專利名稱：遠程控制的等離子體點火槍的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種遠程控制的等離子體點火槍，屬于等離子體發(fā)生器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)前在大氣壓條件下能夠產(chǎn)生的等離子體有兩種，一種是熱等離子體，其特征是氣體溫度往往很高，大約10000K量級，主要用于等離子體噴涂、切割、焊接、廢物處理、材料表面加工等領(lǐng)域。另ー種是冷等離子體，其特征是氣體溫度很低(接近室溫)，但電子溫度很高，因此具有很高的化學(xué)活性，屬于非平衡等離子體。但是，常溫常壓下，將空氣電離以產(chǎn)生等離子體需要的電壓較大，通常需要幾千伏的高壓。而采用現(xiàn)有技術(shù)中的升壓電路，要產(chǎn)生這么高的電壓，則需要器件的耐壓性很高
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于遠程控制的等離子體點火槍，其可以進行遠程控制，且升壓電路中能夠采用耐壓較低的元器件。為實現(xiàn)所述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種遠程控制的等離子體點火槍，所述點火槍包括柱狀的內(nèi)電極I、筒狀的外電極2、絕緣套筒3、高壓電源5和控制系統(tǒng)6，其中，所述柱狀的內(nèi)電極I固定于絕緣套筒3的中心通孔上以將柱狀的內(nèi)電極I設(shè)置于筒狀的外電極2中心軸線上并與外電極絕緣，所述的高壓電源5的兩輸出端分別接于內(nèi)電極I和外電極2上，以給內(nèi)電極I和外電極2之間提供一高壓電源以電離內(nèi)電極I和外電極2之間的腔體內(nèi)的空氣，所述高壓電源5包括η級級連的直流電壓單元，各直流電壓單元通過續(xù)流線圈級聯(lián)，控制系統(tǒng)6能夠遠程控制各直流電壓單元的通斷以給內(nèi)電極和外電極施加所需要直流電能，所述η為大于或者等于4的整數(shù)。優(yōu)選地，所述的高壓電源5包括變壓器，所述變壓器包括一個初級線圈和η個次級線圈，每個直流電壓單元包括ー個整流器、ー個續(xù)流ニ極管、一個電子開關(guān)和ー個驅(qū)動級，所述整流器的正極連接于變壓器次級的ー個線圈的第一端，整流器的負極連接到續(xù)流ニ極管的負極；續(xù)流ニ極管的正極連接到電子開關(guān)的第一端，電子開關(guān)的第二端連接到變壓器次級的ー個線圈的第二端以形成ー個回路，電子開關(guān)的控制端連接到驅(qū)動級，由驅(qū)動級控制電子開關(guān)的通斷，所述η為大于或者等于4的整數(shù)。優(yōu)選地，所述的電子開關(guān)為晶體管、場效應(yīng)管或者可控硅。。優(yōu)選地，所述的控制系統(tǒng)6包括一個控制器和η個光發(fā)射器，所述的光發(fā)射器將控制器輸出的控制信號轉(zhuǎn)換成光信號以便在光纖中傳輸。優(yōu)選地，所述的高壓電源5還包括η個光接收器，所述的光接收器接收對應(yīng)的光發(fā)射器發(fā)射的光信號，并將光信號轉(zhuǎn)換成控制驅(qū)動級的電信號。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的遠程控制的等離子體點火槍，控制器可通過軟件編程以遠程控制高壓電源輸出任意電壓值，具有系統(tǒng)通用性。同時高壓電路中可以采用耐壓值較低的元器件。


圖I是本發(fā)明提供的遠程控制的等離子體點火槍的示意圖；圖2是本發(fā)明提供的高壓電源一種情況下的瞬時電壓的波形圖；圖3是本發(fā)明提供的高壓電源另ー種情況下的瞬時電壓的波形圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明，相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件。圖I是本發(fā)明提供的遠程控制的等離子體點火槍的示意圖。