專(zhuān)利名稱(chēng)：一種低溫等離子發(fā)生裝置及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力電子的技術(shù)領(lǐng)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(fā)生裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著脈沖等離子體技術(shù)的不斷發(fā)展，在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)大和深化， 低溫等離子體技術(shù)在紡織品制造過(guò)程中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。其應(yīng)用的主要目的是對(duì)紡織品的表面進(jìn)行改性處理，從而獲得其他方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)處理效果。低溫等離子體處理技術(shù)能耗低、污染少，效率高，使得該方法被紡織行業(yè)高度關(guān)注并不斷研究發(fā)展。等離子體是物質(zhì)除氣態(tài)、固態(tài)、液態(tài)外，存在于大自然中的另一種基本形態(tài)，通常稱(chēng)為物質(zhì)的第四態(tài)。在外加能量作用下，如進(jìn)行加熱、加外電場(chǎng)、激光照射等時(shí)，氣體分子或原子會(huì)發(fā)生電離，形成帶負(fù)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(guò)千分之一，它們的行為就主要由離子和電子之間的庫(kù)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(yùn)動(dòng)受磁場(chǎng)的影響十分明顯，成為導(dǎo)電率很高的一種導(dǎo)電流體。由離子、電子、自由基、激發(fā)態(tài)的分子和原子所組成的電離氣體，處于激發(fā)、電離的高能狀態(tài)，其電子的負(fù)電荷和離子的正電荷總數(shù)相等，宏觀上對(duì)外不顯電性，呈中性，稱(chēng)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(jìn)行分類(lèi)。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(chēng)為平衡等離子體，其電子和分子或原子類(lèi)粒子都具有非常高的溫度，一般用于處理熔點(diǎn)較高的物體，如錠子、噴絲板、化纖的導(dǎo)絲部件等各種金屬制品等；后者又稱(chēng)為非平衡等離子體，其電子和分子或原子類(lèi)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(lèi)粒子的溫度卻較低，故稱(chēng)低溫等離子體，一般用于處理熔點(diǎn)較低的物體。在紡織生產(chǎn)中，一般使用低溫等離子體處理紡織品。等離子體對(duì)紡織品的處理一般有刻蝕、接枝、聚合物等。等離子體發(fā)生方法很多，實(shí)際應(yīng)用的等離子體歸納起來(lái)有三種發(fā)生方式
1.氣體放電法在電場(chǎng)作用下氣體被擊穿，發(fā)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(fā)生，具體地說(shuō)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(zhì)電暈/輝光放電產(chǎn)生等離子體的方式被廣泛應(yīng)用。其主要優(yōu)點(diǎn)是脈沖信號(hào)發(fā)生方法簡(jiǎn)單、設(shè)備成本較低。但是，該方式具有無(wú)法克服的缺點(diǎn)1.電極間距過(guò)窄，不方便操作對(duì)象的加入與滾動(dòng)。2.需要電極介質(zhì)，耗損大。3.最重要的是效率低下。因?yàn)闆_擊脈沖信號(hào)上升速度的限制，使得等離子體中起關(guān)鍵作用的電子流速較慢，因此處理時(shí)間大大加長(zhǎng)，如果在紡織車(chē)間高速運(yùn)轉(zhuǎn)的環(huán)境下處理的話，所需電極長(zhǎng)度要幾十米，這也是該技術(shù)沒(méi)有大范圍地應(yīng)用到生產(chǎn)中去的主要原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)在低溫等離子發(fā)生設(shè)備無(wú)法克服的缺點(diǎn)的問(wèn)題，提出了一種低溫等離子發(fā)生裝置及控制方法，克服現(xiàn)在低溫等離子發(fā)生設(shè)備的缺點(diǎn)，大大縮短處理時(shí)間，降低損耗，提高了處理效率。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種用于紡織品整理的新型低溫等離子發(fā)生裝置，包括供電電源、脈沖形成系統(tǒng)、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(hào)，充電器輸出直流高壓電到脈沖形成系統(tǒng)，控制器通過(guò)半導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)電路輸出控制脈沖形成系統(tǒng)通斷，脈沖形成系統(tǒng)形成高電壓、大電流脈沖信號(hào)輸出給放電電極。