外文翻译译文-PTs型高电压电源产生的臭氧

中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 英 文 翻 译第 1 页 共 15页PTs型高电压电源产生的臭氧摘要：虽然，时下 piewelectric变压器（PTS）仅提供低额定功率，存在臭氧产生多种低功耗应用中使用这种诺埃尔技术可能是有利的，因此，本文的目的是对臭氧产生的高电压的电源的实施中使用的 PT的可能性进行评估：第一，可能的拓扑结构，可以用来驱动执行 PT确定。第二，半桥逆变器工作在零电压开关（2VS）调查，无声放电发生器（SDG）对转换器的操作的效果进行了分析,提出了一种新的控制电路，使 2VS操作。通过测量 PT的谐振电流和开关模式的开关频率调整到最佳值，以保证 2VS之间的相位控制电路工作在闭环方式。一个实验室原型为 6-WSDG测试，并获得了实验结果如图 1所示。指数控制方法，半桥式逆变器，高频率，臭氧的一代，piewelectric 变压器（PT）拉森市马型 PT，零电压开关（ZVS。1 引言臭氧是一种强氧化剂和漂白剂可用于许多应用程序。它可以应用于消除不同过程产生的病毒粒子，特别是对空气和水的处理。在目前的行业臭氧的应用，主要是通过无声的产生放电发生器（SDGs） 。 （SDGs）由两个金属形成一介电层和它们之间的空气间隙电极组成。在一个高压电源供应允许微放电发生气隙内，在这些微放电相关的能源使用游离的氧分子，从而产生几种化学反应的臭氧分子。高效的高压电源的发展产生臭氧的供应是一个重要的研究领域。由于其极不稳定的行为，臭氧不能存储。因此，产生的效率系统是以每公斤臭氧的成本直接相关生成的。增加这些效率的一种解决方案是系统的使用高频电源使增加供应量所产生的臭氧在几千赫兹 3范围内，在典型的高磁变压器匝数比（MTS）中使用这些应用。然而，MTS 存在几个缺点，如高漏 induetanees和寄生 capacitanees。由于铁芯饱和，大尺寸，操作频率范围有限，低效率使得所有这些缺点变得更加明显应，适当处理高磁变压器匝数比（MTS） 。最近，piezoeleetrie 变压器（PTS）使用有留置权在不同的电力电子应用，如灯镇流器和点火器。特别是，罗森型分二适合高压应用。在一般情况下，比较MTS表现出以下几个优点，如效率高，体积小，无电磁辐射的产生，与耐火力。本文的目的是分析一个产生臭氧的 Pt这种类型的应用，而不是一个机器翻译实现高电压增益。众所周知，SDGs 展现了一个强大的电容行为，通常力量的机器中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 英 文 翻 译第 2 页 共 15页翻译适合在较低的频率下工作，这可能引起磁铁磁芯心饱和。另一方面，频率范围操作序列不受饱和，因此，他们可以更有效的电容负载。现在应用的低功率的商业 Pt变压器正在推行，在不久的将来预计更高的功率评级 PTS。在本文中的 PT是适用于低功耗应用的发展，将提交从实验室得到的原型额定功率为 6 W的实验结果。在本文的第二部分，罗森式的应用 PTS方法。第三部分剖析了在不同功率拓扑乡 ES可以用来对这片土地的 Pt驱动应用。所选择的拓扑结构的操作第四、第五部分显示实验从实验室样机得到的结果。本文是总结在第 VI的一些结论。2 罗森式电压互感器适用于臭氧的生成罗森式电压互感器是由一个压电组合形成电动执行器和压电换能器，如图1。适用于主要的交流电压，实际侧产生机械振动，转移到二次侧，换能器。在二次侧的机械振动被转移到一个电场，最后，输出端子输出产生的整个电压。图 2显示的 Pt加载时的等效电路一个 SDG。SDG 可以通过一个并联的 RC模型电路。电容基本上是由空气隙长度和介质采用 SDG组成。电阻代表送到 SDG的力量，它在臭氧发生反应时消耗。两个输出电容的 PT和 SDG的等效电容通常在几个皮法范围。