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。     

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。     

电源频率对介质阻挡放电参量影响的研究

建立了大气压空气中介质阻挡放电(DBD)的实验装置,研究了电源频率f对DBD放电参量的影响,并结合放电理论对实验结果进行分析,以期为DBD的实际工业应用提供参考。分析结果表明:随着电源频率的增加,放电参量如放电持续时间Δt、气隙等效电容Cg等非线性减小,单周期传输电荷量ΔQ、介质等效电容Cd、放电功率P、放电电流幅值If以及容性电流幅值Ir等非线性增加。     

大气压下影响介质阻挡放电的因素分析

为了在实际中优化反应器设计,提高放电效率,对影响介质阻挡放电的因素加以研究。通过实验室建立的放电装置研究了介质材料厚度和外加电压对放电特性的影响以及外加电压和放电气隙对介质等效电容的影响。研究表明:选择介电常数较大、较薄的介质及提高外加电压可以获得较大功率的放电,同时,随外加电压的增加,气隙距离的减小介质等效电容是增大的。     

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。     

电极结构对介质阻挡放电参数的影响研究

为了优化介质阻挡放电(DBD)反应器设计,提高放电效率,提出一种针阵列芒刺状棒电极结构。利用电压-电荷Lissajous图形法,研究了光滑铜棒、螺纹铜棒和针阵列芒刺状铜棒电极等反应器电极结构对DBD放电参数的影响。实验结果表明,随着外加激励电压的升高,5种电极结构的放电功率P和平均放电电流Im及周期传输电荷量Q都随之增大。相同激励电压下,针阵列芒刺状棒电极的P、Im、Q值最大。针阵列芒刺状铜棒电极的气隙等效电容Cg随电压的升高呈震荡形式增加,而光滑电极和螺纹电极的Cg随电压的升高呈减小的趋势。研究结果表明,针阵列芒刺状铜棒电极更有利于挥发性有机物的去除,针间距越小,能量利用率越高。     

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。     

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。     

空气条件下介质阻挡放电影响因素的研究

为了解决低气压等离子体用于工业生产时存在真空系统昂贵和难以实现试品的批量处理等缺点,采用环氧树脂和聚四氟乙烯(PTFE)作为介质阻挡放电(DBD)的阻挡介质,探讨了在不同放电间距d(2-5 mm)、气压p(10-100 kPa)和外施电压U下的放电特性。结果表明,PTFE为阻挡介质,d≤3 mm时,在大气压下可利用DBD的形式产生辉光放电,当d>4 mm时,则不能得到稳定的DBD;在不同气压下,DBD稳定放电对应的电压区间范围在d为3 mm时最大;次大气压下辉光放电的特征较大气压下更明显,辉光放电更易获得,稳定放电的电压区间也更大。     

向量法与电荷电压法测量介质阻挡放电参量的分析比较

在定频变压条件下,使用向量法和电荷电压法分别对介质阻挡放电参量进行了测量分析,实验表明,二者得到的共有参量(介质等效电容、气隙等效电压、放电功率)变化规律基本相同;电压变化对反应器总等效电容影响不大;在此条件下放电功率会出现一个极大值,其原因主要是电源谐振造成的。     

介质阻挡放电型臭氧发生器等效电路研究

对正弦波电流供电的介质阻挡放电(BDB)型臭氧发生器的工作特性进行了详细地分析，对发生器放电气隙电压进行了傅里叶级数分解，给出了气隙电压的基波分量描述，提出一种新的DBD型臭氧发生器基波等效电路，并定义了BDB型臭氧发生器的几个特性参数。对正弦波电流供电DBD型臭氧发生器的电气特性进行了深入研究。给出了利用DBD型臭氧发生器的基波等效电路和电气特性设计电源的过程和实验结果。理论分析和实验结果证明了提出的DBD臭氧发生器基波等效电路的正确性和用基波等效电路电气特性设计供电电源的可行性。     

基于Protel的DBD微流注形成分析

介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,DBD)是一种有效产生非平衡等离子体的方法,微流注是DBD的主要表现形式,而目前针对DBD微流注形成过程的研究虽然很多,但关于微流注沉积电荷层分散电容对微流注形成过程影响的研究却未见报道。为此,基于Protel模拟方法,建立了一种新的DBD等效电路模型模拟DBD单个微流注进行模拟并验证其放电参量;在此基础上分析了沉积电荷层对于微流注的影响,计算了沉积电荷层电容的大小,以及在此实验条件下沉积电荷层的面积。模拟显示,在激励电压幅值为5kV、激励频率为6kHz的正弦波,放电气隙宽度为1mm时,形成微流注的分散电容值为0.13pF,在电介质层相对介电常数为10时,计算得电介质层的沉积电荷层直径为1.09mm,与实验测量结果一致。     

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。     

介质阻挡放电中反向放电的实验研究

利用介质阻挡放电(DBD)实验装置和测量系统研究了不同的介质板厚度、驱动电压幅值以及气体间隙距离的DBD特性,并运用气体放电理论对试验结果进行了分析。结果表明,随着介质板厚度、气体间隙距离的减小以及驱动电压幅值的增加,DBD放电电流脉冲增多,由于壁电荷的作用,发生放电所需的电压减小;当壁电荷电场足够大时,将在驱动电压下降沿发生反向放电。     

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。     

基于SIMULINK的介质阻挡放电的仿真

为了深入地理解DBD的放电机理和优化DBD等离子体反应器的设计,在分析DBD微放电过程和等效电路的基础上,建立了基于SIMULINK的DBD动态仿真模型。为了更真实地反映DBD的放电情况,模型中采用一个电压控制电流源(CCS)来模拟DBD的微放电,同时考虑到了微放电的起止及幅值衰减的影响。用所建立的模型对空气中DBD放电进行仿真,计算得到放电电流、气隙电压和李萨育图形等放电参量。仿真结果及分析表明,放电模型可以用来对DBD进行仿真研究,所得的结果能真实地反映DBD的放电情况。