所述供電電源的單相交流電可通過(guò)輸電插座、太陽(yáng)能蓄電經(jīng)逆變和備用發(fā)電機(jī)發(fā)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(tǒng)由磁壓縮電路構(gòu)成，磁壓縮電路包括半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)、三個(gè)陶瓷電容，磁開(kāi)關(guān)和脈沖變壓器，第一級(jí)充電電容并聯(lián)在充電器輸出端，第一級(jí)充電電容同時(shí)通過(guò)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)并聯(lián)在脈沖變壓器初級(jí)，脈沖變壓器次級(jí)并聯(lián)在第二級(jí)充電電容上，第二級(jí)充電電容通過(guò)磁開(kāi)關(guān)接尖峰電容，尖峰電容兩端輸出接放電電極。所述第一級(jí)充電電容是第二級(jí)充電電容的η2，η為脈沖變壓器的變比。一種低溫等離子發(fā)生裝置的控制方法，包括低溫等離子發(fā)生裝置，在使用太陽(yáng)能蓄電經(jīng)逆變的交流電系統(tǒng)中，控制器通過(guò)蓄電池監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控蓄電池組，蓄電池組中儲(chǔ)存的電壓為MV的直流電，通過(guò)逆變器逆變?yōu)?20V/50HZ的交流電輸送到充電器再輸送到脈沖形成系統(tǒng)，控制器直接設(shè)定充電器輸出的充電電壓幅值和充電頻率，實(shí)時(shí)采集電壓數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)與所設(shè)定的閥值進(jìn)行對(duì)比，一旦采集的數(shù)據(jù)超過(guò)閥值，控制器輸出信號(hào)控制報(bào)警信號(hào)和蓄電池的充/放電回路，切斷或者開(kāi)啟充/放電回路；控制器通過(guò)控制半導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)電路開(kāi)通或者關(guān)斷，進(jìn)而控制脈沖形成系統(tǒng)開(kāi)啟或者停止，當(dāng)裝置出現(xiàn)異常時(shí)，斷開(kāi)脈沖形成系統(tǒng)電路。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明低溫等離子發(fā)生裝置及控制方法，克服現(xiàn)在低溫等離子發(fā)生設(shè)備的缺點(diǎn)，大大縮短處理時(shí)間，降低損耗，提高了處理效率，操作方便，安全， 節(jié)水，節(jié)能，無(wú)公害，高效且易于推廣。


圖1為本發(fā)明低溫等離子發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為本發(fā)明低溫等離子發(fā)生裝置控制功能圖3為本發(fā)明低溫等離子發(fā)生裝置中磁壓縮電路示意圖； 圖4為本發(fā)明低溫等離子發(fā)生裝置中放電電極的平面圖。
具體實(shí)施例方式由圖1所示，一種低溫等離子發(fā)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(shè)備1、閘刀2、供電電源3、轉(zhuǎn)換器4脈沖形成系統(tǒng)7、充電器6、控制器5、放電電極8，供電電源3通過(guò)閘刀2接轉(zhuǎn)換器4，供電設(shè)備1作為備用電源也接轉(zhuǎn)換器4，通過(guò)轉(zhuǎn)換器4輸出的電通過(guò)充電器6到脈沖形成系統(tǒng)7，脈沖形成系統(tǒng)7輸出接放電電極8， 控制器5輸出控制信號(hào)到充電器6和脈沖形成系統(tǒng)7。所述的供電電源3為交流電，所述的脈沖形成系統(tǒng)7中由磁壓縮電路構(gòu)成，所述的供電電源3與脈沖形成系統(tǒng)7之間置有一個(gè)充電器6，充電器6為L(zhǎng)AMBDA AMERICAS公司生產(chǎn)的型號(hào)為102A高壓直流電源，這種電源能將220V交流電轉(zhuǎn)變成最高可達(dá)6千伏的直流電壓輸出，充電器6與控制器5連接，根據(jù)控制器5中設(shè)定輸出直流電壓的幅值，控制器5通過(guò)磁壓縮電路中的IGBT驅(qū)動(dòng)電路控制脈沖形成系統(tǒng)開(kāi)啟或者停止，充電器6為高壓直流電源，將220V交流電轉(zhuǎn)變成幾千伏的直流電壓輸送到脈沖形成系統(tǒng)7，所述的脈沖形成系統(tǒng)7 將直流電壓壓縮為脈沖寬度為納秒級(jí)的高電壓和大電流脈沖信號(hào)并輸出給放電電極，放電電極8采用傳統(tǒng)多點(diǎn)對(duì)面，多線對(duì)面的形式。當(dāng)使用輸電插座或備用發(fā)電機(jī)1供電時(shí)，控制器起三個(gè)作用，一是控制充電器6對(duì)脈沖形成系統(tǒng)7的充電電壓；二是控制輸出脈沖的頻率；三是控制IGBT驅(qū)動(dòng)電路。