介质阻挡放电电压对负载电容的影响研究

沈阳理工大学自动化与电气工程学院 邹昀龙

介质阻挡放电电压对负载电容的影响研究

沈阳理工大学自动化与电气工程学院 邹昀龙

利用介质阻挡放电原理产生等离子体射流的状态会受到施加电压的影响，射流长度和发光强度都会随着施加电压的增加而增强。DBD放电装置中气体的流量，电源频率，施加电压都会引起等离子体射流状态的变化。DBD发生装置的主要负载可认为是电极结构本身，本文电极结构为针-环状同轴透明石英管，为容性负载，本文通过改变施加电压的幅值研究负载电容的变化。

介质阻挡放电；等离子体射流；变压器谐振点；电极结构电容

引言

近年来，利用介质阻挡放电原理产生的等离子体射流被广泛应用，可被用于污水处理、临床医学中杀菌消毒、材料表面改性等[1]，不同的电极结构具有不同的放电特点，不同的实验条件产生的等离子体射流形式可分为以下几种: ：辉光放电、自组织斑图放电、丝状放电。 为了对等离子体射流特性进行深入分析，首先需要知道电路结构的基本参数。本文通过测量变压器的基本参数，然后利用变压器的基本参数研究等离子体射流产生时变压器的输出电压幅值对负载电容值的影响。

1.理论分析

根据RLC谐振电路原理，变压器副边漏感、副边寄生电容、DBD发生装置的电容，支路电阻构成了谐振电路[2]。初级侧电压经过升压变压器后将输出电压分别接入电极结构的高压电极与地电极之间，在等离子体射流产生时，通过测量变压器的谐振点来分析变压器的输出电压对电极结构电容值的影响。

2.实验研究

DBD发生装置主要有：升压电路，气路及电极结构，本文使用的针-环状电极结构如图1所示，电极结构中通入纯度为99.99%的氩气，氩气流量为7L/min，输出电压为准正弦电压，频率为25kHz,升压变压器的升压比为50。

图1 针-环状电极结构示意图

图1电极结构中，高压电极和地电极材质为铜，变压器参数测量电路如图2所示，测量电路需要确定变压器副边的漏感和变压器副边寄生电容的值，为电极结构的电容值，使用不同的电容值代替，谐振回路的共振频率为：

Cv由10pF，100pF高压电容代替，别测量电路的谐振点，由式1计算得到变压器参数Ls=2.1H，Cs=31pF。

图2 测量寄生电容CS和漏感LS采用的电路图

在DBD发生装置的电极结构未通入氩气时，初级侧给定10V电压，在电极空间内不发生局部击穿的情况下测量变压器的谐振点在18kHz处，根据公式1算出电极结构的电容为6.3 pF。将氩气通入电极结构空间内，将变压器初级侧电压调节到40V，测量等离子体射流产生时变压器的谐振点为15.8kHz，再根据公式1算出此时电极结构的电容值为17.4pF。同理：测量初级侧电压分别为50V、60V、70V，80V时变压器的谐振点，求得电极结构电容值分别为：20.5 pF、23.3 pF、25.6 pF、27.2 pF。

3.结论

本文通过搭建DBD发生装置电路，首先测量变压器副边的漏感和寄生电容的参数，然后通过调节升压变压器的初级电压，测量变压器谐振点频率，通过RLC谐振公式计算出电极结构电容值。实验结果表明：电极结构电容值随着变压器初级侧电压幅值的增加而增加，同时观察到在谐振点处等离子体射流的长度及放光强度增加。

[1]谢静,郝小龙等.大气压等离子体射流灭菌的研究进展[J].安全与环境工程,2016,6(20):50-52.

[2]赵凯.介质阻挡放电参数诊断及负载特性研究[J].大连理工大学,2014.

邹昀龙（1992－），男，吉林集安人，研究方向：智能检测与信息处理。