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常压DBD等离子清洗机放电工作区间与击穿电压存在哪些关系?

  • 更新日期 - 2019年11月14日 20:16

大气压下氮气DBD等离子清洗机均匀放电的获得是需要有一定的条件的,例如气隙厚度、电压的幅值和频率,以及气流速度等。为了获得大气压下氮气DBD等离子清洗机均匀放电,最大间隙厚度d是有上限的,这其实不难理解:在均匀电场中,电子雪崩的发展与exp(ad)成正比,因此对于更大的间隙距离d,氮气中的电子雪崩的剧烈发展将转为流注放电。那么常压DBD等离子清洗机放电工作区间与击穿电压之间存在什么样的关系呢?让我们通过实验来进行验证说明。

常压DBD等离子清洗机放电工作区间与击穿电压存在哪些关系?

在间隙距离d=2mm的条件下,固定一个合适的气流速度,如21cm/s,以研究得到大气压下氮气DBD均匀放电的外加电压Va的幅值Vm、频率f范围,从而获得大气压下氮气DBD汤生放电的工作区间,结果如下图所示。

常压DBD等离子清洗机放电工作区间与击穿电压存在哪些关系?

实验中发现,只有外加电压的幅值和频率处于一定的范围才能够获得稳定的汤生放电。从图我们可以看到,有两条曲线分别表示获得汤生放电的下限和上限。其中,Vmin是通过缓慢增加外加电压Va的幅值Vm得到的。当Vm<Vmin时,间隙将不会放电,因此Vmin是该条件下气隙放电所需的最低电压。获得汤生放电后继续升高电压,当Vm>Vmax时,均匀的汤生放电将转变为丝状放电。

从图中还可以看到,Vmin与频率f无关,基本保持在9.75kV;而Vmax却随着频率的升高而迅速下降。当频率高于7kHz时,获得稳定的汤生放电基本很困难,气隙一旦放电则呈现强烈的丝状放电。

工作区间的下限Vmin与静态击穿电压直接有关。大气压下2mm氮气隙的静态击穿电压Vsb,在高过这个电压值的时候气隙放电则表现为电弧或流注。在外加电压的幅值Vm<Vmin时,间隙中并未放电,因此可将间隙等效为一个电容,与阻挡介质串联。此时,2mm氮气上的起始击穿电压Vib可通过如下公式计算:

常压DBD等离子清洗机放电工作区间与击穿电压存在哪些关系?

将Vmin=9.75kV代入上式,得到2mm氮气间隙的起始击穿电压Vib为7.8kV。

通过下图所示的气隙电压Vg波形上可以看到,对于气隙已经击穿的稳定汤生放电要得到准确的击穿电压很困难。如前所述,氮气中DBD均匀放电与氦气中的不同,前者在放电起始后不存在气隙电压Vg突然下降的拐点,因此准确的击穿电压的读取只能从运流电流id上升的起始阶段进行估读。不论起始阶段的选择是否足够准确,读出的值都远小于2mm氮气隙的静态击穿压8.2kV肚兜湿润炙热抵住|猫的屁股抬起来,而这种现象恰恰是由于DBD放电中的“记忆效应”的存在,使得2mm气隙可以在如此低的电压下就开始放电。

常压DBD等离子清洗机放电工作区间与击穿电压存在哪些关系?

从气隙电压Vg波形上还可以看出一条重要信息,即Vg往往增加到接近2mm氮气隙的静态击穿电压Vsb=8.2kV。这一特点不论在汤生放电工作区间的哪个频率都存在,因为当气隙电压Vg超过8.2kV时,DBD等离子清洗机中的电子雪崩将转变为丝状放电。在工作区间的上方,即外加电压Va的上限Vmax时,DBD等离子清洗机中汤生放电向丝状放电过渡的过程中,丝状放电对应的电流窄脉冲也首先出现于Vg的峰值附近。

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