因此，它在 PT操作时将不会有很大的变化，用来加载 SDG。图 3显示的是 Pt的等效输入阻抗空载和满载时的 SDG，串联谐振和并联谐振在此图中可以观察到。SDG 连接到 Pt，串联和并联谐振频率降低，而最小值和最大值输入分别增加和减少。谐振频率的偏差值时不是很高，因此，PT 应该能够在这种类型的有效运行负载。图 1 6-W SDG测试结果中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 英 文 翻 译第 3 页 共 15页图 2 Pt加载时的等效电路一个 SDG图 3 Pt 的等效输入阻抗空载和满载时的 SDG 3 提出的拓扑结构PT必须能够适用于高电压的 SDG因此，才能发生臭氧反应。原则上，这可以通过使用 PT在进行并联谐振或在串联谐振。如果操作在并联谐振 PT的选择，应提供一个电流源逆变器装置。一个典型的拓扑结构可用于此操作模式，如图4（a）所示。PT 提供一个方波电流。当工作在并联谐振频率，电路将表现为一个应用于 SDG的电压源。该电路的优点是，它表现为一个电压源，只要运行在平行谐振频率是有保证的。这通常需要某种闭环操作。另一个优势，使用 Pt而不是一个由一个电流源提供机器翻译，PTS 没有表现出泄漏电感，因此，开关损耗和电压尖峰，使用时出现了机器翻译不利的使用。电流源谐振逆变器的 Pt供给两个要中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 英 文 翻 译第 4 页 共 15页求相对高的扼流圈为输入电流滤除，增加最终成本。图 4 操作在并联谐振的 PT图 5 典型的工作波形 另一方面，Pt 可以运行在系列共振。在这种情况下，Pt 提供一个电压源逆变中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 英 文 翻 译第 5 页 共 15页器。如图 4（b）所示为一个典型的半桥逆变器拓扑结构，该拓扑的优势不需要附加的电感，因此，电路更简单和更便宜的。这种拓扑结构的主要缺点是，PT 的输入电容是不是集成在谐振槽。因此，该转换器具有处理相关的这种反应的能量电容器。这通常是通过驱动开关进行有足够的时间可以实现零电压开关（ZVS）变换。这是拓扑结构，本文将研究的对 Pt的可能性基于高压电源适用于臭氧的生成。4 工作波形和特点如上一节所述，选择半桥逆变器来驱动 PT，它有必要的操作开关的死区时间，以便处理在 Pt的输入电容存储功能无效率的损失。典型的工作波形显示在图 5中，并在每个操作的内部等效电路如图 6所示。图 6 内部等效电路 中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 英 文 翻 译第 6 页 共 15页如图 6所示，Pt 的输入电容 C必须在每次完全充电和放电电源轨时间之间。假设在每个死区时间内谐振电流几乎是恒定的，使 ZVS操作最小时间死区可以计算如下： CiItVBDIC为 VB做的输入电压即时作用整流谐振电流。另一方面，如图 5所示，电压波形在 PT的输入是一个梯形波。对这类波形的基波分量的均方根值可以计算如下： TVDBtsint21其中 T是切换时间。图 7 PT加载的 SDG时的等效电路图 7（a）显示 PT加载的 SDG时的等效电路，在 PT系列电阻有留置权被忽视。二次元件可以简化到一次侧电路，如图 7（b） 。这个电路通常可以分析得到表 1所示的特点，Pt 为具有比 Pt的输出电容和 SDG的等效电容并联组合电容低得多的串联电容器。因此，该系列一谐振频率取决于 PT的串联电感和 PT的串联电容。这也意味着 Cr参数会很低，从而使一个很窄的共振钟，在频率变化小的同时可以大大降低输出电压并产生异常操作。这就是为什么基于 PT的电源必须在闭环操作中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 英 文 翻 译第 7 页 共 15页的原因，保持正确的操作点。