高频高压下介质阻挡放电的实验研究

利用介质阻挡放电实验装置和测量系统研究了不同的介质层厚度、外加电压以及空气间隙距离的等离子体助燃(PAC)激励器放电特性,并在实验数据的基础上,根据介质阻挡放电等效电路对空气间隙上的两端电压、放电电流等参数进行了计算。结果表明,介质层的厚度对放电脉冲的次数的影响很大;随外加电压的增加,脉冲放电增加,放电的起始时刻不断提前;随着空气间隙距离的减小,激励器放电强度明显增强,放电更加均匀。     

多针-平板电极介质阻挡放电的特性及影响因素研究

通过电压-电流波形图和电压-电荷李萨育图形的测量，研究了空气中多针-平板电极介质阻挡放电特性，比较了这种放电和平板-平板电极介质阻挡放电的区别。通过实验研究了放电间隙距离、多针电极针的密度、阻挡介质材料性质对多针-平板电极介质阻挡放电放电功率的影响。实验结果表明，在相同的条件下，与平板-平板电极介质阻挡放电相比，多针-平板电极介质阻挡放电消耗较大的放电功率；放电空间消耗的功率随外加电压和介电常数的增加而增加，随气隙距离的增加而减小。     

负极性方波下介质阻挡对电晕放电重复率的影响

电晕放电产生的空间电荷会在周边固体绝缘介质表面积聚,为了研究在介质阻挡下的电晕放电机理以及空间电荷对电晕放电重复率的影响,搭建了针-板介质阻挡电晕放电模型。使用负极性周期脉冲方波对放电起始前8个周期中放电重复率的变化规律进行分析,建立数学模型分析电晕放电下放电重复率、放电次数与电压的函数关系。通过对比无介质阻挡、PE、PTFE、PC、PVC、pressboard等片状绝缘材料阻挡以及FEP电缆绝缘层阻挡下电晕放电情况,得到以下结论:无介质阻挡时,放电重复率与电压呈指数关系,且指数常数主要由针尖直径与几何结构决定;绝缘介质阻挡时单周期内放电重复率呈负指数递减并趋于某一饱和值;各周期放电次数和放电重复率的变化与材料表面电阻率有相关性;改变脉冲间隔能改变放电重复率的变化趋势和放电次数的最终稳定值;绝缘几何结构会改变指数分布情况但不改变趋势。     

固定悬浮体的放电现象及机制

研究了两种悬浮导体方式对空气中局部放电现象的影响。板-尖-板悬浮放电方式发现放电来自悬浮针尖且有极性效应,来自针尖的正电晕电流大,负电晕电流小,但放电均发生在电压上升段;其主要机制是前次放电发生后在悬浮针上积累的电荷抑制随后的放电,但会触发电压反转后的放电,这类似于介质阻挡放电壁电荷作用。尖-尖-板悬浮放电方式发现容易出现局部击穿且极性效应不明显,但放电也发生在电压上升段,其主要机制也类似介质阻挡放电壁电荷作用。实验结果表明,悬浮针尖积累电荷的大小和极性是决定悬浮放电的关键因素,也说明这些电荷在半周期内的泄漏程度会影响后续放电。     

脉冲等离子体反应器放电特性研究

脉冲放电等离子体被广泛用于气态污染物处理的研究,放电参数直接影响反应器内等离子体状态,进而影响污染物的去除效果,研究不同条件下的放电特性可为脉冲等离子体技术的应用提供参考.本文利用线板式脉冲等离子体反应器, BPFN型高压脉冲电源供电, 研究了电源电容、极板间距及介质阻挡对放电特性的影响.结果表明:增大电源电容可以有效地提高电源能量效率;增大极板间距,峰值电压VP增大,峰值电流IP减小,脉宽减小,波形更加理想;陶瓷板阻挡放电可解决间隙火花放电,使脉冲电晕放电空间分布均匀,在大范围内提高电源能量效率.     

