DBD型臭氧发生器负载特性及高频放电电源的研究

论文题目: DBD型臭氧发生器负载特性及高频放电电源的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 电力电子与电力传动

作者: 黄玉水

导师: 张仲超

关键词: 介质阻挡放电,臭氧发生器,负载特性,放电电源,负载频率跟踪,电流过零锁相,容性方式,感性方式,谐振式方式

文献来源: 浙江大学

发表年度: 2005

论文摘要: 电力电子是一门集电力、电子和控制于一体的新型学科,它的应用已经渗入到工业、农业、国防以及交通等众多领域。本文以电力电子技术在人工制备臭氧方面的应用为切入点,以工业上常用的介质阻挡放电型臭氧发生器为研究对象,在负载特性以及高频放电电源方面进行了深入的分析和研究。 文章首先阐述了介质阻挡放电法制备臭氧的物理机理和特点,并从臭氧发生器和放电电源两方面概述了国内外人工制备臭氧技术的研究现状和发展方向。根据目前臭氧发生器放电电源研究中存在的问题,提出了在深入研究臭氧发生器负载特性的基础上,利用现代电力电子技术设计制作高效臭氧发生器高频放电电源的可行性和必要性。 其次是对臭氧发生器负载特性进行了深入的理论分析和实验研究。文章从介质阻挡放电的物理机理和特点出发,在分别假定负载电压为正弦波、负载电流为正弦波以及负载电流为方波的条件下,对臭氧发生器的负载特性(包括有放电过程的放电开始时间、放电间隙发生放电的临界条件、无放电过程负载电压与电流的关系、有放电过程负载电压与电流的关系、负载平均等效电容以及放电过程的功率消耗等)进行了详细的理论分析,为进一步研究和设计负载放电电源奠定了理论基础。 文章还引入了一种利用测量电容间接测量负载参数以及计算有放电过程负载功率消耗的方法,并对臭氧发生器负载进行了一系列的实验,同时对实验结果进行了较详细的分析,并绘制了负载特性三维曲线。实验结果一方面验证了理论分析的正确性,另一方面为下一步设计和研究放电电源提供了的依据。 考虑到放电电源频率的升高有利于强化臭氧的合成,同时臭氧发生器负载具有电容特性,本文选择了电压型逆变器作为放电电源主电路结构,电容性负载与变压器漏感构成串联谐振电路,同时结合负载特性曲线分析和比较了高频放电电源不同控制方式特点。由于基于电流过零锁相容性PWM方式的高频放电电源不仅具有频率变化范围小的特点,而且逆变器中的功率器件具有开关环境好、缓冲电路设计和参数选择简单等优点,所以文章提出了基于电流过零锁相容性PWM方式的高频放电电源更适合于臭氧发生器负载的观点,并从控制方式的实现原理、主电路换流分析、电路实现以及实验结果分析等几方面分别对电流过零锁相容性PWM方式的高频放电电源和基于谐振式PWM方式的高频放电电源进行了较为深入的分析和研究。 文章的最后进行了全文总结和工作展望。

论文目录:

