CN103235244B

CN103235244B - 一种介质阻挡放电电路参数检测装置及检测方法

Info

Publication number: CN103235244B
Application number: CN201310132909.8A
Authority: CN
Inventors: 唐雄民; 李思琪; 余亚东; 严其林
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2013-04-02
Filing date: 2013-04-02
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2033-04-02
Also published as: CN103235244A

Abstract

本发明公开了一种介质阻挡放电电路参数检测装置及检测方法，它包括：串联谐振逆变电源、信号检测回路、采样电路和数据处理单元。在所述的信号检测回路中，包含有电容分压电路、由电流互感器构成的“电荷积分”电路、逆变电路电流过零比较电路、电压检测回路电压过零比较电路。通过串联谐振逆变电源给介质阻挡放电电路供电，形成各检测回路所需的信号，利用检测到的关键点数据重构介质阻挡放电电路的“李萨茹”图形，从而完成介质阻挡电容、气隙电容、放电维持电压和放电功率的实时计算。本发明克服了现有介质阻挡型放电参数的测量方法存在操作复杂、效率低、误差大和难以在线测量等不足。

Description

一种介质阻挡放电电路参数检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及一种介质阻挡放电电路参数检测装置及检测方法，特别涉及一种适用于串联谐振逆变电源供电下介质阻挡放电电路参数检测装置及检测方法。

背景技术

介质阻挡放电，又称无声放电，其主要特点是至少一个电极表面被绝缘介质覆盖或在放电空间插入绝缘介质，当在放电电极上施加交流高压后，电极间建立的高强度交变电场将气体击穿而形成放电。目前，介质阻挡放电技术在材料、微电子、化工、机械、环境保护、医疗卫生、自来水深度处理等众多学科领域中有着广泛的应用。

由于介质阻挡放电的特征参数(介质阻挡电容、气体放电电容和放电维持电压)与其供电电源的主回路参数设计有着密切联系，因此需要准确地测量介质阻挡放电电路的特征参数。目前，介质阻挡放电电路的参数测量主要有两种方法，目前对于介质阻挡放电参数的测量主要有两种方法，一种可以称为几何计算法，即根据已知介质阻挡放电装置的几何尺寸和阻挡介质层的介电系数，直接计算介质阻挡层电容和气隙电容，但受制造工艺等的限制，几何尺寸和材质的介电系数零散性很大，计算往往无法得到精确的计算结果；第二种方法可就是“李萨茹”图形法，它是目前生产实践通常采用的一种测量介质阻挡放电电路参数的方法。但常规采样李莎茹图形法测量介质阻挡放电电路参数存在诸多不足，具体如下：

(1)需要在主回路中串接“积分”电容，导致测量过程连线复杂，并影响测量的精度；

(2)需要使用示波器，高压探头等专业设备，前期投资大，且操作复杂，需要专业人员进行测量；

(3)需要对示波器的显示值进行估读，测量结果误差大；

(4)需要在重复测量和读取实验数据后，进行离线进行处理，费时费力，效率低下；

综上所述，现有对介质阻挡型放电参数的装置与测量方法存在操作复杂、效率低、误差大和难以在线测量等不足。

发明内容

给介质阻挡放电电路提供高频交变的高压电源的串联谐振逆变电源；

由两个无极性电容串联构成能对介质阻挡放电电路电压进行降压检测的电容分压电路；

采用一个电流互感器和与其相连的无极性电容构成的“电荷积分”电路对流过介质阻挡放电电路电流进行积分处理；

串联谐振逆变电路主电流过零、“电荷积分”回路电压、电容分压回路电压过零比较电路；

用于检测电容分压和“电荷积分”回路电压的采样电路；

参数检测装置利用串联谐振逆变电路主电流过零、“电荷积分”回路电压、电容分压回路电压过零比较电路形成采样电路的采样控制信号，并在数据处理单元的协调下完成重构介质阻挡放电电路“李萨茹”图形所需的图形两个顶点坐标、图形与纵轴坐标和图形与横轴坐标的数据采集；

数据处理单元利用检测到的上述4个图形坐标点重构介质阻挡放电电路的“李萨茹”图形，并且利用重构的“李萨茹”图形计算介质阻挡电路的阻挡电容、气隙电容、放电维持电压和放电功率。

电容分压电路直接与介质阻挡放电电路相连，组成分压回路的下部电容输出电压分别与采样回路和电容分压回路电压过零比较电路相连；“电荷积分”电路输出电压分别与采样回路和电容分压回路电压过零比较电路相连；通过电容分压电路、“电荷积分”、过零比较电路、采样电路构成测量回路。

