CN109586599A - 一种基于介电电泳技术的模块化dep电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于介电电泳技术的模块化DEP电源***，包括机柜及置于机柜内的DEP控制模块、DEP输出模块、直流输出模块，机柜外部设置人机界面，DEP控制模块与各DEP输出模块、各直流输出模块级人机界面采用RS‑485通信总线连接；各直流输出模块间和DEP输出模块间由直流母线实现连接，由直流输出模块输出高压可变直流通过直流母线为各个DEP输出模块供电；各DEP输出模块和DEP控制模块由同步总线相互联接，由DEP控制模块同发出同步脉冲信号至各DEP输出模块，各DEP输出模块收到同步脉冲信号后，根据各自的地址保持固定的相位差输出AC‑DEP信号。本发明的DEP电源***通过模块组合可连接16路DEP电极组件，电源***散热为内循环制冷散热方式，可工作于室外恶劣环境中。
Description
技术领域
本发明涉及特种电源技术领域，特别是一种产生介电电泳所需非均匀交流电场的基于介电电泳技术的模块化DEP电源。
背景技术
介电电泳描述的是位于非匀称电场的电中性颗粒由于介电极化的作用而产生的平移运动。产生在颗粒上的偶极矩可以由两个相同带电量但极性相反的电荷来表示，当它们在颗粒界面上不对称分布时，产生一个宏观的偶极矩。当这个偶极矩位于不匀称电场中，在颗粒两边的局部电场强度的不同产生一个净力，称为介电电泳力。由于悬浮于媒介中的颗粒与媒介有着不同的介电能力(介电常数)，颗粒会朝电场强度增强的方向移动，称为阳性介电电泳，反之若颗粒朝电场强度减弱的方向移动，称之为阴性介电电泳。
DEP电源是介电电泳技术的关键设备，用于产生AC-DEP高频交流信号，施加DEP电极组件，产生特定介电力的电场，可实现对悬浮于媒介中的微粒进行分离控制、富积、捕获。DEP电源已应用于稀土工业、化学工业、工业水处理、工业烟气等领域。在不同领域下对DEP电源的功率级别、输出特性、防护等级都有着不同的需求，在很多情况下需要根据实际需求定制开发新的DEP电源，在一些工作在户外的场合对DEP电源***的防潮和防尘有很高的要求。
DEP电源的内部一般由直流供电部分、控制部分、DEP信号发生、DEP信号驱动部分组成。目前的DEP电源产品采用一体化结构，把直流供电部分、控制部分、DEP信号发生、DEP信号驱动部分都设计于一个机箱内。在实际应用中需要根据客户不同的需求和工程中实际情况对这些部分进行针对性设计，需要较长的供货周期。此外，这类电源的散热一般采用强制风冷方式，机箱为半封闭结构，不利于在户外较差的环境下工作。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可配置灵活且适用于工作在户外环境中的基于介电电泳技术的模块化DEP电源。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种基于介电电泳技术的模块化DEP电源***，其特征在于：包括机柜及置于机柜内的DEP控制模块、1～4个DEP输出模块、1～2个直流输出模块，机柜外部设置人机界面，DEP控制模块与各DEP输出模块、各直流输出模块级人机界面采用RS-485通信总线连接，由人机界面和DEP控制模块对DEP输出模块、直流输出模块进行控制、参数设置和实时监测；各直流输出模块间和DEP输出模块间由直流母线实现连接，由直流输出模块输出高压可变直流通过直流母线为各个DEP输出模块供电；各DEP输出模块和DEP控制模块由同步总线相互联接，由DEP控制模块同发出同步脉冲信号至各DEP输出模块，各DEP输出模块收到同步脉冲信号后，根据各自的地址保持固定的相位差输出AC-DEP信号。
而且，所述机柜内的底部设置制冷机组，制冷机组采用内循环制冷散热方式，机柜内部两侧分别为左侧散热风道及右侧散热风道，制冷机组产生的冷风由左侧散热风道进入，通过机柜内各个模块后，从右侧散热风道回到制冷机组热回风口。
而且，所述DEP控制模块具有RS-485通信接口、同步信号输出接口、人机界面通信接口。
而且，所述每个DEP输出模块具有4路AC-DEP信号输出，4路AC-DEP信号输出连接4组DEP电极组件，所述4个DEP输出模块具有16路AC-DEP信号输出，共连接16组DEP电极组件。
