一种适用于介质阻挡放电负载的紧凑型脉冲供电电源

针对现有的介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)负载供电电源难以发挥DBD负载性能这一现状,该文提出一种适用于介质阻挡放电负载的紧凑型脉冲供电电源。这种供电电源通过在现有基于反激电路的供电电源中引入反馈二阶管,可有效避免基于反激电路的供电电源出现的DBD负载电压震荡现象,且能为DBD负载提供高电压上升率的高频高压脉冲激励。此外,由于这种电路衍生于反激供电电源,因而继承了反激供电电源结构紧凑的特点。根据这种供电电源的工作过程,该文进行了详细的模态分析,并得到这种供电电源的特性。为验证理论分析的正确性,以DBD型准分子灯为负载对供电电源性能进行测试,实验结果表明,供电电源不仅可以为DBD负载提供电压平均上升率为4.521×10~9V/s的脉冲激励电压,而且具有工作频率高、功率开关器件工作于软开关状态的特性。该紧凑型脉冲供电电源可为传统DBD负载供电电源改造提供一种方案。     

一种适用于介质阻挡放电型准分子灯的双极性脉冲式供电电源

如何为介质阻挡放电(DBD)负载构建结构简单的高性能供电电源一直是DBD应用领域面临的难题。通过利用DBD负载呈容性这一特性，结合DBD负载对激励波形特殊需求的基础上，本文提出了一种适用于DBD负载的双极性脉冲式供电电源。该供电电源仅由一个直流电源、两个功率开关器件、两个二极管和一个升压变压器构成。为了在DBD负载上生成同时具有高上升率、下降率和间歇时间的高频高压双极性脉冲激励，本文设计了该供电电源的工作时序，并进行理论分析和以准分子灯为负载的实验装置来验证供电电源的可行性。实验结果表明，本文构造的供电电源不仅能在准分子灯上生成期望的脉冲激励，而且实现了所有功率开关器件工作在软开关状态。此外，本文构造的供电电源除了具有元器件少的优点，而且能实现准分子灯放电光强线性调节和充分发挥准分子灯性能的特征。     

串联负载谐振式DBD型臭氧发生器电源

为解决DBD型臭氧发生器工频升压供电方案的效率低、设备体积庞大和对电网注入大量谐波的问题,采用串联负载谐振式供电电源的方案,通过结合电源开关器件的通断和DBD负载放电与不放电状态,详细分析了工作在完全谐振状态下的串联负载谐振式DBD电路,得出了整个电路在完全谐振状态下的各个工作模态;基于模态分析推导了一系列等式。由推导和分析得出了电路谐振时臭氧发生器承受的最高电压、每个周期的放电功率、与串接的补偿电感无关的特性、DBD负载放电功率、DBD负载参数的调节特性;最后给出了较为实用的工程设计公式。这些研究可供合理设计串联负载谐振式DBD型臭氧发生器的供电电源及分析不同控制方式下DBD电路的工作模态参考。     

介质阻挡放电系统中谐振问题的研究

为了解决介质阻挡放电 (DBD)反应器放电性能随激励频率提高反而下降的问题 ,采用电荷电压测量等方法对DBD系统主要放电参量的变化规律进行了实验研究。结果表明 :由激励变压器漏感与电介质层等效电容引起的系统谐振是造成这一问题的主要原因。DBD系统谐振不但能引起放电间隙等效电压、电介质层等效电压、放电间隙等效电阻等放电参量的异常变化 ,降低DBD反应器放电性能 ,而且会对激励变压器与DBD反应器中电介质层的绝缘产生危害 ,影响DBD系统工作稳定性。减小激励电源漏感与合理分布DBD电介质层等效电容是解决DBD谐振问题的有效措施。     

电源变压器漏感对DBD性能的影响

在一些DBD系统中，经常出现随着激励频率的提高放电性能反而下降的反常现象。本文对DBD系统的频率特性进行了研究，结果表明：DBD系统存在谐振现象，激励电源的变压器漏感是引起这一现象的一个主要因素。     

基于响应曲面中心组合设计的介质阻挡负载特征参数分析与优化

为了充分发挥介质阻挡放电（DBD）负载的性能,以高频脉冲激励作为介质阻挡负载的激励波形,以第一次放电时的负载电流幅值作为优化目标。基于响应曲面法中心组合设计建立数学模型,分析介质阻挡层厚度、脉冲电压幅值、脉冲升降沿时间和相对介电常数4个因素对高频脉冲激励下DBD负载第一次放电时负载电流幅值的影响,优化介质阻挡负载特征参数。结果表明,对DBD负载电流的影响强度从大到小依次为介质阻挡层厚度、脉冲电压幅值、脉冲升降沿时间、相对介电常数。在本文设定条件下,负载电流幅值的最大值8.692A在脉冲升降沿时间为200ns、脉冲电压幅值为4kV、介质阻挡层厚度为1mm、相对介电常数为8时获得。     

