一種電場(chǎng)發(fā)生裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電場(chǎng)發(fā)生裝置，包括直流電源、MARX發(fā)生器、變壓器、主控單元、信號(hào)放大單元、電壓極性轉(zhuǎn)換單元、電極板裝置；其中，主控單元與信號(hào)放大單元連接，信號(hào)放大單元與MARX發(fā)生器連接，以對(duì)MARX發(fā)生器的充放電進(jìn)行時(shí)序控制；信號(hào)放大單元與電壓極性轉(zhuǎn)換單元連接；電壓極性轉(zhuǎn)換單元輸入端與MARX發(fā)生器連接，其輸出端與所述變壓器連接，以轉(zhuǎn)換MARX發(fā)生器輸出的電壓極性并且通過變壓器進(jìn)行升壓；電極板裝置與變壓器輸出端連接，并將變壓器輸出端的脈沖電壓產(chǎn)生急劇變化的強(qiáng)電場(chǎng)。根據(jù)本發(fā)明的電場(chǎng)發(fā)生裝置應(yīng)用于污泥細(xì)胞破壁設(shè)備中時(shí)提高了細(xì)胞的破壁率，并實(shí)現(xiàn)了污泥細(xì)胞破壁設(shè)備的集成信息化管理。
【專利說明】一種電場(chǎng)發(fā)生裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及污水處理電子設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種電場(chǎng)發(fā)生裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有污水處理領(lǐng)域中，污泥細(xì)胞破壁技術(shù)的方法包括化學(xué)法和物理法，化學(xué)法有堿處理法、臭氧氧化法；物理法有熱處理法、超聲波處理法、高壓噴射法、冷凍處理法等。在工程應(yīng)用中，傳統(tǒng)處理工藝所需的設(shè)備成本高，能耗高，效率低，容易堵塞，而應(yīng)用高壓脈沖電場(chǎng)技術(shù)進(jìn)行細(xì)胞破壁的設(shè)備種類較少，因此根據(jù)實(shí)際需要，開發(fā)新的應(yīng)用高壓脈沖電場(chǎng)的污泥細(xì)胞破壁處理設(shè)備仍是今后重點(diǎn)研究的方向。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]為此，本發(fā)明提出了一種可以解決上述問題的或至少能部分解決上述問題的一種高壓脈沖電場(chǎng)發(fā)生裝置。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種電場(chǎng)發(fā)生裝置，包括:直流電源、MARX發(fā)生器、主控單元、信號(hào)放大單元、電壓極性轉(zhuǎn)換單元、變壓器以及電極板裝置；其中，所述主控單元的信號(hào)輸出端與所述信號(hào)放大單元的輸入端連接，以向所述信號(hào)放大單元提供脈寬調(diào)制信號(hào)；所述信號(hào)放大單元輸出端與所述MARX發(fā)生器連接，以對(duì)MARX發(fā)生器進(jìn)行充放電進(jìn)行時(shí)序控制；所述信號(hào)放大單元輸出端與所述電壓極性轉(zhuǎn)換單元連接，以控制極性轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行電壓極性轉(zhuǎn)換；所述電壓極性轉(zhuǎn)換單元的輸入端與MARX發(fā)生器輸出端連接，其輸出端與所述變壓器輸入端連接，以轉(zhuǎn)換MARX發(fā)生器輸出的電壓極性并且通過所述變壓器進(jìn)行升壓；所述電極板裝置與所述變壓器的高壓輸出端口相連接，變壓器輸出端的第二端口與MARX發(fā)生器的接地端相連。
[0005]可選的，根據(jù)本發(fā)明的高壓脈沖電場(chǎng)發(fā)生裝置，所述主控單元為單片機(jī)。
[0006]可選的，根據(jù)本發(fā)明的高壓脈沖電場(chǎng)發(fā)生裝置，所述MARX發(fā)生器進(jìn)一步包括第一IGBT開關(guān)或MOSFET開關(guān)，通過第一 IGBT開關(guān)或MOSFET開關(guān)對(duì)每級(jí)電容放電回路進(jìn)行導(dǎo)通和斷開控制。
[0007]可選的，根據(jù)本發(fā)明的高壓脈沖電場(chǎng)發(fā)生裝置，所述MARX發(fā)生器為第一預(yù)設(shè)級(jí)電路并聯(lián)充電串聯(lián)放電，其中，第I級(jí)電路的電容的正極與電阻Rl第一端連接，Rl第二端與所述直流電源正極連接，該電容負(fù)極與電阻R3第一端連接，R3第二端與所述直流電源負(fù)極連接并共同接地，該電容正極與IGBT開關(guān)的集電極連接，IGBT的發(fā)射極與電阻R2第一端連接，電阻R2第二端與R3第二端連接；第一預(yù)設(shè)級(jí)電路的第η級(jí)電路并聯(lián)在第一預(yù)設(shè)級(jí)電路的第η-l級(jí)電容的兩端。
