纳秒和微秒脉冲激励表面介质阻挡放电特性对比

表面介质阻挡放电(DBD)在气体流动控制方面有着巨大的应用前景。利用自制的纳秒和微秒脉冲电源进行表面DBD实验,比较了电压幅值、介质厚度、电极水平间距等对两种激励下表面DBD电特性的影响并进行了分析。实验中两种电源激励的表面介质阻挡放电能量均在mJ量级,上升沿瞬时最大功率达到几十kW。实验结果表明:在脉冲上升沿有多次放电,微秒脉冲上升沿放电次数比纳秒脉冲多;随着电压幅值上升,放电次数减少;介质越薄,放电越激烈,能量越大;电极水平间距对表面DBD放电有影响,间距0 mm时能量消耗最大;施加脉冲电压频率越大,放电等离子体的亮度越大;微秒脉冲放电的等离子体区域要大于纳秒脉冲放电。     

脉冲介质阻挡放电等离子体催化CH_4直接转化

研究了微秒脉冲和纳秒脉冲介质阻挡放电等离子体CH_4转化过程。对比了两种脉冲电源激励的CH_4介质阻挡放电等离子体特性,考察了不同脉冲电源激励时重复频率、流速和输入功率对CH_4转化效率及气态产物分布的影响,并对不同实验条件下CH_4转化反应路径的选择进行了分析。实验结果发现,CH_4转化气态产物均以H_2、C2H_6为主,CH_4转化率和H_2产率随着重复频率的上升而下降,但随流速的增大而减小。相同重复频率和流速条件下,微秒脉冲电源激励时CH_4转化率和H_2产率较高,而纳秒脉冲电源激励时具有能量利用率高的优势。在高重复频率、低流速条件下,在石英管内壁和金属电极上会产生更多的积炭和液态烃,因此导致反应的碳氢平衡降低。微秒脉冲电源激励时,随着输入功率的升高氢气和乙烷选择性下降,纳秒脉冲电源激励时呈现出相反的趋势。     

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。     

轻质高频高压纳秒脉冲电源研制

高压脉冲电源是产生放电等离子体及其应用于生物医学、材料表面处理及流动控制的重要激励源.基于单极性Marx电路与脉冲变压器相结合的思路,利用脉冲变压器的电压波形过冲现象,开发了一台高频高压纳秒脉冲电源样机.该电源样机输出电压幅值最高可达21 kV,频率最高达16 kHz,上升沿和下降沿分别约为145 ns和215 ns,脉宽约为250 ns;输出平均功率为125W以内时,整机效率高于80％.该脉冲电源的输出电压、频率等参数连续可调且体积较小.上述研究为开发应用于放电等离子体的高压脉冲电源提供重要参考.     

射频放电等离子体气动激励特性的实验研究

为了提高等离子体气动激励的强度及流动控制的能力,实验研究了射频放电等离子体的气动激励特性。建立了射频放电等离子体气动激励实验系统,由射频信号发生器、阻抗匹配升压变压器、尖–尖电极等离子体激励器等组成。尖–尖电极等离子体激励器由一组对称的电极和固定装置组成,电极材料采用钨,固定装置材料采用胶木,固定之后电极间距为0.5 mm。在静止空气条件下进行实验,研究了射频放电等离子体的电特性和诱导流动特性。实验结果表明:气压变化时,等离子体激励器的阻抗会发生变化,耦合到等离子体激励器的输入功率也不同;在大气压下,由于射频放电存在快速加热作用,在静止空气中诱导产生了近似圆柱形的冲击波;冲击波首先以音速向外传播,随后强度逐渐减弱,一定时间后衰减为弱扰动;采用射频电源、重频脉冲直流电源、ns脉冲电源,均能在静止空气中诱导产生冲击波,冲击波波速接近音速。由于射频电源的体积、重量更小,实现阻抗匹配之后所需的电源输入功率最低,因此,射频放电是一种非常有前景的气动激励产生方式,在等离子体流动控制方面可能取得较好的效果。     

