[发明专利]续弧式高能静电点火器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电子点火器技术领域，特别涉及一种续弧式高能静电点火器及其控制方法，应用于可燃性气体、可燃性雾状液体以及可燃性粉尘云点火领域。

背景技术

粉尘爆炸特性参数测试使用的点火源一般有两种，即：静电点火源和化学点火源(也称化学点火头)。目前普遍使用的静电点火源所能产生的能量一般较小，为0.1mJ～10J左右，而化学点火头的能量比较大，一般在2KJ～100KJ的级别。

常见的静电点火系统主要分成两种情况：一种是采用电容-电感放电电路；另一种是采用电容-电阻放电电路。其中电容-电感放电电路主要包括：(1)三电极辅助火花发生系统；(2)电极移动触发系统；(3)电压增加触发系统；(4)辅助火花触发双电极系统。而电容-电阻放电电路主要包括：(1)自然衰减型电容放电火花发生系统；(2)方波火花发生系统。但这些方案都是直接放电方式，即高压储能电容通过一个元器件在电极间释放能量，如图1所示，其所能产生的能量由高压储能电容储能大小所决定，而一般高压储能电容其电容值都是比较低的。例如一个耐压值为30KV的1000pF的电容，根据电容储能公式E＝0.5CU²可以算出其储能只有0.45J。

若想进一步得到储能为100J的电容器，则需要将200多个这样的高压电容并联起来，其最终体积也相应变为单个的200多倍，这样制作设备和维护的成本就很高，且移动不便。因此这些常见的静电发生系统一般只用于小能量的点火工作。而要产生大能量电火花，就不能用直接放电的方法，而是采用间接放电的方法，即采用续弧放电方式。

续弧放电方式基本原理是：高压击穿、低压续弧。由于在正常室内环境中，击穿电极间空气所需的电压和电极距离的关系一般是30KV/cm，而在空气击穿前后，间隙的电阻变化很大，从几百兆欧姆降低到几百欧姆，也就是说在空气被击穿以后处于相对低电阻状态。所以在电极间隙被击穿以后可以用几百伏特的直流电压进行续弧，继续放电。

续弧放电电路主要由点火电路和续弧电路组成，如图2所示，续弧电路中的二极管D1和点火电路中的二极管D2都是耐压30KV的高压硅堆，其允许通过的最大电流分别为2A和0.1A，D2是为了阻止放电电流进入点火器将点火器打坏，D1则是防止点火器产生的高压脉冲串入放电电路中，导致电极间的空气不能被击穿而损坏电路中的其他器件，起到保护作用。该电路中的点火器可以产生10KV瞬时高压脉冲，其产生的瞬时高压可以将电极间的空气击穿，使之形成通路；续弧电路中的电容C是一个低压大电容，一般由800V的直流电源为其充电，假若其电容值为33μF，充电到800V时其储能为10.56J，相比那些常见的静电点火系统在能量方面有了很大的提升。

这种传统的大能量电火花发生系统都是利用二极管使点火电路和续弧电路之间互不影响，但由于续弧电路在续弧放电瞬间产生的电流极大，当续弧能量达10J以上时，电路中就能产生百安培级别的电流，而一般的二极管不能承受如此大的电流，即这个电流级别已经超过普通二极管的承受极限，严重限制了大能量点火系统的能量提升空间，也就是说，采用二极管的传统续弧电路所能产生的电火花能量被限制在100J以内。

目前普遍使用的化学点火源，采用雷管引燃炸药爆炸实现千焦能量以上的大能量点火。这种点火方式由于使用了雷管和炸药，因此在使用和运输方面都很不安全；另外，它通过改变炸药的量来控制点火能量，使这种点火方式存在极大的安全隐患；同时每次完成点火任务后都得更换点火头才能进行下一次的点火任务，其成本消耗较高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种续弧式高能静电点火器及其控制方法。

本发明续弧式高能静电点火器由充电回路、点火回路、续弧回路和泄放回路组成。

充电回路包括第1电源、第2电源；点火回路由高压电容C1、启动开关S1和电极组成；续弧回路由低压电容C2、续弧电感L和电极组成，其中，低压电容C2用来控制电火花的能量大小，续弧电感L用来调节电火花的放电时间；泄放回路由泄放电阻R和泄放开关S4组成。

电源1的正极和高压充电开关S2串联后，再与高压电容C1并联，形成高压充电回路；C1串联启动开关S1之后与电极并联，形成点火回路。

第2电源的正极和低压充电开关S3串联后，与低压电容C2并联，形成低压充电回路；低压电容C2再与泄放开关S4、泄放电阻R并联，其中泄放开关S4和泄放电阻R串联，形成泄放回路；

低压电容C2串联续弧电感L之后与电极并联，形成续弧回路。