[发明专利]一种驱动DBD等离子体源组的分配式高频高压电源装置

说明书

技术领域

本发明属于特种电源设备与气体放电高级氧化技术应用技术领域，涉及一种高频高电压发生装置，尤其是一种驱动DBD等离子体源组的分配式高频高压电源装置。

背景技术

近年来，高级氧化技术在远洋船舶压载水处理、海洋赤潮灾害防治、饮用水净化、污水处理、化学氧化工程等领域的应用研究取得了卓有成效的进展。高级氧化技术的核心是羟自由基（·OH）的高效制备，而由活性氧粒子（如O₃、¹O₂、O、H₂O₂等等）主导的高级氧化技术工艺最具工程可实现性。因此，规模、高效、高浓度地产生活性氧粒子成为高级氧化技术工程化应用的至关重要的技术和装备基础。

大气压介质阻挡放电是目前工业化生产活性氧粒子最为有效的方法。所谓的介质阻挡放电实际上就是将电介质绝缘材料插入放电空间的一种气体放电，电介质层可以覆盖在电极上，也可以悬挂在放电空间里。当在电极间施加一定频率、一定幅值的交流高电压时，电极间的气体就会被击穿而产生放电等离子体，进而通过氧等离子体化学反应产生活性氧粒子。介质阻挡放电主要有同轴圆管式和平行板式两种基本结构，但无论哪种结构，都可以看成是由放电电极、电介质层和放电气隙构成的电容器。因此，对于驱动电源来说，DBD等离子体源属于由放电电阻和电介质层串联组成的阻容性负载，该负载在正常工作状态下必然存在一个等效电容C，该电容能够和驱动电源中的高压变压器的漏感L_s产生谐振，其固有谐振频率为该谐振频率严重地制约着DBD等离子体源性能的发挥。

对于工业化应用的同轴圆管式DBD等离子体源，通常是将十至数百根1～1.5m长的放电管并联装入同一冷却罐内，这种结构形成的等效电容相当大，一般仅能由一台高压电源驱动，放电系统谐振频率相当低，该放电系统仅能工作在50Hz～数百Hz的中低频范围内，加之不同放电管结构参数存在差异，实际的放电效能很低，难以满足高级氧化技术应用的需求。

近年来，平行板式DBD等离子体源及其应用技术取得了较大的发展。由于平行板式DBD可以设计成单元模块化结构，因此可以通过单元模块串联和并联的组合构成多种形式的大气压DBD等离子体源组，进而实现对大气压DBD等离子体源组中每一个单元模块的独立驱动，放电系统的谐振频率不再由系统大功率驱动变压器具有的较大漏感和放电管并联组合形成的较大等效电容决定，而是由小功率驱动变压器具有的很小漏感L_s和单元模块很小的等效电容C决定，大气压平行板式DBD等离子体源构成的放电系统的谐振频率得以大幅度提升，解决了放电单元结构参数差异引起的放电效能下降的问题，使每一单元模块均能处于优化的工作模式下。这样，不仅提高了大气压平行板式DBD等离子体源组整体的氧等离子体化学反应效能，还增加了大气压平行板式DBD等离子体源组应用的方便性和灵活性。

然而，对大气压平行板式DBD等离子体源组中的单元模块采用独立电源驱动虽然能大幅度提升单元模块的工作效能，但势必也会增加放电系统的复杂性，造成放电装置成本上升。大连海事大学发明了一种分区激励式大气压非平衡等离子体发生装置（专利号ZL201110278484.2），为解决这一问题提供了一种新的方法和思路。但该装置仍然存在一些问题：①小型高频高压变压器与大气压平板式介质阻挡放电反应器结合一体，没有形成独立的高频高压电源装置，限制了在其它类型的DBD等离子体源组中的应用，应用范围过窄，缺乏通用性；②控制系统中没有设计软启动电路，工作时会造成系统启动冲击电流过大，影响装置的可靠性和安全性；③功率变换仅采用全桥逆变技术，对中小功率的电源装置来说成本较高；④小型高频高压变压器需加装快速熔断器限制故障过流；⑤放电电流传感器设置在小型高频高压变压器二次侧，电流取样信号过小，影响电源控制系统的可靠性。

基于大气压平行板式DBD等离子体源组规模化应用对驱动电源的特殊需求，采用全桥式功率变换技术和半桥式功率变换技术设计高频功率变换控制器，通过高频功率变换控制器的功率输出汇流母线，连接数个至数百个高阻抗小型高频高压变压器，以获得数十至数百个各自独立的高频高电压功率输出，依此构成一种分配式高频高压电源装置，用以驱动不同组成类型的大气压DBD等离子体源组，以此提升大气压DBD放电系统的固有谐振频率，提升大气压DBD放电等离子体的化学反应效能，为高级氧化技术应用提供新的技术装置。

发明内容