灭藻用高压脉冲电源，其特征在于它包括交流电源、整流电路、Marx发生器和磁脉冲压缩电路；所述的交流电源、整流电路、Marx发生器和磁脉冲压缩电路依次连接。所述的水中灭藻用高压脉冲电源，其特征在于所述的整流电路和Marx发生器之间连接电路上具有K1,所述的Marx发生器和磁脉冲压缩电路之间连接电路上具有Κ2。所述的水中灭藻用高压脉冲电源，其特征在于所述的整流电路由三相桥式整流电路组成。所述的水中灭藻用高压脉冲电源，其特征在于所述的Marx发生器具有6个 516nF/30kV圆饼形高压陶瓷电容器，6个电容器电极分别与两个电极板螺栓连接，其中一个电极板集成了开关电极，另一个则作为接地极板。所述的水中灭藻用高压脉冲电源，其特征在于所述的磁脉冲压缩电路由电容Q、C1和电感L1组成。本实用新型的有益效果在于采用快速上升的高压脉冲作为能量输入和激发方式。这种方式具有成本低、脉冲能量可控、工作稳定等优点。各开关的动作采用单片机控制。 测试可得到峰值7. 5kV、上升沿30ns、重复频率100Hz、一个脉冲内能量0. 7J的脉冲电压。
图1是本实用新型的主电路结构图。图中1-交流电源、2-整流电路、3-Marx发生器、4-磁脉冲压缩电路。图2是本实用新型中Marx发生器的结构图图中21-圆饼形高压陶瓷电容器、22-接地电感、23-充电电感、24-负载、25-对地电容(增容结构)。图3是本实用新型的系统流程图。图4是本实用新型的单片机中断程序流程图。
具体实施方式
本实用新型提供一种水中灭藻用高压脉冲电源，它包括交流电源1、整流电路2、 Marx发生器3、磁脉冲压缩电路4。采用Marx发生器与磁脉冲压缩电路结合的方式，利用 Marx发生器形成初级高压脉冲，再用磁开关进行整形，开关的控制由单片机来实现(如图1 所示)。 本实用新型中，上述整流电路由三相桥式整流电路组成。交流电压从工频电网接入，用变压器升压6倍，再经过由有电容滤波的不控整流电路，形成先缓慢上升后稳压的直流电压源。本实用新型中，上述Marx发生器采用模块化的设计(如图2所示)，储能电容采用 516nF/30kV圆饼形高压陶瓷电容器31，6个电容器电极分别与两个电极板螺栓连接，其中一个电极板集成了开关电极，另一个则作为接地极板，这样10个模块形成5个开关结构， 正负充电，减少了开关个数，从而减小系统电感。本实用新型中，上述磁脉冲压缩电路由电容Q、C1和电感L1组成。Marx发生器充电完成后，K1断开，K2闭合，同时Marx发生器的内部开关闭合形成电容的串联放电。Marx 发生器的储能电容远大于Ctl，这样大电容对小电容的放电速度很快，形成初级脉冲。本实用新型的工作原理为交流电压从工频电网接入，用变压器升压6倍，再经过由有电容滤波的不控整流电路，形成先缓慢上升后稳压的直流电压源。初始状态时K1断开， K2断开，实验开始后K1闭合，直流电压源向电阻隔离的Marx发生器充电，主要检测Marx发生器最末端的电容是否充满，此充电过程为0. Ims左右。Marx发生器充电完成后，K1断开， K2闭合，同时Marx发生器的内部开关闭合形成电容的串联放电。Marx发生器的储能电容远大于Ctl，这样大电容对小电容的放电速度很快，形成初级脉冲，而且储能电容中的能量只有一部分转移到Ctl中，这不仅有利于缩短下一次Marx发生器的充电时间，还能够控制输出脉冲中的能量。当Ctl充满时，K2和Marx发生器内开关同时断开，K1闭合，Marx发生器再次充电。非线性电感L在Ctl充满时达到饱和，电感值突变为很小，形成了近似短路的电容对电容放电，这样就实现了对初级脉冲的压缩陡化，负载端也就得到了要求的脉冲。系统流程如图3所示，单片机控制中断流程如图4所示。 综上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本实用新型的技术范畴。
权利要求1.一种水中灭藻用高压脉冲电源，其特征在于它包括交流电源、整流电路、Marx发生器和磁脉冲压缩电路；所述的交流电源、整流电路、Marx发生器和磁脉冲压缩电路依次连接。
2.根据权利要求1所述的水中灭藻用高压脉冲电源，其特征在于所述的整流电路和 Marx发生器之间连接电路上具有K1,所述的Marx发生器和磁脉冲压缩电路之间连接电路上具有K2。
3.根据权利要求1或2所述的水中灭藻用高压脉冲电源，其特征在于所述的整流电路由三相桥式整流电路组成。
4.根据权利要求1或2所述的水中灭藻用高压脉冲电源，其特征在于所述的Marx发生器具有6个516nF/30kV圆饼形高压陶瓷电容器，6个电容器电极分别与两个电极板螺栓连接，其中一个电极板集成了开关电极，另一个则作为接地极板。
5.根据权利要求1或2所述的水中灭藻用高压脉冲电源，其特征在于所述的磁脉冲压缩电路由电容Ctl、C1和电感L1组成。
专利摘要本实用新型涉及一种高压脉冲电源，特别是一种水中灭藻用高压脉冲电源。它包括交流电源、整流电路、Marx发生器和磁脉冲压缩电路；所述的交流电源、整流电路、Marx发生器和磁脉冲压缩电路依次连接。它主要解决现有电源装置使用时，脉冲前沿受开关影响较大的技术问题，具有成本低、脉冲能量可控、工作稳定等优点。
文档编号H02M9/06GK202309560SQ20112042454
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月1日 优先权日2011年11月1日
发明者吕锋 申请人:上海理工大学