在陽(yáng)光充足的地方使用太陽(yáng)能蓄電經(jīng)逆變的交流電系統(tǒng)中，由控制器5通過(guò)蓄電池監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控蓄電池組，蓄電池組中儲(chǔ)存的電壓為24V的直流電，通過(guò)逆變器逆變?yōu)?20V/50HZ的交流電輸送到充電器再輸送到脈沖形成系統(tǒng)7，所述的蓄電池監(jiān)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(duì)整個(gè)系統(tǒng)起主控作用。蓄電池監(jiān)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(guò)監(jiān)控模塊采集蓄電池組的工作狀態(tài)，將采集到的數(shù)據(jù)與所設(shè)定的閥值進(jìn)行對(duì)比，一旦采集的數(shù)據(jù)超過(guò)閥值，控制器5輸出信號(hào)控制報(bào)警信號(hào)和蓄電池的充/放電回路，切斷或者開(kāi)啟電路，保護(hù)蓄電池組，延長(zhǎng)其使用壽命。充電器為L(zhǎng)AMBDA AMERICAS公司生產(chǎn)的型號(hào)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(jìn)行對(duì)接，能實(shí)現(xiàn)通過(guò)控制器5直接設(shè)定充電器6輸出的充電電壓幅值和充電頻率功能?？刂破?通過(guò)可編程端口，能實(shí)時(shí)采集電壓數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)，檢測(cè)充電器的工作狀態(tài)，當(dāng)充電器6工作出現(xiàn)異常狀態(tài)時(shí)，控制器5發(fā)出報(bào)警信號(hào)并直接停止其工作，保護(hù)充電器。IGBT驅(qū)動(dòng)電路控制信號(hào)也由控制器發(fā)出，通過(guò)控制IGBT驅(qū)動(dòng)電路，控制器5能啟動(dòng)或者停止IGBT 驅(qū)動(dòng)電路開(kāi)關(guān)開(kāi)通或者關(guān)斷，進(jìn)而控制脈沖形成系統(tǒng)開(kāi)啟或者停止，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)。由圖3所示，所述的磁壓縮電路包括半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)、陶瓷電容Q、C1, Cp，磁開(kāi)關(guān)和脈沖變壓器PT。第一級(jí)充電電容Ctl并聯(lián)在充電器輸出端，第一級(jí)充電電容Ctl同時(shí)通過(guò)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)并聯(lián)在脈沖變壓器PT初級(jí)，脈沖變壓器PT次級(jí)并聯(lián)在第二級(jí)充電電容C1上，第二級(jí)充電電容(^通過(guò)磁開(kāi)關(guān)接尖峰電容Cp，尖峰電容Cp兩端輸出接放電電極。第一級(jí)充電電容 C0的容值遠(yuǎn)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(kāi)關(guān)與普通的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)不同，它不僅具有普通半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)作用，而且不受開(kāi)關(guān)頻率的限制。磁開(kāi)關(guān)在磁芯未飽和時(shí)，其自身的電感量很大，對(duì)電流的流通起阻礙作用，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)狀態(tài)；當(dāng)磁芯飽和時(shí)，其自身的電感量急劇下降，導(dǎo)通電流，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的閉合狀態(tài)。當(dāng)?shù)谝患?jí)充電電容Ctl充電時(shí)，磁開(kāi)關(guān)處于未飽和狀態(tài)，當(dāng)Ctl充電至最高電壓時(shí)，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，能量通過(guò)脈沖變壓器ΡΤ，由Ctl中傳輸至第二級(jí)充電電容(^上，能量傳輸結(jié)束的瞬間，磁開(kāi)關(guān)飽和導(dǎo)通，能量快速傳輸給尖峰電容Cp，由Cp進(jìn)一步壓縮信號(hào)，傳輸給放電電極并產(chǎn)生電暈/ 輝光放電。磁芯飽和后，磁芯不能立即自主回復(fù)到未飽和狀態(tài)，加入磁復(fù)位電路，幫助磁芯復(fù)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(shù)量根據(jù)情況而定。該裝置產(chǎn)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(fā)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(jié)水節(jié)能；利用將該設(shè)備中的處理電極為多線對(duì)面、多點(diǎn)對(duì)面電極。尖端電極與線電極的數(shù)量根據(jù)情況而定。
