本文關(guān)鍵詞：多開關(guān)TLT脈沖等離子體源，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：高功率納秒脈沖技術(shù)中常使用氣體開關(guān),并需要多開關(guān)串聯(lián)或是并聯(lián)來分別提高電壓和電流等級(jí)。經(jīng)典的Marx發(fā)生器可實(shí)現(xiàn)多開關(guān)串聯(lián)下的過壓自同步,而多開關(guān)并聯(lián)的電路,則通常需要外置觸發(fā)進(jìn)行同步�；赥LT(Transmission Line Transformer)的多開關(guān)脈沖發(fā)生技術(shù),是一種可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)自動(dòng)過壓同步,并且可以并聯(lián)匯流輸出的新技術(shù),非常適合于高重復(fù)頻率、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的工業(yè)應(yīng)用。同時(shí)TLT同等離子體反應(yīng)器之間良好的匹配和能量轉(zhuǎn)換效率,在等離子體廢氣、廢水處理等環(huán)境應(yīng)用中,展現(xiàn)了良好的前景。基于該技術(shù)原理,本文開展了一套GW級(jí)多開關(guān)TLT脈沖等離子體源成套設(shè)備的研制工作,系統(tǒng)主要包含20開關(guān)20級(jí)TLT脈沖源、多繞組諧振充電變壓器、D-I(Differential-Integral)納秒脈沖高壓探頭,分別從原理分析、設(shè)計(jì)過程及實(shí)驗(yàn)結(jié)果三方面對(duì)各裝置進(jìn)行了論述,并開展了脈沖源的水處理應(yīng)用研究,主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：1)脈沖源采用20開關(guān)20級(jí)TLT,單級(jí)由5.6nF儲(chǔ)能電容、3電極火花開關(guān)和5根同軸電纜組成的TLT構(gòu)成,電容、開關(guān)、TLT輸入端全部集成到一個(gè)緊湊的開關(guān)單元,以減小雜散電感而提高輸出特性。首次實(shí)現(xiàn)了20個(gè)火花開關(guān)的有效自動(dòng)同步,同步時(shí)間為數(shù)十ns。單級(jí)采用串聯(lián)輸出到匹配電阻時(shí),可得到20路倍壓的同步脈沖輸出,脈沖上升時(shí)間約15ns,脈寬約70ns,峰值電壓可達(dá)200kV,不同級(jí)之間輸出的脈沖前沿時(shí)差小于2ns。2)基于TLT的二次阻抗模型,建立了一套開關(guān)同步過程中過壓分布的數(shù)值計(jì)算方法,并適用于任意開關(guān)個(gè)數(shù)的TLT電路。分析結(jié)果顯示當(dāng)某級(jí)開關(guān)導(dǎo)通后,該級(jí)電容產(chǎn)生的過壓主要分布在尚未導(dǎo)通的兩個(gè)鄰級(jí)上,意味著即便在開關(guān)數(shù)量較多的條件下,首個(gè)開關(guān)的導(dǎo)通亦可有效觸發(fā)相鄰開關(guān),并進(jìn)一步引發(fā)連鎖反應(yīng),完成所有開關(guān)的同步。3)D-I系統(tǒng)中常將微分端整合于被測(cè)點(diǎn)中,本文則采取了獨(dú)立的探頭式設(shè)計(jì),微分端和積分端均采用了緊湊的同軸結(jié)構(gòu)。探頭的電壓測(cè)量范圍可達(dá)200kV以上,95%精度下的帶寬為49.5kHz-40.6MHz,不同探頭之間一致性優(yōu)異。4)諧振變壓器采用4鐵芯8對(duì)繞組的設(shè)計(jì),所有8個(gè)原邊串聯(lián)保證了注入每個(gè)繞組或是鐵芯的能量相等,所有8個(gè)副邊并聯(lián)使得電流可以均分到8個(gè)整流硅堆,設(shè)計(jì)單次最大能量300J。該設(shè)計(jì)解決常規(guī)單鐵芯變壓器在大能量諧振充電時(shí),鐵芯體積需求過大和整流硅堆電流負(fù)荷過大的問題。理論分析表明多個(gè)鐵芯之間磁導(dǎo)率的個(gè)體差異,對(duì)變壓器的均流特性不產(chǎn)生影響,實(shí)測(cè)8個(gè)副邊的單路電流同總電流比值最小為11.7%,最大為13%,均流效果良好,變壓器的能量轉(zhuǎn)換效率約為94%。5)采用4開關(guān)TLT脈沖源和沿面放電等離子體反應(yīng)器進(jìn)行了水處理的應(yīng)用研究,兩者之間的能量效率在63-73%之間,隨電壓的升高和儲(chǔ)能電容的減小而降低。靛藍(lán)二磺酸鈉的脫色處理中,系統(tǒng)整體脫色能效在1.60-2.06g/kWh之間,單次能量2J左右時(shí)最高。典型工作參數(shù)下,液相中過氧化氫的產(chǎn)率為1.02g/kWh,大腸桿菌則可在6J/mL能量密度下實(shí)現(xiàn)5.6個(gè)對(duì)數(shù)的滅活。
【關(guān)鍵詞】：脈沖功率 多開關(guān) 自同步 TLT 脈沖等離子體 諧振變壓器 D-Ⅰ測(cè)試系統(tǒng) 等離子體水處理
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X70;TN782
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-16
• 縮寫、符號(hào)清單16-23
• 1 緒論23-45
• 1.1 脈沖功率技術(shù)的環(huán)境應(yīng)用24-34
• 1.1.1 脈沖流光放電氣體處理24-32
• 1.1.2 脈沖放電水處理32
• 1.1.3 脈沖電場(chǎng)滅菌32-34
• 1.1.4 脈沖源功率放大的關(guān)鍵問題34
