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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：本文介紹了臺達變頻器在中頻臭氧發生器中的應用，利用臺達變頻器來實現的電源系統，保證了臭氧發生器系統的可靠性、穩定性。
關鍵詞：變頻器；臭氧發生器
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、游泳池循環水及養殖水處理和工業、醫院污水處理等方面都已有較廣泛的應用。由于臭氧在對微生物起作用之后，會裂變為完全無害的氧原子，絕不會產生二次污染，因此臭氧已越來越多地用來代替氯及其化合物來消毒。隨著人們對環保的認識逐步加深增強，臭氧將成為公認的最佳消毒劑。
2 臭氧發生原理
臭氧的工業生產方法，通常應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，氧原子與氧分子結合生成臭氧。這種臭氧發生方法稱為電暈放電法，也就是當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生電暈放電。
3 中頻臭氧發生器的系統結構
中頻臭氧發生器的主體結構分為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：臭氧發生器可以利用2種氣源，一種為空氣由無油空壓機、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提供。空氣或者氧氣進入發生器之后要進一步干燥和減壓，經計量連續進入臭氧發生部分。
（3）臭氧發生放電室：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散熱片進行風冷卻或水冷卻。氧氣或空氣進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）用軸流風扇對放電室進行風冷卻，也可采用直流冷卻水，經計量后進入氣室水套。
用戶可以通過臭氧發生器機體上的控制面板來對氣量進行調節從而來調節臭氧產量，也可通過其電磁式電流表和電壓表來進行監控。
圖1 中頻臭氧發生器結構框圖
4 臺達變頻器的高頻功能的應用
臺達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、調速精度高、穩定性好及可應用范圍廣，而V系列高性能無感測磁束矢量型變頻器具有響應速度快、精度高、輸出力矩大（最大200%轉矩電流）以及定位控制等特點。可廣泛應用于產業機械、工廠過程控制自動化、建筑、石化、冶金、鋼鐵、能源、電力、樓宇、環保等國民經濟各行各業。
臺達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計，以完善的保護措施保證系統的可靠性和穩定性。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，臺達變頻器在負載沖擊比較大的情況下，仍然能夠保證電流的平滑性。
圖2 臺達變頻器的輸出電流波形
5 變頻技術在臭氧發生器中的應用
電源系統是臭氧產生過程中最關鍵的部分，電源系統不僅僅影響到了臭氧發生系統穩定可靠，而且也決定了臭氧合成效率。目前臭氧發生器中電源系統可以根據頻率來分：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定的輸出頻率和適當電壓峰值，這樣才能保證電極高效、可靠地工作。同時，為了使臭氧產量穩定，供電電源的輸出功率應該保持恒定。通常臭氧發生器中電源采用電壓調節器，結構簡單、成本較低。但存在工作頻率不穩定、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生需要的恒功率高壓電源而且操作方便、性能可靠。臺達變頻器利用VFD-B或者VFD-V系列的BH版本的高速功能，滿足了臭氧發生器電源的要求。在現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器的外面。以方便用戶的控制，但是要設定參數的不可修改以免用戶的誤操作，導致變壓器的輸出電壓過高，最終變壓器的磁密度不夠，輸出發生畸變影響了臭氧的產能。電流表和電壓表均是采用了電磁式儀表。
中頻高壓電源的結構如圖3所示。
圖3 中頻高壓電源結構圖
6 結論
隨著人們對環保的認識越來越深入，臭氧發生器將越來越普遍。由于采用了臺達變頻器來實現電源系統，降低了變壓器的工作電壓，提高了系統的可靠性和耐久性，而且保證了臭氧的產生效率。通過使用了臺達B、V系列變頻器高頻輸出的功能，實現了中頻臭氧發生器的中頻開關電源的作用。并且能夠適應高壓變壓器負載波動的狀況，達到了穩定的輸出。
——轉自《自動化博覽》
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號