降低放电电场形成大气辉光放电的研究

试验研究了低电场下大气压2mm空气流动间隙的介质阻挡放电特性,结果表明,同时采用空气流动和触发技术能触发低电压(≥0.65Ue)放电,空气流动能维持低电压(≥0.83Ue)均匀放电;在空气流动的作用下,大气压2mm空气间隙的丝状放电可转化为均匀的辉光放电。最后探讨了空气流动形成大气压辉光放电的机理。     

空气中介质阻挡大气压辉光放电特性的研究

采用筛网电极和聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)薄膜作为阻挡介质的介质阻挡放电(DBD)结构在空气中产生大气压辉光放电(APGD)。通过测量空气中APGD的电气特性和发光强度空间的分布特性,比较了它们与丝状DBD的区别: 通过研究APGD的放电特性,分析了空气中APGD的放电机理。实验结果与分析表明,采用该电极结构可以在空气中产生APGD,空气中APGD的放电特性与丝状DBD具有明显的区别,筛网电极起到了在气隙击穿前产生电晕放电对驻极体阻挡介质充电的作用。     

孔阳极大气压直流辉光放电研究

为得到一种简单可靠的大气压直流辉光放电方式,并提高直流辉光放电在织物表面处理领域的实用性,提出了一种孔阳极辅以轴向气流的直流大气压辉光放电装置。实验并记录和讨论了放电图像和放电电流波形,还根据约化伏安特性曲线确定了辉光转化的阈值电压。结果表明孔阳极与轴向气流配合可有效消除辉光放电的不稳定性,产生稳定的大气压直流辉光。另外,考察了放电发射光谱和电极轴线上的光强分布,并确认光强分布具有典型的辉光特征。     

介质阻挡放电和大气压辉光放电的分析和仿真

鉴于介质阻挡放电(DBD)和大气压下的辉光放电(APGD)都是非线性变化的负载,会给放电电源的设计带来很大麻烦,分别对这两种最有工业应用前景的低温等离子体技术进行了理论分析和仿真,讨论了表征放电特性的图形,指出了随着输入电压频率f的变化,DBD微放电脉冲的幅值将增大,而气隙上的电压Ug、介质上的电压Ud和外加电压U的关系保持不变。仿真和测量结果验证了理论分析的正确性。     

大气压反常辉光放电特性

为研究大气压反常辉光放电的特性,用50 Hz交流电驱动1:500的高压变压器产生稳定的大气反常辉光放电,并利用示波器对其作了测量。维持稳态放电的典型参数为电压400~850 V,电流60~110 mA,其伏安特性曲线表明放电处于反常辉光区。当放电的原始驱动电动势取为余弦波形时,放电端电压呈方波形,放电电流呈正弦波形。对放电过程的电路分析表明,高压变压器次级线圈固有的高感抗产生的负反馈避免了放电进入弧光区,由于电路的感抗特性,余弦电动势驱动了正弦形放电电流。而等离子体电阻对放电电流的非线性响应使得放电端电压呈近似方波形。估算得到放电通道中电子平均温度和电子密度分别为2.73 eV和3.45μm-3。用热电偶测得等离子气体温度为700~900 K。该种等离子体相对于其它冷等离子体具有较高的等离子体气体温度和能量密度,更适宜于一些化学气相反应。     

亚大气压介质阻挡辉光放电的特性研究

亚大气压强下的均匀辉光放电,有可能成为无汞荧光灯。它在材料表面改性、灭菌等领域也有广阔的应用前景。利用水电极在真空玻璃箱内的亚大气压条件下实现了介质阻挡均匀辉光放电。电流波形与放电均匀性没有必然的关系,周期性出现的单电流脉冲无法作为高频下均匀放电的普适性判据。测量了不同气压下氩放电的发射光谱,发现高气压下由于下能级的吸收增加,氩750～850nm的部分谱线强度反而降低。分析了放电照片的灰度均匀性,认为它可以作为判断均匀放电的定量参数。气压越高,越不容易实现均匀放电。气体的均匀放电的气压上限分别是Ar（760 Torr）,Ar-O2（600 Torr）,N2（525 Torr）,N2-O2（375 Torr）,空气（300 Torr）。电负性的O2和H2O会吸附自由电子,将提惯击穿电压,影响放电的均匀性。     

