本發(fā)明涉及一種擊穿消弧電路，特別涉及了一種高壓脈沖電場液態(tài)食品滅菌的處理室擊穿消弧電路。

背景技術(shù)：

作為一種新型的非熱加工技術(shù)，高壓脈沖電場(PEF)技術(shù)以其溫升低、效率高、能保持食品風(fēng)味等優(yōu)勢成為近年來食品加工工業(yè)研究熱點(diǎn)，尤其是應(yīng)用于牛奶、果汁、黃酒等液態(tài)食品的殺菌上。高壓脈沖電場滅菌的基本原理是在食品處理室電極之間產(chǎn)生數(shù)千伏的瞬時高壓脈沖，使微生物細(xì)胞膜在強(qiáng)電場的作用下發(fā)生穿孔、撕裂、崩解從而殺死細(xì)菌等微生物。

目前，高壓脈沖電場技術(shù)被廣泛應(yīng)用于液態(tài)食品的滅菌處理，例如果汁、雞蛋酒等。在利用高壓脈沖電場對液態(tài)食品處理過程中，施加在液態(tài)食品上一部分能量會不可避免地?fù)Q轉(zhuǎn)成歐姆熱，從而使液態(tài)食品溫度上升而產(chǎn)生氣泡。當(dāng)處理室電極之間產(chǎn)生尺寸足夠大的氣泡時，在數(shù)千伏高電壓的作用下容易使氣體發(fā)生擊穿，引起火花放電，使處理室的正負(fù)電極發(fā)生局部短路甚至完全短路，擊穿瞬間產(chǎn)生巨大的沖擊電流會導(dǎo)致高壓脈沖電源損壞，同時產(chǎn)生的沖擊波會對處理室造成機(jī)械損傷。處理過程中因氣泡擊穿而引發(fā)火花放電是該技術(shù)目前無法實(shí)現(xiàn)規(guī)模工業(yè)化主要障礙之一。

現(xiàn)有的高壓脈沖電場滅菌擊穿保護(hù)措施中，主要的保護(hù)形式是在主回路中串聯(lián)阻值較大的電阻(如附圖1所示)，起到吸收電弧電量和限流的作用，從而在一定程度上避免氣泡擊穿時火花放電和大電流損壞脈沖電源。但是由于電阻本身吸弧能力差，該方法不能完全解決氣泡擊穿和火花放電問題，而且大電阻吸收能量后發(fā)熱嚴(yán)重，能量損耗較大。

在利用高壓脈沖電場對處理室內(nèi)的液態(tài)食品進(jìn)行滅菌時，處理室內(nèi)產(chǎn)生的氣泡很容易在高電壓的作用下被擊穿，嚴(yán)重時發(fā)生火花放電和打火，使處理室內(nèi)正負(fù)電極完全短路。在現(xiàn)有技術(shù)中缺少一種能有效避免高壓脈沖電場滅菌過程中氣泡擊穿引發(fā)火花放電的裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高壓脈沖電場液態(tài)食品滅菌的處理室擊穿消弧電路。

本發(fā)明能夠在氣泡發(fā)生火花放電前作用，裝置中的吸弧元件電阻和電感快速吸收拉弧電量，抑制電流瞬態(tài)變化，降低火花放電發(fā)生概率；同時裝置中的主動消弧電路通過電流互感器實(shí)時檢測主回路電流大小，當(dāng)電流超過安全閾值時，控制器驅(qū)動電子開關(guān)閉合，將食品處理室電流分流到電子開關(guān)與電阻支路，使食品處理室的電流瞬間減小到安全電流，從而有效避免處理室在氣泡擊穿時發(fā)生火花放電和打火，防止高壓脈沖發(fā)生器和處理室損壞，增加設(shè)備安全特性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明包括電源、電容、高壓開關(guān)、基本吸弧電路和主動消弧電路；高壓開關(guān)、基本吸弧電路和主動消弧電路依次串聯(lián)后和電容一起并聯(lián)在電源兩端。

所述的基本吸弧電路主要由吸弧電阻、二極管和電感組成，吸弧電阻和電感串聯(lián)，二極管和電感反向并聯(lián)，構(gòu)成吸弧電路，串聯(lián)在高壓脈沖滅菌系統(tǒng)的主回路中，一端與高壓開關(guān)相連，另一端與食品處理室負(fù)載相連。

所述的主動消弧電路主要由電流互感器、電子開關(guān)、光電耦合器、限流電阻、下拉電阻和控制器組成，電子開關(guān)與限流電阻串聯(lián)后并聯(lián)在食品處理室兩端，光電耦合器信號輸出的一端經(jīng)下拉電阻下拉電位并連接到電子開關(guān)的控制端，光電耦合器信號輸出的另一端接12V電源，光電耦合器的信號輸入端通過同軸電纜連接至控制器，驅(qū)動信號通過光電耦合器從控制器傳遞至電子開關(guān)的控制端；電流互感器套裝在主回路母線上，其信號輸出端通過同軸電纜連接至控制器。

