專利名稱：一種低溫等離子發生裝置及控制方法
技術領域：
本發明涉及一種電力電子的技術領域，特別涉及一種用于紡織品整理及紡織品原材料加工處理的新型低溫等離子發生裝置。
背景技術：
近年來，隨著脈沖等離子體技術的不斷發展，在各個領域的應用不斷擴大和深化， 低溫等離子體技術在紡織品制造過程中的應用也越來越廣泛。其應用的主要目的是對紡織品的表面進行改性處理，從而獲得其他方法無法實現處理效果。低溫等離子體處理技術能耗低、污染少，效率高，使得該方法被紡織行業高度關注并不斷研究發展。等離子體是物質除氣態、固態、液態外，存在于大自然中的另一種基本形態，通常稱為物質的第四態。在外加能量作用下，如進行加熱、加外電場、激光照射等時，氣體分子或原子會發生電離，形成帶負電荷的電子和帶正電荷的離子。在氣體中電離成分只要超過千分之一，它們的行為就主要由離子和電子之間的庫侖作用力所支配，而中性粒子之間的相互作用則退居次要地位，而且電離氣體的運動受磁場的影響十分明顯，成為導電率很高的一種導電流體。由離子、電子、自由基、激發態的分子和原子所組成的電離氣體，處于激發、電離的高能狀態，其電子的負電荷和離子的正電荷總數相等，宏觀上對外不顯電性，呈中性，稱為等離子體。等離子體可按其壓力、帶電荷粒子密度和溫度等進行分類。在一般情況下，可將等離子體分為高溫等離子體和低溫等離子體。前者又稱為平衡等離子體，其電子和分子或原子類粒子都具有非常高的溫度，一般用于處理熔點較高的物體，如錠子、噴絲板、化纖的導絲部件等各種金屬制品等；后者又稱為非平衡等離子體，其電子和分子或原子類粒子具有的溫度是不同的，電子溫度仍然很高，而分子或原子類粒子的溫度卻較低，故稱低溫等離子體，一般用于處理熔點較低的物體。在紡織生產中，一般使用低溫等離子體處理紡織品。等離子體對紡織品的處理一般有刻蝕、接枝、聚合物等。等離子體發生方法很多，實際應用的等離子體歸納起來有三種發生方式
1.氣體放電法在電場作用下氣體被擊穿，發生氣體電離(等離子體即是電離的氣體)。2.光致電離法利用各種射線或具有足夠能量的入射光子照射，使粒子獲得能量后碰撞，引起氣體電離。3.熱致電離法借加熱作用使粒子獲得足夠的能量，相互碰撞致電離。紡織品處理常用的低溫等離子體一般由氣體放電法發生，具體地說就是直流電暈 /輝光放電、高頻電暈/輝光放電、微波放電。目前，高頻介質電暈/輝光放電產生等離子體的方式被廣泛應用。其主要優點是脈沖信號發生方法簡單、設備成本較低。但是，該方式具有無法克服的缺點1.電極間距過窄，不方便操作對象的加入與滾動。2.需要電極介質，耗損大。3.最重要的是效率低下。因為沖擊脈沖信號上升速度的限制，使得等離子體中起關鍵作用的電子流速較慢，因此處理時間大大加長，如果在紡織車間高速運轉的環境下處理的話，所需電極長度要幾十米，這也是該技術沒有大范圍地應用到生產中去的主要原因。
發明內容
本發明是針對現在低溫等離子發生設備無法克服的缺點的問題，提出了一種低溫等離子發生裝置及控制方法，克服現在低溫等離子發生設備的缺點，大大縮短處理時間，降低損耗，提高了處理效率。本發明的技術方案為一種用于紡織品整理的新型低溫等離子發生裝置，包括供電電源、脈沖形成系統、充電器、控制器、放電電極，供電電源輸出單相交流到充電器，充電器接收控制器的控制信號，充電器輸出直流高壓電到脈沖形成系統，控制器通過半導體驅動電路輸出控制脈沖形成系統通斷，脈沖形成系統形成高電壓、大電流脈沖信號輸出給放電電極。所述供電電源的單相交流電可通過輸電插座、太陽能蓄電經逆變和備用發電機發電所提供。所述充電器選用高壓直流電源。所述脈沖形成系統由磁壓縮電路構成，磁壓縮電路包括半導體開關、三個陶瓷電容，磁開關和脈沖變壓器，第一級充電電容并聯在充電器輸出端，第一級充電電容同時通過半導體開關并聯在脈沖變壓器初級，脈沖變壓器次級并聯在第二級充電電容上，第二級充電電容通過磁開關接尖峰電容，尖峰電容兩端輸出接放電電極。所述第一級充電電容是第二級充電電容的η2，η為脈沖變壓器的變比。