线—板式脉冲电晕放电系统研究.doc

线板式脉冲电晕放电系统研究李国锋吴彦王宁会摘要线板式电晕放电系统被广泛应用于大型除尘器及烟气脱硫反应器上。通过改变收集极板间距、放电极邻距及脉冲成形电容值，研究这些参数变化对高压ns级脉冲波形的影响，为设计脉冲电晕脱硫反映器内部电极结构提供了实用性实验依据。关键词线板式脉冲电晕烟气脱硫Research on Line-plate Model Pulse Corona Discharge SystemAbstractThe line-plate model corona discharge system is widely used in electrostatic precipitator and the reactor for SO2 removal in flue gas. By changing the plate distance, discharge electrode distance and the value of pulse forming capacitor, the paper researches the influence of those changes on ns high voltage pulse waveforms. The results of the experiment provide basia for the design of the electrode configuration.Key wordsline-plate modelpulsed coronaSO2 removal引言一般认为影响脉冲电晕特性的因素主要有以下几点：1)脉冲上升前沿时间；2)脉冲电压峰值；3)脉冲宽度；4)气体成分1。快的脉冲上升前沿时间和高的脉冲电压峰值可以使电子在自由程内受到突发性强电场(100kV/cm)的加速而得到足够的能量，它们与中性气体分子和原子进行非弹性碰撞，使这些中性粒子的激发、分解及电离更为强烈。脉冲宽度窄，可有效防止离子(其迁移率为电子的103)在电场中加速而引起的能量浪费。本文实验在常压空气中进行，不研究气体成分的影响。放电回路参数确定后，研究不同烟气脱硫反应器的电极配置形式及脉冲成形电容对高压ns级脉冲波形的上升前沿时间、峰值及脉冲宽度的影响。1实验装置及测量系统1.1实验装置实验装置见图1，C为储能电容，硅碓和电感组成串连谐振电路。旋转火花隙G1导通时，G2断开，对脉冲成形电容CP充电；G1断开时，G2导通，对线板式反应器放电。脉冲重复频率为40Hz。图1实验装置简图线板式反应器的板间距可调，板面积为2000mm1000mm；放电极为5mm5mm星型线，安装在一个线框上，放电极邻距d可调。整个线框悬挂在两块板中间，高压脉冲为正极性，由线框一端引入，高压分压器接在同一点上。1.2测量系统脉冲电压波形用日本产阻容式分压器测量，阻抗为2000M，电容为6pF。高压引线长0.5m接在高压脉冲输入点上。电流探头为Textronix AM503高带宽电流变换器，探头的闭合线圈卡在反应器的地线上，测量总的脉冲电晕电流。高压分压器及电流探头的输出信号由HP54503A四通道数字式示波器记录，带宽为500mHz，输入阻抗1M，电容6pF。电容测量使用国产LCR数字式电容表。因线板式反应器可看作容性负载，其静态电容为几百个pF，实验中可忽略测量系统的影响。2实验结果及分析图1中储能电容C，火花隙G1，硅堆及电感对脉冲成形电容CP充电并保护直流电源。CP、G2及反应器构成放电回路的等效电路见图2，L为回路总电感，R1为回路总电阻，包括火花隙电阻及接线电阻，CRE为反应器的静态电容，R2为起晕后反应器的等效非线性电阻。图2脉冲电晕放电等效电路图在板距150mm，放电极邻距50mm，脉冲成形电容2nF的实验条件下，测得的脉冲电压波形见图3，它是一阻尼振荡波形。火花隙导通之后，LC振荡开始，在脉冲上升前沿时间tr内上升到最大值Up。该振荡迅速衰减，在t=td时刻(td5s)火花隙断开，此时衰减仅由图2中CRE和非线性电阻R2组成的网络决定。图3反应器上的脉冲电压波形0ttd时刻的阻尼振荡用下式表示2：其中，K为损失系数0.8K1；a=R12L，R1为回路总电阻，L为回路总电感；1,C=CPCRE（CPCRE)；UO为CP的充电电压。在t=td时刻，eat1，脉冲电压UD为：UDURK（UOUR)CP/(CPCRE)(2)ttd时，火花隙已经断开，脉冲电压波形仅由CRE和非线性电阻R2组成的网络决定，即：U(t)=UDet(3)式中：CRER2。脉冲上升前沿可取阻尼振荡周期的一半即：2.1板间距对高压ns级脉冲波形的影响脉冲成形电容2nF，200、150mm两种板间距，相同供电电压下测得的数据见表1，波形见图4。据此可见，板间距加宽，脉冲峰值上升，脉冲上升前沿加快。由式(4)可认为在回路电感L不变的理想条件下，板间距加宽，CRE减小，总电容C减小，脉冲上升前沿缩短。表1200、150mm板间距测量数据对比板间距/mmUPkVURkVtrnsCREnF200702.2690.45150651.0890.60图4200mm,150mm板间距脉冲电压波形对比由式(4)可得理论计算的脉冲电压峰值。其中测得L=1mH，R15，CP2nF，UP80kV，K取0.8，在t=tr时刻200mm板间距下脉冲电压峰值为75kV；150mm板间距下为65kV，与实验结果基本符合。从图4可见200mm板间距的波尾部分高，脉冲过后34ms，仍维持在45kV左右。