如圖I所示，所述遠程控制的等離子體點火槍包括柱狀的內(nèi)電極I、筒狀的外電極2、絕緣套筒3、高壓電源5和控制系統(tǒng)6，其中，絕緣套筒3的中心通孔固定所述柱狀的內(nèi)電極I以將柱狀的內(nèi)電極I設(shè) 置于筒狀的外電極2中心軸線上并與外電極絕緣，所述的高壓電源5的兩輸出端分別接于內(nèi)電極I和外電極2上，以給內(nèi)電極I和外電極2之間提供一高壓電源以電離內(nèi)電極I和外電極2之間所形成的腔室內(nèi)的空氣，所述外電極的下端設(shè)置有噴嘴，以將高溫等離子體噴出以點燃可然物，如煤、油、混合氣等。所述高壓電源5包括η級直流電壓單元MtlJ1,M^··和Mn，各直流電壓單元通過N個續(xù)流線圈Ltll. L12, L23...級聯(lián)，控制系統(tǒng)6能夠遠程控制各直流電壓單元的通斷以給內(nèi)電極和外電極施加所需要直流電能，所述η為大于或者等于4的整數(shù)，且η = Ν+1。所述外電極2的上端設(shè)置有通風(fēng)管4，以將空氣、水汽等注入到內(nèi)、夕卜電極之間所形成的腔室內(nèi)。所述的控制系統(tǒng)6包括一個控制器和η個光發(fā)射器OVOT1,0Τ2···和0TN，N = η-1。所述的高壓電源5還包括變壓器和η個光接收器0ル、OR1, ORf和ORn，所述變壓器包括一個初級線圈和η個次級線圈，以將220V的エ頻交流電壓變換成所需要的交流電壓。所述的光發(fā)射器將控制器輸出的控制信號轉(zhuǎn)換成光信號以通過光纖傳輸?shù)綄?yīng)的光接收器。所述的光接收器接收對應(yīng)的光發(fā)射器發(fā)射來的光信號，并將接收的光信號轉(zhuǎn)換成控制驅(qū)動級的電信號以此實現(xiàn)處于懸浮電壓之上的各級直流電壓單元與低電平控制部分的高電壓隔離。第一個直流電壓單元M0包括變壓器次級的第一個線圈U、ー個整流器Rtl、一個續(xù)流ニ極管Dtl、一個電子開關(guān)和ー個驅(qū)動級Ptl,電子開關(guān)為CMOS管CMOStl,所述整流器Rtl的正極連接于變壓器次級的第一個線圈Ltl的第一端，整流器Rtl的負極連接到續(xù)流ニ極管Dtl的負極；續(xù)流ニ極管Dtl的正極連接到CMOS管CMOStl的漏極，CMOS管CMOStl的源極連接到變壓器次級的第一個線圈Ltl的第二端，CMOS管CMOStl的柵極連接到驅(qū)動級Ptl,由驅(qū)動級Ptl根據(jù)光接收器ORtl所接收的控制器7所發(fā)出的控制指令控制CMOS管CMOStl的通斷。CMOS管CMOStl工作于開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)CMOS管CMOStl的柵極輸入一個高電位吋，CMOS管CMOStl導(dǎo)通，第一個線圈Ltl的第二端相當(dāng)于接到續(xù)流ニ極管Dtl的正扱。整流器Rtl將第一個線圈Ltl輸出的交流電壓Utl整流轉(zhuǎn)換直流電壓％。續(xù)流ニ極管Dtl兩端的電壓為Utl，上端為正，下端為負。當(dāng)CMOS管CMOStl的柵極輸入ー個低電位吋，CMOS管CMOStl截止。續(xù)流ニ極管Dtl兩端的電壓為ニ極管結(jié)電壓。同理，第二個直流電壓單元M1包括變壓器次級的第二個線圈L1、ー個整流器R1、一個續(xù)流ニ極管D1、一個電子開關(guān)和ー個驅(qū)動級P1,電子開關(guān)為CMOS管CMOS1,所述整流器R1的正極連接于變壓器次級的第二個線圈L1的第一端，整流器R1的負極連接到續(xù)流ニ極管D1的負極；續(xù)流ニ極管D1的正極連接到CMOS管CMOS1的漏極，CMOS管CMOS1的源極連接到變壓器次級的第二個線圈L1的第二端，CMOS管CMOS1的柵極連接到驅(qū)動級P1,由驅(qū)動級P1根據(jù)光接收器OR1所接收的控制器7所發(fā)出的控制指令控制CMOS管CMOS1的通斷。CMOS管CMOS1工作于開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)CMOS管CMOS1的柵極輸入一個高電位時，CMOS管CMOS1導(dǎo)通，第ニ個線圈L1的第二端相當(dāng)于接到續(xù)流ニ極管D1的正扱。整流器R1將第一個線圈L1輸出的交流電壓U1整流轉(zhuǎn)換直流電壓U1伏。續(xù)流ニ極管D1兩端的電壓為U”上端為正，下端為負。當(dāng)CMOS管CMOS1的柵極輸入ー個低電位吋，CMOS管CMOS1截止。