大气压Ar/H_2O等离子体射流的放电特性

为促进大气压Ar/H2O等离子体射流放电在材料表面改性、等离子体医学及环境工程等方面的应用,研究了大气压Ar/H2O等离子体射流放电模式和放电参量。测量了这种射流在不同外加电压下的电气特性、发光特性及光谱特性,并据此计算得到主要放电参量,如放电功率、传输电荷、电子激发温度、分子振动温度以及转动温度等随外加电压的变化规律。结果表明:随着外加电压的增大,大气压Ar/H2O等离子体射流放电模式可分为电晕放电、介质阻挡放电和射流放电3个阶段,并可通过电压电流波形图和发光图像进行区分。Ar/H2O等离子体射流产生的粒子主要有Ar、OH以及少量的O和N2等。随着外加电压的增大,放电功率、传输电荷及主要粒子(包括OH)的谱线强度都随着外加电压的增大而增大。当外加电压从7 kV增加到9.5 kV时,分子振动温度和转动温度随着外加电压的增大而增大,其变化范围分别为1 000~2 200 K和350~550 K。当外加电压为9.5 kV时,电子激发温度为0.646 eV。     

纳秒脉冲表面放电等离子体影响因素的实验研究

在大气环境条件下,以环氧为介质阻挡材料,基于单极性ns脉冲电源进行了表面介质阻挡放电实验,研究了电压幅值、电极宽度、电极间距和重复频率对放电等离子体的影响。结果表明ns脉冲表面介质阻挡放电是丝状放电,放电发生在电压脉冲的上升沿阶段;放电电流主要包括两部分脉冲,与放电丝分布的均匀性有着一定的内在关系,外加电压对放电的均匀性以及产生等离子体的长度起作用;电极宽度和间距对放电电流和产生等离子体的发光强度影响不大,电极宽度和间距越小,放电丝分布越均匀,电极宽度存在一个最优值,使得激励器的放电稳定且产生等离子体相对均匀;脉冲重复频率仅对等离子体强度起作用,对放电特性的影响较复杂,不同电极参数下这些影响与放电丝的分布状态有关。     

直流激励均匀氩气等离子体羽的脉冲特性

为研究大气压氩气等离子体羽的脉冲放电特性及其放电机理,以氩气为工作气体,在大气压空气环境中,利用直流激励的等离子体喷枪产生了圆锥形均匀的等离子体羽。等离子体羽长度随气流的增大而增大,但几乎不随两电极间维持电压的变化而变化。通过对两电极间维持电压、放电电流、放电发光信号的时间演化图分析,发现尽管维持电压是恒定的,放电电流和放电发光表现为周期性的脉冲。放电脉冲频率随维持电压的增大而增大,且随两电极间距离的增大而减小。对不同位置的发光信号时间演化进行研究,表明这种脉冲等离子体羽与常见的持续模式和子弹模式不同,其放电在不同的空间位置几乎是同时产生的,但是放电的熄灭却沿远离喷嘴的方向依次推迟。     

低气压氮气中放电形式转化的研究

目前广泛采用介质阻挡放电来获得大面积的均匀放电,但在常压下尤其是在空气中这种放电通常为细丝状放电。为研究在氮气中由均匀放电向柱状放电或丝状放电转化的过渡过程随外加电压变化的规律,实验研究了3.5-20kPa的氮气中,介质阻挡材料分别为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和石英的介质阻挡放电现象和电流波形随外加电压的变化情况,研究比较了介质材料对放电现象和特性的影响。研究发现,放电可在低于初始放电电压的情况下维持,并由丝状放电形式向柱状放电形式转化,放电电流和放电面积随之增大。实验结果表明,在低电场下放电会变得更加均匀,可能存在某种由丝状放电向柱状放电过渡的放电形式。但研究未能验证驻极体表面电荷去吸附对放电的影响。     

微间隙大气压空气介质阻挡放电模式的转化

大气压空气中介质阻挡均匀放电产生的等离子体在工业领域具有广阔的应用前景。为研究这种放电的产生条件及机理,利用微间隙介质阻挡放电装置,通过测量放电参数和发射光谱,研究了放电模式的转化过程。结果表明:低电压时电流波形每半个周期存在若干个脉冲宽度很小的脉冲,为微放电丝模式;随着电压增加,电流每半个周期出现了一个宽度较大(约5.5μs)强度较强的脉冲,该较宽电流脉冲上随机叠加了宽度小(约100 ns)强度弱的小脉冲;外加电压峰值达到9.2 kV时,电流波形只存在该较宽放电脉冲,为均匀放电模式。放电发射光谱的研究表明:外加电压增加时谱线强度比降低,即高能电子比例减小。这说明随外加电压增加,微气隙中的放电电场强度是降低的。