大气压氩等离子体射流的放电特性

为了深入地理解大气压等离子体射流放电机理和优化其放电效率,通过对大气压氩等离子体射流的电压电流波形和Lissajous图形等电气特性的测量及发射光谱和发光图像等光学特性诊断,研究了外电极距石英玻璃管口不同距离时,氩等离子体射流放电的放电特性和演变规律。计算放电功率、传输电荷量、电子激发温度、分子振动温度和分子转动温度等主要放电参量后,研究了它们随外加电压增加的变化趋势,并结合放电机理对所得实验结果进行了分析。结果表明,氩等离子体射流主要产生的粒子有OH、N2、Ar和少量的O,随着外电极位置的不同,气体温度在317～395K之间变化,为典型的低温等离子体;外电极位置影响放电模式和放电起始电压,在氩射流阶段,电子激发温度在不同外电极位置条件下相差不大。当外电极距离管口40mm时,外加电压幅值达8kV时,放电功率和传输电荷最大,放电效果和发光强度也最强,由Penning效应产生的OH谱线强度也最强,因此,用于聚合物材料表面改性等应用时,可以采用此运行参数,以达到更好处理效果。     

大气压氩气介质阻挡放电等离子体特性变化的一维仿真

针对平行平板型大气压氩气介质阻挡放电(DBD),考虑等离子体中电子能量的贡献,建立了一维多粒子流体模型。通过对模型的求解,详细分析了频率为10 k Hz、幅值为1.5k V正弦电压驱动放电的变化过程,包括放电等离子体中各特性参数,如电子数密度、亚稳态氩原子数密度、放电间隙电位和电子温度等的时空变化过程。结果发现:放电模式从Townsend放电转变为稳定的辉光放电,在辉光放电阶段,放电间隙存在明显的阴极位降区、阴极辉区、Faraday暗区和正柱区等特征区域,且电子能量在不同的放电阶段有着不同的能量损失渠道。与此同时,探讨了固定驱动频率为10 k Hz,不同电压幅值的情况下,放电等离子体的粒子特性参数及放电模式。结果表明:电压从1.5 k V提高到3.5 k V时,最高电子温度、电子数密度、正离子数密度和亚稳态氩原子数密度均有所提高;简单分析了2.5 k V电压,不同频率下的电流波形和各种粒子在电流脉冲峰值处的空间分布,发现50 k Hz和100 k Hz的情况下,放电间隙阳极出现了阳极辉区;第一个电流脉冲峰值时刻,放电正柱区覆盖了Faraday暗区,而第二个宽电流脉冲时刻,法拉第暗区又重新出现。     

大气压氦气多脉冲辉光放电径向光学演化过程

介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)的径向演化及其影响因素对研究低温等离子体的机制具有重要的参考价值。采用铟锡氧化物(indium tin oxide,ITO)透明电极,进行了大气压氦气介质阻挡三脉冲辉光放电试验,利用增强型电子耦合器件(intensified charge-coupled device,ICCD)拍摄放电的侧面短时曝光照片来诊断放电模式,拍摄放电的底面短时曝光照片并绘制其发光灰度值在电极表面的三维分布图来研究放电的径向演化过程。结果表明:放电首先在圆形电极的边缘区域发生,逐渐向电极中心发展,最后又转向电极边缘并逐渐减弱;随着电流脉冲次序的增加,放电在电极中心发展越来越充分;电极结构的限流作用同外施电压和介质表面电荷一样,对径向位置上不同时刻的放电演化过程起着重要作用。     

