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作者簡介：劉元剛（1978-），男，山東青島人，工程師，碩士研究生，研究方向為電力電子及電氣拖動。
摘 要：本文介紹了臺達(dá)變頻器在中頻臭氧發(fā)生器中的應(yīng)用，利用臺達(dá)變頻器來實現(xiàn)的電源系統(tǒng)，保證了臭氧發(fā)生器系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性。
關(guān)鍵詞：變頻器；臭氧發(fā)生器
Abstract：This article introduces the application of delta inverter in mid-frequency ozonizer.The power system was designed by using delta inverter，which could make the system of ozonizer reliable and stable.
Key words：inverter；ozonizer
1 前言
臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，在給水工程中可用于消毒、除臭味、除色、除膠體；在工業(yè)廢水處理工程中可用于除酚、除表面活性劑，此外還用于防治和紙漿的漂白等。臭氧在飲用水、礦泉水、純水、游泳池循環(huán)水及養(yǎng)殖水處理和工業(yè)、醫(yī)院污水處理等方面都已有較廣泛的應(yīng)用。由于臭氧在對微生物起作用之后，會裂變?yōu)橥耆珶o害的氧原子，絕不會產(chǎn)生二次污染，因此臭氧已越來越多地用來代替氯及其化合物來消毒。隨著人們對環(huán)保的認(rèn)識逐步加深增強(qiáng)，臭氧將成為公認(rèn)的最佳消毒劑。
2 臭氧發(fā)生原理
臭氧的工業(yè)生產(chǎn)方法，通常應(yīng)用高壓無聲放電原理：讓凈化干燥的空氣或者氧氣流過電極間隙，通過此高壓放電間隙，部分氧分子中化合鍵斷開而生成氧原子，氧原子與氧分子結(jié)合生成臭氧。這種臭氧發(fā)生方法稱為電暈放電法，也就是當(dāng)放電器件兩電極間所加的高頻正弦交流電壓大于臨界起暈電壓時，在放電電極的表面上產(chǎn)生電暈放電。
3 中頻臭氧發(fā)生器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
中頻臭氧發(fā)生器的主體結(jié)構(gòu)分為4個部分（如圖1所示）：
（1）電源部分：由變頻器及變壓器組成，將工頻市電轉(zhuǎn)換為高頻高壓電源，一般為2000～8000V，頻率為400～1000Hz用來提供中頻高壓電源。
（2）氣源部分：臭氧發(fā)生器可以利用2種氣源，一種為空氣由無油空壓機(jī)、干燥器等提供。另一種為純氧或者富氧空氣，由氧氣瓶或者制氧機(jī)提供。空氣或者氧氣進(jìn)入發(fā)生器之后要進(jìn)一步干燥和減壓，經(jīng)計量連續(xù)進(jìn)入臭氧發(fā)生部分。
（3）臭氧發(fā)生放電室：采用垂直管式單元氣室，由電極管、介電管或者水管等組成。放電室兩端連接不銹鋼管用于氣流通路，放電室的二個放電片背面貼鋁質(zhì)散熱片進(jìn)行風(fēng)冷卻或水冷卻。氧氣或空氣進(jìn)入放電室后被分為二路，沿著放電片的表面隙縫的高頻高壓電場流過，部分氧分子中化合鍵斷開而生成氧原子，氧原子與氧分子結(jié)合生成臭氧分子，臭氧氣和空氣的混合氣體沿管路被泵出。
（4）用軸流風(fēng)扇對放電室進(jìn)行風(fēng)冷卻，也可采用直流冷卻水，經(jīng)計量后進(jìn)入氣室水套。
用戶可以通過臭氧發(fā)生器機(jī)體上的控制面板來對氣量進(jìn)行調(diào)節(jié)從而來調(diào)節(jié)臭氧產(chǎn)量，也可通過其電磁式電流表和電壓表來進(jìn)行監(jiān)控。