数据处理单元接受过零比较电路的信号，通过鉴别不同的过零比较信号，分别采集不同的电压数据，完成介质阻挡放电电路“李萨茹”图形的重构。

一种介质阻挡放电电路参数检测方法，其检测步骤如下：

(1)当介质阻挡放电由串联谐振逆变电路供电时，当逆变电路电流由正变负时，电容分压电路和“电荷积分”电压达到最大值；当逆变电路电流由负变正时，电容分压电路和“电荷积分”电压达到最小值，通过检测这两个时刻的电容分压电路和“电荷积分”电压来获得重构“李萨茹”图形的两个顶点坐标；

(2)通过检测“电荷积分”电路电压由负变正时刻电容分压电路上的电压和电容分压电路上的电压由负变正时刻“电荷积分”电路上的电压，来获得重构“李萨茹”图形的另外两个坐标；

(3)由(1)(2)获得的4个坐标数值，重构介质阻挡放电电路的“李萨茹”图形；

(4)分别计算“李萨茹”图形的相邻两条边的斜率，并结合检测回路的相关参数求取介质阻挡电容和气隙电容数值；

(5)通过计算“李萨茹”图形在横轴上的截距，求取放电维持电压；

(6)通过计算“李萨茹”图形的面积求取单周期内介质阻挡放电电路的能量；

(7)结合串联谐振逆变电路的工作频率和单周期内介质阻挡放电电路的能量，求取介质阻挡放电电路的放电功率；

(8)输出计算得到的介质阻挡放电电路参数。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)无需对测量数据进行估读，测量结果准确；

(2)无需使用示波器和高压探头等专业设备；

(3)能够实现参数的在线测量；

(4)测量速度快，能实时分析每个放电周期内介质阻挡放电电路参数变化情况；

(5)通过本发明构成的检测系统无需在主回路中串接“积分”电容，简化了测量过程的接线工作量。

附图说明

图1为介质阻挡电路放电和未放电阶段等效电路

图2为传统介质阻挡放电电路参数检测装置及检测方法

图3为实测的介质阻挡放电电路的“电压-电荷李萨茹”图形

图4为本发明所述的介质阻挡放电电路参数检测装置及检测方法示意图

图5为本发明所述的介质阻挡放电电路参数检测装置和检测方法的一个实施例示意图

图6为本发明所述的介质阻挡放电电路的“李萨茹”图形重构示意图

图7为本发明的介质阻挡放电参数计算实现流程图

具体实施方式

附图1为介质阻挡放电电路放电和未放电时等效电路，介质阻挡放电电路在未放电时可以等效为阻挡介质电容C_d和气隙电容C_g相串联，在放电电路在放电时可以等效为阻挡介质电容C_d和放电维持电压U_Z相串联的结构。

附图2为传统介质阻挡放电电路参数检测装置及检测方法，附图3为实测的介质阻挡放电电路的“电压-电荷李萨茹”图形。在附图2中：R_m为“分压电阻”；C_m为“积分”电容；T为升压变压器；示波器按照李萨茹图形法连接。由于电路存在如附图3所示的放电阶段和未放电阶段，通过电压-电荷李萨茹图形法将会得到一个平行四边形。

附图5本发明所述的介质阻挡放电电路参数检测装置和检测方法的一个实施例示意图。该实施例主要包括硬件和软件两部分。硬件部分包括第一电流互感器CT1、第二电流互感器CT2、积分电容Cm、过零比较电路使用电阻R1、第一分压电容C1、第二分压电容C2、过零比较电阻；第一电流互感器CT1与积分电容Cm相连，第二电流互感器CT2与电阻R1相连；电阻R1上电压、第二分压电容C2、积分电容Cm上的电压与过零比较器相连，形成采样所需的控制信号。软件部分则通过测量主电路电流正、负向电流过零点时，分压电容C2和“积分”电容Cm上的电压、积分电容Cm电压由正变负时分压电容C2上电压、高压分压电容C2上电压由负变正时分压电容C2上电压，来重构一个介质阻挡放电电路的“李萨茹”图形。在重构“李萨茹”图形后通过附图7所述的实现流程图来完成参数的在线检测。

附图6为本发明所述的介质阻挡放电电路的“李萨茹”图形重构示意图，通过采样电路获得B、D、M和N点的数值后，通过这4点的数值，重构介质阻挡放电电路的“李萨茹”图形。