續(xù)流ニ極管D1兩端的電壓為ニ極管結(jié)電壓。第三個直流電壓單元M2包括變壓器次級的第二個線圈L2、ー個整流器R2、一個續(xù)流ニ極管D2、一個電子開關(guān)和ー個驅(qū)動級P2,電子開關(guān)為CMOS管CMOS2,所述整流器R2的正極連接于變壓器次級的第三個線圈L2的第一端，整流器R2的負極連接到續(xù)流ニ極管的負極；續(xù)流ニ極管D2的正極連接到CMOS管CMOS2的漏極，CMOS管CMOS2的源極連接到變壓器次級的第三個線圈L2的第二端，CMOS管CMOS2的柵極連接到驅(qū)動級P2,由驅(qū)動級P2根據(jù)光 接收器OR2所接收的控制器7所發(fā)出的控制指令控制CMOS管CMOS2的通斷。CMOS管CMOS2工作于開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)CMOS管CMOS2的柵極輸入一個高電位吋，CMOS管CMOS2導(dǎo)通，第三個線圈L2的第二端相當(dāng)于接到續(xù)流ニ極管D2的正扱。整流器R2將第三個線圈L2輸出的交流電壓U2整流轉(zhuǎn)換直流電壓U2。續(xù)流ニ極管D2兩端的電壓為U2，上端為正，下端為負。當(dāng)CMOS管CMOS2的柵極輸入一個低電位吋，CMOS管CMOS2截止。續(xù)流ニ極管D2兩端的電壓為ニ極管結(jié)電壓。依次類推，第η個直流電壓單元Mn包括變壓器次級的第η個線圈Ln、ー個整流器Rn、一個續(xù)流ニ極管Dn、一個電子開關(guān)和ー個驅(qū)動級ΡΝ，電子開關(guān)為CMOS管CMOS N，所述整流器Rn的正極連接于變壓器次級的第η個線圈Ln的第一端，整流器Rn的負極連接到續(xù)流ニ極管的負極；續(xù)流ニ極管Dn的正極連接到CMOS管CMOSn的漏極，CMOS管CMOSn的源極連接到變壓器次級的第η個線圈Ln的第二端，CMOS管CMOSn的柵極連接到驅(qū)動級PN，由驅(qū)動級Pn根據(jù)光接收器ORn所接收的控制器7所發(fā)出的控制指令控制CMOS管CMOSn的通斷。MOS管CMOSn工作于開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)CMOS管CMOSn的柵極輸入一個高電位吋，CMOS管CMOSn導(dǎo)通，第η個線圈Ln的第二端相當(dāng)于接到續(xù)流ニ極管Dn的正扱。整流器Rn將第一個線圈Ltl輸出的交流電壓％整流轉(zhuǎn)換直流電壓Un伏。續(xù)流ニ極管Dn兩端的電壓為UN，上端為正，下端為負。當(dāng)CMOS管CMOSn的柵極輸入ー個低電位吋，CMOS管CMOSn截止。續(xù)流ニ極管Dn兩端的電壓為ニ極管結(jié)電壓。第I個直流電壓單元Mtl與第2個直流電壓單元M1之間用續(xù)流線圈Ltll相連，即續(xù)流線圈Ltll連接于續(xù)流ニ極管Dtl的負極和續(xù)流ニ極管D1的正極之間；第2個直流電壓單元M1與第3個直流電壓單元M2之間用續(xù)流線圈L12相連，即續(xù)流線圈L12連接于續(xù)流ニ極管D1的負極和續(xù)流ニ極管D2的正極之間；依次類推，第3個直流電壓單元M2與第4個直流電壓單元M3之間用續(xù)流線圈L23相連接。如此，如果每個直流電壓單元凡、Mp M2、…和Mn的電子開關(guān)均同時導(dǎo)通的情況下，高壓電源5總的輸出總電壓為U總=^隊+…+隊。高壓電源5還包括濾波電感L和濾波電容C，以將濾除U&中的開關(guān)頻率成分。本發(fā)明提供的等離子點火槍，在時鐘脈沖控制下，控制系統(tǒng)6經(jīng)過取樣電路(電阻分壓)得到的輸出電壓樣值與參考信號的電壓進行比較，采樣電壓小于設(shè)定電壓時，控制器7發(fā)出指令，開啟ー個直流単元，使高壓電源輸出電壓升高；在下一個時鐘周期，如果采樣電壓仍小于參考信號電壓，控制器7發(fā)出指令，再開啟ー個直流単元，繼續(xù)使高壓電源輸出電壓升高；直到采樣電壓大于設(shè)定電壓，控制器7發(fā)出指令，關(guān)閉ー個直流単元，使高壓電源輸出電壓降低，直到采樣電壓等于設(shè)定電壓。本發(fā)明提供的等離子點火槍，還能夠在時鐘脈沖控制下，控制系統(tǒng)6使其中一部分直流電壓單元(假如總直流電壓單元為12，即η = 12的情況下)，如使MQ、Mr··和M5在一個時鐘周期T的第一個時間段[t1;t2]工作，使其中另一部分直流電壓單元Μ5、Μ^··和M11在一個時鐘周期T的第二個時間段[t2, t3]工作，其中，t3-t2 = t2-t1； t3-ti = T,則在姆ー級
