[發明專利]一種驅動DBD等離子體源組的分配式高頻高壓電源裝置

無效

• 申請號: 201310419297.0
• 申請日: 2013-09-15
• 公開（公告）號: CN103457481A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 田一平;張芝濤;俞哲;楊海東;李日紅;徐書婧
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明屬于特種電源設備與氣體放電高級氧化技術應用技術領域，涉及一種高頻高電壓發生裝置，尤其是一種驅動DBD等離子體源組的分配式高頻高壓電源裝置。

背景技術

近年來，高級氧化技術在遠洋船舶壓載水處理、海洋赤潮災害防治、飲用水凈化、污水處理、化學氧化工程等領域的應用研究取得了卓有成效的進展。高級氧化技術的核心是羥自由基（·OH）的高效制備，而由活性氧粒子（如O₃、¹O₂、O、H₂O₂等等）主導的高級氧化技術工藝最具工程可實現性。因此，規模、高效、高濃度地產生活性氧粒子成為高級氧化技術工程化應用的至關重要的技術和裝備基礎。

大氣壓介質阻擋放電是目前工業化生產活性氧粒子最為有效的方法。所謂的介質阻擋放電實際上就是將電介質絕緣材料插入放電空間的一種氣體放電，電介質層可以覆蓋在電極上，也可以懸掛在放電空間里。當在電極間施加一定頻率、一定幅值的交流高電壓時，電極間的氣體就會被擊穿而產生放電等離子體，進而通過氧等離子體化學反應產生活性氧粒子。介質阻擋放電主要有同軸圓管式和平行板式兩種基本結構，但無論哪種結構，都可以看成是由放電電極、電介質層和放電氣隙構成的電容器。因此，對于驅動電源來說，DBD等離子體源屬于由放電電阻和電介質層串聯組成的阻容性負載，該負載在正常工作狀態下必然存在一個等效電容C，該電容能夠和驅動電源中的高壓變壓器的漏感L_s產生諧振，其固有諧振頻率為該諧振頻率嚴重地制約著DBD等離子體源性能的發揮。

對于工業化應用的同軸圓管式DBD等離子體源，通常是將十至數百根1～1.5m長的放電管并聯裝入同一冷卻罐內，這種結構形成的等效電容相當大，一般僅能由一臺高壓電源驅動，放電系統諧振頻率相當低，該放電系統僅能工作在50Hz～數百Hz的中低頻范圍內，加之不同放電管結構參數存在差異，實際的放電效能很低，難以滿足高級氧化技術應用的需求。

近年來，平行板式DBD等離子體源及其應用技術取得了較大的發展。由于平行板式DBD可以設計成單元模塊化結構，因此可以通過單元模塊串聯和并聯的組合構成多種形式的大氣壓DBD等離子體源組，進而實現對大氣壓DBD等離子體源組中每一個單元模塊的獨立驅動，放電系統的諧振頻率不再由系統大功率驅動變壓器具有的較大漏感和放電管并聯組合形成的較大等效電容決定，而是由小功率驅動變壓器具有的很小漏感L_s和單元模塊很小的等效電容C決定，大氣壓平行板式DBD等離子體源構成的放電系統的諧振頻率得以大幅度提升，解決了放電單元結構參數差異引起的放電效能下降的問題，使每一單元模塊均能處于優化的工作模式下。這樣，不僅提高了大氣壓平行板式DBD等離子體源組整體的氧等離子體化學反應效能，還增加了大氣壓平行板式DBD等離子體源組應用的方便性和靈活性。

然而，對大氣壓平行板式DBD等離子體源組中的單元模塊采用獨立電源驅動雖然能大幅度提升單元模塊的工作效能，但勢必也會增加放電系統的復雜性，造成放電裝置成本上升。大連海事大學發明了一種分區激勵式大氣壓非平衡等離子體發生裝置（專利號ZL201110278484.2），為解決這一問題提供了一種新的方法和思路。但該裝置仍然存在一些問題：①小型高頻高壓變壓器與大氣壓平板式介質阻擋放電反應器結合一體，沒有形成獨立的高頻高壓電源裝置，限制了在其它類型的DBD等離子體源組中的應用，應用范圍過窄，缺乏通用性；②控制系統中沒有設計軟啟動電路，工作時會造成系統啟動沖擊電流過大，影響裝置的可靠性和安全性；③功率變換僅采用全橋逆變技術，對中小功率的電源裝置來說成本較高；④小型高頻高壓變壓器需加裝快速熔斷器限制故障過流；⑤放電電流傳感器設置在小型高頻高壓變壓器二次側，電流取樣信號過小，影響電源控制系統的可靠性。

基于大氣壓平行板式DBD等離子體源組規模化應用對驅動電源的特殊需求，采用全橋式功率變換技術和半橋式功率變換技術設計高頻功率變換控制器，通過高頻功率變換控制器的功率輸出匯流母線，連接數個至數百個高阻抗小型高頻高壓變壓器，以獲得數十至數百個各自獨立的高頻高電壓功率輸出，依此構成一種分配式高頻高壓電源裝置，用以驅動不同組成類型的大氣壓DBD等離子體源組，以此提升大氣壓DBD放電系統的固有諧振頻率，提升大氣壓DBD放電等離子體的化學反應效能，為高級氧化技術應用提供新的技術裝置。

發明內容