空气源高频圆管型DBD臭氧产生的实验研究

电源频率和放电管长度是介质阻挡放电(DBD)臭氧产生的两个重要影响因素,在前期的研究基础上,采用合适的放电管长度和电源频率进行实验研究。实验研究了干空气源放电管长度、放电电压和气体流量对臭氧产生的影响,并进行了系统优化。研究结果表明:放电管长度由500 mm变为200 mm,在几乎不降低臭氧浓度下放电平均功率约降低了60%;臭氧浓度随放电电压和气体流量的增大先增大后降低;当流量为200 L/h、放电电压为2 698 V时,臭氧浓度与臭氧产率同时达到相对较高值,此时,臭氧浓度为5.3 g/m3时,臭氧产率为43.62 g/kWh。     

供电方式对介质阻挡放电-催化降解苯的影响

为研究能量注入方式对等离子体降解有机污染物的影响,分别将交流高压和双极性脉冲高压引入介质阻挡放电反应器,结合Mn催化剂对苯进行降解,研究供电方式对放电特性、苯去除率和产物选择性的影响。结果发现,与交流电源相比,脉冲电源供电下能量在极短的时间里注入到反应器内,产生瞬间大功率放电和高能活性粒子,可以实现对苯的高效降解和较高的CO2选择性。此外,相同功率下脉冲介质阻挡放电(DBD)的臭氧质量浓度更多,更有利于与Mn催化剂结合对苯进行降解。在电压为18.8kV的条件下,对苯的去除率最高可达98%,CO2转化率可达77%。     

高频平板型介质阻挡放电臭氧产生的试验研究

电源频率的适当增大能提高臭氧发生效率。针对目前臭氧发生器电源频率偏低的情况,采用合适的高频高压电源和放电室结构,进行了试验和模拟研究。试验研究了峰值电压、气隙间距对臭氧产生的影响。试验结果表明:气隙间距为1、2、3mm时,电晕起始电压分别约为4.1、6.5和8.04kV;气隙间距为1mm时,臭氧体积分数和臭氧产率最高分别为24.55×10-3和134g/(kW.h)。然后首次模拟并分析了臭氧发生器内的电场强度,气隙间距为1、2、3mm时,气隙中心区域的电场强度分别为280.545、261.672和227.311kV/m。电源频率为7.47kHz能有效地提高气隙中心区域的电场强度,进而提高所产生的臭氧体积分数和臭氧产率,降低了成本。     

用于变频电机绝缘测试的PWM电压发生器

在变频电机绝缘测试中,重复脉冲方波电压不能完全模拟变频器输出的PWM电压反映变频电机绝缘失效机理,并且同一实验中使用不同电源影响实验数据的一致性。该文章设计了一台直接输出式PWM电压发生器,既可以输出模拟变频器实际的SPWM电压和SVPWM电压用于绝缘测试,又可以输出重复脉冲方波电压开展对比实验。首先,设计了基于FPGA的脉冲信号发生器,产生基波频率、开关频率可调的SPWM、SVPWM触发脉冲以及频率、占空比可调的重复方波脉冲;然后,设计了基于固态推挽开关的斩波器,在脉冲信号的触发下输出对应的双极性高压脉冲;最后,使用该脉冲电压发生器开展了SPWM电压下变频电机绝缘局部放电实验,验证了系统的可靠性和实用性。     

平板型DBD臭氧发生多参数影响研究

DBD放电特性主要由其放电参数评定,因此研究DBD臭氧发生器的放电参数对臭氧合成实际应用具有重要意义。文中主要研究峰值电压、放电频率和气体流量的变化对平板型DBD臭氧发生器放电特性及臭氧合成特性影响。并利用Q-V Lissajous图来计算臭氧发生器等效电容、放电间隙的折合场强、放电功率等放电参数,进而得出臭氧体积分数与产率的变化关系。实验结果表明:峰值电压从5 kV增大到9 kV,放电频率从5.5 kHz上升到8 kHz时,放电功率呈线性增大,放电间隙的折合场强和介质层等效电容逐渐增加,放电间隙等效电容逐渐减小,等效总电容、放电最小电压和击穿电压基本不变;臭氧体积分数随峰值电压增大先增大后减小,随放电频率的增大缓慢上升,而臭氧产率则均减小。气体流量从0.5 L/min变化到4.5 L/min时,放电参数基本不变,臭氧产率则随之增大。放电频率一定,峰值电压较高时,气体流量适当增加能促进臭氧的生成。     

汞膜形变对亚ns脉冲放电管击穿电压的影响

为研究电源电压对亚纳秒脉冲放电管输出脉冲幅度的影响,建立了基于汞膜电极放电管和无汞放电管的高压亚纳秒脉冲发生器及其参数测试装置。实验中观测到汞膜电极放电管的输出脉冲幅度随电源电压增加而明显增加的现象,但无汞放电管的输出脉冲幅度与电源电压的关系并不明显;用显微镜观测到汞膜电极放电管汞膜形变的现象。用示波器测量2种放电管动态击穿电压的结果表明,只有汞膜电极放电管的动态击穿电压随电源电压的升高而明显上升,汞膜形变是影响汞膜电极放电管击穿电压的主要原因,而且汞膜形变滞后于充电过程。在此基础上,采用汞膜电极放电管,连续调节电源电压,实现了单独、连续地控制脉冲幅度。     