表 2显示的是 Pt变压器参数和用于试验的 SDG。这些参数的不同特点由使用在表 1中所示的方程得到。图 8显示了输入电压 200 V时不同验样机所示的共振的运行特性，贝尔很窄；具有 700赫兹在 2千伏输出电压的最大带宽。是在40.3KHz共振这种情况下得到的输出电压。不过，在这个频率时无法执行该操作，因为在谐振电流的相位为零。这意味着，谐振在换向瞬间的电流几乎为零。PT 输入充电和放电的电容不能足够快，ZVS 将会消失。为了实现零电压开关，操作必须执行上述共振。在这种情况下，开关频率 40.6 kHz为 2-kvrms输出电压是必要的，特点如图 8所示。表 1 电路分析参数中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 英 文 翻 译第 8 页 共 15页表 2 PT变压器参数中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 英 文 翻 译第 9 页 共 15页图 8 电压 200 V时不同验样机所示的共振的运行特性5 提出的控制方法如上一节所述，该共振钟 PT是很窄的，仅仅 1kHz的宽度。这意味着，在 Pt特性变化小的 SDG，或振荡器本身可能产生的异常操作的 ZVS地区减少输出电压。因此，当使用铂在电源应用中，某些类型的闭环操作是强制性的。为实现这一目标，大多数这些控制方法使用感应外部部件以确保 ZVS。通常，操作方法是在谐振频率附近，那里的 PT谐振电流几乎是在与 Pt的输入电压同相位，并输出电压最大值。中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 英 文 翻 译第 10 页 共 15页然而，当外部电感的回避是追求，在共振，在最大输出电压点即无法执行该操作。如前，当工作在谐振，谐振电流会近阶段的梯形输入电压工作，瞬时电流不会高到足以 PT的输入电容充放电。在这些条件下，ZVS 将会消失，效率将降低。对图 9所示的波形，可以看出，保证充电和 PT的输入电容放电过程的最佳条件是：瞬时电流尽可能高，ZVS 对于任何给定的功率水平时的谐振电流的峰值附近时刻关闭。 图 9 作用于在 PSIM仿真电路为了保证操作将进行这一点，如图 9所示电路是本文提出的。该电路是作为用于在 PSIM仿真时的，但它也与结果将显示在下一节中的实验室实现。该电路的基本思想是在谐振电流，实现一个闭环电路以保证其相位切换模式相关的是一个允许的谐振电流的峰值在开关关闭瞬间的相位测量。中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 英 文 翻 译第 11 页 共 15页控制电路的操作如下：首先，谐振电流的相位数字波形在 U1和 U2的电路装置产生。加法器 U1是用来增加 Pt的输入电流和电流从 Rsens一 Csens网络重建谐振电流波形。因此，对 PT谐振电流成比例的电压波形是从 UL的输出获得。比较器 U2产生数字电平信号，与谐振电流的相位。该触发器是与美联储的 PWM控制振荡器信号（一个 LM3524电路用于在实验室中的原型） ，因此产生数字信号 VG与开关相模式。这两个信号电平和 VG进行比较使用异或门，然后通过一个低通滤波器 U3实现。因此，做的是产生的信号 Vphdc，其作用是两个信号 Vsense和 VG之间的相比例。该阶段的迹象也由 D触发器的方法测量，Vsense 滞后 VG直到导致 VG关闭循环，一个 PI调节器与 U4的实现，从而产生等于低数字信号。调节接收感测阶段（vphdc）和参考水平（VPH-REF）和产生做为电压控制振荡器的控制信号，从而调节频率为适当的值。另一方面，必要的控制行动的标志是根据 ASE检测户标志不同。