大气压介质阻挡辉光放电等效电容及对放电参数的影响

等效电容是研究大气压介质阻挡放电的基本参数。按定义式计算电容值由于没有考虑杂散电容以及外加电压参数的影响,用于计算介质阻挡放电参数不够准确。丝状放电规则的平行四边形Lissajous图,在一定假设条件下可计算介质阻挡放电的等效电容,但大气压辉光放电是不规则平行四边形。此外,计算放电参数必须用同一电压下的回路电流和等效电容,但是测量回路电流就无法同时测量Lissajous图形。为此,基于大气压氦气介质阻挡辉光放电试验测量的外加电压和回路电流,提出了该外加电压下Lissajous图形的计算方法。基于该图形,提出了大气压辉光放电时等效电容计算方法:简化法和分段法。根据计算结果,研究了等效电容对计算放电参数的影响。研究结果表明,计算法得到的Lissajous图形反映了放电过程;简化法比定义计算法得到的等效电容用于计算放电参数更接近真实放电过程,而分段法可用于探讨放电过程中瞬态等效电容的变化;等效电容对计算放电电压和电流影响很大。     

准高频介质阻挡放电功率及负载等效参数测量

为了解准高频条件下介质阻挡放电特性以及实现等离子体电源与放电管之间的匹配,采用Q-ULissajous图形法研究了外加电压幅值和频率对介质阻挡放电(DBD)的放电功率、等效电容等放电参量的影响。试验结果表明,增大外加电压幅值和工作频率,微放电通道发光强度增强,传输电荷能力增强,放电功率增大;随着外加电压幅值和工作频率的增大,放电管总等效电容C在1.350～1.356nF范围内变化,电介质等效电容Cd增大,放电间隙等效电容Cg减小,直至放电稳定时Cd和Cg分别达到稳定值。     

介质阻挡放电等效电容的测量与分析

为深入理解放电机理并优化介质阻挡放电反应器设计,提高运行效率,介绍了通过Lissajous图形计算介质阻挡放电气隙等效电容Cg,电介质层等效电容Cd及负载电容的方法,通过实验研究了外加电压及气隙距离的变化对Cd、Cg和总电容C的影响。结果表明,给定介质厚度和电源频率时,随外加电压的增加,Cd逐渐增大,在相同的电压下,Cd随气隙距离的增加而减小;Cg随外加电压的增大而减小,在相同的电压下,Cg随气隙距离的增加也是减小的;C随外加电压先增大再减小,中间会达到一个最大值,相同电压下,随着气隙距离的增加,介质电容减小,而且,随着气隙距离加大,介质电容所能达到的峰值会减小。     

基于Q-V Lissajous图形法的介质阻挡放电试验研究

为了解介质阻挡放电(DBD)在不同激励电压峰值VP-P和介质厚度ld下的放电特性,通过建立介质阻挡放电试验系统,采用Q-V Lissajous图形法研究了激励电压峰值VP-P、介质厚度ld对DBD主要放电参量的影响.研究表明:增大激励电压峰值VP-P、减小介质厚度ld可提高放电功率P、单周期电荷传输量Q、气隙有效电场强度Eg和气隙折合电场强度E/n.固定介质厚度ld,增大激励电压峰值VP-P,介质等效电容Cd增大,气隙等效电容Cg减小,但放电熄灭阶段总电容C变化不明显.固定激励电压峰值VP-P,增大介质厚度ld,放电熄灭阶段总电容C和介质等效电容Cd减小,气隙等效电容Cg增大.     

介质阻挡放电等效电容变化规律的研究

介绍了介质阻挡放电(DBD)的介质等效电容Cd和Cg气隙等效电容的测量方法。通过在实验室建立的产生DBD的实验装置，研究了放电过程中外加电压幅值、气隙距离、阻挡介质的厚度和介电常数等因素对Cd和Cg的影响，并对实验结果作了分析。结果表明，Cd随着外加电压的幅值和介质的介电常数增加而增加，随着气隙距离和介质厚度的增加而减小。Cg随着气隙距离和外加电压幅值的增大而减小，而受介质厚度、介质的介电常数的影响不大。     

测量电容对DBD反应器放电参数的影响

为了深入探究测量电容对介质阻挡放电(dielectric barrier discharge, DBD)反应器放电的影响,利用自行设计的内外双水冷式DBD反应器串联不同的测量电容进行试验研究。设计搭建了DBD反应器放电试验系统,并结合Lissajous图形与蒙特卡罗方法分析了不同测量电容的电容值对DBD反应器放电参数的影响。研究结果表明:在相同的外加电压下,减小测量电容值会增加DBD反应器的介质等效电容和减小气隙等效电容;DBD反应器功率、单周期传输电荷、维持电压、气隙有效电场强度和气隙折合电场强度均随着测量电容值的减小而增大。不同的测量电容值会对DBD反应器的放电参数产生影响,匹配测量电容值对DBD放电参数的准确测量有重要的指导意义。     

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。     

微腔结构介质阻挡放电的电气特性

为了研究微腔结构介质阻挡放电的电气特性及微腔表面电荷积累对电气参数的影响,使用了在介质板表面制作网格微结构电极的放电装置,在分析放电发生前电势及场强分布的基础上,建立了其放电时刻的等效电路,并借助由实验得到的Lissajous图形推导出其等效电容、放电通道传输的电荷量、气隙电压及平均放电功率的计算公式。实验及分析结果表明:随外加高频电压升高,介质板两侧电极间的等效电容Cd基本维持不变,微腔表面与接地电极间的等效电容Cq受微腔表面积累电荷的影响有3~4倍的变化;Cq和Cd的并联模型符合实际放电的特点;放电产生的等离子体向微腔表面的中心发展,微腔表面的功率密度可达0.028 W/mm2。     

大气压下氦气介质阻挡辉光放电过程的Lissajous图形分析

为研究介质阻挡放电(DBD)过程中等效电容的变化情况,利用高频高压电源,进行了大气压氦气介质阻挡单脉冲和多脉冲辉光放电试验,利用外施电压、回路电流计算得到放电Lissajous图形,并与直接测量的Lissajous图形进行了对比。确定了放电电流波峰和波谷在Lissajous图形上的对应位置,计算了放电截止和放电进行阶段气隙和介质的等效电容,分析了等效电容变化的原因,并且探讨了放电的物理过程。结果表明:计算得到的Lissajous图形与测量所得的Lissajous图形一致;介质等效电容在放电截止阶段保持不变,但在放电进行阶段随电流脉冲变化而变化,并且在电流峰值处最大;放电物理过程主要受到外施电压和介质表面电荷量的变化速率影响。     

放电气隙对介质阻挡放电电学参量的影响

通过建立介质阻挡放电试验系统,采用Q-V Lissajous图形法研究了激励电压峰值VP-P、放电气隙lg对介质阻挡放电主要参量的影响。试验结果表明:增大VP-P、lg可提高介质阻挡放电的放电功率P;固定lg时,电介质层等效电容Cd随VP-P的增大而增大,放电间隙等效电容Cg随VP-P的增大而减小,VP-P对等效总电容C的影响不大;C、Cd、Cg均随lg增大而减小;电荷传输量Q、气隙等效电场强度Eg随VP-P的增大而升高,随lg的增大而降低。