微腔结构介质阻挡放电的仿真与实验研究.doc
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1、? 1 3 6 ? 测 控技 术 2 0 1 8 年 第 3 7 卷 第 1 期微 腔 结 构介 质 阻 挡 放 电 的 仿 真 与实 验 研 究1 .许 之 磊 、 孙 岩 洲4、 谢.春 玮 、 张 燕 2( 河 南 理 V . 大 学 电 气 工 程 与 自 动 化 学 院 , 河 南 焦 作 4 5 0 0 0 ; 2 河 南 理工 大学 机械 与 动 力 工 程 学 院,河南 焦 作 4 5 4 0 0 0 )摘 要 : 为 了 深 入 研 究 微 腔 结 构 介 质 阻 挡 放 电 ( M D B D ) 的 放 电 机 理 , 搭 建 了 基 于介 质 板 表 面 网 格 微 结
2、 构 电极 装 置 的 实 验 平 台 。M D B D在 分 析 M D B D 微 放 电 过程 的 基 础 上M,提 出 了 基 于 电 压 控 制 电 流 源(DV C C S) 的 等 效电 路 来 模 拟 微D B D放 电 气 隙 的 动 态 变 化。 利 用 a t l a b 建 立 动 态 仿 真模 型 , 并 对 M D B 的 放 电 特性 进行仿 真 , 得 到 了 M 放 电 时 的 电 压 电 流 波 形 和 L i s s ajo u s 图 形 。 同 时 , 对 M D B D 的 放 电 特 性 进 行 实 验研计究 , 并 将了 不仿 真 与 实 验 结
3、 果 进 行 对电 压 值 下比,验 证 了放M D B D 动 态 仿 真 模 型 的 准 确 性 。 进 而 利 用 仿 真 模 型 分 析验的算结 果 及同其 变幅化 规构律 是平 均 放 电 功 率 和的 。L i s s a o u s电 通 道传 输 电 荷 量 , 结 果表 明放,通过 仿 真 计 算 和 实 测 量 得 到关 键 词 : 微 腔 结 介 质 阻 挡 放 电; j图 形;动 态 仿 真 模 型-;电 功 率- -中 图 分 类 号 : T M 8 9 文 献标 识码:A 文 章编 号 : 1 0 0 0 8 8 2 9 ( 2 0 1 8 ) 0 1 0 1 3
4、6 0 5S i m u l a t i o n a n d E x p e r i m e n t a1-l S t u d y -o f M i c r1o c a v i t-y 1D i e l e c t r i c B a r r i e r D i s c h a r2g eX U Z h i l e i, S U N Y a n z h o u, X I E C h u n w ei , Z H A NG Y a n(1 . S c h o o l o f E l e c t ri c a l E n g i n e e ri n g a n d A u t o m a t i
5、 o n, H e n a n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y , J i a o z u o 4 5 4 0 0 0 , C h i n a ;2 . S c h o o l o f M e c h a n i c a l a n d P o w e r E n g i n e e r i n g , H e n a n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y , Ji a o z u o 4 5 4 0 0 0, C h in a)A b s t r a c t : I n o r d e r
6、t o s t u d y t h e d i s c h a r g e m e c h a n i s m o f m i c r o c a v i t y d i e l e c t r c b a r ri e r d i s c h a r g e ( M D B D ) , a ne xip e r m e niht a l p l a t f o r m b a s e d o ni t h e mii cir o e l e c t r o d e d e v i c e i s d e v e l o p e d . B a s e d o n t h e a n a lV
7、 CySs i s o f M D B D m i c r od s c a r g e p r o c e s s , a n e q u v a l e n t c r c u t b a s e d o n v o l t a g e c o n t r o l l e d c u r r e n t s o u r c e ( C ) w a s p r o p o s e d t os i m u l a t e t h e d y n a m i c c h a n g e s o f M D B D m i c r o dfi s c h a r g e . T h e d y
