CN205105122U

CN205105122U - 一种油液净化专用高压脉冲发生装置

Info

Publication number: CN205105122U
Application number: CN201520944830.XU
Authority: CN
Inventors: 闫银发; 宋华鲁; 宋占华; 王少刚; 李法德
Original assignee: Shandong Agricultural University
Current assignee: Shandong Agricultural University
Priority date: 2015-11-24
Filing date: 2015-11-24
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2025-11-24

Abstract

本实用新型涉及一种油液净化专用高压脉冲发生装置；包括主电路模块、驱动模块和微控制器模块；将220V交流电通过断路器开关为主电路模块提供工作电压，主电路模块末端大功率高压IGBT发射极作为油液净化专用高压脉冲发生装置的正极输出，主电路模块高压脉冲功率变压器负极输出接地作为油液净化专用高压脉冲发生装置的负极输出，微控制器模块输出2路脉冲信号给驱动模块以及程控开关电源，实现对高压方波脉冲幅值、频率与占空比的调节。

Description

一种油液净化专用高压脉冲发生装置

技术领域

本实用新型涉及一种油液净化专用高压脉冲发生装置，属于脉冲发生装置领域。

背景技术

近年来，高压脉冲发生装置在石油化工、除尘、污水处理以及液态食品加工等领域的应用越来越广泛。高压脉冲发生装置的设计参数需要依据不同领域的应用实际进行调整，具体包括高压脉冲幅值、频率、以及占空比等。

利用高压脉冲发生装置对绝缘性油介质中的污染杂质进行净化有益效果明显。油液中的污染颗粒(胶质、氧化物、空气、水分)在高压电场下因流动、碰撞、分子热运动以及电场非均匀性而荷电或静电感应，荷电或静电感应的污染颗粒在非均匀电场的作用下，受电场梯度力、镜像力和库仑力等的共同作用下进行定向运动，在运动过程中被多孔纤维状集尘体吸附，从而达到净化油液的目的。利用高压脉冲发生装置进行油液净化，能够对5～25微米的超微颗粒实现很好的净化，并且其对小于1微米的污染颗粒仍具有一定的净化效果。

应用于油液净化的高压脉冲发生装置，高压脉冲幅值、频率、以及占空比参数需要根据油液中颗粒性质及数目的差别进行调整。此外，应用于油液净化的高压脉冲发生装置还应具备一定的负载能力以及较高的工作效率。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种油液净化专用高压脉冲发生装置；目的在于提供一种油液净化专用高压脉冲发生装置。高压方波脉冲的幅值、频率、占空比均可按需调节，电流输出范围0～30mA，功率因数大于0.95，工作效率可达80％以上，满足油液净化的使用要求。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：将220V交流电通过断路器开关为主电路模块提供工作电压，主电路模块末端大功率高压IGBT发射极作为油液净化专用高压脉冲发生装置的正极输出，主电路模块高压脉冲功率变压器负极输出接地作为油液净化专用高压脉冲发生装置的负极输出，微控制器模块输出2路脉冲信号给驱动模块以及程控开关电源，实现对高压方波脉冲幅值、频率与占空比的调节。

一种油液净化专用高压脉冲发生装置，包括主电路模块、驱动模块和微控制器模块；

所述的主电路模块包括顺次连接的断路器开关、程控开关电源、高频振荡电路、高压脉冲功率变压器和大功率高压IGBT；输入的220V交流电通过断路器开关，经过程控开关电源得到幅值可按需调节的低压直流电；低压直流电通过高频振荡电路，得到幅值可按需调节的低压高频交流电；低压高频交流电流入高压脉冲功率变压器，得到1000V～6500V幅值的正极性高压直流电，正极性高压直流电通过大功率高压IGBT动作产生高压方波脉冲，高压方波脉冲的频率以及占空比可调(频率1Hz～500Hz、占空比10％～80％)；

所述的驱动模块包括大功率高压IGBT专用驱动器和负载匹配电路，负载匹配电路组成为1个跨接在大功率高压IGBT专用驱动器输出门极和高压脉冲功率变压器负极之间的轴向高压陶瓷电容(电容值为1nF，耐压值为50kV)；大功率高压IGBT专用驱动器集成IGBT驱动电路、吸收电路、过压保护电路和过流保护电路；负载匹配电路实现对IGBT驱动输出的负载匹配，优化高压IGBT输出波形；驱动模块的输出门极、集电极以及发射极分别与主电路模块中大功率高压IGBT的门极、集电极以及发射极对应连接。

