高电压技术作业(针-板DBD的电路仿真模型)

2013年华北电力大学电力实验班高电压技术作业。

高电压技术作业

——针-板DBD放电的电路模型

成员： 班级： 电力实1001 日期： 2013年5月14日

2013年华北电力大学电力实验班高电压技术作业。

目录

一、摘要 .......................................................................................................................................... 1 二、DBD放电原理 .......................................................................................................................... 1

1微辉光放电和汤生击穿理论 ................................................................................................ 1 2流注击穿理论 ........................................................................................................................ 1 三、电路模型建立........................................................................................................................... 2

1 DBD微放电等效电路模型的建立 ........................................................................................ 2

1.1微流注放电等效电路 ................................................................................................. 2 1.2微辉光放电等效电路 ................................................................................................. 3 1.3单通道微放电等效电路 ............................................................................................. 3 2 电路参数的确定 ................................................................................................................... 4

2.1 空气未击穿部分电容C0 .......................................................................................... 4

2.1.1 电场强度分布 ................................................................................................. 4 2.1.2 针尖电荷量 ..................................................................................................... 5 2.1.3 未击穿部分电容 ............................................................................................. 5 2.2 空气击穿部分电容Cg .............................................................................................. 5 2.3 绝缘介质等效电容Cd .............................................................................................. 5 2.4 辉光电流源控制函数Fac ......................................................................................... 6 2.5 介质击穿电压Us ...................................................................................................... 6

2.5.1 非均匀电场自持放电条件 ............................................................................. 6 2.5.2 击穿电压求解算法 ......................................................................................... 7

3 算例求解 ............................................................................................................................... 8

3.1 电路参数求取 ............................................................................................................ 9

3.1.1 空气未击穿部分电容C0 ............................................................................... 9 3.1.2 空气击穿部分电容Cg ................................................................................. 10 3.1.3 绝缘介质等效电容Cd ................................................................................. 10 3.1.4 介质击穿电压Us ......................................................................................... 10 3.2 Simulink电路仿真 .................................................................................................... 11

3.2.1 仿真电路建立过程 ....................................................................................... 11 3.2.2 测量与显示模块 ........................................................................................... 12 3.3 仿真结果 .................................................................................................................. 12

3.3.1 电路参数 ....................................................................................................... 12 3.3.2 结果分析 ....................................................................................................... 13

2013年华北电力大学电力实验班高电压技术作业。

一、摘要

本文将针-板DBD放电等效成微流注放电和微辉光放电两个过程，当电压正向超过击穿电压时，针板间发生微流注放电，当电压反向超过击穿电压时，针板间发生微辉光放电。基于上述原理，我们建立了针-板DBD放电的电路模型，并进一步建模求取各电路元件参数，最后用Simulink进行仿真求解。 首先，在建立电路模型时，本文将微流注放电和微辉光放电等效成两条并联支路，通过控制两支路的开关模拟微流注和微辉光放电过程的轮流发生。由于每次空气击穿面积很小，本文又增加一条并联支路等效未击穿部分电容，从而建立起最终电路模型。 然后，为求解电路中各参数，本文首先建立针-板电极间各点电位的定解问题，利用Matlab PDE工具箱求解，从而求得各点场强作为求解各参数的基础。利用高斯定理，求得电极未击穿部分电容；利用电容定义式求得绝缘介质等效电容和空气击穿部分电容；参考汤森德自持放电条件的推导过程，得出非均匀电场自持放电条件，利用二分法搜索得到指定精度的击穿电压；利用微辉光放电电压与电流关系式作为微辉光放电支路电流源控制函数。 最后，为了验证模型的合理性，本文代入某算例代入模型进行求解，得到该算例条件的介质电压波形、空气介质电压波形、总放电回路电流波形、李萨如图等，利用2阶辛卜生公式分别对放电支路电流和功率进行数值积分，分别得到单周期到达介质的电荷量和电荷量所带能量。

二、DBD放电原理

1微辉光放电和汤生击穿理论

当DBD放电装置工作在低气压条件下或惰性气体环境中时会呈现出均匀放电模式。DBD中的均匀放电为微辉光放电。微辉光放电具负辉光区、法拉第暗区、正柱区、阳极辉光区和阳极暗区等形貌特点。汤生击穿理论可以很好地解释微辉光放电形成过程。

汤生击穿理论是由英国物理学家汤生在1903提出的，它的物理描述为：在自然界中存在高能量射线、放射线、紫外线等，它们入射到放电空间中会引起空间内少量气体分子的电离产生少量偶然电子，这些电子被称为种子电子，在电场的作用下这些 …… 此处隐藏：9221字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……