8、n a m i c s m u l a tii o n m o d e l w a s e s t a b l s h e d bi y?M a t l a b a n d t h e d i s c h a r g e c h a r a c t e r i s t i c s o M D B D w e r e s i m u l a t e d . T h e v o l t a g e a n d c u r r e n t w a v e f o r m s a n d L i ss a j o u s if g u r e s o f M D B Di d s c ha ri ge
9、 w e r e oi ib t a i n e d . A t t h e s a m e t i m e, t h e d i s c h a r g e c h a r a crit e r s ti i c s o f M D B Diw e r e?e x p e r i m e n t a l l y s t u d e d, a n d t h e s m u l a t o n r e s u l t s w e r e c o m.p a r e d w i t h t h e e xip e m e n t a l r e s u l t s t o v e r f y t
10、 h e a c?c u r a cf r dy of M D B D dh e d i hy n a m i c shi m u l a t i o n m o d e l T h e nl t i e n t l t, t h e a v e r ai tgee d s c h a re e g e p o w e r a n d t h e a m o u n t o f c h a rt a e d b i tg e t r a n si-e rie b y t T hs c a r g e c a n n e a d f f e r t iv oia g e a m p ltu d
11、s w ric a l c u l ai te d a n d a nt rl y z y u s n g .h e s m ul a t o n m o d e l .r : e r e s u l t s s h o w t h a tih e s m u l a tr io n r e s u l s a r e c o n s s t e n t wL ih h e e xi ip e m e n t a l r e s u l t st i l iKe y w o d s m i c r o c a v i t y d i e l e c t r c b a r e r d s c
12、h a r g e ; s s a j o u s f g u r e ; d y n a m c s m u l a o n m o d e ; d s c h a r g ep o w e r腔 阻 ( M i c r o c a v i t D i e l e c t ri c 3 - 6 B a r r i微e r D i结 构 介 质s c h a r e M D B D挡 放 电 y 景目 M D B D 机 理 研g , ) 是 小 曲 率半 径 微 电 极 介 质 阻 前 对 的 放 电 和 放 电 特 性 的 究 尚挡 放 电 的 典 型 形 式 。 M D B D 易 于
13、在介 质表 面 出 现 表相 有待 深 入 。 由 于 测 量方 法 的 局 限 和 影 响 放 电 因 素 的 多全 D放 电 , 并 产 生 稳 定 的 低 温 等 离 子 体 。 在 材 料 表 面 样性 导致 仅采B D用 实验 方 法 不 能 得 到 准 确 、 面 的M D B D处 理 、 废 气 处 理 、 臭 氧 生 成 等 领 域 具 有 广 阔 的 应 用 前 放 电 特 性 , 而 用 搭 建 仿 真 模 型 的 方 法 研 究一 2-M D B D稿 期 : 2 0 1 7 _ 0 2 - 2 5的 放 电 特 性 可 以 有 效地 克 服这 些 缺 点 。 的 物
14、理收基日金 项 目 : 国 家 自 然科 学 基 全( U 1 2 04 5 0 6,1 1 4 0 5 0 4 4 )模 型 是基 于流 体 力 学 方 程 建 立 的, 由于 放 电 空 间 粒 子作 者 简 介 : 许之 磊 ( 1 9 9 1 ),男,山 东 济 宁 人,硕 士研 究 生,主 要种 类 较多 ,M D B D边 界 条件 复 杂 , 因 此 建 模 复杂 , 计算 量 较大 。研 究 方 向 为 高 电 压 工 程 及 气 体 放 电;孙 岩 洲 ( 1 9 7 2 ) ,男,河 南 的 电 气 模 型 是 在对 其 放工电 过 程 等 效 的 基 础 上 建洛 阳 人
