介質阻擋放電電壓對負載電容的影響研究

沈陽理工大學自動化與電氣工程學院 鄒昀龍

介質阻擋放電電壓對負載電容的影響研究

沈陽理工大學自動化與電氣工程學院 鄒昀龍

利用介質阻擋放電原理產生等離子體射流的狀態會受到施加電壓的影響，射流長度和發光強度都會隨著施加電壓的增加而增強。DBD放電裝置中氣體的流量，電源頻率，施加電壓都會引起等離子體射流狀態的變化。DBD發生裝置的主要負載可認為是電極結構本身，本文電極結構為針-環狀同軸透明石英管，為容性負載，本文通過改變施加電壓的幅值研究負載電容的變化。

介質阻擋放電；等離子體射流；變壓器諧振點；電極結構電容

引言

近年來，利用介質阻擋放電原理產生的等離子體射流被廣泛應用，可被用于污水處理、臨床醫學中殺菌消毒、材料表面改性等[1]，不同的電極結構具有不同的放電特點，不同的實驗條件產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。 為了對等離子體射流特性進行深入分析，首先需要知道電路結構的基本參數。本文通過測量變壓器的基本參數，然后利用變壓器的基本參數研究等離子體射流產生時變壓器的輸出電壓幅值對負載電容值的影響。

1.理論分析

根據RLC諧振電路原理，變壓器副邊漏感、副邊寄生電容、DBD發生裝置的電容，支路電阻構成了諧振電路[2]。初級側電壓經過升壓變壓器后將輸出電壓分別接入電極結構的高壓電極與地電極之間，在等離子體射流產生時，通過測量變壓器的諧振點來分析變壓器的輸出電壓對電極結構電容值的影響。

2.實驗研究

DBD發生裝置主要有：升壓電路，氣路及電極結構，本文使用的針-環狀電極結構如圖1所示，電極結構中通入純度為99.99%的氬氣，氬氣流量為7L/min，輸出電壓為準正弦電壓，頻率為25kHz,升壓變壓器的升壓比為50。

圖1 針-環狀電極結構示意圖

圖1電極結構中，高壓電極和地電極材質為銅，變壓器參數測量電路如圖2所示，測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，為電極結構的電容值，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，別測量電路的諧振點，由式1計算得到變壓器參數Ls=2.1H，Cs=31pF。

圖2 測量寄生電容CS和漏感LS采用的電路圖

在DBD發生裝置的電極結構未通入氬氣時，初級側給定10V電壓，在電極空間內不發生局部擊穿的情況下測量變壓器的諧振點在18kHz處，根據公式1算出電極結構的電容為6.3 pF。將氬氣通入電極結構空間內，將變壓器初級側電壓調節到40V，測量等離子體射流產生時變壓器的諧振點為15.8kHz，再根據公式1算出此時電極結構的電容值為17.4pF。同理：測量初級側電壓分別為50V、60V、70V，80V時變壓器的諧振點，求得電極結構電容值分別為：20.5 pF、23.3 pF、25.6 pF、27.2 pF。

3.結論

本文通過搭建DBD發生裝置電路，首先測量變壓器副邊的漏感和寄生電容的參數，然后通過調節升壓變壓器的初級電壓，測量變壓器諧振點頻率，通過RLC諧振公式計算出電極結構電容值。實驗結果表明：電極結構電容值隨著變壓器初級側電壓幅值的增加而增加，同時觀察到在諧振點處等離子體射流的長度及放光強度增加。

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

[2]趙凱.介質阻擋放電參數診斷及負載特性研究[J].大連理工大學,2014.

鄒昀龍（1992－），男，吉林集安人，研究方向：智能檢測與信息處理。