一種低溫等離子發生裝置的控制方法，包括低溫等離子發生裝置，在使用太陽能蓄電經逆變的交流電系統中，控制器通過蓄電池監控系統監控蓄電池組，蓄電池組中儲存的電壓為MV的直流電，通過逆變器逆變為220V/50HZ的交流電輸送到充電器再輸送到脈沖形成系統，控制器直接設定充電器輸出的充電電壓幅值和充電頻率，實時采集電壓數據和溫度數據，將采集到的數據與所設定的閥值進行對比，一旦采集的數據超過閥值，控制器輸出信號控制報警信號和蓄電池的充/放電回路，切斷或者開啟充/放電回路；控制器通過控制半導體驅動電路開通或者關斷，進而控制脈沖形成系統開啟或者停止，當裝置出現異常時，斷開脈沖形成系統電路。本發明的有益效果在于本發明低溫等離子發生裝置及控制方法，克服現在低溫等離子發生設備的缺點，大大縮短處理時間，降低損耗，提高了處理效率，操作方便，安全， 節水，節能，無公害，高效且易于推廣。
圖1為本發明低溫等離子發生裝置結構框圖； 圖2為本發明低溫等離子發生裝置控制功能圖3為本發明低溫等離子發生裝置中磁壓縮電路示意圖； 圖4為本發明低溫等離子發生裝置中放電電極的平面圖。
具體實施例方式由圖1所示，一種低溫等離子發生裝置用于紡織品整理及紡織品原材料加工處理，包括備用供電設備1、閘刀2、供電電源3、轉換器4脈沖形成系統7、充電器6、控制器5、放電電極8，供電電源3通過閘刀2接轉換器4，供電設備1作為備用電源也接轉換器4，通過轉換器4輸出的電通過充電器6到脈沖形成系統7，脈沖形成系統7輸出接放電電極8， 控制器5輸出控制信號到充電器6和脈沖形成系統7。所述的供電電源3為交流電，所述的脈沖形成系統7中由磁壓縮電路構成，所述的供電電源3與脈沖形成系統7之間置有一個充電器6，充電器6為LAMBDA AMERICAS公司生產的型號為102A高壓直流電源，這種電源能將220V交流電轉變成最高可達6千伏的直流電壓輸出，充電器6與控制器5連接，根據控制器5中設定輸出直流電壓的幅值，控制器5通過磁壓縮電路中的IGBT驅動電路控制脈沖形成系統開啟或者停止，充電器6為高壓直流電源，將220V交流電轉變成幾千伏的直流電壓輸送到脈沖形成系統7，所述的脈沖形成系統7 將直流電壓壓縮為脈沖寬度為納秒級的高電壓和大電流脈沖信號并輸出給放電電極，放電電極8采用傳統多點對面，多線對面的形式。當使用輸電插座或備用發電機1供電時，控制器起三個作用，一是控制充電器6對脈沖形成系統7的充電電壓；二是控制輸出脈沖的頻率；三是控制IGBT驅動電路。在陽光充足的地方使用太陽能蓄電經逆變的交流電系統中，由控制器5通過蓄電池監控系統監控蓄電池組，蓄電池組中儲存的電壓為24V的直流電，通過逆變器逆變為220V/50HZ的交流電輸送到充電器再輸送到脈沖形成系統7，所述的蓄電池監控模塊由溫度模塊、電壓模塊和電流模塊組成。圖2為控制功能圖。以TI公司TMS320F2812為控制芯片的控制器5對整個系統起主控作用。蓄電池監控模塊由溫度模塊、電壓模塊和電流模塊組成，控制器5通過監控模塊采集蓄電池組的工作狀態，將采集到的數據與所設定的閥值進行對比，一旦采集的數據超過閥值，控制器5輸出信號控制報警信號和蓄電池的充/放電回路，切斷或者開啟電路，保護蓄電池組，延長其使用壽命。充電器為LAMBDA AMERICAS公司生產的型號為102A的高壓直流電源，這種電源有15 PIN D-SUB接口，具有可編程功能，將控制器5與其可編程端口進行對接，能實現通過控制器5直接設定充電器6輸出的充電電壓幅值和充電頻率功能。控制器5通過可編程端口，能實時采集電壓數據和溫度數據，檢測充電器的工作狀態，當充電器6工作出現異常狀態時，控制器5發出報警信號并直接停止其工作，保護充電器。IGBT驅動電路控制信號也由控制器發出，通過控制IGBT驅動電路，控制器5能啟動或者停止IGBT 驅動電路開關開通或者關斷，進而控制脈沖形成系統開啟或者停止，當系統出現異常時，保護系統。由圖3所示，所述的磁壓縮電路包括半導體開關、陶瓷電容Q、C1, Cp，磁開關和脈沖變壓器PT。第一級充電電容Ctl并聯在充電器輸出端，第一級充電電容Ctl同時通過半導體開關并聯在脈沖變壓器PT初級，脈沖變壓器PT次級并聯在第二級充電電容C1上，第二級充電電容(^通過磁開關接尖峰電容Cp，尖峰電容Cp兩端輸出接放電電極。第一級充電電容 C0的容值遠大于C1,I^C1=Ctl,η為變壓器的變比。由可飽和磁芯制做而成的磁開關與普通的半導體開關不同，它不僅具有普通半導體開關的開關作用，而且不受開關頻率的限制。