Химия и химические технологии / 5. Фундаментальные

проблемы создания новых материалов и технологий

Безруких Н.С., Безруких Е.Г.

ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

НПО «Пульсар», г. Красноярск, Россия

О схемах питания генератора озона

диапазона НЧ

Генераторы озона (ГО), работающие в диапазоне НЧ (30…300 кГц), в отличие от ГО, работающих в более низких диапазонах, имеют специфическую схему электропитания. Отличие, прежде всего, состоит в том, что схема не содержит в себе высоковольтные трансформаторы, повышающие напряжение до рабочего и имеющие при этом достаточно значительные весовые характеристики. В схемах питания ГО диапазона НЧ используют резонансный метод повышения напряжения до рабочего [1], [2]. В частности, такая схема содержит генератор НЧ-диапазона и колебательный контур, состоящий из индуктивности L₀ и конденсатора С₀ , как показано на рисунке 1.

Рис.1. Схема 1 питания ГО диапазона НЧ

Осциллограмма тока на выходе НЧ-генератора при наличии разряда в ГО приведена на рисунке 2.

Рис.2. Осциллограмма тока на выходе НЧ-генератора (схема 1)

Здесь отчетливо видны зоны стримерных разрядов в ГО барьерного типа. Амплитудные значения тока в стримерных разрядах достигают значительных величин, имеют импульсный хаотичный характер, что не благоприятно сказывается на выходных элементах НЧ-генератора, работающего, как правило, в ключевом режиме по мостовой схеме. Это явление может привести со временем к выходу из строя указанных выше элементов, т.е. снижает надежность генератора.

Предлагается изменить схему питания барьерного ГО как показано на рисунке 3.

Рис.3. Схема 2 питания ГО диапазона НЧ

Эта схема отличается от предыдущей тем, что в нее введена дополнительно индуктивность L_доп . Осциллограмма тока на выходе НЧ-генератора во время существования разряда в ГО при его питании по такой схеме приведена на рисунке 4.

Рис.4. Осциллограмма тока на выходе НЧ-генератора (схема 2)

Видно, что на колебания рабочей частоты генератора наложены более высокие колебания, а зона стримерных разрядов в этой схеме питания уже не имеет явно выраженного импульсного вида, что является более благоприятным вариантом для работы НЧ-генератора. Надежность генератора при этом возрастает.

В схеме 1 колебательный контур в отсутствии разряда в ГО состоит из индуктивности L₀ и емкостей: С₀ – емкость конденсатора, С_в – емкость разрядного промежутка в ГО, С_б – емкость диэлектрического барьера ГО [3]. При горении разряда в ГО С_в = 0, а С_б << С₀ . Таким образом, резонансная частота контура определяется только L₀ и С₀ .

В схеме 2 имеются два колебательных контура. Резонансная частота первого контура та же, что и в схеме 1, а резонансная частота контура, образованного индуктивностью L_доп и емкостями С₀ и С_б, значительно выше. Из рисунка 3 видно, что на одно колебание первого контура накладывается 15 колебаний второго. В проводимом эксперименте частота колебаний первого контура составляет F_р1=61 кГц. Это означает, что резонансная частота второго контура равна F_р2 =915 кГц.

Общая емкость второго колебательного контура определяется по формуле

. (1)

Величина С₂ определяется из соотношения

. (2)

Характеристики экспериментальной установки приведены в таблице 1.

Таблица 1. Характеристики экспериментальной установки

Параметр	Схема 1	Схема2
1. Емкость конденсатора С0	450 пФ	450 пФ
2. Индуктивность L0	15 мГн	15 мГн
3. Емкость барьера Сб	35,5 пФ	35,5 пФ
4. Резонансная частота первого контура Fр1	61 кГц	61 кГц
5. Резонансная частота второго контура Fр2	–	915 кГц
6. Концентрация озона на выходе ГО	41 г/м^3	41 г/м^3
7. Потребляемая мощность от НЧ-генератора	120 Вт	112 Вт

Из таблицы 1 видно, что питание барьерного ГО по схеме 2 приводит не только к повышению надежности НЧ-генератора при работе озонатора, но и к снижению потребляемой мощности на 6,5 %, т. е. к повышению коэффициента полезного действия озонатора в целом. Причину повышения коэффициента полезного действия озонатора диапазона НЧ при применении питания ГО по схеме 2 с использованием добавочной индуктивности на данном этапе объяснить не удалось.

Литература:

1. Озонатор: Авторское свидетельство СССР 1724566: МПК С 01 В 13/11/ Игнатьев Г.Ф., Поздняков Г.В.; заявитель Центральное конструкторское бюро «Геофизика».

2. Высокочастотный озонатор: Авторское свидетельство СССР 1807601: МПК С 01 813/11/ Безруких Е.Г., Долгополов Б.Б., Тришанков В.Ю.; заявитель Центральное конструкторское бюро «Геофизика».

3. Самойлович, В.Г. Физическая химия барьерного разряда: монография / В.Г. Самойлович, В.М. Гибалов, К.В. Козлов – М.: Издательство МГУ, 1985. – 179 с.