所述電流互感器串聯(lián)連接在食品處理室和基本吸弧電路之間。

所述吸弧電阻采用無感電阻，所述電感采用高壓電感，所述二極管采用快速恢復(fù)二極管。

所述電流互感器采用母線式電流互感器，直接套裝在母線上。

所述電子開關(guān)采用雙向可控硅或晶閘管，其兩端的最大電壓小于其耐壓值。

所述光電耦合器采用高速光耦，其具體型號為6N137。

所述控制器采用DSP或FPGA，能根據(jù)電流信號快速響應(yīng)。

本發(fā)明通過基本吸弧電路中的高壓電感和無感電阻起到的吸收拉弧電量作用，減小兩電極之間通過的電荷量；同時主動滅弧電路實(shí)時檢測回路母線中的電流，當(dāng)電流超過安全閾值時，控制器驅(qū)動電子開關(guān)閉合，將食品處理室電流分流到電子開關(guān)與電阻支路，使食品處理室的電流瞬間減小到安全電流，有效消除高壓脈沖電場滅菌過程中由于處理室氣泡擊穿引起的火花放電，避免產(chǎn)生電弧使裝置發(fā)生短路損壞，從而提高高壓脈沖發(fā)生器以及食品處理室的使用壽命和安全性能。

本發(fā)明具有的有益效果是：

1.能有效避免高壓脈沖電場處理過程中液態(tài)食品中氣泡擊穿導(dǎo)致電流過大而損壞設(shè)備，增加使用壽命和安全性；

2.能有效避免高壓脈沖電場處理過程中液態(tài)食品中氣泡擊穿導(dǎo)致的沖擊波對食品處理室造成機(jī)械損傷；

3.該消弧電路組成簡單，可快速插拔維護(hù)，可模塊化，特別適合量產(chǎn)，且不承受過電流和過電壓的影響；

4.抗電磁脈沖干擾能力強(qiáng)，工作性能穩(wěn)定。

附圖說明

圖1是傳統(tǒng)電路原理圖。

圖2是本發(fā)明電路原理圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的描述。

如圖2所示，本發(fā)明包括電源1、電容2和高壓開關(guān)3，基礎(chǔ)上增加了基本吸弧電路A和主動消弧電路B，該兩部分電路串聯(lián)在主電路中，高壓開關(guān)3、基本吸弧電路A和主動消弧電路B依次串聯(lián)后和電容2一起并聯(lián)在電源1兩端。

如圖2所示，基本吸弧電路A主要由吸弧電阻4、二極管5和電感6組成，吸弧電阻4和電感6串聯(lián)，二極管5和電感6反向并聯(lián)，構(gòu)成吸弧電路，串聯(lián)在高壓脈沖滅菌系統(tǒng)的主回路中，一端與高壓開關(guān)相連，另一端與食品處理室負(fù)載相連。

如圖2所示，主動消弧電路B主要由電流互感器7、電子開關(guān)8、光電耦合器9、限流電阻10、下拉電阻11和控制器13組成，電子開關(guān)8與限流電阻10串聯(lián)后并聯(lián)在食品處理室12兩端，光電耦合器9信號輸出的一端經(jīng)下拉電阻11下拉電位并連接到電子開關(guān)8的控制端，光電耦合器9信號輸出的另一端接12V電源，光電耦合器9的信號輸入端通過同軸電纜連接至控制器13，驅(qū)動信號通過光電耦合器9從控制器13傳遞至電子開關(guān)8的控制端；電流互感器7串聯(lián)連接在食品處理室12和基本吸弧電路A之間，其信號輸出端通過同軸電纜連接至控制器13。

本發(fā)明電路擊穿消弧的工作過程如下：

在高壓脈沖發(fā)生器對液態(tài)食品滅菌的過程中，由于歐姆熱使液態(tài)食品受熱產(chǎn)生氣泡。當(dāng)尺寸較大氣泡經(jīng)過處理室電極中間時，在數(shù)千伏高電壓的作用下存在發(fā)生氣體擊穿的危險。氣體發(fā)生火花放電前一時刻產(chǎn)生的拉弧電量被基本吸弧電路中的電阻吸收一部分，轉(zhuǎn)換為熱能釋放，延緩了火花放電的發(fā)生，同時電阻的限流作用也減小了火花放電發(fā)生的幾率；但電阻在短時間內(nèi)不足以完全將拉弧電量消耗，在火花放電發(fā)生前，基本吸弧電路中的電感進(jìn)一步在短時間內(nèi)吸收高頻尖峰(高頻脈沖)拉弧電量，有效抑制電流變化率，避免處理室電極間火花放電的發(fā)生。在系統(tǒng)施加高壓脈沖工作過程中，電感不斷充電放電，反向并聯(lián)的二極管為充電后的電感起到續(xù)流作用，提供放電回路，使系統(tǒng)持續(xù)工作；另外，主動消弧電路通過電流互感器實(shí)時檢測主回路電流大小，當(dāng)電流超過安全閾值時，控制器驅(qū)動電子開關(guān)閉合將母線部分總電流分流到電子開關(guān)和電阻支路，瞬間使食品處理室的電流減小到安全電流，有效避免食品處理室氣泡進(jìn)一步放電。

由此可見，本發(fā)明能夠在處理室氣泡發(fā)生火花放電前作用，裝置中的吸弧元件電阻和電感快速吸收拉弧電量，抑制電流瞬態(tài)變化，降低火花放電發(fā)生概率；同時主動滅弧電路實(shí)時檢測回路母線中的電流，當(dāng)電流超過安全閾值時，控制器驅(qū)動電子開關(guān)閉合，將食品處理室電流分流到電子開關(guān)與電阻支路，使食品處理室的電流瞬間減小到安全電流，從而有效避免處理室在氣泡擊穿時發(fā)生火花放電和打火，防止高壓脈沖發(fā)生器和處理室損壞，增加設(shè)備安全特性。