电力电子是一门集电力、电子和控制于一体的新型学科,它的应用已经滲入到工业、农业、国防以及交通等众多领域。本文以电力电子技术在人工制备臭氧方面的应用为切入点,以工业上常用的介质阻挡放电型臭氧发生器为研究对象,在负载特性以及高频放电电源方面进行了深入的分析和研究。 文章首先阐述了介质阻挡放电法制备臭氧的物理机理和特点,并从臭氧发生器和放电电源两方面概述了国内外人工制备臭氧技术的研究现状和发展方向。根据目前臭氧发生器放电电源研究中存在的问题,提出了在深入研究臭氧发生器负载特性的基础上,利用现代电力电子技术设计制作高效臭氧发生器高频放电电源的可行性和必要性。 其次是对臭氧发生器负载特性进行了深入的理论分析和实验研究。文章从介质阻挡放电的物理机理和特点出发,在分别假定负载电压为正弦波、负载电流为正弦波以及负载电流为方波的条件下,对臭氧发生器的负载特性(包括有放电过程的放电开始时间、放电间隙发生放电的临界条件、无放电过程负载电压与电流的关系、有放电过程负载电压与电流的关系、负载平均等效电容以及放电过程的功率消耗等)进行了详细的理论分析,为进一步研究和设计负载放电电源奠定了理论基础。 文章还引入了一种利用测量电容间接测量负载参数以及计算有放电过程负载功率消耗的方法,并对臭氧发生器负载进行了一系列的实验,同时对实验结果进行了较详细的分析,并绘制了负载特性三维曲线。实验结果一方面验证了理论分析的正确性,另一方面为下一步设计和研究放电电源提供了的依据。 考虑到放电电源频率的升高有利于强化臭氧的合成,同时臭氧发生器负载具有电容特性,本文选择了电压型逆变器作为放电电源主电路结构,电容性负载与变压器漏感构成串联谐振电路,同时结合负载特性曲线分析和比较了高频放电电源不同控制方式特点。由于基于电流过零锁相容性PWM方式的高频放电电源不仅具有频率变化范围小的特点,而且逆变器中的功率器件具有开关环境好、缓沖电路设计和参数选择简单等优点,所以文章提出了基于电流过零锁相容性PWM方式的高频放电电源更适合于臭氧发生器负载的观点,并从控制方式的实现原理、主电路换流分析、电路实现以及实验结果分析等几方面分别对电流过零锁相容性PWM方式的高频放电电源和基于谐振式PWM方式的高频放电电源进行了较为深入的分析和研究。 文章的最后进行了全文总结和工作展望。