串联谐振赫兹电力讲解串联谐振模式下塑料薄膜

电晕处理技术是应用高压放电技术使放电极间的空气电离成电晕放电。聚合物等被处理对象经过放电空间接受放电时，其表面即产生极性基团。同时强烈的离子冲击使被处理表面粗化，从而增强油墨及胶水在被处理材料表面的渗透力和粘合力。电晕负载类似于臭氧发生器，属于介质阻挡放电。一般电晕处理装置都是利用串联谐振（也称为

电晕放电特性

电晕放电是一种介质阻挡放电，介质一般为耐热性能好的胶皮或陶瓷，图1是电晕处理装置介质阻挡放电示意图。

介质阻挡放电示意图

介质只覆盖在单个电极上，厚度为Ld，放电气隙为Lg。当作用在电极上电压为Vs时，设介质密度是均匀的。而在介质和放电气隙间电场强度Ed和Eg是不同的。

由于电极间介质层的存在，介质阻挡放电的工作电压一定要是交变的。根据交变电压的频率差异，放电的特性有所不同。通常可以分成低频介质阻挡放电和高频介质阻拦放电，前者的频率范围为50Hz到10kHz，后者的频率为100kHz以上，这两种介质阻拦放电的等效电路如图2所示。

不同频率下的介质阻挡放电等效电路

(a)低频 (b)高频

图2 不同频率下的介质阻挡放电等效电路

图2中Cd是介质电容，Cg是气隙电容，R是放电的等效电阻。通常Cg《Cd，Vop是作用电压的峰值，V和Vop分别是低频和高频条件下回路中的积分电流为零时的电压值。

气隙电压与外界作用电压的关系。在介质阻挡放电的电特性中，放电电压Vd是一个重要的电学参量，它的大小直接与放电的功率有关，可以定义一个平均放电电压Vd，它在放电作用周期内是一个常量。当放电间隙上的电压Vg小于Vd时，不发生放电现象，这时电路是由介质电容Cd和间隙电容Cg串联组成。当放电间隙电压Vg达到Vd时，就出现微放电，而且一直维持到外界电压达到最大值Vop为止，在存在微放电的整个时间过程内Vg≈Vd，放电电压Vd的数值在微放电出现时和截止后的电压值之间，该数值是一个平均值。主要决定于放电气体的成分，间隙中的离子浓度以及间隙宽度等。

电晕放电性质相当于一个非线性有损电容，用Cg、Rg模拟，表面包有电介质的滚筒用Cb模拟，对于图4(a)电路，在气隙被击穿前Cg、Cb串联。击穿后非线性气体放电与Cb串联。此电路只是粗略的等效，对于气体放电过程中的特性未能等效出。

另外一种等效电路，考虑了气隙的损耗，用Rg来近似等效气隙中的能量损耗，Rs是表示负载导线电阻及电容漏电阻，此电路虽然考虑了气体放电过程中的能量损耗，但对于放电过程中的恒压特性未表示出来。

气隙未击穿时，负载相当于两个串联的电容。逆变器的输出电压从零增大到额定电压过程中，电极从局部稀疏放电直至形成无数随机不规则的微细密集放电通道。等效电容由小到大非线性变化，气隙击穿放电后类似于准恒压源。同时损耗能量，此时增大逆变器输出电压，气隙上的电压变化已不明显。

设计了一台12kW的电晕处理高频高压发生器，实验中通过记录逆变器直流母线上的电压和电流（平均值）来分析负载伏安特性，所用的高压放电电极每根长1.6m，均由四个刀口组成，是从气隙击穿前到满功率输出直流母线上的不同电压下伏安特性曲线。电路工作在稍偏感性的谐振状态，电流滞后电压一个很小的角度，由于负载的电流大小与逆变控制电路中设定的锁相滞后角的大小有关，所以实验测得的数据是在此种状态下（电流滞后角约为10°）的伏安值。

在开始出现电晕放电时（约为100V），电流增大较快。当达到几乎完全放电（约300V）时，加大输出电压，电流增大速度减慢，此时消耗的大部分能量在气隙放电上。负载的谐振频率随输出功率的增大而降低，原因是前述的等效电容增大的缘故，电晕放电的输出功率与谐振频率f有关。在同样条件下，频率越高输出功率就越大，所以若要获得足够的处理功率得设法提高谐振频率，其中方法之一是减小升压变压器的漏感。

本文在仿真和实验的基础之上分析了塑料薄膜表面高压电晕处理负载特性及等效电路，气体在电晕放电过程中呈现恒压特性，电晕负载的非线性及多变性也给逆变器的设计带来一定困难，利用串联谐振达到输出高压及功率要求的电晕处理实现方式，在工业中得到广泛的应用，对于负载特性的分析是合理设计电晕处理发生器的基础。

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