的輸出電壓都相同的情況下，高壓電源的輸出電壓約為+。如圖2所示，本發(fā)明提供的等
離子點火槍，還能夠在時鐘脈沖控制下，控制系統(tǒng)6使其中一部分直流電壓單元，如MpM1-和M5在ー個周期T的第一個時鐘段[t1;t2]前半段時間工作，在第一個時間時鐘段[t1;t2] 后半段時間截止；使其中另一部分直流電壓單元M5、和M11在ー個周期T的第二個時間段[t2，t3]前半段時間時鐘工作，在第二個時間段[t2，t3]后半段時間時鐘截止，其中，t3-t2
=t2-t1； t3-t1 = T，則在每一級的輸出電壓都相同的情況下，高壓電源的輸出電壓約為+。如果控制系統(tǒng)6使其中一部分直流電壓單元(假如總直流電壓單元為12，即η =12的情況下)，如凡、Μ^··和M3在ー個周期T的第一個時間段[t1; t2]工作，使其中第二部分直流電壓單元M4、Mf和M7在ー個周期的第二個時間段[t2，t3]工作，使其中第三部分直流電壓單元M8、M9…和M11在ー個周期T的第三個時間段[t3, t4]工作，其中，t4-t3 = t3-t2
=Vt17Vt1 = τ，則在每一級的輸出電壓都相同的情況下，高壓電源的輸出電壓約為I。
如圖3所示，本發(fā)明提供的等離子點火槍，還能夠在時鐘脈沖控制下，控制系統(tǒng)6使其中一部分直流電壓單元，如MtlJ1和M3在ー個周期T的第一個時間段[t1;t2]前半時間段內(nèi)エ作，在第一個時間段[t1; t2]后半時間段內(nèi)截止；使其中第二部分直流電壓單元M4、Mf和M7在ー個周期的第二個時間段[t2，t3]的前半時間段內(nèi)工作，在第二個時間段[t2，t3]的后半時間段內(nèi)截止；使其中第三部分直流電壓單元M8、和M11在ー個周期T的第三個時間段[t3，t4]前半時間段內(nèi)工作，在第二個時間段[t3，t4]后半時間段內(nèi)截止，其中，t4_t3 =t3_t2 = t2-t1 ^t1 = Τ，則在姆一級的輸出電壓都相同的情況下，高壓電源的輸出電壓約
為I。如此，我們可以根據(jù)需要通過控制器設(shè)置所需要的高壓電源。同時采用直流電壓單
元相串聯(lián)的形成以形成所需要的高壓，則每級直流電壓單元的元器件不需要耐壓值很高，即可完成升壓變換。本發(fā)明提供的等離子點火槍，對直流電壓單元的開關(guān)控制遵循以下規(guī)則需要開啟ー個直流單元時，總是開啟處于關(guān)閉狀態(tài)的時間最久的那個直流電壓單元；需要關(guān)閉ー個直流電壓單元時，總是關(guān)閉處于開啟狀態(tài)的時間最久的那個直流電壓單元。這樣的開關(guān)控制規(guī)則帶來兩個好處(I)每個開關(guān)模塊工作時間區(qū)域均等，等效負荷均衡；(2)對一定的時鐘脈沖頻率，每個直流電壓單元的電子開關(guān)的開關(guān)頻率大幅度降低。以直流參考信號為例，如果時鐘脈沖頻率為f，高壓電源由η個直流電壓單元構(gòu)成，則每個直流電壓單元電子開關(guān)的實際開關(guān)頻率為f/n。
可選地，CMOS管可以晶體管、可控硅代替。本發(fā)明中在高壓電源中引入續(xù)流ニ極管，使得各個直流電壓單元的電子開關(guān)可以獨立控制，無需同時導(dǎo)通或截止。某個直流単元的電子開關(guān)導(dǎo)通時，其輸出電壓是串聯(lián)接入；電子開關(guān)截止時，其它直流単元通過續(xù)流ニ極管向外電路輸出電壓(電流)，即續(xù)流ニ極管的作用是在電子開關(guān)的截止?fàn)顟B(tài)，提供電流通路。續(xù)流線圈的作用是抑制電子開關(guān)導(dǎo)通或截止瞬間的暫態(tài)脈沖干擾；另ー方面，所有續(xù)流線圈的等效自感系數(shù)，也參與構(gòu)成后級濾波電路。由于本發(fā)明提供的高壓直流可以通過控制器軟件編程其輸出任意電壓值，所以等離子體點火槍的火焰溫度可以根據(jù)需要進行設(shè)定。而產(chǎn)生高電壓的直流電源是通過多級級聯(lián)而成的，故可以采用耐壓值較低的元器件來完成低電壓到高電壓的變換。
