串聯諧振模式下塑料薄膜高壓電暈處理負載特性分析

3.2 電暈負載等效電路

電暈放電性質相當于一個非線性有損電容，用C_g、R_g模擬，表面包有電介質的滾筒用C_b模擬，等效電路如圖4所示。對于圖4(a)電路，在氣隙被擊穿前C_g、C_b串聯；擊穿后非線性氣體放電與C_b串聯。此電路只是粗略的等效，對于氣體放電過程中的特性未能等效出。

(a) (b)

圖4 幾種電暈放電等效電路

圖4(b)是另外一種等效電路，考慮了氣隙的損耗，用R_g來近似等效氣隙中的能量損耗，R_s是表示負載導線電阻及電容漏電阻。此電路雖然考慮了氣體放電過程中的能量損耗，但對于放電過程中的恒壓特性未表示出來。

串聯諧振下的電暈處理利用升壓變壓器的寄生漏感與電暈負載串聯諧振。圖5給出了建立在實驗波形分析基礎上的負載等效電路。圖中L_p是升壓變壓器的漏感，一般在幾十mH，負載的等效電容值主要由C_g決定，R_g是氣隙中的損耗，是一個阻值較大的可變電阻。為了達到良好的電暈處理效果，一般負載諧振頻率約為20kHz。考慮到20kHz處于一個中高頻段，所以用圖2兩種情況結合來建立等效模型。在變壓器漏感不能滿足諧振頻率要求下，可在原邊或副邊串聯電感來使負載匹配，此時L_p是總的電感量。R_g的大小是一個與溫度有關的量，隨著整個處理負載溫度的升高，等效電阻減小，此時輸出電流增大。

圖5 電暈負載等效電路

氣隙未擊穿時，負載相當于兩個串聯的電容。逆變器的輸出電壓從零增大到額定電壓過程中，電極從局部稀疏放電直至形成無數隨機不規則的微細密集放電通道，等效電容由小到大非線性變化。氣隙擊穿放電后類似于準恒壓源，同時損耗能量，此時增大逆變器輸出電壓，氣隙上的電壓變化已不明顯。

3.3 負載的伏安特性

設計了一臺12kW的電暈處理高頻高壓發生器，實驗中通過記錄逆變器直流母線上的電壓和電流（平均值）來分析負載伏安特性。所用的高壓放電電極每根長1.6m，均由四個刀口組成，圖6是從氣隙擊穿前到滿功率輸出直流母線上的不同電壓下伏安特性曲線。電路工作在稍偏感性的諧振狀態，電流滯后電壓一個很小的角度。由于負載的電流大小與逆變控制電路中設定的鎖相滯后角的大小有關，所以實驗測得的數據是在此種狀態下（電流滯后角約為10°）的伏安值。

圖6 對應直流母線的負載伏安特性

圖6中“7”為7根電極，“9”為9根電極，從圖6可以看出，在開始出現電暈放電時（約為100V），電流增大較快，當達到幾乎完全放電（約300V）時，加大輸出電壓，電流增大速度減慢。此時消耗的大部分能量在氣隙放電上。負載的諧振頻率隨輸出功率的增大而降低，原因是前述的等效電容增大的緣故。電暈放電的輸出功率與諧振頻率f有關，在同樣條件下，頻率越高輸出功率就越大，所以若要獲得足夠的處理功率得設法提高諧振頻率，其中方法之一是減小升壓變壓器的漏感。