所述的微控制器模块包括ARM微控制器、键盘输入单元、液晶显示单元、PWM信号输出单元，操作人员可通过键盘输入单元实现对高压脉冲发生装置输出参数的设置并显示于液晶显示单元，ARM微控制器根据操作人员输入的参数控制PWM信号输出单元输出2路独立PWM信号至程控开关电源和驱动模块中的大功率高压IGBT专用驱动器，实现高压方波脉冲输出幅值、频率以及占空比的调节。

本实用新型的优点：

1、利用ARM微控制器模块输出的PWM信号作为控制信号，通过调节PWM信号的占空比和频率，可以实现对程控开关电源输出电压以及驱动模块输出驱动方波脉冲频率及占空比的调节，即实现对高压方波脉冲幅值、频率和占空比的调节，利用键盘输入单元以及液晶显示单元实现对高压脉冲发生装置输出参数的设置与显示，操作简便；

2、采用负载匹配电路负载匹配电路实现对IGBT驱动输出的负载匹配，优化高压IGBT输出波形，即完成对高压方波脉冲输出的优化；

3、本实用新型是采用单相交流电---经程控开关电源得到低压直流电---经高频振荡电路得到高频低压交流电---高压脉冲功率变压器---得到高压直流电---高压IGBT模块---得到高压方波脉冲，直接输出。本实用新型结构紧凑，制作费用低，具有效率高，稳定性好等特点。

附图说明

图1是一种油液净化专用高压脉冲发生装置的原理框图；

图2是一种油液净化专用高压脉冲发生装置的电路示意图；

图中，1、220V交流电源，2、断路器开关，3、程控开关电源，4、高频振荡电路，5、高压脉冲功率变压器，6、大功率高压IGBT，7、油液净化处理极板。

图3是ARM微控制器模块的结构框图。

具体实施方式

实施例1：参照图1～3。一种油液净化专用高压脉冲发生装置，包括主电路模块、驱动模块和ARM微控制器模块；主电路的断路器开关选择为西门子公司生产的5SU9326-1CR63型漏电保护断路器开关，程控开关电源选择为安泰信公司生产的PPS3003T-3S型程控开关电源；大功率高压IGBT选择为三菱公司生产的CM600HG-130H型大功率高压IGBT；驱动模块的大功率高压IGBT专用驱动器选用北京落木源公司生产的TX-DF103高压光纤隔离大功率驱动器。

为满足油液净化的使用要求，本实用新型的高压方波脉冲输出参数可按根据油液中污染颗粒种类及数目的不同进行调节(幅值1000V～6500V、频率1Hz～500Hz、占空比10％～80％)，微控制器模块可根据操作人员的设置参数输出2路独立PWM信号至程控开关电源和驱动模块中的大功率高压IGBT专用驱动器，实现高压方波脉冲输出幅值、频率以及占空比的调节。

所述的主电路模块包括顺次连接的断路器开关、程控开关电源、高频振荡电路、高压脉冲功率变压器以及大功率高压IGBT，输入的220V交流电通过断路器开关，经过程控开关电源得到幅值可按需调节的低压直流电；低压直流电通过高频振荡电路，得到幅值可按需调节的低压高频交流电；低压高频交流电流入高压脉冲功率变压器，得到1000V～6500V幅值的正极性高压直流电，正极性高压直流电通过大功率高压IGBT动作产生高压方波脉冲，高压方波脉冲的频率以及占空比可调(频率1Hz～500Hz、占空比10％～80％)；

所述的驱动模块包括大功率高压IGBT专用驱动器及负载匹配电路，负载匹配电路组成为1个跨接在大功率高压IGBT专用驱动器输出门极和高压脉冲功率变压器负极之间的轴向高压陶瓷电容(电容值为1nF，耐压值为50kV)；大功率高压IGBT专用驱动器集成IGBT驱动电路、吸收电路、过压保护电路和过流保护电路，负载匹配电路实现对IGBT驱动输出的负载匹配，优化高压IGBT输出波形；

