Электротехнический комплекс генерирования озона разрядом ультразвуковой частоты

• Автор: Амирханов, Азат Шамилевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 150 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1. СОВРЕМЕННЫЕ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ

ПРОИЗВОДСТВА ОЗОНА

1.1.Применение озона в современных экологических

и экологически чистых технологиях

1.2. Электросинтез озона

1.3. Основные тенденции конструирования

оборудования для производства озона

1.3.1. Теоретические подходы к разработке озонаторов
1.3.2. Требования, предъявляемые к современным озонаторам
1.3.3. Обзор современного состояния рынка генераторов озона
1.4. Современное состояние полупроводниковой техники
1.4.1. Транзисторы ЮВТ
1.4.2. Основные области применения и промышленное
производство ЮВТ-модулей в России
1.4.3. Драйвервое управление в современных преобразователях
1.4.4. Защелкивание транзисторов и драйверов
1.5. Выводы по первой главе. Цель и задачи диссертации
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
БЕГУЩЕГО БАРЬЕРНОГО РАЗРЯДА
2.1. Физическая модель озонатора с бегущим барьерным разрядом
2.1.1. Аэродинамическая модель озонатора
2.1.2. Электрическая модель озонатора
2.1.3. Динамика развития бегущего барьерного разряда
2.2. Математическая модель бегущего барьерного разряда
2.2.1. Основные допущения и упрощения
2.2.2. Методика моделирования
2.2.3. Определение координат эквипотенциальных линий
2.3. Компьютерная модель озонатора с бегущим барьерным разрядом
2.3.1. Моделирование ББР
2.3.2. Моделирование основных параметров работы озонатора
2.4. Выводы и результаты
3. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ
ОЗОНАТОРНЫМОБОРУДОВАНИЕМ
3.1. Управление транзистором ЮВТ
3.2. Драйверное управление процессом генерирования озона
3.3 Схема замещения высоковольтного
высокочастотного трансформатора
3.4. Схема замещения преобразователя частоты
3.5 Расчетные характеристики преобразователя
3.6. Выводы и результаты
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОПЫТНО -
- ПРОМЫШЛЕННОЙ УСТАНОВКИ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ОЗОНА
4.1 .Описание установки
4.2.Исследование источника питания
(полупроводникового преобразователя частоты)
4.3 .Исследование высоковольтного трансформатора
4.4.Экспериментальные характеристики озонатора в целом
4.6.Выводы и результаты
5. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОЗОНАТОРНОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
5.1 .Алгоритм инженерного расчета
5.2.Вычисления в процессе реализации алгоритма
5.3 Расшифровка программы автоматизированного
проектирования озонатора
5.4.Выводы и результаты
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список использованной литературы
Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы.
Согласно данных Международной озонной ассоциации (International Ozone Association - ЮА) ежегодно во всем мире производятся миллионы тонн озона, и с каждым годом объем производимого озона растет. Поэтому создание все более совершенных и эффективных установок для производства озона является актуальной научно-технической задачей.
В экономически развитых странах мира озон применяется в первую очередь для очистки питьевой и сточных вод. Однако область применения не ограничивается очисткой вод. Он также широко используется и в других областях. Например, в санитарии и медицине - для стерилизации хирургических, операционных и больничных палат; дезинфекции и лечения ран, пролежней, кожных заболеваний; при лечении и профилактике заболеваний; как противовоспалительный, бактерицидный, фунгицидный, противовирусный и детоксикацион-ный препарат; в интересах военно-полевой хирургии, медицины катастроф и МЧС, а также для жизнеобеспечения в районах с неблагоприятной санитарно-эпидемиологической обстановкой. При очистке газовых выбросов: очистка газовых выбросов ТЭС от оксидов азота и серы; очистка воздуха помещений лакокрасочного и др. производств; санация воздуха помещений промышленных предприятий. В пищевой, текстильной и целлюлозно-бумажной промышленности - для улучшения качества продукции за счет применения озонированных газожидкостных сред в технологических процессах. В ветеринарии - при лечении желудочно-кишечных заболеваний у новорожденных телят, эндомиомет-рита, мастита, копытницы и различных воспалительных заболеваний у домашних животных. В сельском хозяйстве - для снижения потерь при производстве сельхозпродуктов с одновременным увеличением сроков их хранения, при использовании в теплично-парниковом хозяйстве, на зверофермах, птицефабриках, для обработки овощей и фруктов перед закладкой их на длительное хранение, с целью уничтожения паразитов и грызунов в труднодоступных местах. В организациях и учреждениях - оперативная и безвредная обработка помещений любых форм, профилактическая обработка бумажной документации.
Таким образом, разработка и производство технологических установок для получения озона имеет широкие перспективы. Однако синтез озона является чрезвычайно неэффективным процессом. Известно, что теоретическая теплота образования озона из кислорода равна 0,835 кВтч/кг. Реально удельная энергия для получения озона из кислорода составляет величину порядка 7 кВтч/кг и 90% электрической энергии подводимой к коронному разряду теряется и в конечном счете должно отводиться из генератора в виде тепла.
В 60-е годы XX века в МГУ им. М. В. Ломоносова было доказано, что использование в генераторах озона токов повышенной частоты позволяет уменьшить капитальные затраты на изготовление генераторов озона (озонаторов) и снизить затраты электроэнергии в несколько раз по сравнению с традиционными озонаторами. Но при этом в озонаторах традиционной конструкции увеличивается удельная мощность, потребляемая коронным разрядом, что приводит

