AC+DC气液两相放电废水处理电源的研究

论文摘要

经济持续发展与水污染形势日益严峻的矛盾,对废水处理系统无二次污染和高效运行的要求,放电等离子体废气处理技术的飞速发展和工业化,放电处理难降解废水的成功等等,要求加速推进放电等离子体废水处理技术的进步,在此背景之下,本文开展AC+DC气液两相放电废水处理系统的研究。首先对放电等离子体废水处理技术和电源装置进行较全面的分析总结。接着对比说明各种工业化电晕放电等离子体发生技术的特点和应用,对放电处理污染物机理进行分析讨论。文中着重归纳总结了各类气液两相废水处理装置的特点和关键技术,并概要介绍了本文所要研究的交直流叠加放电废水处理系统的结构。为了说明反应器中放电反应的机理,文中还对放电场畸变效应进行了有限元仿真分析。文中对基于LCC谐振变换的AC+DC放电电源主电路进行分析,通过对工作方式、模态及主电路的等效分析,确定电路的设计参数,在此基础上进行Pspice仿真分析,验证了所进行的设计和相关参数计算的合理性。进一步地对电源的运行效率和各主要构成部分的损耗进行了分析,对电源负载特性进行仿真计算、对模拟水中弧光放电的电源特性进行了仿真,校核和优化了某些电路元件设计参数。接下来进行了主电路元件参数计算和选型、高频变压器及谐振电感的设计与校核、控制电路的设计、驱动电路及保护电路的设计等。依据整个放电等离子体废水处理系统对控制的要求,选择PIC18F458控制器,确定控制方案和进行控制电路的设计,并按照所拟定的水处理软件流程,编制放电水处理程序。文中对样机调试和实验进行分析说明,包括装置的结构、调试步骤及实验波形与仿真分析结果的对比等项内容。最后对本文研究的主要内容及成果做出总结。本文的研究是放电等离子体废水处理技术及实现其工业化的一个尝试,研究工作及其成果对相关领域的研究进程及我国相关技术的工业化步伐具有一定的促进作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景、目的和意义
• 1.2 放电水处理技术的发展
• 1.2.1 紧凑型放电电源的研究进展
• 1.2.2 放电废水处理技术研究进展
• 1.3 课题的主要研究内容
• 第2章 气液两相放电废水处理技术
• 2.1 放电水处理的理论分析
• 2.1.1 放电等离子体产生方法
• 2.1.2 工业化电晕放电等离子体发生技术
• 2.1.3 放电等离子体处理污染物的机理
• 2.2 气液两相放电废水处理系统
• 2.2.1 放电水处理电源
• 2.2.2 气液两相放电废水处理装置的研究
• 2.2.3 交直流叠加电源废水处理系统结构
• 2.3 水中电极放电的电场畸变分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 AC+DC 电源设计及仿真分析
• 3.1 电源主电路设计分析
• 3.1.1 谐振电路工作方式的分析
• 3.1.2 LCC 谐振电路工作模态的分析
• 3.1.3 电源的等效分析
• 3.2 主电路的仿真分析及确定
• 3.2.1 AC+DC 叠加仿真分析
• 3.2.2 LCC 谐振变换主电路仿真分析
• 3.3 AC+DC 电源损耗分析
• 3.3.1 负载特性与电源损耗的分析
• 3.3.2 高压滤波电容与电源损耗的分析
• 3.4 负载特性分析
• 3.4.1 负载特性基本分析
• 3.4.2 负载等效电路仿真分析
• 3.4.3 模拟放电仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 放电电源主电路硬件设计
• 4.1 AC+DC 电源设计指标
• 4.2 电源主电路参数设计及元器件选择
• 4.2.1 主电路参数设计
• 4.2.2 开关及高压器件的选择
• 4.3 高频变压器和磁性电感元件设计
• 4.3.1 磁性器件工作状态及磁性材料分析
• 4.3.2 高频变压器的设计
• 4.3.3 谐振电感的设计
• 4.3.4 高频变压器及谐振电感参数校核
• 4.4 本章小结
• 第5章 控制系统及软件设计
• 5.1 驱动电路的设计
• 5.2 保护电路的设计
• 5.2.1 输出过压及欠压保护电路
• 5.2.2 过流保护电路
• 5.3 系统控制器
• 5.4 软件设计
• 5.4.1 编程语言和开发环境
• 5.4.2 系统控制方案与软件流程
• 5.5 本章小结
• 第6章 样机调试和实验
• 6.1 AC+DC 放电电源装置
• 6.2 调试方法及步骤
• 6.3 实验波形及分析
• 6.3.1 LCC 谐振变换器实验
• 6.3.2 AC+DC 叠加特性分析
• 6.3.3 系统放电实验
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