第一章 绪论

1.1 臭氧及臭氧制备技术

1.1.1 臭氧的性质及其应用

1.1.2 人工制备臭氧的方法

1.1.3 介质阻挡放电的物理机理及特点

1.2 人工制备臭氧技术的研究现状和发展方向

1.2.1 人工制备臭氧技术的研究现状

1.2.2 人工制备臭氧技术的发展方向

1.3 选题的意义及主要研究内容

1.3.1 选题的意义

1.3.2 主要研究工作

1.4 本章小结

参考文献

第二章 DBD型臭氧发生器负载特性的理论分析

2.1 DBD型臭氧发生器结构和臭氧制备的工艺流程

2.1.1 臭氧发生器的基本结构

2.1.2 人工制备臭氧的工艺流程

2.2 DBD型臭氧发生器负载特性的理论基础

2.3 负载电压为正弦波条件下负载特性分析

2.3.1 放电开始时间的计算

2.3.2 放电临界条件

2.3.3 无放电过程的定量分析

2.3.4 有放电过程的定量分析

2.3.4.1 负载电压与电流的关系

2.3.4.2 有放电过程的平均电流和负载平均等效电容

2.3.4.3 有放电过程功率消耗的计算

2.3.5 小结

2.4 负载电流为正弦波条件下负载特性分析

2.4.1 放电开始时间的计算

2.4.2 放电临界条件

2.4.3 无放电过程的定量分析

2.4.4 有放电过程的定量分析

2.4.4.1 负载电流与电压的关系

2.4.4.2 负载电压的变化和负载平均等效电容

2.4.4.3 有放电过程功率消耗的计算

2.4.5 小结

2.5 负载电流为方波条件下负载特性分析

2.5.1 放电开始时间的计算

2.5.2 放电临界条件

2.5.3 无放电过程的定量分析

2.5.4 有放电过程的定量分析

2.5.4.1 负载电压与电流的关系

2.5.4.2 负载电压的变化和负载平均等效电容

2.5.4.3 有放电过程功率消耗的计算

2.5.5 小结

2.6 本章小结

参考文献

第三章 DBD型臭氧发生器负载特性的实验研究

3.1 利用测量电容测量负载参数的原理

3.1.1 负载电容的测量原理

3.1.2 负载有放电过程功率消耗的计算

3.1.3 放电临界电压和放电维持电压的关系

3.2 DBD型臭氧发生器负载简介

3.3 高频条件下DBD型臭氧发生器负载参数的实验测试

3.3.1 15kHz条件下负载参数的实验测试

3.3.2 其它频率下负载参数的实验测试

3.3.3 比较与分析

3.4 高频条件下DBD型臭氧发生器负载特性的实验研究

3.4.1 负载电压与负载电流的关系

3.4.2 负载电流与逆变电源的输出电压以及工作频率的关系

3.5 本章小结

参考文献

第四章 臭氧发生器高频放电电源结构和控制方式研究

4.1 臭氧发生器负载对高频放电电源的要求

4.2 负载谐振型逆变器的基本拓扑结构

4.3 串联谐振负载特性分析

4.4 直流调功方式臭氧发生器高频放电电源的特点

4.4.1 相控式整流电路

4.4.2 斩控式整流电路

4.4.3 直流调功方式下逆变器工作情况分析

4.4.4 基于直流调功方式的臭氧发生器放电电源的比较

4.5 逆变调功方式臭氧发生器高频放电电源的特点

4.5.1 脉冲频率调制(PFM)方式

4.5.1.1 容性脉冲频率调制(PFM)

4.5.1.2 感性脉冲频率调制(PFM)

4.5.2 脉冲密度调制(PDM)方式

4.5.3 脉冲宽度调制(PWM)方式

4.5.4 电流过零锁相容性PWM方式

4.5.4.1 电流过零锁相容性PWM方式的原理

4.5.4.2 电流过零锁相容性PWM方式下逆变器的工作特点

4.5.4.3 电流过零锁相容性PWM方式下逆变器的主电路换流过程

4.5.4.4 电流过零锁相容性PWM方式下逆变器缓冲电路设计

4.5.5 电流过零锁相感性PWM方式

4.5.5.1 电流过零锁相感性PWM方式的原理

4.5.5.2 电流过零锁相感性PWM方式下逆变器的工作特点

4.5.5.3 电流过零锁相感性PWM方式下逆变器的主电路换流过程

4.5.5.4 电流过零锁相感性PWM方式下逆变器缓冲电路设计

4.5.6 谐振式PWM方式

4.5.6.1 皆振式PWM方式的原理和特点

4.5.6.2 谐振式PWM方式下逆变器的主电路换流过程

4.5.6.3 谐振式PWM方式下逆变器缓冲电路设计

4.5.7 基于逆变调功方式的臭氧发生器放电电源的比较

4.6 本章小结

参考文献

第五章 臭氧发生器高频放电电源的研究

5.1 基于电流过零锁相容性PWM方式臭氧发生器高频放电电源

5.1.1 电流过零锁相容性PWM方式的实现及特点

5.1.2 有缓冲元件时主电路的换流过程

5.1.3 寄生参数引起的振荡及消除

5.1.4 电流过零锁相容性PWM方式的臭氧发生器电源的主电路拓扑

5.1.5 电流过零锁相容性PWM方式的实现

5.1.5.1 控制电路的原理

5.1.5.2 他激信号的产生

5.1.5.3 信号的检测

5.1.5.4 电子开关的设计

5.1.5.5 死区时间的生成

5.1.5.6 驱动和保护电路的设计

5.1.6 实验结果与分析

5.1.7 小结

5.2 基于谐振式PWM方式的臭氧发生器高频放电电源

5.2.1 谐振式PWM方式的实现原理及特点

5.2.2 谐振式PWM方式的臭氧发生器电源的主电路拓扑

5.2.3 三角波信号的产生

5.2.4 仿真结果与分析

5.2.5 实验结果与分析

5.2.6 小结

5.3 本章小结

参考文献

全文总结及工作展望

攻读博士学位期间撰写的学术论文

致谢

发布时间: 2005-07-14

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