当 Vsense滞后 VG，这意味着太多的电感导致谐振电流和开关频率降低，而当 Vsense导联VG，表示太小的电感，开关频率应增加。这两种对立的控制行动是由一个模拟多路复用方式实现，交换传感器输出为 PI调节或适当的参考输入信号，根据数字信号 Vsign的设计原型的价值，将时间的开关调整到大致等于死时间。在这种情况下，基准相位必须调整到零，以获得最佳的操作，如图 9所示电路。6 仿真和实验结果图 10 电路仿真波形首先是模拟在开发原型 PSIM 6使用图 9所示电路原理图，显示所产生的波形在稳定状。电压和在 PT的输入电流在图上显示。可以看出，达到了正确的操作点，利用谐振电流出现在开关关闭瞬间峰值，显然是 ZVS操作实现。输出电压降低到原边，在图 10的底部显示，SDG 实际电压等于电压乘以 PT的匝数比。图 11显示中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 英 文 翻 译第 12 页 共 15页控制电路来说明其操作的一些电气信号。图中所示的波形对应于重建谐振电流信号（Vsin） ，与谐振电流的相位数字信号（VSENSE） ，和模式切换信号的脉宽调制电路（VQ） ，这一信号有留置权乘以 0.5，使其可见。可以观察到，这两个数字信号几乎是在相位稳定状态，因为它的目的是控制方法。这也可以注意在图 11的底部显示的波形，在信号 VPH和 Vphdc了。图 11 控制电路来图 12 仿真方针结果显示最后的仿真结果如图 12所示，其中短暂的间隔显示之前的稳定状态。目前PT的输入，控制反馈信号 vphdc在本图所示。可以看出，相位信号减小直至达到基准，在这种情况下是等于零，如前，实验室原型已经开发的示意图如图 9所示。括号内为一些实验结果显示原型中使用的真实成分。图 13显示的 Pt的输入电压和输入电流电压 175伏特。实现它可以注意到一个正确的操作点。输入总功率消耗的完整电源为 6.2 W在这个工作点，排除控制电路的消耗。据估计，PT 的实现中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 英 文 翻 译第 13 页 共 15页至少 95%的效率，从而使输出功率 5.9 W送到 SDG。电压和电流波形如 SDG图 14所示。适用于电压 SDG将近 2 kVRMS。SDG 是 3 L/min氧流量测试，测量的臭氧生产的最大功率为 150 mgO3 /小时。因此，考虑到电源功耗，估计的效率是 30 mg03 /仓库。这是为低功耗 SDGs在常压下操作的一个典型例子。在这种发生器，氧气流量强制循环通过一个存在介电和高压电极之间的非常狭窄的间隙（小于 1毫米） 。典型的操作压力是 1-2 ATM，典型的效率高达 200，G03 /千瓦时可以得到。通常，这些臭氧发生器的设计具有较高的额定功率（50 W） ，这使得它很难找到PTS在这个功率范围在今天的市场。然而，据预计，PTS 的额定功率将在未来几年的增长，以及该技术的应用将被用来供应臭氧发电机的额定功率和高产量臭氧。图 13 输入电压 175V波形 图 14 SDG图电压和电流波形图 15 闭环操作波形图 15显示的闭环操作。在这个图中，PT 的输入电压是显示在顶部和控制信号（相当于 vfreq）在底部。图中的控制信号用于改变一个双极晶体管的基极电流，这是作为可变电阻 LM3524振荡器网络。图 16显示的 Pt测量的一起输入电压谐振电流和开关模式之间的相位数字信号。可以注意到，这是类似于在仿真得到中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 英 文 翻 译第 14 页 共 15页的，显示出相接近于零。图 17显示的 Pt的输入电压与数字信号测量的谐振电流和开关模式之间的相位的符号。它显示出了如何控制符号振荡之间的正面和负面的调节器调节相位零度左右。一个拟议的转换器及其优点控