權(quán)利要求
1.一種用于紡織品整理的新型低溫等離子發(fā)生裝置，其特征在于，包括供電電源、脈沖形成系統(tǒng)、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(hào)，充電器輸出直流高壓電到脈沖形成系統(tǒng)，控制器通過(guò)半導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)電路輸出控制脈沖形成系統(tǒng)通斷，脈沖形成系統(tǒng)形成高電壓、大電流脈沖信號(hào)輸出給放電電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于紡織品整理的新型低溫等離子發(fā)生裝置，其特征在于，所述供電電源的單相交流電可通過(guò)輸電插座、太陽(yáng)能蓄電經(jīng)逆變和備用發(fā)電機(jī)發(fā)電所提供。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于紡織品整理的新型低溫等離子發(fā)生裝置，其特征在于，所述充電器選用高壓直流電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于紡織品整理的新型低溫等離子發(fā)生裝置，其特征在于，所述脈沖形成系統(tǒng)由磁壓縮電路構(gòu)成，磁壓縮電路包括半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)、三個(gè)陶瓷電容(Q、C1, Cp)，磁開(kāi)關(guān)和脈沖變壓器，第一級(jí)充電電容(Ctl)并聯(lián)在充電器輸出端，第一級(jí)充電電容(Ctl) 同時(shí)通過(guò)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)并聯(lián)在脈沖變壓器初級(jí)，脈沖變壓器次級(jí)并聯(lián)在第二級(jí)充電電容(C1) 上，第二級(jí)充電電容(C1)通過(guò)磁開(kāi)關(guān)接尖峰電容(Cp)，尖峰電容(Cp)兩端輸出接放電電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述用于紡織品整理的新型低溫等離子發(fā)生裝置，其特征在于，所述第一級(jí)充電電容(Ctl)是第二級(jí)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(fā)生裝置的控制方法，包括低溫等離子發(fā)生裝置，其特征在于，在使用太陽(yáng)能蓄電經(jīng)逆變的交流電系統(tǒng)中，控制器通過(guò)蓄電池監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控蓄電池組，蓄電池組中儲(chǔ)存的電壓為MV的直流電，通過(guò)逆變器逆變?yōu)?20V/50HZ的交流電輸送到充電器再輸送到脈沖形成系統(tǒng)，控制器直接設(shè)定充電器輸出的充電電壓幅值和充電頻率，實(shí)時(shí)采集電壓數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)與所設(shè)定的閥值進(jìn)行對(duì)比，一旦采集的數(shù)據(jù)超過(guò)閥值，控制器輸出信號(hào)控制報(bào)警信號(hào)和蓄電池的充/放電回路，切斷或者開(kāi)啟充/放電回路； 控制器通過(guò)控制半導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)電路開(kāi)通或者關(guān)斷，進(jìn)而控制脈沖形成系統(tǒng)開(kāi)啟或者停止，當(dāng)裝置出現(xiàn)異常時(shí)，斷開(kāi)脈沖形成系統(tǒng)電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低溫等離子發(fā)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(hào)，充電器輸出直流高壓電到脈沖形成系統(tǒng)，控制器通過(guò)半導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)電路輸出控制脈沖形成系統(tǒng)通斷，脈沖形成系統(tǒng)形成高電壓、大電流脈沖信號(hào)輸出給放電電極。利用低溫脈沖等離子的方法進(jìn)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(shí)間。該方法操作方便，安全，節(jié)水，節(jié)能，無(wú)公害，高效且易于推廣。
文檔編號(hào)D06M10/00GK102409525SQ20111026870
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月13日
發(fā)明者李孜 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)