[0008]可選的，根據(jù)本發(fā)明的高壓脈沖電場(chǎng)發(fā)生裝置，所述極性轉(zhuǎn)換單元為采用第二IGBT開關(guān)進(jìn)行控制極性轉(zhuǎn)換。
[0009]可選的，根據(jù)本發(fā)明的高壓脈沖電場(chǎng)發(fā)生裝置，所述信號(hào)放大單元為IGBT驅(qū)動(dòng)板，其輸出端與所述第一及第二 IGBT開關(guān)連接，以控制第一、第二 IGBT開關(guān)的導(dǎo)通和斷開。
[0010]可選的，根據(jù)本發(fā)明的高壓脈沖電場(chǎng)發(fā)生裝置，所述電極板裝置包括圓管和位于所述圓管中心的電極棒。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的電磁場(chǎng)發(fā)生裝置，通過采用主控單元對(duì)高壓脈沖電場(chǎng)生成裝置進(jìn)行控制，使得用于污泥細(xì)胞破壁的設(shè)備能進(jìn)行集成信息化管理；通過采用MARX發(fā)生器和極性轉(zhuǎn)換單元的組合，從而產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)方向和大小急劇變化的脈沖電場(chǎng)，進(jìn)而提高了污泥細(xì)胞的破壁率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]通過閱讀下文優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。而且在整個(gè)附圖中，用相同的參考符號(hào)表示相同的部件。其中在附圖中，參考數(shù)字之后的字母標(biāo)記指示多個(gè)相同的部件，當(dāng)泛指這些部件時(shí)，將省略其最后的字母標(biāo)記。在附圖中:
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的電場(chǎng)發(fā)生裝置的示意圖；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的示意圖；
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的部分電路結(jié)構(gòu)圖；
其中，附圖標(biāo)記如下:
高壓脈沖電場(chǎng)發(fā)生裝置100 ；
主控單元110、信號(hào)放大單元120、IGBT驅(qū)動(dòng)板直流電源130、脈沖發(fā)生單元140、第一IGBT開關(guān)141、極性轉(zhuǎn)換單元150、第二 IGBT開關(guān)151、脈沖變壓器160以及電極板裝置裝置 170。
【具體實(shí)施方式】
[0013]本發(fā)明提供了許多可應(yīng)用的創(chuàng)造性概念，該創(chuàng)造性概念可大量的體現(xiàn)于具體的上下文中。在下述本發(fā)明的實(shí)施方式中描述的具體的實(shí)施例僅作為本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)方式的示例性說明，而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明范圍的限制。
[0014]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)方式作進(jìn)一步的示例性說明。
[0015]根據(jù)圖1示出的根據(jù)本發(fā)明的高壓脈沖電場(chǎng)發(fā)生裝置100的示意圖可以看出:本發(fā)明提出的一種高壓脈沖電場(chǎng)發(fā)生裝置100，包括直流電源130、MARX發(fā)生器140、變壓器160、主控單元110、信號(hào)放大單元120、電壓極性轉(zhuǎn)換單元150、電極板裝置170 ;其中，所述主控單元110的信號(hào)輸出端與所述信號(hào)放大單元120的輸入端連接，以向所述信號(hào)放大單元120提供脈寬調(diào)制信號(hào)；所述信號(hào)放大單元120輸出端與所述MARX發(fā)生器140連接，以對(duì)MARX發(fā)生器140進(jìn)行充放電進(jìn)行時(shí)序控制；所述信號(hào)放大單元120輸出端與所述電壓極性轉(zhuǎn)換單元150連接，以控制極性轉(zhuǎn)換單元150進(jìn)行電壓極性轉(zhuǎn)換；所述電壓極性轉(zhuǎn)換單元150的輸入端與MARX發(fā)生器140輸出端連接，其輸出端與所述變壓器160輸入端連接，以轉(zhuǎn)換MARX發(fā)生器140輸出的電壓極性并且通過所述變壓器160進(jìn)行升壓；所述電極板裝置170的第一極與所述變壓器160的輸出端的第一接口連接，第二級(jí)與所述變壓器160的輸出端的第二接口連接，以通過變壓器160輸出端的高電壓產(chǎn)生電場(chǎng)。
