CN104331090B - 电晕放电臭氧发生器频率自动跟踪控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电晕放电臭氧发生器频率自动跟踪控制系统，由PLC控制器，高压电容测量仪，以及臭氧发生器组成；所述臭氧发生器由变频电源、变压器和臭氧放电室组成；其中，所述高压电容测量仪与臭氧放电室连接；所述PLC控制器与高压电容测量仪相连，并将高压电容测量仪所检测的频率信号反馈至变频电源的调频端子；所述PLC控制器的控制规律跟随臭氧发生器的等效电路的固有谐振频率改变而变化；经过PLC控制器调频后的变频电源连接变压器；所述变压器与所述臭氧放电室连接；所述变压器是一频率可调的升压变压器。本发明的臭氧发生新系统始终处于谐振状态下工作，保证最大产出效率。
Description
技术领域
本发明属于制取臭氧及其使用技术领域，尤其涉及一种电晕放电臭氧发生器频率自动跟踪控制系统。
背景技术
目前大产量臭氧发生器普遍采用电晕放电法，使用一定频率的高压电流制造高压电晕电场，使电场内或电场周围的氧分子发生电化学反应，从而制造臭氧。而且，当前国际上大产量，产量大于1kg/h的臭氧发生器，根据放电介质的不同，通常采用放电频率500-2000Hz、放电电压4000V-8000V。
但是，随着臭氧发生器负载即臭氧放电室外加电压、氧气压力、氧气流量、温度的变化，臭氧发生器负载总的等效电容随着相应地改变，使得负载固有谐振频率也会发生变化。负载参数的变化引起了最佳频率工作点的漂移，进而影响臭氧发生器的产量、效率和功耗，这种现象称为负载特性动态漂移。
目前电晕放电臭氧发生器频率调节技术是手动调节，即在出厂前或到设备使用现场根据监测到的有关参数手动调节到设备的谐振频率，随即固定下来。当设备运行时，电晕放电臭氧发生器会出现其负载特性动态漂移的现象，电晕放电臭氧发生器的等效电路的谐振频率将产生变化，致使臭氧发生器的产量和效率均降低，且功耗增多。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术不足，提供一种电晕放电臭氧发生器频率自动跟踪控制系统。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种电晕放电臭氧发生器频率自动跟踪控制系统，由PLC控制器，高压电容测量仪，以及臭氧发生器组成；所述臭氧发生器由变频电源、变压器和臭氧放电室组成；
其中，所述高压电容测量仪与臭氧放电室连接，用于检测臭氧发生器等效电路的谐振频率；
所述PLC控制器与高压电容测量仪相连，并将高压电容测量仪所检测的频率信号反馈至变频电源的调频端子；
所述PLC控制器的控制规律跟随臭氧发生器的等效电路的固有谐振频率改变而变化；
经过PLC控制器调频后的变频电源连接变压器；所述变压器与所述臭氧放电室连接；所述变压器是一频率可调的升压变压器。
所述臭氧放电室设有进气口、冷却水进水口、冷却水出水口以及臭氧气体出口。
所述的高压电容测量仪的显示范围为0.01μF-16F，适用频率为1kHz-2kHz，电压为3kV-7kV，测量速度为10-20次/秒。
臭氧发生器负载总的等效电容Cz和升压变压器的漏感Ls构成一个串联谐振电路，其固有谐振频率fo为：
所述的PLC控制器的输出满足的函数关系。
所述的变频电源为大功率变频电源，其功率为10kW-500kW，频率为0-3kHz可调；调频信号端子与PLC控制器连接。
所述的变压器的输出电压为3kV-7kV，频率为1kHz-3kHz。
所述放电室的介质为玻璃或搪瓷，放电室内气体压力为0.05MPa-0.2MPa。
本发明的有益效果：
通过可编程逻辑控制器PLC、变频器、检测仪等自动化设备，对运行电容变化状况进行自动检测并自动调整采用发生器的放电频率，使之完全与随时变化的谐振频率相吻合，臭氧发生新系统始终处于谐振状态下工作，保证最大产出效率。
附图说明
图1是臭氧发生器的电源主电路图；
图2是本发明电晕放电臭氧发生器频率自动跟踪控制系统方框图。
其中：1.变频电源，2.变压器，3.臭氧发生室，4.PLC控制器，5.高压电容测量仪，6.380V/50HZ供电电源，7.臭氧气体，8.冷却水出水，9.冷却水进水，10.进气气源。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
如图1所示，当臭氧发生器负载两端的外加电压低于气体放电起始电压Vs时，放电通道不发生放电现象，此时臭氧发生器可以等效为放电通道的间隙电容Cg和绝缘介质电容Cd串联。当外加电压高于Vs时，放电通道开始放电，放电通道中的氧气因放电而生成臭氧。
绝缘介质电容Cd基本保持不变，但负载总的等效电容具有随外加电压、氧气压力、流量、温度的变化而变化的特点，其等效电路如图1所示，其中，电阻R等效为放电时能量的消耗。
臭氧发生器负载总的等效电容Cz和升压变压器的漏感Ls构成一个串联谐振电路，该串联谐振电路固有谐振频率fo为：
如图2所示，一种电晕放电臭氧发生器频率自动跟踪控制系统，包括：