根据气体放电理论3，这段时间内可以使离子加速到极板，引起电晕电流增加，进而导致火花放电，即板间距加宽使脉冲宽度增加，不仅因加速离子而导致能量浪费，而且会引起火花放电。对比之下，150mm板间距脉冲宽度窄，波尾低，波形较理想，但脉冲峰值下降，脉冲上升前沿变缓。2.2放电极邻距改变对脉冲波形的影响脉冲成形电容2nF，板间距150mm，相同供电电压及脉冲重复频率下放电极邻距为200、100、50mm时测得的脉冲电压对比波形见图5，主要测量数据见表2，表中CRE为测量值，不包括分压器电容及示波器电容(分别为6pF)。可见放电极邻距增加，脉冲电压峰值上升，脉冲上升前沿加快，脉冲宽度增加，波尾抬高。将测量值代入公式(1)、(2)、(3)和(4)可以解释上述变化。图5不同的放电极邻距的波形对比表2不同放电极邻距下波形参数d/mmUPkVURkVtrnsCREnF20069.22.4590.3610067.60.8690.435067.20.51090.603种放电极邻距情况下，脉冲电流波形见图6，图中tw为脉冲电流波形宽度。图63种放电极邻距情况下脉冲电流波形放电极邻距变窄，脉冲电流波形宽度增加。可以这样认为，正是由于脉冲电流的增加而导致脉冲电压峰值不上升，脉冲前沿变缓。运用HP示波器的波形计算功能得到200、100、50mm邻距下单个脉冲能量分别为5、5.2、6.3J，即随放电极邻距的变窄而增大，50mm情况下尤为突出。2.3脉冲成形电容对波形的影响相同电压下板间距150mm，放电极邻距50mm，脉冲成形电容4nF和2nF对比实验数据见表3，波形见图7。图74nF和2nF脉冲电压波形对比同2.1，2.2中的结果类似，脉冲成形电容的增大使脉冲峰值电压提高，脉冲上升前沿加快。而脉冲宽度的增加更为显著。表3不同脉冲成形电容试验数据对比CPnFUPkVURkVtrnsCREnF单脉冲能量/J4701.8890.63.02670.51090.61.83结论与讨论 在整个放电回路中，为使脉冲上升前沿加快，应尽可能降低回路电感4。回路电感降低到一定限度后，可通过调整线板式反应器的电极配置形式及脉冲成形电容使高压ns级脉冲波形的上升前沿、峰值及宽度得到改善：a.加宽板间距、加宽放电极邻距及增大脉冲成形电容都可使脉冲电压峰值上升，脉冲上升前沿加快。其中增大脉冲成形电容可使单脉冲能量增加。这几种方法的缺点是使脉冲宽度增加，波尾维持较高的电压，容易产生火花放电。b.减小板间距、减小放电极邻距及减小脉冲成形电容可使脉冲宽度变窄，波尾电压降低。板间距及放电极邻距减小，单脉冲能量增加，由于脉冲电晕电流的增加，而使脉冲电压峰值降低，脉冲上升前沿变缓。脉冲成形电容减小，单脉冲能量降低。实际的大型脉冲电晕脱硫反应器，都采用多通道，即本实验中的反应器多个并接。这样反应器的静态电容必然增大，脉冲峰值及脉冲上升前沿的损失较严重。为解决这一问题，在设计时一般都采用宽板间距200250mm，脉冲成形电容为反应器静态电容的35倍。为减小脉冲宽度，采用窄的放电极邻距，例如本实验中的50mm。由于脉冲电晕的复杂性，上述数据为多次实验得到的结论，有待于进一步的理论完善。作者简介：李国锋1968年生，博士，从事等离子体因气脱硫技术研究。吴彦1952年生，教授，从事静电应用技术研究。王宁会1954年生，研究员，从事特种电源技术研究。作者单位：大连理工大学静电与特种电源研究所(大连116024)参考文献1Massimo R. Evaluation of pulse voltage generators. IEEE Transactions on industry applications, 1995, 31(3):5072Masuda Senichi. Pulse energization system of electrostatic precipitator for retrofitting application. IEEE transactions on industry applications, 1988,24(4):7083杨津基.气体放电.北京：科学出版社，19834王幽林.烟气净化用ns级高压脉冲放电系统.电工技术学报，1992，(4)：55(收稿日期1998-08-31)单脉冲电压正向峰值保持电路时间：2010-05-17 23:46:55 来源：电子发烧友 作者：电路的功能这是一种保持模拟信号电压峰值的电路，它把信号变的最大正峰值存贮在保持电容器CM里，适用于测量单个脉冲的最大值，即使采用取样速度很慢的脉冲仪表，也能进行准确的电压测量。此外，电路加了复位输入，还可用来保持某一瞬间的峰值电压。如改变放电电阻也可用于脉冲展宽。电路工作原理本电路为反馈式峰值保持电路，虽然不能进行高速工作，但可准确地保持输入信号的峰值。OP放大器A1为反馈放大器。反馈回路可以忽略二极管D2、D3的正向电压VF及温度变化的影响。充电过程持续到电容器CH的端电压与输入电压相等为止。若输入电压略低于保持的电压，OP放大器A1的输出就会向负电位摆动，使二极管D1导通，进入闭环状态。保持的电压受二极管D3、OP放大器输入电阻以及偏流等的影响，随着时间的增加会逐渐下降。为了长时间地保持峰值，在电路中加了电阻R3和二极管D3，对漏电流进行抑制，同时采用输入阻抗高的缓冲放大器接收峰值信号。电阻R4用来限制存贮于电容器CH中的电荷在电源断开时的放电电流，如果CH的容量小于0.1UF，可去掉R4。取样完毕后，如果不把充电电荷放掉，若下次输入的信号峰值低于前次峰值，则峰值就不能得到响应，因此，必须安装放电开关，所以应在CH的两端安装机械式继电器或模拟开关使电容短路。CH的容量大，放大电流也比较大，串联了电