[0016]進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的電場(chǎng)發(fā)生裝置100的主控單元110優(yōu)選為單片機(jī)，例如89S51、armll或其他的單片機(jī)，其中，89S51芯片向下兼容其他型號(hào)的MCS51單片機(jī)并能在線更新固件程序，能夠方便對(duì)高壓脈沖電場(chǎng)發(fā)生裝置100的脈寬調(diào)制信號(hào)參數(shù)進(jìn)行在線修改；armll單片機(jī)具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)兼容性，能對(duì)多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的高壓脈沖電場(chǎng)發(fā)生裝置進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)集成化的監(jiān)測(cè)與管理。
[0017]進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的電場(chǎng)發(fā)生裝置100的MARX發(fā)生器140優(yōu)選包括第一 IGBT開關(guān)141，通過第一 IGBT開關(guān)141對(duì)每級(jí)電容放電回路進(jìn)行導(dǎo)通和斷開控制。其中，第一IGBT開關(guān)141能滿足MARX發(fā)生器140的電壓和電流要求，每級(jí)電容電路的IGBT開關(guān)能同時(shí)導(dǎo)通，使得所有級(jí)聯(lián)電容以及放電電阻串聯(lián)并進(jìn)行瞬時(shí)放電，從而形成脈沖電壓輸出(脈沖電壓峰值為MARX發(fā)生器140的所有級(jí)聯(lián)電容串聯(lián)時(shí)的放電初始電壓值之和)；在放電結(jié)束后，IGBT開關(guān)141同時(shí)斷開，各級(jí)電容進(jìn)行并聯(lián)充電等待下周期進(jìn)行串聯(lián)放電。
[0018]進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的高壓脈沖電場(chǎng)發(fā)生裝置100的極性轉(zhuǎn)換單元150優(yōu)選為通過第二 IGBT開關(guān)151進(jìn)行控制的極性轉(zhuǎn)換單元150，通過逆變器的第二 IGBT開關(guān)151進(jìn)行導(dǎo)通和斷開操作，使得極性轉(zhuǎn)換單元150對(duì)MARX發(fā)生器140輸出的電壓脈沖信號(hào)周期性的改變極性，并通過逆變器150輸出端向脈沖變壓器160輸出雙極性電壓脈沖信號(hào)。
[0019]進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的高壓脈沖電場(chǎng)發(fā)生裝置100的信號(hào)放大單元120優(yōu)選為IGBT驅(qū)動(dòng)板121，其輸出端與所述IGBT開關(guān)連接，以控制IGBT開關(guān)的導(dǎo)通和斷開。其中，IGBT驅(qū)動(dòng)板121的輸入端與主控單元110信號(hào)輸出端連接，該IGBT驅(qū)動(dòng)板121將主控單元110產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號(hào)進(jìn)行放大，并且將放大的調(diào)制信號(hào)輸出到多路IGBT開關(guān)，使得第一 GBT開關(guān)141和\或第二 IGBT開關(guān)151按照主控單元110預(yù)設(shè)的參數(shù)(例如，脈沖的周期、占空比、極性轉(zhuǎn)換的周期等)進(jìn)行導(dǎo)通和斷開。
[0020]進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的電場(chǎng)發(fā)生裝置100的脈沖變壓器160將極性轉(zhuǎn)換單元150輸出的雙極性電壓脈沖信號(hào)進(jìn)行升壓處理，從而產(chǎn)生雙極性的高壓信號(hào)。
[0021]進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的高壓脈沖電場(chǎng)發(fā)生裝置100的電極板裝置170優(yōu)選包括管道以及位于管道中心的電極棒，變壓器輸出端的兩極分別與電極板裝置的兩極(管道和電極棒)分別連接，從而使得電極板裝置的兩極，產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)大小和方向周期性急劇變化的雙極性高壓脈沖電場(chǎng)。
實(shí)施例