прямыми линиями минимальной длины. Если нет возможности установить транзистор на печатную плату, то провода цепи управления необходимо сделать бифилярными и прямыми. Высоковольтный конденсатор питания должен быть установлен максимально близко к силовому транзистору и иметь выводы с минимальной индуктивностью. International Rectifier указывает, что при суммарной индуктивности выводов 100 нГ перенапряжение в момент переключения может достигать 200 В. Для борьбы с перенапряжением ряд фирм выпускает конденсаторы с полосковыми низкоиндуктивными выводами.
Для ограничения (ГУАЙ, которое может вызвать защелку из-за емкости Миллера, можно увеличивать резистор затвора однако при этом будут возрастать потери переключения. Можно также использовать ЯС цепи формирования траектории переключения (рис. 20).
Цепочка (иногда она называется снаббер), показанная на рис. 20, затягивает фронт напряжения на время, определяемое емкостью и параметрами нагрузки. Перезаряд емкости происходит через резистор и открытый транзистор. Такие цепи также вносят дополнительные потери и усложняют аппаратную реализацию, однако иногда они являются единственной альтерйаюбом. случае при расчете схемы разработчику приходится искать компромисс между потерями и надежностью и часто пожертвовать потерями представляется более рациональным. Хотя снаббер и решает проблему <1У/сЙ практически во всех схемах, постоянная времени ЯС цепочки ограничена величиной паузы («ёеасЫте») при переключении транзисторов верхнего и нижнего плеча. Обычно ее величина составляет 1—2 мкс. Поэтому иногда лучше увеличить номинал резистора затвора. Диапазон изменения этого резистора и его номинальная величина являются справочными данными. Резистор затвора — это элемент, задающий в основном динамические свойства каскада, и к его выбору надо относиться крайне осторожно. Он определяет потери при переключении и скорость переключения, так как вместе с емкостью затвора Cge образует ЯС цепь, на которую подается практически прямоугольный импульс управления. Вместе с обратной емкостью С§с он создает затягивание фронтов за счет эффекта Миллера.
При правильном выборе резистора затвора большая часть наведенного тока смещения течет через емкость С§е, минуя выход драйвера. Таким образом, если выбрать резистор так, чтобы обратные токи драйвера не превышали 0,5 А, защелкивания не произойдет.