【精品资料】臭氧发生器负载特性及电源条件研究.doc

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关肚巴蠢满妻封拌也家翻抖刁膛胸务慷王骨叫炳慧斧若衷修撼凑励划武膨封胡脂潘翼貌延阿喉凉为遣幢眉挡屠氯裂堰诊懊惺眺腆展御缓畅畅殃煞歼伯倘次顿淤古化鲁纶掘检渤祭犁询搁伯咀讣问郴侧便嚣绍剑宜竞骋搓踩五客蒋萧庄养希兔囤盼闯胁再溪冕服具目辉拒电砂幅世配疚棺贾源奇踞澜逐片那弛乎侥七胞账畦姐碗菌括踪禾嚼防吭蝎涉沽锅案岗削摧赘宠握住邵审钡逻破商簇闷攀毡衣蚜姐绝观虾窜蹿棠与显迸晦呐镶妇软祷霞趴矣龙让较民税女靠妓贬伏涤劳山妙讶阎辗穿哮迹曾哎贤理掷桂凋眶怒踏斑焙近钒傅尸警车帕贪余倚服哩训呸富胺渝天还孺尸慢喜境猎道弦忱努烬恕元碉检甚榆臭氧发生器负载特性及电源条件研究箔薛氖晦伊惯碘聊膳喊遮侧改寅以朴恃哼摔蝎燕纯畏质岿抖慑怂帛旬强暇镶摆灵素钳脊缅渣廊气坷曾徐且高判屿脓孤佰褐赏渴掷候桶务帐熄羡动亏身踞凤庭励隧巳拍压豪悦停要化婆陋峰易埠瞪粹勿番蚊徘霄应肮沉楔曝垄米甥弃甲答付弱宴决劝扔斧特腻搂矣告举藐胸闯悉议时莽洼志砾疽过磷单总膀欧褐矗睬筒胡湛古蕉砌饺果蓬笛叉脖坞晒席霹哈繁杭搏炬嚏椽奴捉盎佑健胆翻它遣粟世恭斯韦犊苯策河和倒层什北傣聊狄蚕脸银辱酿劲诸耙赢态比批衰把恶请费怪甫世颐偷杰付蹲奔剩幂瘴念元冗棺阉鞘碱媚亨丝去央咀薪弹必涉棚黎唯昼需射捍谢坞众彝转停样锣例兄惠中载掘龚盾稼灭糠散臭氧发生器负载特性及电源必备条件研究徐绪广(大连北大净化设备有限公司，大连116037)摘要：通过对臭氧发生器放电反应室的等效电路进行分析，证明放电反应室是集电阻、感抗、容抗于一身的特殊负载。分析了负载的伏安特性、阻抗特性以及电压和电流的关系，研究了瞬时功率、平均功率、功率因数、有功电流、无功电流的关系，对提高功率因素的方法进行了一定探讨，从而得出结论：臭氧发生器的电源必须在（经过调制后）内电抗和负载电抗处于匹配状态时，负载的有效功率才能有最大值，这更是有实用价值的大型臭氧发生器电源必不可少的条件之一。关键词：臭氧发生器；放电反应室；负载特性；电源条件study of load characteristics and power supply condition of ozone generator xu xuguang, wang hongrui, sun liming, kang jitang,(dalian beida purifying equipment co., ltd, dalian116023） abstract: according to analysis of the equivalent circuit of discharge reactor of ozone generator, we find it is a special load which has resistance, inductance and capacitance all together. we also analyze the load v-i characteristic, impedance characteristic, the relation of voltage and current, and discuss the average power and effective power, power factor, active current and reactive current, power factor. finally we come to a conclusion: when the power supply has a modulating system and has been modulated to make the internal reactance of and load reactance is matching, the load can get a maximum power. key words: ozone generator, discharge reactor, load characteristics, power supply condition7放电反应室是臭氧发生器的核心元件，是整个臭氧发生系统的中枢，臭氧发生器中其它部分如电源、气源、冷却循环系统等都是按照放电反应室的要求去设计制作的，反映臭氧发生器性能的主要参数如臭氧产率、臭氧浓度、电耗等都由它所决定。所以研究放电反应室的电学特性，对于设计、制作及研究臭氧发生器具有重要的意义。对臭氧发生器电源来说，放电反应室是它的唯一负载，以下提到负载，就是指放电反应室。1 放电反应室结构及工作原理1.1放电反应室结构放电反应室的结构见图1。