[0022]根據(jù)圖2示出的根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的高壓脈沖電場(chǎng)發(fā)生裝置100包括500v直流電源130、第一預(yù)設(shè)級(jí)數(shù)的MARX發(fā)生器140，例如，采用4級(jí)MARX發(fā)生器、30倍升壓的變壓器160、89S51單片機(jī)110、IGBT驅(qū)動(dòng)板120、極性轉(zhuǎn)換單元150、電極板裝置170 ；其中，89S51單片機(jī)110的信號(hào)輸出端與IGBT驅(qū)動(dòng)板120的輸入端連接，以向IGBT驅(qū)動(dòng)板120提供脈寬調(diào)制信號(hào)；IGBT驅(qū)動(dòng)板120的輸出端的4路脈寬調(diào)制信號(hào)與MARX發(fā)生器140的4個(gè)IGBT開關(guān)141連接，通過對(duì)IGBT開關(guān)141進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，以便對(duì)MARX發(fā)生器140的級(jí)聯(lián)電容進(jìn)行并聯(lián)充電和串聯(lián)放電的時(shí)序控制；IGBT驅(qū)動(dòng)板120輸出端與極性轉(zhuǎn)換單元的IGBT開關(guān)151連接，以控制極性轉(zhuǎn)換單元150按照IGBT驅(qū)動(dòng)板120的脈寬調(diào)制信號(hào)所表示的周期對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行極性轉(zhuǎn)換；極性轉(zhuǎn)換單元150的輸入端與MARX發(fā)生器140輸出端連接，其輸出端與所述變壓器160輸入端連接，以轉(zhuǎn)換MARX發(fā)生器140輸出的單極性脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為雙極性脈沖信號(hào)并且通過所述變壓器160進(jìn)行30倍升壓；電極板裝置170的第一極與變壓器160的輸出端的第一接口連接，第二級(jí)與所述變壓器的輸出端的第二接口連接，以通過變壓器160輸出端的峰值50KV的雙極性脈沖產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)方向和大小急劇變化的電場(chǎng)。
[0023]根據(jù)圖3示出的根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的部分電路圖，可以看出:本實(shí)施例的4級(jí)MARX發(fā)生器140的第I級(jí)電容電路的級(jí)聯(lián)電容Cl的正極與電阻Rl第一端連接，Rl第二端與500v直流電源130正極連接，該電容Cl負(fù)極與電阻R3第一端連接，R3第二端與所述直流電源130負(fù)極連接并共同接地，該電容Cl正極與IGBT開關(guān)141的集電極連接，IGBT開關(guān)141的發(fā)射極與電阻R2第一端連接，電阻R2第二端與R3第二端連接；第η級(jí)電路并聯(lián)在第η-1級(jí)電容的兩端；第4級(jí)電容的負(fù)極與接地端組成輸出端與極性轉(zhuǎn)換單元150輸入端連接。其工作過程為:首先4個(gè)級(jí)聯(lián)電容進(jìn)行并聯(lián)充電，每級(jí)電容充電后電壓達(dá)到500ν ;然后每級(jí)電容放電回路的IGBT開關(guān)141在IGBT驅(qū)動(dòng)板120輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)的上升沿同時(shí)導(dǎo)通；進(jìn)一步，4個(gè)級(jí)聯(lián)電容進(jìn)行串聯(lián)式迅速放電，并向極性轉(zhuǎn)換單元150輸入端提供ISOOv的單極脈沖信號(hào)，同時(shí)，極性轉(zhuǎn)換單元150根據(jù)其IGBT開關(guān)151的導(dǎo)通與斷開變化，保證極性轉(zhuǎn)換單元150本周期的輸出脈沖電壓極性與上一周期的脈沖電壓極性相反，從而向脈沖變壓器160輸出雙極性的脈沖電壓信號(hào)；進(jìn)一步，脈沖變壓器160將其初級(jí)線圈端的雙極性脈沖電壓進(jìn)行30倍升壓后向電極板裝置170提供50KV左右的雙極性脈沖電壓，從而使電極板裝置170的電極棒與圓管的壁之間產(chǎn)生方向和大小按周期急劇變化的電磁場(chǎng)環(huán)境。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的電場(chǎng)發(fā)生裝置100，通過采用主控單元110對(duì)高壓脈沖電場(chǎng)生成裝置100進(jìn)行控制，使得用于污泥細(xì)胞破壁的設(shè)備能進(jìn)行集成信息化管理；通過采用MARX發(fā)生器140和極性轉(zhuǎn)換單元150的組合，從而產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)方向和大小急劇變化的強(qiáng)電場(chǎng)，進(jìn)而提高了污泥細(xì)胞的破壁率。