15、, 博 士,教 授,硕 士 生 导 师,主 要 研 究 方 向 为 气体 放 电 、 高 立 的 , 建 模 较 为 方 便 , 计 算可作 量 小 , 计 算 时 间压 二短 。和二国电 压 工 程 及 供 电 技 术等 。 内 外研 究人 员 先后 利 用 变 电 阻 、 稳 极 管 极微 腔 结 构 介 质 阻 挡 放 电 的 仿 真 与 实型验 研 究1 b.1 3 7?管桥式 电 路 等 建 立 多 种 电 气模阻挡 放 电 进 行仿 真研究 , 获 得 了于 M D B D 生来 对 各 种 形 式 的 介 质良 好 的 效 果 。是由 图 ( )u可 知 :( t ) = u d
16、 ( t ) = u( (jt) + U g ( t) (1 )由的 , 且 微 放 电 电微 放 电 发流 受 外 加 电时放 电 气 隙压 的 控 制 , 所动 态 变 化以 用 可 变 电 训 ( 2 )阻 、 稳 压 二 极 管 和 二 极 管 桥 式 电 路 不 能 准 确 地 模 拟M D B D 微放 电过 程一。 为 此 在 分 析 M D B D 微 放 电 过 程= - = )的 基 础 上,建立 种 能 更 加 准 确V l t反 映 放 电 气 隙 动 态 变d CL 、 c g H (4 )化S o的 基r e于V电 压 控 制 电 流 源( o a g e C o
17、n t r o l l e u r r e n tM -式 ( 1 ) 两 边 同 时 对 时 间 求 导 可 得u, C C S ) 的 等 效 电 路 , 并依 据 等 效 电 路利 用 a td u,( 5 )l a b 建 立 M D B DM D B D动 态 仿 真 模 型 。 同 时 , 通 过 搭 建 的 实d t d t d / 验 平 台 对进 行 比 较 , 验进行 实验 研 究 , 并 将 仿 真 与 实 验 结果于 仿 真 模 和 仿 真 结 果 的将式 ( 2 ) 、 式 ( 3 ) 代 人=式 ( 5 ) 整 理 可 得准 确 性 。, ( 丨,(一6 )1 M
18、D B D 电 由 式 ( 6 )可 知 , U ?)受 到 u ( ? ) 影 响 , 且 任 个等 效一路 U气?)都 有 一 个和 与压之 对 应 , 当 电极极 结 构 固 定 时 ,M D B D 过 程 是 个 瞬 态 过 程, 放 电 气 隙 是 随 着 放 隙 等 效 电容C& 高 电 与 接 地 电 极 之 间 等 效 电电 过 程 的 发 展 而 动 态 变 化 的 , 因 此 放 电 前 后 M D B D 等 容 , 的 值均 为 定 值 , 随 着 外 加 电V压 斜 率 变 化 , 气 隙 电M D B D效 电 路 不 同 。 放 电 发 生 之 前 , 等 效
19、电 路 由 串 联 流 也 随之 发 生 变 化 , 所 以 采 用 C C S 来 模 拟 微后 和 心 并 联 构 成 , 如 图 1( a ) 所示 。 当 外 加 电 压 达 到放 电 能够 更加 真 实 地 反 映 微放 电 的 动 态 变 化放 电气 隙 的 击穿 电 压的 时 候 , 放1 b ( :电 发 生 , 其 等效 电 路 如C2 仿 真 模 型 与 实 验 裝 置图 ( ) 所 示 。 其 中, #为 放 电 气 隙 等 效 电 容 ;,为 微2 . 1 动 态仿 真 模型腔 所 在 介 质 表 面 与 接 地 电 极 之 间 等 效 电 容 ;?为 高 压基 于 图
20、 1(b ) 放 电 后 的 M D B D 等 效 电 路 , 利 用电 极 与 接地极电 极 之 间 等 效 电 容 ; ) 、 ( ) 分 别 为 电M a t l a b 平 台 的 S i m u l i n k 动 态 系 统 建模 工 具 建 M D -流间 电 压 和 放 电区气 隙 电 压; 、 ( 和 分 别 为B D 动 态 仿 真模 型 , 如 图 2 所 示 。 模 型 中 两来 搭个 脉 冲信 号过 电 极 覆盖 域等 效 电 容 电 流 、 气 隙 电 流 和 放 电 进P u l s e l 和 P u l s e 2 通 过或 ( 0 R ) 运 算后 的 信
21、 号 控 制 S W 1行 时 微腔 支 路 中 的 电 流 ,联 个 测 容。 在 实验 时 , 在回放 电 回 路 上 串和 S W 2 来 实 现 微放 电 的 发 生 和 熄 灭 。 气 隙 击 穿 后 , 由量 电 Q , 用 来 测 量 放 电 路 的 传 输 电 荷 | 3 | 4 于微 放 电 气隙 等效 电 容 和 等效电 阻 的 非 线性 变量 , 且 测 量 电 容 两端 的 电 压 用 、 ( 表 示 。因 此通 过 S W 1 和 S W 2的 开 闭 控 制 和 C化 ,开 和_ 7 1 2 V一_正气 隙 击 穿 后 , 微 放 电 发 生。 由 于 外 加 电
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- 关 键 词:
- 结构 介质 阻挡 放电 仿真 实验 研究
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