论文题目: 大功率介质阻挡放电臭氧发生电源的关键技术研究与实现
论文类型: 博士论文
论文专业: 控制科学与控制工程
作者: 孟志强
导师: 彭永进
关键词: 介质阻挡放电法,臭氧发生器,串联谐振式逆变器,开关模态,移相调节特性,基波等效模型,设计方法,谐振极电容
文献来源: 湖南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 臭氧（O3）作为自然界最强的无二次污染氧化剂,广泛应用于自来水杀菌、消毒、除臭和去除重金属离子,应用于工业污废水的深度处理去除毒性物质、提高有机物的生物降解能力、使工业污废水中水回用与达标排放,对提高水质和环境保护具有深远的意义和巨大的经济价值。但臭氧是一种极不稳定易分解的物质,应用时需现场生产,最常用的生产方法是介质阻挡放电法,简称为DBD法,由单相交变电源在DBD型臭氧发生器的高、低压电极上形成数千伏的高电压,在绝缘介质层与电极之间的气隙内建立起交变强电场,电离气隙中的氧分子形成大量的微放电生成臭氧。显然,臭氧发生器和供电电源是DBD法的关键。 本文在广泛阅读国内外大量文献和深入研究现有臭氧发生电源相关技术的基础上,以移相PWM控制全桥供电的串联谐振式DBD型臭氧发生电源为对象,从发生器的电气特性、电源的移相调节特性和软开关技术三个方面,对电源的关键技术进行了系统的研究与探索,这些工作在理论与应用方面都有很大的意义。本文的主要工作为: 1.系统的分析了移相PWM控制全桥供电的串联谐振式DBD型臭氧发生电源系统的工作过程,提出了该系统的三种工作情况和五个主要特征; 2.基于波形时域分析,得到了电源在完全谐振放电工况下,发生器介质层端电压的表达式,发生器稳定放电的电气参数匹配条件与最佳匹配范围,在此基础上,提出了电源的时域设计方法,设计实例及其仿真结果证明了理论分析与设计方法的有效性; 3.基于对供电模态放电和环流模态放电的时域分析,研究了移相PWM控制串联谐振式DBD型臭氧发生电源系统的移相调节特性,得到了各个主要电气参数与移相角的关系曲线和各种运行工况下的移相调节范围,为运行中调节发生器的端电压和放电功率提供了依据,仿真结果证明了所得关系式的正确性; 4.提出了正弦电流供电的DBD型发生器的基波等效模型,可将分段线性的DBD型发生器气隙等效为一个连续变化的RC串联的非线性基波等效模型,详细研究了等效模型的电气特性,获得了发生器稳定放电的电气参数匹配条件与最佳匹配范围,并将该模型成功地运用于移相PWM控制串联谐振式DBD型臭氧发生电源系统,得到了完全谐振放电工况下电源的基波等效模型设计方法和调节特性,其设计结果与时域分析法的结果完全一致,并被仿真所证实。这种基波等效模型分析法不仅简单使用,也可以此为工具将感应加热线性负载用串联谐振电路的丰富的研究成果移植到DBD型非线性负载; 5.详细分析了感性工况下,具有谐振极电容、用MOSFET作功率开关的移相PWM控制串联谐振式电源的开关模态,得到了开关模态的重要特征;研究了
论文目录:
摘要
Abstract
插图索引
附表索引
变量名称及其符号表
第1章 绪论
1．1 臭氧的性质及其应用
1．2 臭氧的介质阻挡放电生成方法与生成机理
1．3 大功率介质阻挡放电臭氧发生系统
1．4 臭氧发生器的主要电特性
1．4．1 放电电场强度和电子能量
1．4．2 发生器的等效电路
1．4．3 放电功率和放电功率因数
1．5 臭氧发生电源的发展
1．5．1 电源发展简史
1．5．2 工频与中高频供电电源的比较
1．6 串联负载谐振式中频逆变电源及其主要控制技术
1．7 有待进一步深入研究的关键技术
1．8 本文的创新点与主要研究内容