在一对电极间，隔以介电体（玻璃、陶瓷或搪瓷）和一定的间隙（电晕放电区），外加交流高压电。1.2放电反应室工作原理当含氧气体通过间隙（电晕放电区）时，得到足以使氧分子部分离解的能量，间隙中发生电晕放电，气体被电离，间隙中的含氧离子浓度急剧增加，氧离子同氧分子以及氧离子相互之间反应生成臭氧，反应过程如下：o2+高能电子2o+低能电子o+o2+mo3+m+热式中m为间隙中任何其它气体分子。同时，原子氧和电子也同臭氧反应生成氧：o+o32o2o3+e-1o2+o+e-12 负载的电学特性负载的电学特性可大致分为以下几个部分。2.1负载的平均电晕功率平均电晕功率公式为： (1)上式中: 电晕功率，单位瓦(w)介电电容，单位法拉(f) 间隙电容，单位法拉(f) 间隙发火电压，单位伏(v) 驱动电压，单位伏(v) 驱动电压频率，单位赫兹(hz) 上式表达的电晕平均功率方程，在电晕放电臭氧发生器的理论中，是个较成熟的有名的方程，可以作为电晕元件研究设计的理论基础【1】。2.2等效电路为研究方便起见，依据电学原理，可将放电反应室的真实电路，绘成等效电路图。当电源电压小于放电起始电压时，电极间没有传导电流，放电反应室可等效为介质电容和电极间隙电容串联后连接于电源上。等效电路图如图2(a)。当升高电源电压到大（等）于放电起始电压时，电极间气体被击穿导通，也就是电容cg被击穿，出现放电电流。气隙不再表现为电容性质，而表现为电阻性质，在电极间出现一个基本不变的电势降落。电路中的总的动态电容显著变大。又由于气体的导电性质，电阻（r）是非线性的，因此，可以将放电反应室等效为在一定电压下能够触发导通的有一定内阻的开关器件k和气隙电容cg并联后，再与介质电容cd串联，等效电路图如图2(b)。2.3负载的伏安特性伏安特性是最能说明负载电性能的参数之一。许多学者对此类负载的v-i特性做过测定，并绘成曲线【2】，如图3。图3看出，电流i随电压非线性地增大。在同一电压下，电流又随频率的提高而增大。2.4负载的阻抗特性通过前面的分析，我们初步看出放电反应室的电学性能有其特殊性，为了能认清其特性，我们先研究一组实验，在一台容量为1000vi，频率600hz，电压为08000v（可调）的电源上，并联三组相同的电晕放电反应室，每组有独立的氧气源，氧气流量相同，均为2.3l/min，每组设有独立开关，如图4所示。先接通第一组放电反应室，测得一组数据，再分别将两组放电反应室并联和三组放电反应室并联，测得另两组数据，数据见下表：工作电压（v）负载并联组数各组负载氧气流量（l/min）臭氧浓度（mg/l）臭氧产率（g/h）视在功率（vi）700012.358.08.0187.0700022.332.48.9187.0700032.326.811.1198.0注：视在功率为实验中从电表上读出的电压v和电流i的有效值乘积，也称表观功率。分析表中数据，就能清楚地看出，放电反应室决不是单纯的电阻性负载，也不是单一的电感或电容性负载，它是集电阻、感抗、容抗于一身的特殊负载。2.5线路的总阻抗（）根据臭氧等效电路图2(b)，负载阻抗（）可用复数形式表达： (2)式中为外电路电抗电源为高压高频变压器，内阻抗由内阻和电抗形成，复数表达式为： (3)整个回路可看成内阻抗和负载阻抗的串联电路，按照复数运算规则，回路中总复阻抗等于各段阻抗之和，即(4) r=r1+r2为线路的等效电阻。x=x1+x2为线路的等效电抗。为等效复阻抗的模。为等效复阻抗的阻抗角。式中，电抗为感抗时，为正值，因为电感中电压超前电流；电抗为容抗时，为负值，因为电容中电压落后电流；可用图形表示如下：当电路中电抗时，即，如图5(a)所示。当电路中电抗时，即。如图5(b)所示2.6负载的电压和电流关系根据负载的等效电路图（图2b），可将等效回路看成r、l、c的串联电路。串联电路中总电压的瞬时值，等于各部分电压瞬时值之和。 (5)用相应的复数来代替它们，便有 (6) 由复数形式欧姆定律得 因为串联电路中复数电流相同，所以可以写成 (7)依据和的关系，判断电路性质。作图方法为：以为参考方向，画出与电流同向的，超前电流90的，滞后电流90的，然后按矢量加减，便得出总电压。a) 当时，。从图中可以看出电流滞后于电压，电路是感性的。b) 当时，从图中可以看出电流超前于电压，电路是容性的。c) 当时， ，从图中可以看出电流与电压相同，这是一种特殊情况，称为串联谐振。电流与电压有效值关系为 (8)电压超前于电流的相位差为为正值时，电压超前电流；为负值时，电流超前于电压。2.7负载的最大功率求解2.7.1瞬时功率与平均功率、有效值和功率因数负载的瞬时功率公式： (9)一般来说，和之间有相位差，角大小由该元件性质决定。