大氣壓下介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生低溫等離子體

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1、廣西輕工業(yè)2009年4月GUANGXIJOURNALOFLIGHTINDUSTRY機(jī)械與電氣第4期（總第125期）大氣壓下介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生低溫等離子體1222賈建平，劉克富，胡瓊，邱劍（1.武漢大學(xué)東湖分校工學(xué)院，湖北武漢430212；2.華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，湖北武漢430074）【摘要】利用電力電子和脈沖功率技術(shù)相結(jié)合研制了一臺(tái)高頻高壓電源，用于介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生低溫等離子體。該電源利用電容儲(chǔ)能技術(shù)，通過控制IGBT的通斷對(duì)電容進(jìn)行快速放電，形成高頻脈沖，再通過高頻變壓器升壓，實(shí)現(xiàn)高頻高壓輸出。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用該電源所產(chǎn)生的介質(zhì)阻擋放電，其放電均勻，

2、實(shí)驗(yàn)裝置所耗功率小，所產(chǎn)生的低溫等離子體有著廣闊的應(yīng)用前景?！娟P(guān)鍵詞】低溫等離子體；高頻高壓電源；等離子發(fā)生器；介質(zhì)阻擋放電【中圖分類號(hào)】TM832【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1003-2673(2009)04－46－021引言污染;高頻法的工作氣壓比直流法高，這對(duì)于安全使用等離子給物質(zhì)施加顯著的高溫或通過加速電子、加速離子等給物體滅菌系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的利用率是非常重要的。故此，我們這里采用高頻電源[6-8]，其結(jié)構(gòu)如下圖1所示。質(zhì)加上能量，中性的物質(zhì)就會(huì)被離解成電子、離子和自由基。不斷地從外部施加能量，物質(zhì)被離解成陰、陽荷電粒子的狀態(tài)稱為等離子體[1]。將物質(zhì)的狀

3、態(tài)按從低能到高能的順序排列為固體、液體、氣體、等離子體。等離子體是具有化學(xué)反應(yīng)性的，表現(xiàn)出與其他物質(zhì)狀態(tài)不同的特異性能的氣體，也稱為物質(zhì)的第四態(tài)[1，2]。等離子的產(chǎn)生主要采用電場(chǎng)、光、高能射線或高溫的作用方法，通過加速電子、離子，或高能中性粒子的碰撞作用而產(chǎn)生氣體電離。氣體電離產(chǎn)生等離子體主要有[3]：弧光放電、電暈放圖1高頻高壓電源電、輝光放電、介質(zhì)阻擋放電（DBD）和大氣壓下輝光放電該高頻電源系統(tǒng)由充電回路、脈沖形成回路、驅(qū)動(dòng)回路及[9，10]（APGD）等幾種[1]。其中，弧光放電產(chǎn)生的等離子溫度很高；電保護(hù)回路幾個(gè)部分組成。暈放電產(chǎn)生的低溫等離子體主要分

4、布在極不均勻電場(chǎng)中，而且其工作原理為：工頻220V通過橋式整流給儲(chǔ)能電容充這種放電較弱，產(chǎn)生等離子體及活性粒子的效率太低；輝光放電，由觸發(fā)電路給出觸發(fā)信號(hào)控制IGBT通斷將儲(chǔ)能電容能量電一般在低氣壓下進(jìn)行，需要真空系統(tǒng)?；谶@些因素，以上幾迅速釋放形成脈沖，通過高頻升壓變壓器升壓形成高頻高壓輸種放電均不適合實(shí)際應(yīng)用。因此，在實(shí)際應(yīng)用中可以采用的是出。該高頻電源輸出電壓峰值0~20kV可調(diào)、重復(fù)頻率介質(zhì)阻擋放電和大氣壓的輝光放電。0~30kHz可調(diào)，且正弦輸出20kHz時(shí)波形最好。電源電壓通過這里我們采用大氣壓下的高頻介質(zhì)阻擋放電[4，5]。高頻法調(diào)節(jié)調(diào)壓器輸入電壓

5、來實(shí)現(xiàn)，頻率則通過IGBT觸發(fā)信號(hào)的頻是在高頻電場(chǎng)中充入工作物質(zhì)，則會(huì)產(chǎn)生高頻放電形成等離子率調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。體。由于外加電場(chǎng)方向可以反向，放電中的電荷在逃逸出放電體積之前就被反向而滯留在放電體積內(nèi)，從而減少了電荷損失3等離子體發(fā)生器并提高了電荷密度。這樣就可在較低的電壓下（幾十至幾百伏常用的等離子體發(fā)生器有兩種：一是平板式，二是同軸式。特）得到所需要的等離子體參數(shù)和穩(wěn)定放電。而利用大氣壓下平板式等離子發(fā)生器易于觀察放電現(xiàn)象，但是在利用等離子體的介質(zhì)阻擋放電（APDBD）產(chǎn)生等離子體，功率小，放電產(chǎn)生的方面比較困難，而同軸式則較為容易的利用放電所產(chǎn)生的等離低溫等離子體

6、均勻地充滿放電氣體間隙，且無需抽真空設(shè)備子體。故此，這里我們采用同軸式等離子體發(fā)生器，阻擋介質(zhì)為等，這些優(yōu)點(diǎn)對(duì)于我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中利用其所產(chǎn)生的等離子體石英玻璃，內(nèi)電極為與石英玻璃管同軸的銅電極，外電級(jí)為繞是十分有利的。在石英玻璃管外的金屬絲。如圖2所示：2等離子發(fā)生器用高頻高壓電源應(yīng)用于等離子體發(fā)生器的電源最為常用的有直流和高頻兩種。而高頻電源和直流電源相比，在產(chǎn)生等離子體方面具有顯著的優(yōu)點(diǎn)：在相同條件下，高頻放電的電離率遠(yuǎn)比直流放電高;高頻法工作電壓低，不易產(chǎn)生電極濺射，被處理物品不易被圖2等離子體發(fā)生器【作者簡(jiǎn)介】賈建平（1981-），女，碩士，研究方向：脈沖

7、功率電源及氣體放電應(yīng)用。46該等離子體發(fā)生器在內(nèi)外電極間采用石英玻璃作為介質(zhì)脈沖對(duì)應(yīng)于放電空間的放電細(xì)絲。介質(zhì)阻擋放電是一種高氣壓層，通以氬氣作為載體工作質(zhì)來實(shí)現(xiàn)大氣壓下均勻放電產(chǎn)生等下的非平衡放電，這種放電的擊穿和其他放電的相似之處是在離子體。之所以采用石英玻璃作為介質(zhì)，是因?yàn)槭⒉ＡУ哪屯怆妶?chǎng)作用下電子從電場(chǎng)中獲取能量，通過電子與周圍原子分熱強(qiáng)度高，而且易于觀察放電現(xiàn)象。而采用氬氣作為載體工作子的碰撞，電子把自身的能量轉(zhuǎn)移給它們，使它們發(fā)生電離，產(chǎn)質(zhì)，則是根據(jù)巴申定律[11]，氬氣的擊穿電壓與空氣相比要低得生電子雪崩。當(dāng)氣體間隙上的外電場(chǎng)電壓超過氣體的擊穿電壓

8、多，易于在