大气压氦气介质阻挡柱状放电极间等效电容

作     者：房强 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郝艳捧

授予年度：2020年

学科分类：080804[工学-电力电子与电力传动] 080805[工学-电工理论与新技术] 080901[工学-物理电子学] 0808[工学-电气工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：介质阻挡放电 柱状放电 放电特性 Lissajous图形 极间等效电容 

摘      要：介质阻挡放电（Dielectric Barrier Discharge,DBD）因可产生能量和活性粒子密度适中的非平衡低温等离子体,在各领域得到了广泛的应用。但对它的研究还需进一步的深入。本文结合了放电的外部电参量和ICCD短时曝光图像,研究了大气压氦气介质阻挡柱状放电的放电特性和演化过程。探讨了不同放电行为下极间等效电容的变化规律,提出了放电气隙和阻挡介质等效电路模型的优化方法。本文利用ICCD相机拍摄了柱状放电的底面短时曝光放电图像,阐述了在本底空气40 Pa、间隙为3 mm下的柱状放电的演化过程,根据柱状放电外加电压、回路电流Lissajous图形的变化波形曲线,研究了柱状放电的放电特性。起始放电后,降低放电维持电压,出现了稳定的柱状放电;随着外加电压降低,放电单元数量增加,放电单元面积增加,放电逐渐均匀,脉冲电流幅值也逐渐增加,且与外加电压呈现出负特性关系;对应各放电状态的Lissajous图形为多线段相互交叉的多边形;放电功率在单个放电柱时存在突变,随后随外加电压降低满足线性增长的关系。基于Lissajous图形研究了不同放电行为对极间等效电容的影响,提出了等效电路模型的优化方法。在间隙3 mm、本底空气40 Pa下,测量了未放电、均匀放电、柱状放电以及放电熄灭下的Lissajous图形,根据其物理意义计算了对应阶段极间等效电容值,利用相关性计算方法研究了与放电转移电荷量的关系。实验结果表明:未放电情况下极间等效电容恒为9.6 p F,而放电过程中,极间等效电容与转移电荷量呈线性相关关系,说明介质表面积累电荷造成了极间等效电容的明显变化。由阻挡介质等效电容值固定,可知气隙等效电容是随着放电转移电荷量动态变化的,根据分析提出了等效电路模型的优化方法并验证了有效性。