附图7为参数计算的具体实现流程。

本发明的一种介质阻挡放电电路参数检测装置及检测方法具体实施步骤如下：

(1)按照附图4所示的硬件图连接好线路，并在数据处理单元中完成软件部分的初始化。

(2)采用中断方式采集附图1中，B、D、M和N点的数据。

(3)待数据采集完毕后，按式(1)计算未放电阶段的等效电容C的数值：

C = \frac{C_{g} C_{d}}{C_{g} + C_{d}} = | k_{B M} | = | \frac{m_{y} - B_{y}}{m_{x} - B_{x}} | = | \frac{m_{y} - B_{y}}{- B_{x}} | - - - (1)

式中，k_BM为线段BM的斜率、(m_x，m_y)为M点坐标、(B_x，B_y)为B点坐标。

(4)由式(2)计算放电介质阻挡电容C的数值：

C_{d} = | k_{D N} | = | \frac{D_{y} - N_{y}}{D_{x} - N_{x}} | = | \frac{D_{y}}{D_{x} - N_{x}} | - - - (2)

式中，k_DN为线段DN的斜率、(D_x，D_y)为D点坐标、(N_x，N_y)为N点坐标。

(5)由式(3)计算气隙电容C_g的数值：

C_{g} = \frac{{CC}_{d}}{C_{d} - C} - - - (3)

(6)计算直线BC和直线DC在标系中的交点C的坐标(C_x，C_y)：

y＝k_BMx+M_y (4)

y＝k_DN(x-N_x) (5)

k_DN(x-N_x)＝k_BMx+M_y (6)

由式(4)-(6)可得

\{\begin{matrix} C_{x} = \frac{M_{y} + k_{D N} N_{x}}{(k_{D N} - k_{B M})} \\ C_{y} = k_{B M} \frac{k_{D N} N_{x} + M_{y} (k_{D N} - k_{B M} + 1)}{(k_{D N} - k_{B M})} \end{matrix} - - - (7)

(7)计算电路放电维持电压U_Z：

y＝K_DN(x-B_X)+B_y (8)

式(8)为直线AB在直角坐标系中的方程。

令y＝0，可得J的横坐标为：

J_{x} = - \frac{B_{y}}{K_{D N}} + B_{x} - - - (9)

由此可得，放电维持电压的数值为：

U_{z} = \frac{1}{2} | N_{x} - J_{x} | = \frac{1}{2} | N_{x} + \frac{B_{y}}{K_{D N}} - B_{x} | - - - (10)

(8)放电功率的计算：

利用式(11)可得，李莎茹图形的面积为：

S = 2 S_{Δ B C D} = 2 \times \frac{1}{2} |\begin{matrix} B_{x} & B_{y} & 1 \\ C_{x} & C_{y} & 1 \\ D_{x} & D_{y} & 1 \end{matrix}| = |\begin{matrix} B_{x} & B_{y} & 1 \\ C_{x} & C_{y} & 1 \\ D_{x} & D_{y} & 1 \end{matrix}| - - - (11)

待S求取后利用下式计算计算放电功率P

P＝SfC_mk_xk_ykN₂ (12)

式中：S为平行四边形的面积、f为介质阻挡放电电路工作频率、C_m为测量电容数值、k_x为示波器X轴灵敏度、k_y为X轴灵敏度、k为C1与C2组成电路的分压比、N₂为电流互感器CT2的变比。

(9)将计算得到的介质阻挡放电电路的四个特征参数C_d、C_g、U_Z和P的结果输出，完成一个周期内介质阻挡电路的参数在线检测。

Claims

1.一种介质阻挡放电电路参数检测装置，其特征在于它包括：

用于检测电容分压和“电荷积分”回路电压的采样电路；

2.如权利要求1所述的一种介质阻挡放电电路参数检测装置，其特征在于：电容分压电路直接与介质阻挡放电电路相连，组成分压回路的下部电容输出电压分别与采样回路和电容分压回路电压过零比较电路相连；“电荷积分”电路输出电压分别与采样回路和电容分压回路电压过零比较电路相连；通过电容分压电路、“电荷积分”、过零比较电路、采样电路构成测量回路。

3.如权利要求1所述的一种介质阻挡放电电路参数检测装置，其特征在于：数据处理单元接受过零比较电路的信号，通过鉴别不同的过零比较信号，分别采集不同的电压数据，完成介质阻挡放电电路“李萨茹”图形的重构。

4.一种介质阻挡放电电路参数检测方法，其检测步骤如下：

(8)输出计算得到的介质阻挡放电电路参数。