DBD高频高压放电电源的设计及其放电特性

为了研究补偿电感量、介质层厚度和气隙大小等参数对介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)特性的影响,采用Buck直流电源与逆变方波电源串联结构作为主电路,设计了一种DBD高频高压放电电源,该电源的输出电压和逆变开关工作频率单独可调。以单层和双层聚四氟乙烯平行板电极结构作为等离子体发生器进行了DBD高频高压放电实验,重点分析了补偿电感量、介质层厚度和气隙大小等参数对DBD放电负载回路谐振频率和DBD放电效果的影响。实验结果表明:改变补偿电感量,可以调节DBD放电负载回路的谐振频率;增大介质层厚度和气隙,介质电容和气隙电容减小,负载回路的谐振频率增大,放电效果减弱。     

DBD型中高频臭氧发生器的动态负载特性

在试验装置上测量了不同频率下DBD型臭氧发生器的V-A特性和放电功率，研究了臭氧发生器这种特殊负载的动态电容、功率因数等的变化规律。指出：（1）在供电的每半个周期内出现微放电时，反应器的负载特性都发生急剧、跳跃地变化，发生放电时总动态电容变为未放电时的几倍。（2）反应器的功率因数Pf随电气参数的不同而变化，如果波形和频率相同，在反应器工作电压范围内存在功率因数Pf的最大值。此外，基于以上负载特性的研究，简要讨论了中高频臭氧发生器中电源/反应器的匹配、电气参数的优化等问题。     

微秒和纳秒脉冲激励下甲烷DBD电学特性研究

利用等离子体技术可以裂解甲烷,产生C2烃和氢气等具有更高价值的物质。对等离子体放电参数优化以提高甲烷等离子体转化效率具有重要意义。文中基于同轴DBD反应装置,在自主研制的微秒和纳秒脉冲电源的激励下,改变电源参数和气体流速,研究了甲烷裂解过程中不同参数下初始击穿电压的变化规律、放电图像、Lissajous图形以及单脉冲内的能量和功率,为甲烷转化提供参考。实验结果表明,两台电源作用下气体初始击穿电压均随脉冲重复频率的增加而下降,但纳秒源作用时该趋势更明显;放电强度均随脉冲重复频率增加而加强,相同参数下,微秒源作用时放电更强;施加电压一定时,不同脉冲重复频率以及不同气体流速下Lissajous图形形状几乎一致,微秒源作用时的图形更接近典型的平行四边形;气体流速和脉冲重复频率相同时,两台电源单脉冲内放电能量与所加电压几乎成直线关系变化,气体流速和施加电压相同时,单脉冲内放电能量几乎不受脉冲重复频率的影响,但是纳秒源可以得到更高的瞬时功率。实验表明,脉冲电源可以作用于DBD反应器用于转化甲烷,纳秒源作用时系统的效率比微秒源更高。     

并联负载谐振式臭氧发生电源基波分析法

研究了一种电流型并联负载谐振式介质阻挡放电(DBD)型臭氧发生电源的基波分析方法,采用正弦电压源供电下的基波等效模型简化电路分析,并得到了并联谐振DBD型臭氧发生器调节特性的分析模型,该分析模型相比于其他分析模型具有简单方便的特点。最后的实验验证了并联负载谐振式DBD型臭氧发生器具有良好的输出特性,能实现直流调功,对工程设计具有良好的应用价值。     

基于PAM控制的DBD等离子体反应器的负载特性

介质阻挡放电(DBD)等离子体反应器的负载特性与供电电源的控制方式紧密相关。笔者研究了基于直流调功(PAM)控制的DBD等离子体反应器的负载特性,考虑了高频高压放电电源的电路中的分布参数对负载特性的影响,建立了相应的等效电路模型,对负载特性进行了定量的分析,并进行了同轴介质阻挡放电的实验研究。研究结果表明,随着电源电压的逐渐升高,放电开始时刻逐渐超前于外加电源电压的过零点时刻,但该时刻始终发生于外加电源电压的上升阶段上;放电终止时刻始终发生在外加电源电压的上升率等于零的时刻;负载的等效平均电容逐渐增大,等效阻抗和谐振频率逐渐减小;放电电流和放电功率逐渐增大;放电区域逐渐增大,放电的均匀性也逐渐增加。     