大气压氦气介质阻挡多脉冲辉光放电的光学演化过程

为研究大气压介质阻挡多脉冲辉光放电的模式转化规律及其放电机理,在6mm氦气中进行了3脉冲辉光放电试验,测量了相应的电气参数,并利用增强型电子耦合器件(intensified charge-coupled device,ICCD)拍摄了放电间隙侧面的短时曝光图像,提取放电图像的灰度值并绘制出光强在气隙间的分布曲线,按放电图像特征将放电分成不同阶段,系统研究了各个阶段的放电模式及其转化规律,并探讨了放电的机理。结果表明:放电起始阶段具有汤森放电的阳极发光结构;空间电荷的作用使得放电从开始的汤森放电转化为具有完整的正柱区、法拉第暗区和负辉区的辉光放电;放电电流脉冲之间微弱的发光特性仍具有辉光放电结构,有力证明了放电并未熄灭,而是维持着较弱的辉光放电。     

大气压射频辉光放电电子数密度解析解及等离子体阻抗特性研究

为研究大气压射频辉光放电等离子体阻抗特性,基于射频放电的一维均匀假设模型,推导出了适用于α模式、高气压和小间隙条件下的电子数密度ne的解析解,从而可由实验测得的电压和电流幅值计算出ne;构建了描述整个放电区域的"电阻-电容混联"等效电路模型,模型参数可由ne计算得到。通过与他人数值模拟得到的ne对比,验证了该解析解的正确性。实验结果表明:放电电压和电子数密度随电流密度的增加而线性增加;鞘层厚度、准中性区的等效电容和鞘层的等效电容受电流密度变化影响不大;准中性区的等效电阻和放电间隙总等效阻抗随电流密度的增加而减小。实验结果还指出了前人工作中存在的一些问题:在小间隙时错误地忽略鞘层厚度,认为准中性区的长度就是电极间隙距离;不合理地将准中性区场强近似为0。未来工作希望进一步推导低气压或大间隙时电子数密度的解析解。     

低气压氮气中放电形式转化的研究

目前广泛采用介质阻挡放电来获得大面积的均匀放电,但在常压下尤其是在空气中这种放电通常为细丝状放电。为研究在氮气中由均匀放电向柱状放电或丝状放电转化的过渡过程随外加电压变化的规律,实验研究了3.5-20kPa的氮气中,介质阻挡材料分别为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和石英的介质阻挡放电现象和电流波形随外加电压的变化情况,研究比较了介质材料对放电现象和特性的影响。研究发现,放电可在低于初始放电电压的情况下维持,并由丝状放电形式向柱状放电形式转化,放电电流和放电面积随之增大。实验结果表明,在低电场下放电会变得更加均匀,可能存在某种由丝状放电向柱状放电过渡的放电形式。但研究未能验证驻极体表面电荷去吸附对放电的影响。     

真空沿面放电过程聚四氟乙烯分解特性研究

采用质谱分析法对真空沿面放电聚四氟乙烯分解产物进行研究,检测出σ断裂出现的聚四氟乙烯分解产物质量数峰值,证明了真空沿面放电过程中聚四氟乙烯存在表面分解现象.观测到闪络发生前聚四氟乙烯的超前分解现象,并从真空沿面放电产生气体来源出发对此现象进行了解释.给出了真空沿面闪络聚四氟乙烯分解产物数量的计算方法,虽实验检测结果与理...     

Generation of Anode Spot in Low‐Current DC Vacuum Arcs by the Effect of Embedded Magnet in the Anode

Experiments were conducted with the aim of keeping low‐current DC vacuum arcs stable. A permanent columnar magnet was embedded in the anode and a permanent disk‐shaped magnet was arranged behind the anode. As result, the arc plasma is strongly constricted to a column and a light emitting point appeared on the anode surface. Generation of the anode spot was confirmed by detecting anode metal vapor and ions using mass and spectroscopic analyses under low‐current arcs of less than 20 A. Copyright © 2008 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