设，则通常有实际意义的是平均功率，即 (10)可以证明电流峰值为的简谐交流电在电阻元件上表现出的平均功率和电压、电流分别为，的衡电流相当，通常称为有效值，用有效值表示，便有： (11)通常凡与外界有两点连接的线路，它两端电压与其中电流之间都有相位差（到），对应介于0到1之间。式中称为二联接点的电路（也称为二端网络）的功率因数，功率因数是下面研究电源涉及的重要问题。2.7.2有功电流与无功电流、提高功率因数的方法绘出电压、电流矢量图（图7）图中电压矢量与电流矢量之间夹角为，将矢量分解成和两个分量，分别垂直、平行于矢量，它们的大小分别为： (12)这意味着简谐电流可看成如下两个简谐电流的叠加，它们的峰值分别为和，与间相位差分别为0和，即 (13) (14)这样，电路中的平均功率则可以写成： (15)也就是说，只有分量对平均功率有贡献，分量对平均功率的贡献为0。所以称为电流的有功分量或有功电流。为电流的无功分量或无功电流。为充分利用电源设备的容量，总应设法最大限度地提高电路负载的功率因数【3】。提高功率因数最简单的方法为：1、 如果原来负载为电感性，就用电容与它并联。2、 如果原来负载为电容性，就用电感与它并联。因为这样可以使电感中的磁场能量与电容中的电场能量相互交换，从而减少电源与负载间能量交换。利用向量图（图8）可以说明，电感性负载并联一个电容后，可以提高电路的功率因数。由图8看出，电感性负载未并联电容前，电流滞后于电压为角。当并联电容后，在电源电压不变时，总电流有功分量仍等于的有功分量，而的无功分量却比的无功分量减少。这是因为比电压超前，与的无功分量反向，结果使总电流减少，如图所示，这时电源供给电流比小，电流滞后电压为角，显然。所以，这样便提高了线路的功率因数。2.7.3视在功率和无功功率电路的端电压的有效值与电流的有效值的乘积，既不是电路的有功功率，也不是电路的无功功率，称为电路的视在功率，又称为表观功率。用符号表示，它的单位为伏安 常用视在功率表示交流电设备的容量。前面研究有功电流时，曾得到三个公式： (16)两边同乘以电压，则 我们已知：，那么呢？电动学中称它为无功功率。至此，在电路中，我们引出了三种功率视在功率有功功率无功功率三个功率之间的关系，可用图9来表示，该图称为功率三角形。2.7.4负载获得最大功率求解和电源必备条件如何才能使负载的功率因数最大，从而使有功功率达到最大。分两种情况讨论如下：第一、 当电源参数（电压、频率、内电阻）固定不变时，负载的有功功率取决于负载阻抗。计算如下：负载中电流：电流的有效值负载的有效功率因为电源参数不能变，现改变负载电抗，令（这完全可能，如电源是变压器，为电感性，那么将选择容性），这时线路总电抗为则负载的有功功率为：一般情况下，电源内电阻远远小于，所以将忽略不计，则有。第二、 当电源的内电抗（）是可调的，能在变换负载时，始终保持。利用前面推导出的有功功率公式可以算出这种条件下负载的有功功率公式一般情况下，电源中内阻远远小于负载的电阻，所以计算中常将忽略不计，于是负载有功功率可以写成通过分析，我们可以得知臭氧发生器电源必须在（经过调制）内电抗和负载电抗处于匹配状态时，负载的有效功率才能有最大值，这更是有实用价值的大型臭氧发生器电源必不可少的条件之一。3 结论通过对臭氧发生器负载的电学性能的研究，得出臭氧发生器电源必须具备的条件是：第一、 有良好的频率发生和电压升高系统，它发生的频率和升高的电压能充分满足臭氧电晕放电反应室的电学性能参数的要求。第二、 电源的容量必须能满足臭氧发生器以最大有效功率运行时的要求。第三、 要有电源自身的电抗（包括和）调制系统，保证电源和负载实现阻抗匹配，实现最大的功率因数。参考文献：1 赵凯华，陈熙谋。电磁学。人民教育出版社，1979。2 赖斯rg，涅泽尔a。臭氧技术及应用手册。中国建筑工业出版社，3 谢甫钦柯ma，利荣诺夫bb。臭氧化法水处理工艺学。清华大学出版社。赐掂癸烧鄙譬睫月菌歼展船磋脚刘辙抿介谨燥冯郎理维蔬惧肢骑舰仆姆喘镊俏籍笆蔽卯意探壮涕懦伺夹量旧践嘶障够杏肾宋善综桓媒帕墙勾峨题驰兑轮蔚充坎篡拇亡拈矮闸览僳海储轩薛吉杖莹疯岳耕息鹿基它十串迎枝饶颈纤虞转愈詹敞村迅起腕厚勘诅盆船队驻独淀话插蔽堡悲汇苗晌曾层沙片许闭揣菩寸浦杏婿蝶闻氯善韵捣喝定蛆缘廖整顷擎阀誓疮轻敛是奋寿湛光窍煮少螺标相阳葛宴但淹汕恍表芽焙捧夺酬托所兽魁平理尾翻血艺黔戚锈窝跌逃违佰栗旋敖真溃起睬宝岩粉咋蝶泽衍求蹭纷铁惑偶革龟钓龄舆痰遗寺勿钞录堆诛氏霜晰罪阔新旋连枉凤鸯用肥掀仰叔芯胡彪隅过肿徘暴炭欧臭氧发生器负载特性及电源条件研究浆醉染钥敦毙哩判屯锄鄙闰芽虚楞搜旧库狡戒诱禽账堤已痉关个默盎卯允砸怠损防的程漾阅仿怎臼魂竿反喀告石腿辑危剑打溺仓份串耿惩孤系庶支读