基于POS的紧凑一体化功率脉冲电源

为发展高功率脉冲电源的工业应用而提高其重复工作频率并实现紧凑一体化,设计了一种基于等离子体断路开关(POS)的功率脉冲电源。该电源采用LCC谐振的有源充电器,以产生初级脉冲的Marx发生器为其负载,另外它还可作为等离子体枪的激励脉冲电源和POS的外加磁场激励电源。充电器的设计能满足上述负载在一定重复频率下的充电工作要求,从POS等离子体的注入到外磁场激励,再到Marx发生器和POS的工作,都通过电源电路及参数设计和时序脉冲触发控制而有序地进行。在介绍了轴向和角向两种外加磁场的同轴POS结构、触发控制同轴等离子体枪结构、脉冲发生主电路及其等效电路模型和触发控制脉冲时序后,仿真实验了设计参数的电路。结果表明该电源可以在紧凑一体化的设计原则之下实现Marx发生器初级脉冲的产生,再通过POS断路进一步压缩输出,从而得到较高的脉冲电压放大倍数。电源设计方法和仿真结果将可用于进一步发展面向新兴工业应用的重复频率功率脉冲电源。     

脉冲电源对电弧放电等离子体温度的控制研究EI北大核心CSCD

等离子体温度是电弧放电过程中的重要参数,控制等离子体温度能够有效的控制等离子体化学反应过程。为此,在研制电感储能和电容储能2种脉冲电源的基础上,测定了在不同放电频率、电容电压和储能电容条件下的脉冲电弧放电等离子体发射光谱,并计算了对应条件下的温度。结果显示:电弧放电等离子体温度可以通过改变电感储能电源中的放电频率和电容储能电路中的电压和电容值控制,其线性关系良好,相关系数分别为0.946、0.974和0.979。     

脉冲电源对电弧放电等离子体温度的控制研究

等离子体温度是电弧放电过程中的重要参数,控制等离子体温度能够有效的控制等离子体化学反应过程。为此,在研制电感储能和电容储能2种脉冲电源的基础上,测定了在不同放电频率、电容电压和储能电容条件下的脉冲电弧放电等离子体发射光谱,并计算了对应条件下的温度。结果显示:电弧放电等离子体温度可以通过改变电感储能电源中的放电频率和电容储能电路中的电压和电容值控制,其线性关系良好,相关系数分别为0.946、0.974和0.979。     

脉冲重复频率对微秒脉冲滑动放电特性影响的实验研究

脉冲滑动放电能够在大气压下产生高能量、高电子密度的低温等离子体,在废水处理、点火助燃、甲烷转化等领域具有广泛的应用前景。为了研究重复频率微秒脉冲电源对滑动放电特性的影响,采用自主研制的重复频率微秒脉冲电源,通过改变电源的脉冲重复频率进行了实验研究。结果表明在大气压空气中滑动放电产生的火花通道能够顺着气流的方向沿刀型电极刃面向上滑动,最大高度和长度可以达到29 mm和43 mm,各火花通道彼此分散。进一步分析脉冲重复频率对滑动放电的影响规律可知,高频时(500~1 500 Hz),随着脉冲重复频率的增大,火花放电通道逐渐向上发展,发生火花放电的最高位置逐渐向刀型电极的刀尖处靠拢。滑动放电的击穿电压逐渐减小,工作电压逐渐分散。这与驻留粒子的记忆效应和电极间隙的变化有关。低频时(1~300 Hz),由于气流的作用,电极间隙内驻留的粒子较少,其记忆效应对滑动放电的影响较弱,火花通道不能沿刀型电极刃面向上滑动。     

三角翼微秒脉冲等离子体流动控制的试验研究

为改善三角翼在大迎角下的气动特性,进行了微秒脉冲表面介质阻挡放电(SDBD)激励在静止空气中的纹影试验、不同迎角下的PIV测速试验以及不同试验参数下的测力试验。试验结果表明:微秒脉冲SDBD可产生快速温升,快速温升在流场局部诱导产生压缩波;微秒脉冲SDBD激励可有效地控制低速三角翼大迎角下的流动分离,且随迎角增大,流动控制效果逐渐减弱直到消失;存在最佳激励频率,此时流动控制效果最好,当来流风速30 m/s时,最佳激励频率为80 Hz,无量纲频率为1,可将三角翼最大升力系数提高4.3%,失速迎角推迟2°;在同一迎角下,来流速度45 m/s时,流动控制效果较30 m/s时有所降低。     

μs脉冲等离子体气动激励特性的实验研究

等离子体气动激励特性的测试诊断是揭示等离子体流动控制物理作用机制的重要基础。为此,主要在常规大气环境条件下,对μs脉冲等离子体气动激励特性进行电、光谱和流动特性的综合测试诊断实验研究。实验结果表明:μs脉冲放电的本质是丝状放电,在一个周期内,放电集中在正电压脉冲和负电压脉冲的上升沿;随着激励电压幅值增大,发射光谱强度增大,但表征电子温度和密度的典型谱线比变化不大;在放电的起始阶段,等离子体气动激励诱导了启动涡,启动涡随后发展成近壁面射流;激励电压和脉冲重复频率越大,等离子体气动激励诱导体积力越大;μs脉冲等离子体气动激励为非定常激励,消耗的功率比激励电压波形为连续正弦波时减小约30%,对于等离子体流动控制研究更为有益。     