雖然以上已結(jié)合附圖對按照本發(fā)明目的的構(gòu)思和實例作了詳盡說明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認識到，在沒有脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，任何基于本發(fā)明作出的改進和變換仍然屬于本發(fā)明保護范圍內(nèi)的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種遠程控制的等離子體點火槍，所述點火槍包括柱狀的內(nèi)電極(I)、筒狀的外電極(2)、絕緣套筒(3)、高壓電源(5)和控制系統(tǒng)(6)，其中，所述柱狀的內(nèi)電極(I)固定于絕緣套筒(3)的中心通孔上以將柱狀的內(nèi)電極(I)設(shè)置于筒狀的外電極(2)中心軸線上并與外電極絕緣，所述的高壓電源(5)的兩輸出端分別接于內(nèi)電極⑴和外電極⑵上，以給內(nèi)電極⑴和外電極⑵之間提供一高壓電源以電離內(nèi)電極(I)和外電極⑵之間的腔體內(nèi)的空氣，其特征在于，所述高壓電源(5)包括η級級連直流電壓單元，各直流電壓單元通過續(xù)流線圈級聯(lián)，控制系統(tǒng)(6)能夠遠程控制各直流電壓單元的通斷以給內(nèi)電極和外電極施加所需要的直流電能，所述η為大于或者等于4的整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的等離子體點火槍，其特征在于，所述的高壓電源(5)包括變壓器，所述變壓器包括一個初級線圈和η個次級線圈，每個直流電壓單元包括ー個整流器、一個續(xù)流ニ極管、ー個電子開關(guān)和ー個驅(qū)動級，所述整流器的正極連接于變壓器次級的ー個線圈的第一端，整流器的負極連接到續(xù)流ニ極管的負極；續(xù)流ニ極管的正極連接到電子開關(guān)的第一端，電子開關(guān)的第二端連接到變壓器次級的ー個線圈的第二端以形成ー個回路，電子開關(guān)的控制端連接到驅(qū)動級，由驅(qū)動級控制電子開關(guān)的通斷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離子體點火槍，其特征在于，所述的電子開關(guān)為晶體管、場效應(yīng)管或者可控硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的等離子體點火槍，其特征在于，所述的控制系統(tǒng)(6)包括ー個控制器和η個光發(fā)射器，所述的光發(fā)射器將控制器輸出的控制信號轉(zhuǎn)換成光信號以便在光纖中傳輸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子體點火槍，其特征在于，所述的高壓電源(5)還包括η個光接收器，所述的光接收器接收對應(yīng)的光發(fā)射器發(fā)射的光信號，并將光信號轉(zhuǎn)換成控制驅(qū)動級的電信號。
全文摘要
本發(fā)明提供一種遠程控制的等離子體點火槍，屬于等離子體發(fā)生器技術(shù)領(lǐng)域。所述點火槍包括柱狀的內(nèi)電極(1)、筒狀的外電極(2)、絕緣套筒(3)、高壓電源(5)和控制系統(tǒng)(6)，其中，所述柱狀的內(nèi)電極(1)固定于絕緣套筒(3)的中心通孔上以將柱狀的內(nèi)電極(1)設(shè)置于筒狀的外電極(2)中心軸線上并與外電極絕緣，所述的高壓電源(5)給內(nèi)電極(1)和外電極(2)之間施加一高壓電源以電離內(nèi)電極(1)和外電極(2)之間的腔體內(nèi)的空氣，所述高壓電源(5)包括n級直流電壓單元，控制系統(tǒng)(6)能夠遠程控制各直流電壓單元的通斷，所述n為大于或者等于4的整數(shù)。本發(fā)明可以進行遠程控制，且升壓電路中能夠采用耐壓較低元器件。
文檔編號H05H1/26GK102695354SQ20121008883
公開日2012年9月26日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者舒小明 申請人:馬鞍山市同力液壓設(shè)備制造有限公司