大气压不同惰性气体介质阻挡放电特性的比较

为了加深对大气压惰性气体介质阻挡放电的认识,使用电特性测量、高速摄影,发射光谱等手段研究了平板结构大气压惰性气体介质阻挡放电的放电模式、演化过程以及放电机理,并对不同气体的放电特性进行了比较。实验结果表明在2～8mm大气压氦气、氖气中可很容易的实现稳定的均匀放电,并且其放电模式为辉光放电。对2mm气隙的高频大气压氩气介质阻挡放电研究的结果表明,氩气中不易实现覆盖整个电极的均匀放电,而随外加电压的增加,更容易出现自组织的斑图;当气隙距离>3mm时氩气放电为细丝状的流注放电,并且其放电通道中的电流密度可达7.5A/cm2。ICCD高速相机拍摄的时间分辨放电图像显示,大气压氦气、氖气以及氩气的均匀放电为汤森放电向辉光放电的演化过程。光谱诊断结果表明,惰性气体的高能亚稳态粒子与杂质分子的彭宁电离对放电的均匀性起着非常关键的作用。氦气放电等离子体中观察到了氮离子的第一负带系N2+(B2Σu+→X2Σg+);而在氖气和氩气中没有发现这个带系,观察到的是氮分子的第二正带系(C3Πu→B3Πg)的发射谱线,这说明氖原子和氩原子的亚稳态能级太低不足以激发氮离子的第一负带系。     

直流预压对油纸复合绝缘局部放电特性的影响

为了研究直流预压对油纸绝缘交流局部放电特性的影响,对预压不同时间、不同幅值直流电压以及去极化后重复加压情况下的油纸绝缘交流局部放电特性,不同预压时间和去极化后的油纸绝缘材料的空间电荷特性进了研究。研究结果表明,随着预压直流电压幅值的增大和预压时间的延长,放电起始电压和熄灭电压减小;随着重复加压次数的增多,放电起始电压先上升后下降,但均低于未预压下局部放电起始电压。分析表明预压直流30min后油纸绝缘空间电荷分布达到平衡状态,预压时间越长,去极化后油纸绝缘材料残余空间电荷数量越多;同时长时高幅值预压会使得与高压电极接触的绝缘纸板表面电荷分布均匀,从而改善油纸绝缘内部的电场分布,进而影响油纸绝缘的局部放电特性。     

Influences of gas density depletion on high‐pressure,pulsed‐glow discharge

High‐pressure, pulsed glow discharge has been studied for the excitation discharge in TEA gas lasers. Various instabilities occur in the subsequent discharge, which induce the arc and collapse for the highly repetitive operation. In this paper, the influences of the gas density depletion on the high‐pressure, pulsed glow discharge have been investigated, eliminating the other instabilities such as shock waves, residual ions, discharge products, and electrode heating. The gas density depletion was produced by utilizing a subsonic flow between the curved electrodes. The comparison has been made on the discharge occurring in the presence of the gas density depletion with that by the double‐pulse experiment in a stable gas. The big gas density nonuniformity tends to cause the arc without the shocks, ions, discharge products, and electrode heating. The transition from glow to arc discharge discontinuously occurs with respect to the gas density depletion. On the other hand, the second discharge in the double‐pulse experiment becomes an arc in much smaller gas density nonuniformity, and the transition from glow to arc occurs gradually. The arc discharge might be driven by some factors other than the gas density depletion. © 2000 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 130(4): 9–16, 2000     

交直流复合电压下变压器油中电弧放电及产气特性

换流变压器是直流输电工程重要设备之一,其阀侧绕组承受的电压较为复杂,包括直流、交流、交直流叠加以及极性反转等多种电压形式。因此在构建交直流复合电压系统的基础上,采用典型针板电极模型,对变压器油在交流、直流和交直流复合电压条件下的电弧放电和产气特性进行研究。试验表明变压器油在交直流复合电场和直流电场下的绝缘性能较交流电压下差。交直流复合电压下油隙的击穿电压与其纹波因数有关,纹波因数越小击穿电压越低。引入小桥理论的极化过程很好地解释了这一物理现象。同时,不同类型的电压作用下放电产生的油中溶解气体体积分数（每种气体与总气体的体积比）一致,说明判断交流变压器的改良三比值法故障类型判断方法对交直流叠加电压和直流电压下的电弧放电故障仍然适用。但是由于直流和含有直流分量的电压更容易产生油中放电,换流变压器的油中溶解气体体积分数（换算后每升油中所溶解气体的体积）的注意值和气体增长率注意值应有别于传统交流变压器。