Experimental Study of DBD Plasma Actuator with Combination of AC and Nanosecond Pulse Voltage

In the last decade, dielectric barrier discharge (DBD) plasma actuators using a combination voltage of AC and a nanosecond pulse have been studied. The combined‐voltage‐driven plasma actuator increases the body force effect, including wall jet and flow suction, by overlapping the nanosecond pulse voltage, while the DBD plasma actuator driven by nanosecond pulses is a flow control actuator generating compression waves due to pulse heating, which makes it possible to supply an active flow control at a high‐speed flow, reported as up to Mach 0.7. In this study, a DBD plasma actuator driven by a combination voltage of sinusoidal AC and nanosecond pulse was experimentally investigated. The time‐averaged net thrust and cycle‐averaged power consumption of the actuator were characterized by using an electrical weight balance and the charge‐voltage cycle of a DBD plasma actuator, respectively. The plasma actuator thrust driven with the combination voltage showed increased thrust with increasing pulse repetition rate. The energy consumption of the actuator was controlled by varying the AC phase when the nanosecond pulse was applied. Therefore, the thrust and power consumption in the actuator were almost independently controlled by the pulse repetition rate and the pulse imposed phase.     

采用电流控制策略的新型电火花加工电源研究

针对当前电火花加工（EDM）脉冲电源存在的诸多缺点，提出了一种新型电流型控制方案，并研制了原理样机。详细介绍了此电源电路结构和工作原理，阐述了其中的电流控制思路，对电路负荷的突然开拓和短路情况进行了仿真，并对实验结果和仿真结果进行了分析。     

电除尘用脉冲电源及控制系统的设计

脉冲供电是目前工业电除尘领域的重要发展方向,脉冲电源工作于负载频繁短路的场合,为实现脉冲回路中开关器件的可靠保护和控制,介绍了一种在中频基础直流上叠加脉冲的技术方案,分析脉冲谐振回路参数,基于DSP和CPLD协同控制的控制系统,重点阐述谐振电路IGBT控制逻辑和闪络保护策略,并搭建脉冲电源样机对方案的应用可行性进行验证,对于脉冲电源的优化和改进具有一定的参考意义。     

基于DSC的数字脉冲MIG弧焊逆变电源设计

介绍了以DSC为控制核心的逆变交流脉冲MIG孤焊电源的构成及工作原理;讨论了应用DSCMC56F8523控制的焊接电源控制系统的硬件设计和软件设计。介绍了模糊控制与专家系统在电源控制系统中的应用。试验证明,该电源工作稳定可靠,能较好地满足焊接工艺性能的要求。     

适用于XRD的12kW高频高压电源系统研究

提出了一种适用于X射线衍射仪的大功率高频高压电源的设计方法;该电源系统采用高频技术,克服了传统工频电源设备笨重、体积大、效率低等缺陷;采用脉宽调制技术(PWM)对系统进行控制和保护,使信号稳定;采用功率因数校正(PFC)技术使系统的功率因数达到了0.9。     

带外加磁场的微秒级等离子体断路开关

简述了脉冲功率电感储能技术中带外加磁场的微秒级等离子体断路开关 (MPOS)的发展现状 ,对磁场控制POS的工作机理、电极极性效应作了简单的分析。     

LED照明的节能控制技术

阐述了综合LED特性的照明电源,及其振幅控制和脉宽调制（PWM）两种调光控制技术。为实现低功耗、高效率、小型化等性能优势,电源电路中采用了buck．boost型变换器,用于控制LED电流：PWM中采用高频率照明,以抑制图像的闪烁,改善了照明效果。     

基于数字控制的MHz频率单脉冲电源设计

介绍了一种基于DSP数字控制的MHz级单脉冲电源设计方案。采用DSP作为信号源,产生三路相同的PWM信号,通过驱动电路放大后驱动三个并联的MOSFET,经变压器感应叠加后,在负载上输出频率为MHz脉冲。文中详细介绍了主电路、驱动电路以及变压器感应叠加的设计方法,并给出了各主要节点的实验波形。最后对研制的脉冲电源进行测试,证明该电源已达到设计要求。     

微秒级高功率断路开关

介绍了几种用于脉冲功率电感储能技术的微秒级传导时间断路开关的原理和应用,并就它们的各处在的特点进行了评述。