介質(zhì)阻擋放電電壓對(duì)負(fù)載電容的影響研究

沈陽理工大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院 鄒昀龍

介質(zhì)阻擋放電電壓對(duì)負(fù)載電容的影響研究

沈陽理工大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院 鄒昀龍

利用介質(zhì)阻擋放電原理產(chǎn)生等離子體射流的狀態(tài)會(huì)受到施加電壓的影響，射流長度和發(fā)光強(qiáng)度都會(huì)隨著施加電壓的增加而增強(qiáng)。DBD放電裝置中氣體的流量，電源頻率，施加電壓都會(huì)引起等離子體射流狀態(tài)的變化。DBD發(fā)生裝置的主要負(fù)載可認(rèn)為是電極結(jié)構(gòu)本身，本文電極結(jié)構(gòu)為針-環(huán)狀同軸透明石英管，為容性負(fù)載，本文通過改變施加電壓的幅值研究負(fù)載電容的變化。

介質(zhì)阻擋放電；等離子體射流；變壓器諧振點(diǎn)；電極結(jié)構(gòu)電容

引言

近年來，利用介質(zhì)阻擋放電原理產(chǎn)生的等離子體射流被廣泛應(yīng)用，可被用于污水處理、臨床醫(yī)學(xué)中殺菌消毒、材料表面改性等[1]，不同的電極結(jié)構(gòu)具有不同的放電特點(diǎn)，不同的實(shí)驗(yàn)條件產(chǎn)生的等離子體射流形式可分為以下幾種: ：輝光放電、自組織斑圖放電、絲狀放電。 為了對(duì)等離子體射流特性進(jìn)行深入分析，首先需要知道電路結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)。本文通過測(cè)量變壓器的基本參數(shù)，然后利用變壓器的基本參數(shù)研究等離子體射流產(chǎn)生時(shí)變壓器的輸出電壓幅值對(duì)負(fù)載電容值的影響。

1.理論分析

根據(jù)RLC諧振電路原理，變壓器副邊漏感、副邊寄生電容、DBD發(fā)生裝置的電容，支路電阻構(gòu)成了諧振電路[2]。初級(jí)側(cè)電壓經(jīng)過升壓變壓器后將輸出電壓分別接入電極結(jié)構(gòu)的高壓電極與地電極之間，在等離子體射流產(chǎn)生時(shí)，通過測(cè)量變壓器的諧振點(diǎn)來分析變壓器的輸出電壓對(duì)電極結(jié)構(gòu)電容值的影響。

2.實(shí)驗(yàn)研究

DBD發(fā)生裝置主要有：升壓電路，氣路及電極結(jié)構(gòu)，本文使用的針-環(huán)狀電極結(jié)構(gòu)如圖1所示，電極結(jié)構(gòu)中通入純度為99.99%的氬氣，氬氣流量為7L/min，輸出電壓為準(zhǔn)正弦電壓，頻率為25kHz,升壓變壓器的升壓比為50。

圖1 針-環(huán)狀電極結(jié)構(gòu)示意圖

圖1電極結(jié)構(gòu)中，高壓電極和地電極材質(zhì)為銅，變壓器參數(shù)測(cè)量電路如圖2所示，測(cè)量電路需要確定變壓器副邊的漏感和變壓器副邊寄生電容的值，為電極結(jié)構(gòu)的電容值，使用不同的電容值代替，諧振回路的共振頻率為：

Cv由10pF，100pF高壓電容代替，別測(cè)量電路的諧振點(diǎn)，由式1計(jì)算得到變壓器參數(shù)Ls=2.1H，Cs=31pF。

圖2 測(cè)量寄生電容CS和漏感LS采用的電路圖

在DBD發(fā)生裝置的電極結(jié)構(gòu)未通入氬氣時(shí)，初級(jí)側(cè)給定10V電壓，在電極空間內(nèi)不發(fā)生局部擊穿的情況下測(cè)量變壓器的諧振點(diǎn)在18kHz處，根據(jù)公式1算出電極結(jié)構(gòu)的電容為6.3 pF。將氬氣通入電極結(jié)構(gòu)空間內(nèi)，將變壓器初級(jí)側(cè)電壓調(diào)節(jié)到40V，測(cè)量等離子體射流產(chǎn)生時(shí)變壓器的諧振點(diǎn)為15.8kHz，再根據(jù)公式1算出此時(shí)電極結(jié)構(gòu)的電容值為17.4pF。同理：測(cè)量初級(jí)側(cè)電壓分別為50V、60V、70V，80V時(shí)變壓器的諧振點(diǎn)，求得電極結(jié)構(gòu)電容值分別為：20.5 pF、23.3 pF、25.6 pF、27.2 pF。

3.結(jié)論

本文通過搭建DBD發(fā)生裝置電路，首先測(cè)量變壓器副邊的漏感和寄生電容的參數(shù)，然后通過調(diào)節(jié)升壓變壓器的初級(jí)電壓，測(cè)量變壓器諧振點(diǎn)頻率，通過RLC諧振公式計(jì)算出電極結(jié)構(gòu)電容值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：電極結(jié)構(gòu)電容值隨著變壓器初級(jí)側(cè)電壓幅值的增加而增加，同時(shí)觀察到在諧振點(diǎn)處等離子體射流的長度及放光強(qiáng)度增加。

[1]謝靜,郝小龍等.大氣壓等離子體射流滅菌的研究進(jìn)展[J].安全與環(huán)境工程,2016,6(20):50-52.

[2]趙凱.介質(zhì)阻擋放電參數(shù)診斷及負(fù)載特性研究[J].大連理工大學(xué),2014.

鄒昀龍（1992－），男，吉林集安人，研究方向：智能檢測(cè)與信息處理。