而且，所述16路AC-DEP信号输出根据DEP控制模块发生同步信号和DEP模块及DEP组件的地址按固定相位差依次输出。
而且，所述DEP输出模块内部由1个DEP输出模块控制器和4个DEP输出组件构成，DEP输出组件间和DEP输出模块控制器由内部通信总线和内部同步总线相互连接，DEP输出模块控制器还具有外部通信接口和外部同步接口，与所述DEP控制模块相连接。
而且，所述的DEP输出组件由组件控制器、DEP脉冲驱动、检测脉冲驱动、混合电路、DEP输出驱动、反馈隔离变压器、检测脉冲分离放大、响应信号放大、输出电压监测电路、输出电流监测电路构成；组件控制器信号输出端依次连接DEP脉冲驱动、混合电路、DEP输出驱动，DEP输出驱动输出AC-DEP信号同时信号经检测脉冲分离放大及响应信号放大连接至组件控制器；组件控制器通过检测脉冲驱动连接所述混合电路；DEP输出驱动连接输出电压监测电路、输出电流监测电路，输出电压监测电路、输出电流监测电路信号连接回组件控制器。
而且，所述的直流输出模块的供电电源为三相AC380V电源，直流输出电压的范围为50～200V，输出电压的调节是由DEP控制模块通过外部通信接口进行设置。
本发明的优点及有益效果为：
1、本发明的基于介电电泳技术的模块化DEP电源***，用于产生介电电泳场所需的AC-DEP信号，DEP控制模块通过RS485总线设置和监控各个模块，并向DEP输出模块发出同步信号，保证各个DEP输出模块输出信号的频率和相位差保持严格一致；直流输出模块输出可变高压直流并通过直流母线为各个DEP输出模块供电；机柜制冷***采用内循环制冷散热方式，由制冷机组提供冷风并将机柜内模块的热量置换于机柜外部。
2、本发明的基于介电电泳技术的模块化DEP电源***，结构设计科学合理，通过模块组合最大可连接16路DEP电极组件，电源***散热为内循环制冷散热方式，机柜内散热风道密闭，可工作于室外恶劣环境中。
附图说明
图1是本发明模块化DEP电源***的***连接框图；
图2是本发明模块化DEP电源***的DEP输出模块的原理框图；
图3是本发明模块化DEP电源***的DEP输出模块内DEP输出组件的原理框图；
图4是模块化DEP电源的***散热风道的风路示意图。
附图标记说明
通信总线、101-DEP同步总线、102-直流母线、110-DEP控制模块、111-人机界面、121-DEP输出模块1、122-DEP输出模块2、123-DEP输出模块3、124-DEP输出模块4、131-直流输出模块、132-直流输出模块、140-制冷机组、201-DEP输出模块控制器、211-DEP输出组件1、211-DEP输出组件2、211-DEP输出组件3、214-DEP输出组件4、301-组件控制器、302-DEP脉冲驱动、303混合电路、304DEP输出驱动、305反馈隔离变压器、306检测脉冲分离放大、307响应信号放大、308检测脉冲驱动、309输出电压监测、310输出电流监测、401-机柜、402-左侧散热风道、403-右侧散热风道、404-制冷机冷风出口、405-制冷机热回风口、406-制冷机组。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
一种基于介电电泳技术的模块化DEP电源***，如图1所示，其包括机柜401及置于机柜内的DEP控制模块110、DEP输出模块1-4，标号分别为121、122、123、124；DEP输出模块可根据DEP电极组件数量进行增减；2个直流输出模块，直流输出模块1-2，标号分别为131-132，直流输出模块可根据DEP电极组件功率消耗进行增减，机柜外部设置人机界面111。
DEP控制模块与各DEP输出模块、各直流输出模块级人机界面采用RS-485通信总线100连接，由人机界面和DEP控制模块对DEP输出模块、直流输出模块进行控制、参数设置和实时监测。各直流输出模块间和DEP输出模块间由直流母线102实现连接，由直流输出模块输出高压可变直流通过直流母线为各个DEP输出模块供电；各DEP输出模块和DEP控制模块由同步总线101相互联接，由DEP控制模块同发出同步脉冲信号至各DEP输出模块，各DEP输出模块收到同步脉冲信号后，根据各自的地址保持固定的相位差输出AC-DEP信号。DEP控制模块具有RS-485通信接口、同步信号输出接口、人机界面通信接口。各个模块通过通信总线100、DEP同步总线101、直流母线102实现互连。