低频高压脉冲放电水处理电源设计

采用电容作为储能元器件,气体放电管作为脉冲开关,设计了低频高压脉冲放电水处理电源。结合电流电压双闭环负反馈控制方法,设计了绝缘栅双极型晶体管(IGBT)逆变直流充电电路,可对储能电容进行恒压限流充电。基于PIC16F72单片机,研制了专门的放电触发时序控制电路,实现了3路高压脉冲放电电路交替放电,脉冲电源放电频率可达200Hz。将该高压脉冲电源应用于日落黄模拟印染废水处理,降解效果显著。     

不同电源激励下多针-平板介质阻挡放电特性比较

利用多针-平板电极在大气压空气中产生介质阻挡放电(DBD)等离子体,通过实验研究比较了μs脉冲和高频电源激励下的放电特性。测量了放电的电压电流波形图等电气特性,同时获得了放电发光图像及光谱特性等光学特性。计算得到放电功率、传输电荷、振动温度和电子密度等主要放电参量,研究了不同电压幅值下这些放电参量的变化规律,并结合放电机理对实验结果进行分析。结果表明:μs脉冲DBD比高频DBD更强烈,脉冲电压幅值的上升速率快,迅速在放电空间产生很高的过电压,加上脉冲放电过程中两次放电的相互影响,有效降低了放电空间的场强,因而脉冲DBD具有更好的放电均匀性和更高的放电效率。     

双极性高压脉冲介质阻挡放电降解甲醛及臭氧生成质量浓度控制

为进一步提高介质阻挡放电(DBD)降解甲醛的效率,并控制副产物的生成量,采用正负双极性高压脉冲电源对同轴式介质阻挡反应器供电,系统地研究了脉冲电压、脉冲重复频率、放电间隙、气体体积流量及甲醛初始质量浓度等影响因素对甲醛降解率及臭氧生成质量浓度的影响。实验结果表明:升高脉冲电压有利于甲醛的降解,当脉冲电压达到19 k V时,脉冲电压继续升高对甲醛降解率的影响不大,而臭氧生成质量浓度随着脉冲电压的增加而不断增大;放电间隙对甲醛降解率有很大的影响,随着放电间隙的减小,甲醛降解率增大,但放电间隙过小时,臭氧生成质量浓度较大;随着气体体积流量的增大,甲醛降解率降低;随着脉冲重复频率的增大,甲醛降解率增大,当脉冲重复频率达到60 Hz时,继续增加脉冲重复频率,甲醛降解率增大不明显;在一定实验条件下,甲醛初始质量浓度越大,甲醛降解率降低,而甲醛去除质量浓度增大并趋近于反应器的最大处理量。     

双极性脉冲电压下介质阻挡放电及其涤纶表面改性

大气压下空气中介质阻挡放电(ADBD)在工业材料表面改性处理上具有广泛的应用前景。为研究陡前沿双极性脉冲电源在介质阻挡放电(DBD)均匀性及涤纶表面改性上的应用,在相同条件下采用脉冲电源放电与工频电源、高频电源DBD进行对比,分析了放电特性并测试了涤纶改性后的不同效果。用高速摄影仪拍摄了放电的快速曝光照片并记录了电压、电流波形;用扫描电镜、能谱仪等测量手段观察了涤纶纤维改性前后的表面形貌以及含氧量的变化;并比较了改性后芯吸性的改善情况。研究结果表明,采用双极性陡前沿的窄脉冲电源有利于在空气中实现较均匀、稳定的介质阻挡放电。     

介质对臭氧发生器功率因数的影响

为探寻提高臭氧发生器功率因数、降低能量消耗的途径,优化臭氧发生器结构参数及其与高压高频电源的匹配,设计了介质阻挡放电型臭氧发生器试验系统,研究了介质材料、介质厚度以及放电气隙等因素对臭氧发生器功率因数的影响,并进行了理论分析。结果表明:选择相对介电常数较大、较薄的材料作为放电介质更易获得较大的功率因素;较小的放电气隙有利于提高放电的均匀性和功率因素;增大激励电压或频率同样会使功率因素增加。     

基于磁脉冲压缩的DBD高频双极性纳秒脉冲发生器的设计及其放电特性

作为高压高重复频率脉冲电压发生器的开关器件,磁开关的耐压、通流能力以及寿命远高于半导体开关,因而适用作为介质阻挡放电(DBD)激励电源的开关。为研究双极性高频下DBD等离子体放电特性,提出高频双极性磁脉冲压缩系统。首先,阐释通过全桥逆变电路、脉冲变压器和磁开关产生双极性脉冲的原理,并叙述该系统关键器件的设计;其次,利用PSpice仿真软件研究电路关键参数对输出波形的影响规律,测试电阻性负载电压波形,并与仿真结果进行对比分析。测试结果表明,通过双极性磁脉冲压缩系统,能够在负载两端输出的纳秒脉冲电压具有以下参数:幅值在5~13k V可调,上升沿100ns左右,重复频率可高至几千Hz。最后,针对高频双极性下的放电现象进行研究,结合DBD放电模型和放电图片探索高频双极性脉冲电压下放电特性与频率的关系,充实了高频放电理论研究。     