磁開關在磁芯未飽和時，其自身的電感量很大，對電流的流通起阻礙作用，相當于開關的斷開狀態；當磁芯飽和時，其自身的電感量急劇下降，導通電流，相當于開關的閉合狀態。當第一級充電電容Ctl充電時，磁開關處于未飽和狀態，當Ctl充電至最高電壓時，半導體開關導通，能量通過脈沖變壓器ΡΤ，由Ctl中傳輸至第二級充電電容(^上，能量傳輸結束的瞬間，磁開關飽和導通，能量快速傳輸給尖峰電容Cp，由Cp進一步壓縮信號，傳輸給放電電極并產生電暈/ 輝光放電。磁芯飽和后，磁芯不能立即自主回復到未飽和狀態，加入磁復位電路，幫助磁芯復位。由圖4所示，I為高壓放電電極的尖端，II為接地電極。尖端電極與線電極的數量根據情況而定。該裝置產生低溫等離子作用于紡織品和紡織品材料，如羊毛、兔毛、蠶絲，各種纖維等，提高染料的吸收率，以及染色的深度和濃度；提高紡織品及各種纖維的拒水性、拒油性、防縮性；利用將該裝置發生的低溫等離子用于紡織品加工處理，改善其表面特性，提高其抗靜電性能提高其抗菌性能、去除異味，提高PVA降解效率，使之易于清洗，節水節能；利用將該設備中的處理電極為多線對面、多點對面電極。尖端電極與線電極的數量根據情況而定。
權利要求
1.一種用于紡織品整理的新型低溫等離子發生裝置，其特征在于，包括供電電源、脈沖形成系統、充電器、控制器、放電電極，供電電源輸出單相交流到充電器，充電器接收控制器的控制信號，充電器輸出直流高壓電到脈沖形成系統，控制器通過半導體驅動電路輸出控制脈沖形成系統通斷，脈沖形成系統形成高電壓、大電流脈沖信號輸出給放電電極。
2.根據權利要求1所述用于紡織品整理的新型低溫等離子發生裝置，其特征在于，所述供電電源的單相交流電可通過輸電插座、太陽能蓄電經逆變和備用發電機發電所提供。
3.根據權利要求1所述用于紡織品整理的新型低溫等離子發生裝置，其特征在于，所述充電器選用高壓直流電源。
4.根據權利要求1所述用于紡織品整理的新型低溫等離子發生裝置，其特征在于，所述脈沖形成系統由磁壓縮電路構成，磁壓縮電路包括半導體開關、三個陶瓷電容(Q、C1, Cp)，磁開關和脈沖變壓器，第一級充電電容(Ctl)并聯在充電器輸出端，第一級充電電容(Ctl) 同時通過半導體開關并聯在脈沖變壓器初級，脈沖變壓器次級并聯在第二級充電電容(C1) 上，第二級充電電容(C1)通過磁開關接尖峰電容(Cp)，尖峰電容(Cp)兩端輸出接放電電極。
5.根據權利要求4所述用于紡織品整理的新型低溫等離子發生裝置，其特征在于，所述第一級充電電容(Ctl)是第二級充電電容(C1)的η2，η為脈沖變壓器的變比。
6.一種低溫等離子發生裝置的控制方法，包括低溫等離子發生裝置，其特征在于，在使用太陽能蓄電經逆變的交流電系統中，控制器通過蓄電池監控系統監控蓄電池組，蓄電池組中儲存的電壓為MV的直流電，通過逆變器逆變為220V/50HZ的交流電輸送到充電器再輸送到脈沖形成系統，控制器直接設定充電器輸出的充電電壓幅值和充電頻率，實時采集電壓數據和溫度數據，將采集到的數據與所設定的閥值進行對比，一旦采集的數據超過閥值，控制器輸出信號控制報警信號和蓄電池的充/放電回路，切斷或者開啟充/放電回路； 控制器通過控制半導體驅動電路開通或者關斷，進而控制脈沖形成系統開啟或者停止，當裝置出現異常時，斷開脈沖形成系統電路。
全文摘要
本發明涉及一種低溫等離子發生裝置及控制方法，供電電源輸出單相交流到充電器，充電器接收控制器的控制信號，充電器輸出直流高壓電到脈沖形成系統，控制器通過半導體驅動電路輸出控制脈沖形成系統通斷，脈沖形成系統形成高電壓、大電流脈沖信號輸出給放電電極。利用低溫脈沖等離子的方法進行紡織品整理以及紡織品原材料加工處理，從而大大提高紡織品及其原料在染色、退漿、清洗、除異味和除菌等方面處理的效率，大幅縮短處理時間。該方法操作方便，安全，節水，節能，無公害，高效且易于推廣。
文檔編號D06M10/00GK102409525SQ20111026870
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月13日 優先權日2011年9月13日
發明者李孜 申請人:上海理工大學