静电纺丝电源的电压稳定性提升方案

摘要：静电纺丝是一种利用高电场将聚合物溶液或熔体拉伸成超细纤维的技术，其成纤过程高度依赖高压电源的稳定性。电源的电压波动会直接影响喷射液体的锥形射流形态，从而导致纤维直径不均或断丝。针对静电纺丝工艺中电压不稳、放电干扰及环境扰动等问题，研究电源的电压稳定性提升方案具

静电纺丝是一种利用高电场将聚合物溶液或熔体拉伸成超细纤维的技术，其成纤过程高度依赖高压电源的稳定性。电源的电压波动会直接影响喷射液体的锥形射流形态，从而导致纤维直径不均或断丝。针对静电纺丝工艺中电压不稳、放电干扰及环境扰动等问题，研究电源的电压稳定性提升方案具有重要意义。
高压电源的输出通常在10–100 kV范围内，其负载特性表现为高阻容并联。喷射区形成的液滴锥体具有动态变化的电容，使系统呈现强非线性。为了保持稳定电场，应在电源设计中采用快速响应的闭环控制系统。通过电压采样、数字滤波与高频PWM调制相结合，可实时补偿输出误差。采样系统应具备高压隔离与低漂移特性，以确保反馈信号的准确性。数字控制部分可采用高精度ADC采样并结合PID自适应算法，根据喷射电流变化自动调节PWM占空比，维持输出稳定。
为进一步减小电压纹波，可在高压输出端引入多级滤波结构，包括LC谐振滤波与有源补偿电路。尤其在高频开关电源拓扑中，利用同步整流与相移全桥技术能有效降低器件开关噪声。实验表明，当输出电压50 kV时，通过多环控制与有源滤波结合，输出波动可控制在0.01%以内。
静电纺丝电源还需考虑环境湿度、电晕放电及喷头间距变化对稳定性的影响。通过实时监测输出电流与喷射区电容变化，可判断喷射状态的稳定性。若检测到异常波动，控制系统可动态调整输出电压，防止射流中断。对于多喷头系统，还可采用多通道独立调压模块，保证各喷头电场分布一致，从而显著提升纤维质量与生产一致性。