紫外线灯电路模型分析及驱动参数影响研究

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近些年来,水污染问题日益加重,当前广泛采用的化学除污和生物除污方法又存在众多的问题。短波紫外线(UVC,波长253.7nm)能有效地灭活微生物和降解有机物,污水处理领域对紫外除污技术需求迫切。目前紫外线灯存在如下两个问题:有效谱段紫外线辐照度衰减较快,紫外线灯有效寿命短;“光效”低,UVC辐照度达标消耗的功率较大。这些问题严重制约了紫外除污技术的应用和推广。针对上述问题,本文对紫外线灯的电路模型及驱动参数对紫外线灯“光效”的影响进行了研究。针对额定功率165W的紫外线灯,对功率可调的电子镇流器进行设计。镇流器主电路采用了半桥LCC谐振电路。为了防止功率过冲,该镇流器采用了分段控制策略:启动阶段采用滑频软启动控制,过渡阶段采用恒频和变功率给定结合的混合控制,稳态阶段采用恒功率闭环控制。实验结果表明,该镇流器可以可靠地驱动紫外线灯。为了研究紫外线灯的灯丝功率损耗与辐照度的关系,本文对紫外线灯等效电路进行了建模。基于基尔霍夫电压定律,给出了模型参数的辨识方法。同时搭建了等效电路模型的仿真电路,对模型参数的合理性进行了验证。通过模型参数辨识方法,可以计算出不同驱动功率下的灯丝功率损耗。进而分析了驱动功率对模型参数、灯丝损耗及灯端参数的影响,建立了灯丝损耗和UVC辐照度的关系。针对紫外线灯“光效”低的问题,本文研究了驱动参数对紫外线灯辐照度的影响。根据汞原子光谱理论,从汞原子激发和跃迁的角度分析了驱动功率对各谱段辐照度的影响。并通过驱动电路参数优化实验,给出了驱动频率等主要驱动参数和UVC辐照度的关系。降低驱动频率能够减小灯丝功率损耗,进而提高灯的UVC辐照度。最后,基于灯丝损耗对UVC辐照度的影响机理,对驱动电路的结构进行了改进,采用了双并联电容的电路结构。测试结果显示,经过改进后的驱动电路,降低了灯丝功率损耗,提高了灯的UVC辐照度,降低了灯寿命的衰减速度。实验结果验证了理论和分析的合理性。
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