实施例2：参照图2。220V交流电电源通过断路器开关为主电路模块提供工作电压。主电路工作电流流入由ARM微控制器模块输出PWM信号控制的程控开关电源得到幅值可按需调节的低压直流电，低压直流电通过高频振荡电路，得到幅值可按需调节的低压高频交流电；低压高频交流电流入高压脉冲功率变压器，得到1000V～6500V幅值可按需调节的正极性高压直流电，通过高压IGBT工作模块动作产生幅值可按需调节、脉冲频率可按需调节、脉冲占空比可按需调节的高压方波脉冲，主电路模块末端高压IGBT发射极作为高压脉冲发生装置正极输出，主电路模块高压脉冲功率变压器负极接地作为高压脉冲发生装置负极输出。

实施例3：参照图3。ARM微控制器模块包括ARM微控制器、键盘输入单元、液晶显示单元、2路PWM信号输出单元，所述ARM微控制器选择为意法半导体公司生产的STM32F103VCT6，可通过键盘输入单元实现对高压脉冲发生装置输出参数的调整并显示于液晶显示单元，具体可对程控开关电源PWM控制信号的频率进行调整，以完成对高压方波脉冲幅值的设定，还可以对驱动模块PWM控制信号的频率和占空比进行调整，以完成对高压方波脉冲频率和占空比的设定；

实施例4：取在大型机床已连续使用6个月型号为L-HM32#的抗磨液压油150L，分成3组，每组50L；每组分别取样测量净化前油液中各尺寸的颗粒分布状况并作好记录，使用本发明对油液进行净化，取样测量净化后油液中各尺寸的颗粒分布状况并作好记录，对比每组油液净化前后颗粒数目；

将油液净化专用高压脉冲发生装置的正极输出与一不锈钢制平板电极相连接作为油液净化的正极板，将油液净化专用高压脉冲发生装置的负极输出与一不锈钢制平板电极相连接作为油液净化的负极板并可靠接地，极板有效面积约为0.05m²，正负极板竖直平行放置于一聚丙烯材质油槽内，正负极板间距为21mm，将集尘体放置于正负极板之间。取样测量净化前油液中各尺寸的颗粒分布状况，利用一隔膜泵使得油液循环流经正负极板之间，接通油液净化专用高压脉冲发生装置电源，打开断路器开关，分别对高压方波脉冲幅值(1000V～6500V)、脉冲频率(50Hz～5kHz)以及脉冲占空比(20％～80％)进行设定后即对油液进行净化，达到试验设计时间(12h)后，关闭断路器开关并断开装置电源，取样测量净化后油液中各尺寸的颗粒分布状况。

试验结果表明，经本发明进行净化后的油液各尺寸颗粒数目均大幅度减小，净化效率(已减少颗粒数目与原始颗粒数目比值)可达87％，根据美国航天学会NAS1638标准对油液颗粒数进行等级划分，净化后油液清洁度可以满足大型机床使用标准。

Claims

1.一种油液净化专用高压脉冲发生装置，其特征在于包括主电路模块、驱动模块和微控制器模块；

所述的主电路模块包括顺次连接的断路器开关、程控开关电源、高频振荡电路、高压脉冲功率变压器和大功率高压IGBT；输入的220V交流电通过断路器开关，经过程控开关电源得到幅值按需调节的低压直流电；低压直流电通过高频振荡电路，得到幅值按需调节的低压高频交流电；低压高频交流电流入高压脉冲功率变压器，得到1000V～6500V幅值的正极性高压直流电，正极性高压直流电通过大功率高压IGBT动作产生高压方波脉冲，高压方波脉冲的频率以及占空比可调，所述频率1Hz～500Hz，占空比10％～80％；

所述的驱动模块包括大功率高压IGBT专用驱动器和负载匹配电路，负载匹配电路组成为1个跨接在大功率高压IGBT专用驱动器输出门极和高压脉冲功率变压器负极之间的轴向高压陶瓷电容，电容值为1nF，耐压值为50kV；大功率高压IGBT专用驱动器集成IGBT驱动电路、吸收电路、过压保护电路和过流保护电路；负载匹配电路实现对IGBT驱动输出的负载匹配，优化高压IGBT输出波形；驱动模块的输出门极、集电极以及发射极分别与主电路模块中大功率高压IGBT的门极、集电极以及发射极对应连接；

所述的微控制器模块包括ARM微控制器、键盘输入单元、液晶显示单元、PWM信号输出单元，操作人员通过键盘输入单元实现对高压脉冲发生装置输出参数的设置并显示于液晶显示单元，ARM微控制器根据操作人员输入的参数控制PWM信号输出单元输出2路独立PWM信号至程控开关电源和驱动模块中的大功率高压IGBT专用驱动器，实现高压方波脉冲输出幅值、频率以及占空比的调节。