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。     

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。     

重复方波极性对聚酰亚胺耐电晕性能影响研究

利用极性可控的重复方波发生器,在具有6 kV峰峰电压、150 ns上升时间和下降时间、50%占空比的重复方波电压下,研究了正、负极性和双极性重复方波对聚酰亚胺耐电晕性能的影响。结果表明:重复方波极性对聚酰亚胺耐电晕和局部放电统计特性无显著影响,但对测试结果的分散性影响明显。不同电压下的耐电晕寿命和局部放电幅值的分散性由大到小依次为正极性、负极性和双极性。结合重复方波电压下大量局部放电统计数据,认为放电产生并建立起表面电荷积累后,极性反转瞬间的阶跃电压幅值是影响放电幅值和电晕破坏过程的主要因素。根据研究结果,采用双极性的重复方波电压执行变频电机绝缘耐电晕性能测试,有益于减小数据分散性,得到绝缘耐电晕性能的客观判据。     

双极性窄脉冲介质阻挡放电合成臭氧的研究

利用火花隙开关的双极性陡前沿窄脉冲高压电源 ,产生双极性陡前沿窄脉冲 ,在放电反应器中引发介质阻挡放电。试验结果表明 :该种形式的放电兼有短脉冲电晕放电和介质阻挡放电的优点 ,合成臭氧产率高 :进气为露点 <-40℃的干燥空气 ,臭氧质量浓度在 4～ 8g/ m3时 ,产率为 90～ 12 0 g/ (k Wh) ;进气为工业瓶装氧气 ,臭氧质量浓度在 3～18g/ m3时 ,对应产率为 30 0～ 390 g/ (k Wh) ,对比普通的介质阻挡放电提高产率幅度 >30 %。     

高压调频电源的研制

在臭氧发生器中,臭氧的产生效率与其放电电压的有效值、上升速率和频率有着密切的关系,因此设计一种电压峰值及其频率都可调的电源就十分必要了。本文介绍了一种新型的高压调频电源的设计方法。     

介质阻挡型臭氧发生器电极负载特性的分析

为解决介质阻挡型臭氧发生器电极和电源的匹配问题 ,用电极的等效电路分析了负载特性 ,同时将整个电路等效为RLC二阶电路进行分析 ,指出一定几何形状、间隙宽度和气体压力下 ,提高放电所诱发的功率有 3种方法 :运行频率高、介质薄而介电常数大、外界电压峰值高 ;与电极负载配套的电源要求减小脉冲放电电流的冲击     

抗强电磁干扰的高电压同步控制系统

为了在强电磁干扰环境中控制"双脉冲"实验的放电时序,研制了一台高电压同步控制系统。在采用多种常规的抗电磁干扰方法(如电磁屏蔽、光电隔离、独立电源和接地等)的基础上,该系统的核心抗干扰技术是选用高反向偏置的可控硅作为高电压脉冲变压器原边放电的控制开关。该系统由1个低电压多路时延发生器和5个独立的高电压脉冲发生器组成,它们分别放置在各自的电磁屏蔽机箱内,采用电池或电源隔离变压器供电,独立接地,时延发生器和高电压脉冲发生器之间采用光纤连接和光耦隔离。该系统可以输出5路25 kV的触发电压脉冲,各路之间时间间隔为0～1 s,最小调节时间步长为10 ns。该控制系统被成功地用于"双脉冲"放电实验中,实验证明它具有很好的抗电磁干扰能力。     

结构及供电电源对沿面介质阻挡放电装置放电特性及臭氧生成的影响

沿面介质阻挡放电(SDBD)等离子体能够高效生成反应活性物质,在生物医学、环保等应用领域得到广泛研究。SDBD装置的结构和供电电源参数是影响其放电特性及反应活性物质生成的主要因素,为此,以具有螺环线形高压电极的管状沿面放电装置为对象,研究了装置结构及供电电源对其放电特性及臭氧生成的影响。结果表明:在相同的供电电压下,螺环线形高压电极的螺距、介质厚度影响电极间的电场强度和分布、放电功率和臭氧生成量,但螺环线形高压电极的线径对放电功率和臭氧生成量几乎没有影响;螺环线形高压电极的螺距存在一个优化值,在螺距低于25mm时,放电功率和臭氧产生量随着螺距的增加而增加,当螺距大于25mm时,放电功率和臭氧产生量基本不再变化;当绝缘介质管厚度由3mm减小到1.6mm时,放电功率提高约2倍,臭氧产生量提高约3倍。同采用50Hz交流电源供电相比,SDBD装置采用9.6k Hz高频电源供电时,在较低的电压下即可获得较大的放电功率及臭氧产量,且臭氧生成的能量效率提高约25%。