第2章 感性工况移相控制谐振电源的工作模态与时域设计方法研究
2．1 电源的工作模态分析
2．1．1 开关模态
2．1．2 开关模态的特征
2．1．3 电路需要解决的几个问题
2．2 电源时域波形分析的基本假设与定义
2．3 完全谐振放电工况的波形分析
2．3．1 波形分析
2．3．2 电压匹配条件
2．3．3 负载电流
2．3．4 放电功率
2．3．5 发生器放电功率的统一表达式与重要特征
2．4 串联负载谐振式臭氧发生电源的时域设计方法
2．5 设计实例
2．5．1 对象与参考文献的设计结果
2．5．2 时域设计结果
2．6 设计实例的仿真研究
2．6．1 仿真模型
2．6．2 设计实例的仿真波形与分析
2．7 本章小结
第3章 臭氧发生电源的移相调节特性研究
3．1 供电模态放电工况
3．1．1 波形分析
3．1．2 移相调节特性
3．1．3 主要电气变量的变化范围
3．2 环流模态放电工况
3．2．1 波形分析
3．2．2 移相调节特性
3．2．3 主要电气变量的变化范围
3．3 调节特性曲线
3．4 移相调节特性的仿真研究
3．4．1 仿真参数与仿真说明
3．4．2 移相调节特性曲线与讨论
3．4．3 设计实例移相调节过程的主要电气参数仿真波形
3．5 本章小结
第4章 正弦电流供电的发生器基波等效模型及其在串联谐振式电源设计中的应用
4．1 发生器基波等效模型研究
4．1．1 发生器的稳态工作过程
4．1．2 发生器的基波等效模型
4．2 基波等效模型的电气特性研究
4．2．1 发生器放电功率和功率因数
4．2．2 基波等效模型与λ的关系
4．2．3 基波等效模型电气特性研究的结论
4．2．4 发生器的电压谐波分析
4．3 基波等效模型在串联谐振式电源设计中的应用
4．3．1 电路的负载特性
4．3．2 基于基波等效模型的介质层端电压调节特性
4．3．3 电源的基波等效模型设计方法
4．4 设计实例
4．4．1 设计计算
4．4．2 与时域法设计结果的比较
4．4．3 与参考文献仿真结果的比较
4．5 本章小结
第5章 电源的软开关技术与极电容设计
5．1 逆变桥上下桥臂的换流过程分析
5．1．1 换流过程的组成
5．1．2 换流过程的等效电路
5．1．3 换流过程的数学描述
5．2 软开关特性
5．2．1 Q_1的软关断及其关断损耗特性
5．2．2 Q_2的软开通及换流时间特性
5．3 电源的最高工作频率探讨
5．4 电源的软开关设计
5．4．1 设计方法
5．4．2 设计实例
5．4．3 设计实例的仿真
5．5 本章小结
第6章 正弦电压供电的基波等效模型及其应用
6．1 发生器的基波等效模型研究
6．1．1 发生器的稳态工作过程
6．1．2 发生器的基波等效模型
6．2 基波等效模型的电气特性研究
6．2．1 发生器放电功率和功率因数
6．2．2 基波等效模型的电气特性
6．2．3 发生器的电流谐波分析
6．3 基于基波等效模型的工频供电电源设计方法
6．4 设计实例与仿真验证
6．4．1 设计计算
6．4．2 仿真结果
6．5 本章小结
结论
参考文献
致谢
附录A (攻读博士学位其间所发表的学术论文目录)
附录B (攻读学位期间完成的科研项目)
附录C (攻读学位期间获得的国家专利)
发布时间: 2006-05-10
参考文献
- [1].数字控制PWM逆变电源关键技术研究[D]. 孔雪娟.华中科技大学2005
- [2].分布式微网电力系统中多逆变电源的并网控制研究[D]. 鞠洪新.合肥工业大学2006
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