在图1的模块化DEP电源***中，通信总线100连接所有模块和制冷机组，其中DEP控制模块110为主机，用于设置和监测DEP输出模块121～124、直流输出模块131～132输出和制冷机组140。
在图1的模块化DEP电源***中，DEP同步总线101连接于DEP控制模块110和DEP输出模块121～124，DEP控制模块110发出同步脉冲信号，DEP输出模块121～124接收到同步脉冲信号后根据自身的地址，按固定相位差依次输出AC-DEP信号。
在图1的模块化DEP电源***中，直流母线102连接于直流输出模块131～132和DEP输出模块121～124，由直流输出模块131～132输出可变直流电压为DEP输出模块121～124供电，由DEP控制模块110通过通信总线设置直流输出模块131～132的输出电压。
每个DEP输出模块具有4路AC-DEP信号输出，4路AC-DEP信号输出连接4组DEP电极组件，因此，上述4个DEP输出模块具有16路AC-DEP信号输出，共连接16组DEP电极组件。上述16路AC-DEP信号输出根据DEP控制模块发生同步信号和DEP模块及DEP组件的地址按固定相位差依次输出。
图2给出了DEP输出模块的内部原理框图，DEP输出模块内部由1个DEP输出模块控制器201和4个DEP输出组件构成，DEP输出组件1-4，标号为211、212、213、214；DEP输出组件211～214间和DEP输出模块控制器由内部通信总线和内部同步总线相互连接，与组件控制器201相连接，DEP输出模块控制器还具有外部通信接口和外部同步接口，与DEP控制模块相连接。
DEP输出组件211～214由内部通信总和内部同步总线与组件器组件控制器201相连接，由直流输入总线为DEP输出组件211～214供电。组件控制器201接收来自***DEP控制模块的通信总线和同步总线的信号，根据接收到的命令和数据参数设置和读取各个DEP输出组件的输出参数，同时将接收到的同步信号经时后送至至各个DEP输出组件。
图3给出了DEP输出组件的内部原理框图，DEP输出组件均由组件控制器301、DEP脉冲驱动302、检测脉冲驱动308、混合电路303、DEP输出驱动304、反馈隔离变压器305、检测脉冲分离放大306、响应信号放大307、输出电压监测电路309、输出电流监测电路310构成；组件控制器信号输出端依次连接DEP脉冲驱动、混合电路、DEP输出驱动，DEP输出驱动输出AC-DEP信号同时信号经检测脉冲分离放大及响应信号放大连接至组件控制器；组件控制器通过检测脉冲驱动连接所述混合电路；DEP输出驱动连接输出电压监测电路、输出电流监测电路，输出电压监测电路、输出电流监测电路信号连接回组件控制器。
直流输出模块的供电电源为三相AC380V电源，直流输出电压的范围为50～200V，输出电压的调节是由DEP控制模块通过外部通信接口进行设置。
组件控制器301接通过收来自模块通信总线的数据，解析后根据设置参数发出AC-DEP脉冲信号波形，经混合电路303与检测脉冲混合后，最后进入DEP输出驱动304放大后输出至DEP电极组件，产生介电电泳电场。
输出端的AC-DEP信号和检测脉冲的响应信号由反馈隔离变压器降压送至检测脉冲分离放大306，通过DEP控制器发出的门控信号，将DEP信号和脉冲的响应信号分离后送至响应信号放大电路放大后送至组件控制器301，组件控制器通过分析响应信号自动调整DEP脉冲信号的参数，使介电电泳电场始终保持稳定。
输出电压监测309和输出电流监测310实时检测测输入直流总线的电流值与电压值并通过组件控制器301上传至DEP电源***的DEP控制模块，并通过人机界面实时显示于屏幕，同于也用于组件过压和过流的保护。
图4给出了DEP电源***散热通道风路示意图，它包括机柜401、冷风内道402、热风风道403、制冷机冷风出口404、制冷机热回风口405、制冷机组406。
