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。     

基于双级 LC 谐振的臭氧发生器供电电源研究

以往研究者们对DBD型臭氧发生器供电电源的研究主要集中在含有中高频升压变压器的逆变电源,少有人考虑采用无中高频升压变压器的逆变电源。基于DBD型臭氧发生器的等效模型和有高频升压变压器的逆变电源存在的缺点,提出了基于双级LC谐振的无升压变压器的新型臭氧发生器供电电源拓扑结构,分析了双级LC谐振在臭氧发生器供电电源中的升压原理和双级LC谐振的谐振参数设计方法。通过仿真分析和试验,验证了提出的无升压变压器的新型臭氧发生器供电电源能够满足臭氧发生器放电所需的高电压和大电流的需求。     

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。     

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。     

中低频正弦电压供电DBD型臭氧发生器基波等效电路与动态特性研究

提出了一种新的正弦电压供电DBD型臭氧发生器基波等效电路,该电路由非线性基波等效电阻Re和基波等效电容Ge简单并联组成.基于此电路,研究了发生器的放电开始角、放电功率和功率因数等动态电气特性,得到了发生器最佳特征参数匹配范围.10～100g/h产量中频臭氧发生器的实际运行波形与测试结果证明了本文理论的正确性与实用性.     

典型调节方式下串联谐振供电的DBD型臭氧发生器负载调节特性研究

利用介质阻挡放电型(Dielectric Barrier Discharge,DBD)臭氧发生器的线性化等效电路,得出了串联谐振供电下DBD型臭氧发生器系统电路模型,并利用电路模型推导了DBD型臭氧发生电路的约束方程。基于这些约束方程对DBD型臭氧发生器在PFM(Pulse Frequency Modulation)、PAM(Pulse Amplitude Modulation)和CLI(Change Load Impedance)三种典型调节方式下的负载调节特性进行了理论分析和实验验证。理论分析和实验结果表明,在PAM调节方式下,DBD型臭氧发生器负载调节特性具有良好的线性特性,能实现DBD型臭氧发生器放电功率的平滑调节,是一种较为理想的调节方式。     

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。     

移相控制串联谐振式臭氧发生器电源分析

对工作在一种移相控制下的串联负载谐振式全桥逆变器供电的介质阻挡放电(DBD)型臭氧发生器的供电电源进行详细的分析，通过结合逆变桥中开关器件的通断状况和DBD电路的放电、未放电状态，得出了DBD电路的供电电源在移相控制下的2种不同点火状况及其在不同点火状况下的电路工作模态。在模态分析的基础上，推导供电电源的工作频率、DBD电路承受的峰值电压、逆变电路输出电流峰值和电路放电功率的显性表达式，并通过这些公式对这4个主要参数的调节特性进行分析。最后给出理论计算和实验结果的对比分析，验证利用模态分析方法分析DBD电路的可行性以及理论推导的正确性。     

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。     

移相控制下DBD型臭氧发生器供电电源的设计

针对开环控制下的介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,简称DBD)型臭氧发生器的供电电源易出现不稳定状况,设计了一套采用电压闭环和移相控制的全桥串联负载谐振式逆变器供电的臭氧发生器供电电源系统。详细介绍了臭氧发生电源系统的结构、逆变电路控制方式、功率调节控制策略以及驱动电路的设计过程。实验结果表明,所设计的供电电源能解决臭氧发生器过压、电源系统易受外界干扰波动等问题,同时还具有功率调节便利和逆变电路电流接近正弦波等优点,具有良好的工程应用价值。     

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。     

同轴圆柱结构DBD装置放电功率的模拟计算及实验研究

分析了介质阻挡放电的宏观工作机理,推导了介质阻挡放电功率的计算公式,在电场及等效电容分析的基础上,建立了同轴圆柱结构介质阻挡放电装置放电功率的数学模型。依据该模型对介质阻挡放电功率随输入电压的变化规律进行了模拟计算,并对具体算例进行了实验对比研究,研究结果验证了文中所建立模型的精确性和有效性,为介质阻挡放电类型的低温等离子体反应器的设计提供了理论依据。     

沿面型介质阻挡放电的电气特性

沿面型介质阻挡放电在气流控制等方面具有十分广阔的应用前景。本文对其放电机理进行了分析,指出放电过程中在介质板表面积聚的电荷处会形成一虚拟电极,与放电空间其他电荷共同作用,对放电过程产生影响。基于此,建立放电的等效模型,推导了放电功率的计算公式,并与Lis-sajous图形计算的放电功率比较,具有较好的吻合。讨论了外加电压、频率对放电特性的影响:外加频率相同时,随着外加电压的增加,每半周期内传输的放电电荷不断增大,且其变化趋势与功率增长趋势基本一致,呈非线性增加,同时放电面积增大,功率增加;外加电压一定时,放电功率与频率成正比。     

臭氧发生器研究的进展

介绍了放电式臭氧发生器电极形式、材料及电介质方面研究的新成果;讨论了近年来国内外在放电式、电解池式、紫外线辐照式臭氧发生器的新进展。分析表明提高介质的击穿强度和介电常数,改善系统散热效果,采用耐高温、耐氧化电极材料,合理设计系统结构和电极结构是提高放电式臭氧发生器性能、延长寿命的主要途径。     

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。     

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。