高电压技术作业(针-板dbd的电路仿真模型)

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1、高电压技术作业——针-板DBD放电的电路模型成员：由强201001000421于淼201003010226赵碧凝201001000825班级：电力实1001日期：2013年5月14日目录一、摘要1二、DBD放电原理11微辉光放电和汤生击穿理论12流注击穿理论1三、电路模型建立21DBD微放电等效电路模型的建立21.1微流注放电等效电路21.2微辉光放电等效电路31.3单通道微放电等效电路32电路参数的确定42.1空气未击穿部分电容42.1.1电场强度分布42.1.2针尖电荷量52.1.3未击穿部分电容52.2空气击穿部分电容52.3绝缘介质等效电容52.4辉光电流源控制函数62.5介质击穿

2、电压62.5.1非均匀电场自持放电条件62.5.2击穿电压求解算法73算例求解83.1电路参数求取93.1.1空气未击穿部分电容93.1.2空气击穿部分电容103.1.3绝缘介质等效电容103.1.4介质击穿电压103.2Simulink电路仿真113.2.1仿真电路建立过程113.2.2测量与显示模块123.3仿真结果123.3.1电路参数123.3.2结果分析13高电压技术作业针-板DBD的电路模型一、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

3、-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MatlabPDE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

4、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

5、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电子向阳极运动，并与分子碰撞，其中一些碰撞会使分子电离，产生一个新的电子和一个正离子，新电子和原有电子一起在电场作用下加速向阳极运动，又能引起更多分子的电离，电子数目便雪崩式增长，称为电子雪崩，直到气体被击穿产生放电；产生的正离子向阴极运动，又会使阴极产生二次电子发射，增长了电子雪崩过程，直至产生的二次电子发射等于初始电子发射，从而维持了

6、放电的继续。[1]2流注击穿理论第17页共19页高电压技术作业针-板DBD的电路模型DBD放电装置在大气压的条件下运行时放电空间中绝大多数呈现分布不规则的丝状放电模式，这种放电细丝从形成到熄灭维持的时间大多只有几十纳秒，被称为微放电。当激励电压达到一定阈值时，便会在放电空间引起大量的电子雪崩，这些电子在空间电场的作用下迅速向阳极运动，在几十纳秒内贯穿整个放电通道，形成微流注放电。流注击穿理论可以很好地解释微流注放电过程。在介质阻挡放电中，通常把一个微流注的形成分为三个发展阶段：（1）放电击穿阶段。空间气隙中存在少量偶然电子，当气隙间电压达到放电所需值时，在阴极附近的偶然电子便充当种子电子，

7、在电场的作用下向阳极运动，并不断与气体分子碰撞，以雪崩的形式产生新的电子。由于气体压强很高，分子密度很大，使得电子在运动过程中与分子碰撞的频率很高，得以使电子雪崩在行进很短的距离后在其头部形成高密度的空间电荷。电子雪崩头部的空间电荷产生了一个较强的本征电场，此电场与外加电场方向相同，故促使了电子加速向阳极运动，使得放电通道迅速向阳极传播，最终空间电荷在放电通道内的传播速度要远高于电子在电场中的迁移速度。当一部分空间电荷到