圖1 中頻臭氧發(fā)生器結(jié)構(gòu)框圖
4 臺達(dá)變頻器的高頻功能的應(yīng)用
臺達(dá)B系列是新一代高功能無感測向量控制型變頻器，具有功能齊全、調(diào)速精度高、穩(wěn)定性好及可應(yīng)用范圍廣，而V系列高性能無感測磁束矢量型變頻器具有響應(yīng)速度快、精度高、輸出力矩大（最大200%轉(zhuǎn)矩電流）以及定位控制等特點。可廣泛應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)機(jī)械、工廠過程控制自動化、建筑、石化、冶金、鋼鐵、能源、電力、樓宇、環(huán)保等國民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)。
臺達(dá)B、V系列均具有高頻輸出的功能，可通過其高頻輸出直接來給變壓器供電，從而簡化臭氧電源電路的設(shè)計，以完善的保護(hù)措施保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。同時由于其完善的控制算法，在高頻輸出時可保證電流的穩(wěn)定。圖2為在變頻器的輸出端無電抗器，變壓器工作在額定頻率之上的電流波形。由圖可知，臺達(dá)變頻器在負(fù)載沖擊比較大的情況下，仍然能夠保證電流的平滑性。
圖2 臺達(dá)變頻器的輸出電流波形
5 變頻技術(shù)在臭氧發(fā)生器中的應(yīng)用
電源系統(tǒng)是臭氧產(chǎn)生過程中最關(guān)鍵的部分，電源系統(tǒng)不僅僅影響到了臭氧發(fā)生系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，而且也決定了臭氧合成效率。目前臭氧發(fā)生器中電源系統(tǒng)可以根據(jù)頻率來分：工頻電源、中頻電源、高頻電源。頻率在400～1000Hz的電源可以稱為中頻電源，1000Hz以上可以稱為高頻電源。電極的工作特性要求與其匹配的供電電源必須具備穩(wěn)定的輸出頻率和適當(dāng)電壓峰值，這樣才能保證電極高效、可靠地工作。同時，為了使臭氧產(chǎn)量穩(wěn)定，供電電源的輸出功率應(yīng)該保持恒定。通常臭氧發(fā)生器中電源采用電壓調(diào)節(jié)器，結(jié)構(gòu)簡單、成本較低。但存在工作頻率不穩(wěn)定、輸出電壓隨輸入交流電壓波動而變化。采用變頻器＋變壓器的方法不但能夠產(chǎn)生需要的恒功率高壓電源而且操作方便、性能可靠。臺達(dá)變頻器利用VFD-B或者VFD-V系列的BH版本的高速功能，滿足了臭氧發(fā)生器電源的要求。在現(xiàn)場中變壓器的輸入端的電壓為單相的105V，頻率在800Hz。
變頻器的操作面板可以外接到機(jī)器的外面。以方便用戶的控制，但是要設(shè)定參數(shù)的不可修改以免用戶的誤操作，導(dǎo)致變壓器的輸出電壓過高，最終變壓器的磁密度不夠，輸出發(fā)生畸變影響了臭氧的產(chǎn)能。電流表和電壓表均是采用了電磁式儀表。
中頻高壓電源的結(jié)構(gòu)如圖3所示。
圖3 中頻高壓電源結(jié)構(gòu)圖
6 結(jié)論
隨著人們對環(huán)保的認(rèn)識越來越深入，臭氧發(fā)生器將越來越普遍。由于采用了臺達(dá)變頻器來實現(xiàn)電源系統(tǒng)，降低了變壓器的工作電壓，提高了系統(tǒng)的可靠性和耐久性，而且保證了臭氧的產(chǎn)生效率。通過使用了臺達(dá)B、V系列變頻器高頻輸出的功能，實現(xiàn)了中頻臭氧發(fā)生器的中頻開關(guān)電源的作用。并且能夠適應(yīng)高壓變壓器負(fù)載波動的狀況，達(dá)到了穩(wěn)定的輸出。
——轉(zhuǎn)自《自動化博覽》
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