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DBD臭氧发生电源的设计与控制策略研究

钱正国  
【摘要】:臭氧因其具备强氧化性和杀菌能力,已被广泛应用于工业、医疗业及人类现实生活领域。在我国,环保问题越来越引起公众与有关部门的重视,臭氧在污染物处理领域的应用前景逐渐受到重视,因此人工制备臭氧方法的研究也逐渐成为科研工作者的研究热点。本文以工业上常用的介质阻挡放电型的臭氧发生器为研究对象,在电源设计及控制策略方面进行了深入的分析和研究。论文首先阐述了介质阻挡放电(DBD)法制备臭氧的物理原理及特点,并对国内外介质阻挡法制备臭氧技术的研究现状和发展方向作出概述。根据目前传统DBD臭氧发生电源研究中存在的问题,本文旨在设计出高频、高效的DBD臭氧发生电源,并对其在不同控制策略下的特性进行研究。其次是介绍了感性移相脉冲宽度调制(PSPWM)控制的串联谐振式DBD电源的主电路拓扑和工作原理,并对感性PSPWM控制下的电源正馈输出放电工况与环流放电工况分别进行模态分析,并对不同工况下的等效电路联立微分方程,得到两种工况下放电功率P与工作频率f的移相特性解析表达式。通过理论分析得出主要电气量的移相特性,可以作为DBD臭氧发生电源的设计提供理论指导依据。论文还介绍了DBD臭氧发生电源脉冲密度调制(PDM)调功方法的工作原理,分析并指出了传统PDM调功方法应用于DBD臭氧发生电源时的优缺点。针对传统PDM调功方法的不足之处,提出了均匀PDM(SPDM)、改进PDM等控制方法用于改进传统PDM负载电流易断续的缺点。在此基础上,提出了一种改进PDM感性PSPWM混合调制调功方法并搭建了仿真模型加以分析研究,该法兼具改进PDM与感性PSPWM的优点,且补足了改进PDM与感性PSPWM调功方法单独控制时的不足。论文对满功率运行时的DBD臭氧发生电源电路进行了模态分析,得出高频变压器漏感与变比的设计依据,基于TMS320F28335芯片设计了DBD臭氧发生电源的控制系统,给出控制系统软件算法的总体设计和PWM控制、PDM控制的软件实现方案,并给出了基于DSP实现数字锁相环的基本原理和电流频率跟踪控制的整个算法流程。论文搭建了DBD臭氧发生电源实验平台,并根据利萨如实验测定出DBD臭氧发生器的负载参数。分别进行了变压器、驱动电路、电流采样电路、过零比较电路的设计,利用DBD臭氧发生电源的实验样机,完成了感性PSPWM、传统PDM、改进PDM、感性PSPWM改进PDM四种调功控制方法的实验验证,并对实验结果作出分析。


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