專利名稱：羊毛纖維的低溫等離子體處理電源的制作方法
技術領域：
本發明涉及等離子體處理電源，尤其是羊毛纖維的低溫等離子體處理電源。
背景技術：
過去，工業中多采用化學試劑來對羊毛纖維進行表面處理，這會對環境造成一定程度的污染。近年來采用低溫等離子體技術對羊毛纖維進行表面處理的干式處理方法越來越受到人們的青睞，它主要的優點是處理方法簡便，可與流水線同步運行，而且不對環境產生污染。最常用的羊毛表面低溫等離子體處理方法包括低壓輝光放電的方法和常壓下的介質阻擋放電的方法。低壓輝光放電的方法雖然放電均勻，處理效果好，但它需要抽真空設備，系統較昂貴，且不適于流水線的同步運行。介質阻擋放電可以在常壓下得到大面積的低溫等離子體，而得到了廣泛的應用。但工業應用中的介質阻擋放電多為細絲放電的形式，在兩電極間充滿了在時間上和空間上都是隨機分布的放電細絲，這種放電形式是不均勻的，并且放電細絲直徑雖小但電流密度卻很大，因此會導致羊毛的穿孔和燃燒。近年來，各國學者一直在研究利用介質阻擋放電的形式得到大氣壓下的輝光放電，但它們幾乎都需要填充一定的稀有氣體或混合氣體，或者需要特殊的電極結構，這些都不利于對羊毛纖維表面實現工業化處理。
發明內容
本發明的目的是提供一種羊毛纖維的低溫等離子體處理電源，以實現在大氣壓下的空氣中，采用普通的介質阻擋放電的電極，獲得大氣壓下的類似輝光放電的均勻放電，對羊毛表面進行均勻、柔和的放電處理。
本發明解決其技術問題采用的技術方案是羊毛纖維的低溫等離子體處理電源包括整流電路、全橋逆變電路、電感、升壓變壓器和兩個平行相隔的放電電極，整流電路的輸出端與全橋逆變電路的輸入端相連，電感與變壓器的低壓邊串聯連接，該串聯電路接于全橋逆變電路的輸出端，變壓器高壓邊的兩端分別與兩個放電電極相連。
本發明中的整流電路可以采用不控整流或可控整流兩種方式。
本發明電源的控制可采用現有技術已成熟的脈沖電壓調節(PAM)和脈沖頻率調節(PFM)相結合的方式或者脈沖寬度調節(PWM)和脈沖頻率調節相結合的方式。PAM方式是通過調節整流器件晶閘管的觸發角從而控制整流輸出的直流母線電壓，逆變電路輸出電壓幅值的調節范圍為0～500V。PWM方式采用移相控制，通過調節移相角來調節輸出電壓的脈沖寬度，移相角的調節范圍為0～180°。PFM方式可以調節輸出電壓的頻率，輸出電壓的頻率調節范圍為50～50KHz。
工作時，電網輸入的380V交流電經整流濾波成直流電，該直流電通過全橋逆變電路逆變成交流方波。逆變電路的輸出電壓經過電感和升壓變壓器產生高壓交流方波直接加在負載的兩端，即兩個平行相隔的放電電極。將待處理的羊毛纖維置于兩個電極之間，由于方波電壓上升沿的沖擊，可使兩電極間的整個氣隙容積同時被擊穿，而不是隨機的細絲通道的擊穿，產生大量小的雪崩而不是單一的大雪崩。沖擊過后負載上的電壓重新降低，氣隙上的電場不會因空間電荷的積累而增大，因此眾多小的雪崩不會匯集成一個大的雪崩，放電產生的正離子可以在大雪崩形成前到達負電極，引發二次離子的激發，從而產生可自持的放電。放電均勻而柔和，類似大氣壓下的輝光放電，不會產生某幾個點的瞬間高能量密度。
在擊穿瞬間變壓器原邊瞬時電流很大，由于電感電流不能突變，故電感可以對開關管的電流尖峰進行緩沖，防止電流尖峰擊穿開關管。