[0025]應(yīng)該注意的是，上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離所附權(quán)利要求范圍的情況下可設(shè)計(jì)出替換實(shí)施例。在權(quán)利要求中，不應(yīng)將位于括號(hào)之間的任何參考符號(hào)構(gòu)造成對(duì)權(quán)利要求的限制。單詞“包含”不排除存在未列在權(quán)利要求中的元件或步驟。
【權(quán)利要求】
1.一種電場(chǎng)發(fā)生裝置(100)，包括直流電源(130)、MARX發(fā)生器(140)和變壓器(160); 特征在于，該裝置還包括:主控單元(110)、信號(hào)放大單元(120)、電壓極性轉(zhuǎn)換單元(150)、電極板裝置(170)； 其中，所述主控單元(110)的信號(hào)輸出端與所述信號(hào)放大單元(120)的輸入端連接，以向所述信號(hào)放大單元(120)提供脈寬調(diào)制信號(hào)；所述信號(hào)放大單元(120)輸出端與所述MARX發(fā)生器(140)連接，以對(duì)MARX發(fā)生器(140)進(jìn)行充放電進(jìn)行時(shí)序控制；所述信號(hào)放大單元(120)輸出端與所述電壓極性轉(zhuǎn)換單元(150)連接，以控制電壓極性轉(zhuǎn)換單元(150)進(jìn)行電壓極性轉(zhuǎn)換；所述電壓極性轉(zhuǎn)換單元(150)的輸入端與MARX發(fā)生器(140)輸出端連接，其輸出端與所述變壓器(160)輸入端連接，以轉(zhuǎn)換MARX發(fā)生器(140)輸出的電壓極性并且通過所述變壓器(160)進(jìn)行升壓；所述電極板裝置(170)與所述變壓器(160)的高壓輸出端口連接，所述變壓器(160)的輸出端的第二接口與MARX發(fā)生器的接地端相連接，在所述電極板裝置(170)周圍產(chǎn)生高壓的脈沖電場(chǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電場(chǎng)發(fā)生裝置(100)，其特征在于，所述主控單元(110)為單片機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電場(chǎng)發(fā)生裝置(100)，其特征在于，所述MARX發(fā)生器(140)進(jìn)一步包括第一 IGBT開關(guān)(141)或MOSFET開關(guān)，通過IGBT開關(guān)(141)或MOSFET開關(guān)對(duì)每級(jí)電容充放電回路進(jìn)行導(dǎo)通和斷開控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電場(chǎng)發(fā)生裝置(100)，其特征在于，所述MARX發(fā)生器(140)包括第一預(yù)設(shè)級(jí)數(shù)電路以進(jìn)行并聯(lián)充電串聯(lián)放電，其中， 第I級(jí)電路的電容Cl的正極與電阻Rl第一端連接，Rl第二端與所述直流電源(130)正極連接，該電容Cl負(fù)極與電阻R3第一端連接，R3第二端與所述直流電源(130)負(fù)極連接并共同接地，該電容Cl正極與IGBT開關(guān)(141)的集電極連接，IGBT開關(guān)(141)的發(fā)射級(jí)與電阻R2第一端連接，電阻R2第二端與R3第二端連接；所述第一預(yù)設(shè)級(jí)數(shù)電路的第η級(jí)電路并聯(lián)在所述第一預(yù)設(shè)級(jí)數(shù)電路的第η-l級(jí)電容的兩端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電場(chǎng)發(fā)生裝置(100)，其特征在于，所述極性轉(zhuǎn)換單元(150)采用第二 IGBT開關(guān)(151)或MOSFET開關(guān)進(jìn)行極性轉(zhuǎn)換的控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電場(chǎng)發(fā)生裝置(100)，其特征在于，所述信號(hào)放大單元(120)為IGBT驅(qū)動(dòng)板(121)，其驅(qū)動(dòng)輸出端與所述第一 IGBT開關(guān)(141)及第二 IGBT開關(guān)(151)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電場(chǎng)發(fā)生裝置(100)，其特征在于，所述電極板裝置(170)包括圓管和位于所述圓管中心的電極棒。
【文檔編號(hào)】H02M9/02GK104135184SQ201410419576
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】李玉慶, 張建, 劉范嘉 申請(qǐng)人:天津凱英科技發(fā)展有限公司