变频电源1将供电电网380V/50Hz交流电，经过AC-DC-AC逆变，将380V/50Hz交流电源转变为0-530V/0-3kHz的电源，然后经过变压器2，转变成0-7kV/0-3kHz供电，此供电的正负极连接到臭氧放电室3正负极上。臭氧放电室3放电管的正负极进行加适当电压，同时通入氧气，并通入冷却水对放电产生的热量进行冷却，最后排出使用后的冷却水，放出产生的臭氧气体，这样就形成一套臭氧发生器；
如背景技术中所述：随着臭氧放电室外加电压的电压、氧气压力、流量、温度的变化，臭氧发生器负载总的等效电容Cz而相应变化，从而使得负载固有谐振频率fo变化，其中，负载固有谐振频率fo的关系式为：
由于一台变压器的漏感Ls是固定不变的，谐振频率fo和负载总的等效电容Cz形成一个函数关系按此函数关系对PLC控制器4进行编程；
高压电容测量仪5测量端子与臭氧发生室3连接，检测臭氧发生室3因外加电压的电压、氧气压力、流量、温度的变化致使等效电容Cz而发生的变化。在线电容测量仪5的测量范围在是0.01μF-16F；
高压电容测量仪5的信号输出端子连接到PLC控制器4，PLC控制器4信号输出端子与变频电源1中的变频器连接；
PLC控制器4根据在线电容测量仪5检测到等效电容Cz的变化，按照预先编制的程序进行运算，将运算结果输送到变频电源1中的变频器；
变频电源1及时按照PLC控制器4输出的电信号调整变频的频率，使臭氧发生系统始终保持在谐振频率fo的状态。
本发明采用信息技术、自动控制技术，通过可编程逻辑控制器PLC、变频器、谐振检测仪等自动化设备，对运行中各因素的影响，使放电室电容量大小发生变化，从而使谐振点发生偏离，从而谐振检测仪输出信号传送给PLC处理，使变频电源输出频率发变化，并在新的谐振频率下运行。所以此系统可以使臭氧发生器始终处于谐振状态下工作，保证最大产出效率。
与现有的臭氧发生系统相比，本发明具有以下明显优势：
1)臭氧发生器工作时实际频率放电与其谐振频率相吻合：无论外加电压、氧气压力、流量、温度怎样变化，本系统会自动调整放电频率，始终处于谐振频率状态。
2)实现节能：在一定能耗条件下，臭氧产量达到最大，实现节能降耗。本发明与现有系统相比，节能降低40％。
3)稳定可靠、延长设备使用寿命：采用常规检测仪表和可编程序控制器PLC，变频电源、变压器、臭氧发生室始终处于最佳经济节能状态，延长了设备使用寿命。
4)简单可靠，实用价值高：本发明在现有的臭氧发生系统上安装可编程序控制器PLC和高压电容测量仪，投资少，简单可靠，具有较高实用价值。
5)操作简单，节约人力成本：系统将自动控制运行，无需人工值守，节约人力成本。
Claims (6)
1.一种电晕放电臭氧发生器频率自动跟踪控制系统，其特征是，由PLC控制器，高压电容测量仪，以及臭氧发生器组成；所述臭氧发生器由变频电源、变压器和臭氧放电室组成；
其中，所述高压电容测量仪与臭氧放电室连接，用于检测臭氧发生器等效电路的谐振频率；臭氧发生器负载总的等效电容Cz和升压变压器的漏感Ls构成一个串联谐振电路，其固有谐振频率fo为：
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</mrow>
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</mrow>
</mfrac>
</mrow>
高压电容测量仪检测臭氧发生室因外加电压的电压、氧气压力、流量、温度的变化致使等效电容Cz而发生的变化；
所述PLC控制器与高压电容测量仪相连，并将高压电容测量仪所检测的频率信号反馈至变频电源的调频端子；
由于一台变压器的漏感Ls是固定不变的，谐振频率fo和负载总的等效电容Cz形成一个函数关系按此函数关系对PLC控制器进行编程；所述的PLC控制器的输出满足的函数关系；
所述PLC控制器的控制规律跟随臭氧发生器的等效电路的固有谐振频率改变而变化；所述电晕放电臭氧发生器频率自动跟踪控制系统始终处于谐振状态下工作，保证最大产出效率；
经过PLC控制器调频后的变频电源连接变压器；所述变压器与所述臭氧放电室连接；
所述变压器是一频率可调的升压变压器。
2.如权利要求1所述的电晕放电臭氧发生器频率自动跟踪控制系统，其特征是，所述臭氧放电室设有进气口、冷却水进水口、冷却水出水口以及臭氧气体出口。
3.如权利要求1所述的电晕放电臭氧发生器频率自动跟踪控制系统，其特征是，所述的高压电容测量仪的显示范围为0.01μF-16F，适用频率为1kHz-2kHz，电压为3kV-7kV，测量速度为10-20次/秒。
4.如权利要求1所述的电晕放电臭氧发生器频率自动跟踪控制系统，其特征是，所述的变频电源为大功率变频电源，其功率为10kW-500kW，频率为0-3kHz可调；调频信号端子与PLC控制器连接。
5.如权利要求1所述的电晕放电臭氧发生器频率自动跟踪控制系统，其特征是，所述的变压器的输出电压为3kV-7kV，频率为1kHz-3kHz。
6.如权利要求1所述的电晕放电臭氧发生器频率自动跟踪控制系统，其特征是，所述放电室的介质为玻璃或搪瓷，放电室内气体压力为0.05MPa-0.2MPa。
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