高效臭氧发生器机理的研究

摘要

臭氧与氧是同素异形体，它具有极强氧化能力与消毒杀菌的能力，是一种绿色氧化剂，现已在工业、生活污水处理，空气净化，医学制药，食品加工和织物漂白等各个领域普遍应用。有很多种方法可以生产臭氧，如光化学法（紫外线辐射法）、电化学法（电解法）以及介质阻挡放电法等。其中介质阻挡放电法具有耗电量低、臭氧产量高和气源材料充足等优点，在工业上主要使用此法来合成臭氧。尽管目前已见报导的和各生产公司主张的DBD型臭氧发生器有多种型号，但是它们都具有相似的结构，主要由气源系统、冷却系统、放电单元(包括电极和电介质)和电源系统等几部分组成。
　　首先，本文对臭氧发生器放电单元的基本结构和反应机理进行了简要介绍，得出影响气体放电特性的参数，然后针对不同介质阻挡材质及厚度、不同放电气隙大小、不同电极形状以及不同激励电压利用Ansoft Maxwell仿真软件研究了上述条件下对放电特性的影响。仿真表明：介质层所使用的材料介电常数越大且介质层越薄，越容易获得较大的放电气隙场强；放电间隙越小越利于提高放电气隙场强和放电的均匀度等；还有，选用针-板电极获得的放电气隙场强远大于选用板-板电极。
　　其次，分析了基本开关电源电路的原理，且由臭氧发生器的等效电路可知臭氧发生器为容性负载，对于容性负载的电路，可以在电路中加入补偿电感，使电路工作在谐振状态下。本文在分别分析了串联谐振电路和并联谐振电路后，选用了串联谐振电路。又因为在臭氧发生器的实际运用中需要对臭氧的产量与浓度进行调节，对于供电电源来说，就是需要调节与控制电源输出功率(放电功率)。本文在通过对比分析逆变电源的不同控制方式后，确定应用移相PWM的电源控制方式。
　　最后本文还对介质阻挡型臭氧发生器的放电单元，逆变电源主电路及其控制电路的相关参数进行计算和设置，并用Altium Designer15软件画出电源系统各模块的原理图并绘制PCB板。

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