• 1.2 典型的多開關(guān)脈沖發(fā)生電路34-36
• 1.2.1 Marx發(fā)生器34-35
• 1.2.2 LTD35-36
• 1.3 基于TLT的多開關(guān)自同步脈沖技術(shù)36-43
• 1.3.1 單開關(guān)TLT脈沖發(fā)生電路36
• 1.3.2 多開關(guān)TLT脈沖發(fā)生電路36-39
• 1.3.3 4開關(guān)和10開關(guān)TLT脈沖源39-43
• 1.3.4 需進(jìn)一步研究的問題43
• 1.4 本文研究目的和研究?jī)?nèi)容43-45
• 1.4.1 研究目的43-44
• 1.4.2 研究?jī)?nèi)容44-45
• 2 設(shè)備與測(cè)試方法45-58
• 2.1 20開關(guān)TLT脈沖等離子體源系統(tǒng)45-51
• 2.1.1 初級(jí)充電電源46
• 2.1.2 D-I高壓探頭及電磁兼容46-49
• 2.1.3 多繞組諧振變壓器49
• 2.1.4 20開關(guān)TLT脈沖源49-51
• 2.2 脈沖等離子體水處理系統(tǒng)51-53
• 2.2.1 4關(guān)4級(jí)TLT脈沖源51-52
• 2.2.2 沿面火花放電水處理反應(yīng)器52-53
• 2.3 儀器與分析方法53-58
• 2.3.1 電學(xué)診斷儀器53-55
• 2.3.2 靛藍(lán)二磺酸鈉檢測(cè)55-56
• 2.3.3 過氧化氫檢測(cè)56-57
• 2.3.4 大腸桿菌檢測(cè)57-58
• 3 D-I高壓探頭58-74
• 3.1 D-I系統(tǒng)原理58-69
• 3.1.1 基本電路58-59
• 3.1.2 微分端頻率響應(yīng)特性59-63
• 3.1.3 積分端頻率響應(yīng)特性63-66
• 3.1.4 整體頻率響應(yīng)特性66-69
• 3.2 探頭設(shè)計(jì)69-71
• 3.2.1 微分端69-70
• 3.2.2 積分器70-71
• 3.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試71-73
• 3.4 本章小結(jié)73-74
• 4 多繞組諧振變壓器74-104
• 4.1 常規(guī)諧振變壓器電路分析74-82
• 4.2 多對(duì)繞組諧振變壓器電路分析82-87
• 4.3 300J多對(duì)繞組諧振變壓器設(shè)計(jì)87-96
• 4.3.1 鐵芯及繞組參數(shù)87-91
• 4.3.2 繞組繞向及串聯(lián)布置91-93
• 4.3.3 抽頭和油箱屏蔽93-95
• 4.3.4 設(shè)計(jì)參數(shù)小結(jié)95-96
• 4.4 300J多對(duì)繞組變壓器性能測(cè)試96-103
• 4.4.1 能量轉(zhuǎn)換效率測(cè)試96-101
• 4.4.2 副邊均流測(cè)試101-103
• 4.5 本章小結(jié)103-104
• 5 20開關(guān)TLT脈沖功率源104-142
• 5.1 基本電路104-105
• 5.2 二次阻抗105-112
• 5.2.1 對(duì)地阻抗106-107
• 5.2.2 線-線阻抗107-109
• 5.2.3 級(jí)間二次阻抗109-112
• 5.3 過壓分析112-122
• 5.3.1 單開關(guān)閉合時(shí)過壓分布112-119
• 5.3.2 多開關(guān)閉合時(shí)過壓分布119-122
• 5.4 設(shè)計(jì)實(shí)施122-130
• 5.4.1 整體結(jié)構(gòu)122
• 5.4.2 充電電感122-124
• 5.4.3 開關(guān)單元124-125
• 5.4.4 磁環(huán)選取125-130
• 5.4.5 輸出和負(fù)載130
• 5.4.6 整體效果130
• 5.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果130-141
• 5.5.1 LCR觸發(fā)130-132
• 5.5.2 配負(fù)載同步輸出132-134
• 5.5.3 火花間隙負(fù)載同步輸出134-139
• 5.5.4 問題及分析139-141
• 5.6 本章小結(jié)141-142
• 6 多開關(guān)TLT脈沖源水處理應(yīng)用142-163
• 6.1 反應(yīng)器脈沖放電特性142-150
• 6.1.1 單次脈沖放電波形分析142-144
• 6.1.2 放電過程中電導(dǎo)率變化及其影響144-145
• 6.1.3 電壓、級(jí)數(shù)、電容對(duì)的放電特性的影響145-148
• 6.1.4 脈沖源能量效率148-150
• 6.2 染料廢水脫色處理150-160
• 6.2.1 典型脫色過程150-151
• 6.2.2 脫色反應(yīng)的影響因素151-154
• 6.2.3 脫色反應(yīng)的能效關(guān)系154-160
• 6.3 過氧化氫生成和大腸桿菌滅活160-162
• 6.4 本章小結(jié)162-163
• 7 總結(jié)與展望163-167
• 7.1 全文總結(jié)163-165
• 7.1.1 D-I探頭163
• 7.1.2 諧振變壓器163-164
• 7.1.3 20開關(guān)TLT脈沖功率源164-165
• 7.1.4 脈沖源水處理應(yīng)用165
• 7.2 本文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)165
• 7.3 展望165-167
• 參考文獻(xiàn)167-175
• 作者簡(jiǎn)歷及在學(xué)期間主要研究成果175-17

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本文編號(hào)：507545