本發明的有益效果是由于逆變電路輸出電壓的幅值，寬度和頻率在一定的范圍內充分可調，因此可使逆變電路的工作頻率遠離變壓器漏感和容性負載的諧振頻率，這樣可以在變壓器的高壓輸出側得到交流的高壓方波而不是正弦波。由于方波電壓上升沿的沖擊，可使整個的氣隙容積同時被擊穿，而不是隨機的細絲通道的擊穿，產生大量小的雪崩而不是單一的大雪崩。從而產生的放電均勻而柔和，類似大氣壓下的輝光放電，不會產生某幾個點的瞬間高能量密度使羊毛發生穿孔和燃燒。
圖1是羊毛纖維的低溫等離子體處理電源具體電路圖。
具體實施例方式
參見圖1，羊毛纖維的低溫等離子體處理電源包括整流電路1、全橋逆變電路2、電感L、升壓變壓器T和兩個平行相隔的放電電極3、4。在圖示具體電路中，整流電路1是由6個晶閘管T1～T6組成的全橋整流電路，全橋逆變電路2是由4個絕緣柵晶體管Q1～Q4和與各絕緣柵晶體管并聯的電容Cs組成，其中電容Cs用來實現對開關管的軟化。整流電路1的輸出通過濾波電容C與全橋逆變電路2的輸入端相連，電感L與變壓器T的低壓邊串聯連接，該串聯電路接于全橋逆變電路2的輸出端，這里，電感L的存在可以限制高壓交流方波產生的沖擊電流對開關管的沖擊，提高系統的功率因數。
變壓器T高壓邊的兩端分別與兩個平行的放電電極3、4相連。其中一個為高壓電極3，另一個為接地電極4，兩個電極中至少要有一個電極的表面覆蓋有絕緣介質5，圖例，兩個電極的表面均覆蓋有絕緣介質5，絕緣介質的材料可以是陶瓷、膠皮、玻璃等。兩絕緣介質間為放電氣隙。
整流電路采用移相控制調節輸出電壓的幅值，逆變器采用可變頻的移相PWM控制來調節輸出電壓的寬度和頻率，逆變器輸出側的串聯電感用來確定輸出電壓的上升沿和下降沿的斜率。本例中的逆變器工作頻率為50Hz，升壓變壓器和負載的諧振頻率為20kHz，逆變器的工作頻率遠離變壓器漏感和容性負載的諧振頻率，這樣可以在變壓器的高壓輸出側得到交流的高壓交流方波而不是正弦波。
權利要求
1.羊毛纖維的低溫等離子體處理電源，其特征是包括整流電路(1)、全橋逆變電路(2)、電感(L)、升壓變壓器(T)和兩個平行相隔的放電電極(3、4)，整流電路(1)的輸出端與全橋逆變電路(2)的輸入端相連，電感(L)與變壓器(T)的低壓邊串聯連接，該串聯電路接于全橋逆變電路(2)的輸出端，變壓器(T)高壓邊的兩端分別與兩個放電電極(3、4)相連。
2.根據權利要求1所述的羊毛纖維的低溫等離子體處理電源，其特征是兩個放電電極(3、4)中至少有一個電極的表面覆蓋有絕緣介質(5)。
3.根據權利要求1所述的羊毛纖維的低溫等離子體處理電源，其特征是全橋逆變電路(2)由4個絕緣柵晶體管(Q1～Q4)和與各絕緣柵晶體管并聯的電容(Cs)組成。
全文摘要
本發明公開了一種羊毛纖維的低溫等離子體處理電源，它包括整流電路、全橋逆變電路、電感、升壓變壓器和兩個平行相隔的放電電極，整流電路的輸出端與全橋逆變電路的輸入端相連，電感與變壓器的低壓邊串聯連接，該串聯電路接于全橋逆變電路的輸出端，變壓器高壓邊的兩端分別與兩個放電電極相連。本發明由于在變壓器的高壓輸出側得到的是交流高壓方波而不是正弦波，因此可使兩個放電電極間不是隨機的細絲通道的擊穿，而是整個氣隙容積同時被擊穿，從而產生均勻、柔和的類似大氣壓下的輝光放電，對羊毛表面進行放電處理，不會產生某幾個點的瞬間高能量密度使羊毛發生穿孔和燃燒。
文檔編號D06M10/00GK1725619SQ20051005046
公開日2006年1月25日 申請日期2005年6月27日 優先權日2005年6月27日
發明者何湘寧, 劉勇, 張琪 申請人:浙江大學