机柜内的底部设置制冷机组406，制冷机组采用内循环制冷散热方式，机柜内部两侧分别为左侧散热风道402(冷风风道)及右侧散热风道403(热风风道)，制冷机组产生的冷风由制冷机冷风出口404进入左侧散热风道，通过机柜内各个模块后，从右侧散热风道回到制冷机组热回风口405。
制冷机组406位于机柜底部，DEP电源***散热为内循环制冷散热方式，机柜两侧为散热风道，冷风风道402位于机柜左侧，热风风道403位于机柜右侧。制冷机组产生的冷气经机组内贯流风机送入左侧冷风风道402，机柜内每个模块的左侧都有一组进风风机，冷风经过风机加压后送入模块内部，为模块内的发热器件进行降温，模块内产生的热风进入右侧热风风道403，并从底部贯流风机的带动下回到制冷机组的热回风口，经过机组换热器换热后将吸收的热量排出机柜外部。
Claims (8)
1.一种基于介电电泳技术的模块化DEP电源***，其特征在于：包括机柜及置于机柜内的DEP控制模块、1～4个DEP输出模块、1～2个直流输出模块，机柜外部设置人机界面，DEP控制模块与各DEP输出模块、各直流输出模块级人机界面采用RS-485通信总线连接，由人机界面和DEP控制模块对DEP输出模块、直流输出模块进行控制、参数设置和实时监测；各直流输出模块间和DEP输出模块间由直流母线实现连接，由直流输出模块输出高压可变直流通过直流母线为各个DEP输出模块供电；各DEP输出模块和DEP控制模块由同步总线相互联接，由DEP控制模块同发出同步脉冲信号至各DEP输出模块，各DEP输出模块收到同步脉冲信号后，根据各自的地址保持固定的相位差输出AC-DEP信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于介电电泳技术的模块化DEP电源***，其特征在于：所述机柜内的底部设置制冷机组，制冷机组采用内循环制冷散热方式，机柜内部两侧分别为左侧散热风道及右侧散热风道，制冷机组产生的冷风由左侧散热风道进入，通过机柜内各个模块后，从右侧散热风道回到制冷机组热回风口。
3.根据权利要求1所述的一种基于介电电泳技术的模块化DEP电源***，其特征在于，所述DEP控制模块具有RS-485通信接口、同步信号输出接口、人机界面通信接口。
4.根据权利要求1所述的一种基于介电电泳技术的模块化DEP电源***，其特征在于：所述每个DEP输出模块具有4路AC-DEP信号输出，4路AC-DEP信号输出连接4组DEP电极组件，所述4个DEP输出模块具有16路AC-DEP信号输出，共连接16组DEP电极组件。
5.根据权利要求4所述的一种基于介电电泳技术的模块化DEP电源***，其特征在于：所述16路AC-DEP信号输出根据DEP控制模块发生同步信号和DEP模块及DEP组件的地址按固定相位差依次输出。
6.根据权利要求1所述的一种基于介电电泳技术的模块化DEP电源***，其特征在于：所述DEP输出模块内部由1个DEP输出模块控制器和4个DEP输出组件构成，DEP输出组件间和DEP输出模块控制器由内部通信总线和内部同步总线相互连接，DEP输出模块控制器还具有外部通信接口和外部同步接口，与所述DEP控制模块相连接。
7.根据权利要求5所述的基于介电电泳技术的模块化DEP电源***，其特征在于：所述的DEP输出组件由组件控制器、DEP脉冲驱动、检测脉冲驱动、混合电路、DEP输出驱动、反馈隔离变压器、检测脉冲分离放大、响应信号放大、输出电压监测电路、输出电流监测电路构成；组件控制器信号输出端依次连接DEP脉冲驱动、混合电路、DEP输出驱动，DEP输出驱动输出AC-DEP信号同时信号经检测脉冲分离放大及响应信号放大连接至组件控制器；组件控制器通过检测脉冲驱动连接所述混合电路；DEP输出驱动连接输出电压监测电路、输出电流监测电路，输出电压监测电路、输出电流监测电路信号连接回组件控制器。
8.根据权利要求1所述的一种基于介电电泳技术的模块化DEP电源***，其特征在于：所述的直流输出模块的供电电源为三相AC380V电源，直流输出电压的范围为50～200V，输出电压的调节是由DEP控制模块通过外部通信接口进行设置。
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