串联谐振式介质阻挡放电型臭氧发生器等效模型及电源特性分析

为了研究稳态工作时的介质阻挡放电(DBD)型臭氧发生器的等效模型,以采用串联谐振逆变电源供电的、所产生臭氧的质量流量为1kg/h的介质阻挡放电型臭氧发生器为研究对象,通过实验数据和曲线拟合相结合的方法对臭氧发生器的等效电阻、等效电容与发生器的放电功率进行了研究。研究结果表明,稳态工作时的臭氧发生器可由与放电功率成线性关系的电阻和电容串联构成等效模型来表示。基于这一等效模型,对移相控制下的串联谐振式DBD型臭氧发生器供电电源特性进行了分析。分析结果表明,由所提出的等效模型和供电电源特性分析方法得到的结果与实验结果具有较好的一致性,可用来解决臭氧发生器供电电源设计繁琐的问题。     

基于闭环控制策略的负载谐振型臭氧发生器电源

介质阻挡放电型臭氧发生器负载呈容性,随负载外加电压的升高,间隙放电逐渐增强,其总的负载等效电容逐渐变大。针对负载的这一特点,提出了一种基于逆变器输出电流进行闭环频率跟踪控制的高频逆变电源方案,详细分析了该控制策略的特点,并研制了实验样机,进行了实验验证,得出应用该方案的电源具有结构简单、工作频率变化范围小、系统参数容易选择、可靠性高等优点。     

大功率介质阻挡等离子体电源特性及工业应用研究

研制了大功率介质阻挡等离子体发生电源系统,电源系统采用介质阻挡放电串联谐振和谐振电流过零电子开关软关断等技术。通过一系列实验室和现场工程试验,获得了谐振电流过零、启动过程、变负载自适应运行等电源运行特性和稳定工作条件。进行了输出功率20—30kW长期工业运行、最大输出功率约80kW的工业试验,工作功率冗容达到100kW级水平,电源工作状态稳定,运行安全可靠,实现适用介质阻挡放电的百千瓦级电源的工业应用。     

容性负载谐振式DBD型臭氧发生器的供电电源

为精确设计工业臭氧合成装置的供电电源,分析了容性控制下的全桥串联负载谐振式DBD型臭氧发生器供电电路的工作,通过结合电源开关器件的通断状况和DBD电路的放电、未放电状态,得出了整个电路在容性状况下的各个工作模态。推导了一系列等式,得出了臭氧发生器承受的最高电压、逆变电路工作频率和阻挡介质放电电路的放电功率显性表达式,分析了电路调节特性并进行了误差分析,结果验证了理论推导的正确性及工作在容性控制下的DBD供电电源具有频率波动小和控制方案易于实现的优点。     

采用动态无功补偿方式,改善变电所功率因数

针对电气化铁路变电所功率因数低,不能满足剧烈变化的牵引负荷对无功补偿要求的现状.对无功补偿的原理及方法进行简要阐述,根据各供电臂负荷的大小,运用自动投切分组的并联电容补偿装置,以减少无功量,提高变电所的功率因数,同时也减少牵引负荷的谐波分量对电力系统的污染.     

基于DSP的低温等离子消毒电源的研制

低温等离子消毒技术因其具有快捷、安全和高效率等优点而受到国内外广泛研究。利用介质阻挡放电产生等离子体原理,并利用DSP处理器的高速处理数据的能力,研制了一种等离子消毒电源。通过采用基于DSP的Fuzzy-DPLL复合数字锁相环算法,实现了对负载频率的可靠跟踪和对逆变状态的可靠控制。     

可控谐振的DBD型臭氧发生器电源

基于DBD型臭氧发生器的负载特点及其系统中固有谐振的问题,提出了一种可控谐振的DBD型臭氧发生器的电源结构及控制方法。利用系统的固有谐振特性,采用同步控制的方法,让谐振的过程受控,从而避免了固有谐振给DBD系统带来的危害。给出了可控谐振DBD系统的工作原理,并讨论了此DBD系统的特点和性质。在DBD臭氧发生器样机的基础上给出了DBD系统的控制策略,并结合试验讨论了可控谐振的DBD型臭氧发生器电源系统的频率选择和电源系统效率等问题,给出了具体的设计建议。结合电路的特点和具体的试验结果,讨论了DBD系统电源的软开关特性及其对电源效率的影响。通过原理分析和试验验证情况,可以证明可控谐振电源适用于DBD型臭氧发生器系统的使用,并克服了系统固有谐振带来的影响。