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摘要
为了满足高压脉冲电场（PEF）液体食品灭菌对脉冲电源的特殊要求，该文首先基于传统Marx电路提出了新的拓扑结构，以减少半导体开关的使用数量，设计了用于多样性负载残余电荷的放电回路，通过对双极性脉冲电路中半导体开关导通时序的控制，实现对双极性脉冲波形的陡化，并基于此设计搭建出可供液体食品灭菌实验用的双极性方波脉冲电源；然后，利用OrCAD仿真软件对电路进行可行性分析，验证了电源在阻容性负载下输出波形依然是方波，以及电路的钳位功能；最后，设计并搭建了3级双极性方波脉冲电源的实验样机。测试结果表明，双极性脉冲电源实现了±6 kV、50～500 Hz的高压脉冲输出，输出脉冲宽度达2～20 μs，正、负极性脉冲上升沿与下降沿在300 ns内。通过设计回路对负载及时放电，显著陡化了脉冲拖尾，具有良好的负载适应性。利用搭建的双极性方波脉冲电源灭菌实验平台对生鸡蛋清进行灭菌实验，结果表明，提高双极性方波脉冲输出的电压幅值、频率和宽度均可以增强对液体食品的灭菌效果，且脉冲电压幅值的提高对灭菌效果的提升更加显著，但脉冲电压幅值、频率和脉冲宽度的提高均会使液体食品温度升高从而导致异常放电，因此需要合理地调控三个参数来控制液体食品的温升以获得更好的灭菌效果。该文可为双极性方波脉冲液体灭菌技术提供理论和技术支持。
- 出版日期2023
- 单位哈尔滨理工大学
