PDF《水中交流电弧伏安特性仿真》

第12卷第5期 2008年 9月 电机与控制学报EL ECTR IC MACH IN ES AND CON TROL Vol112 No15 Sep.

2008 水中交流电弧伏安特性仿真 金花

1 , 许佐明

2 , 高颖

2 , 杨嘉祥

2 (1. 华北电力大学 计算机科学与技术学院 , 北京 102206;

2. 哈尔滨理工大学 电气与电子工程学院 , 黑龙江 哈尔滨 150040) 摘要:为了在流动的水中产生交流电弧对废水进行处理 ,设计了实验系统及测试电路 ,建立了适 合水中交流电弧的动态模型.将经典的 Mayr和Cassie电弧微分方程模型以串联电阻的方式联合 起来 ,针对水介质的特点引入了最小电导参数 ,确立了模型参数的求解方法.并将电弧数学模型转 化为电路模型 ,对电弧的动态伏安特性进行了仿真.仿真结果表明 :实测与仿真的电弧电压、 电流 波形基本一致 ;

水中交流电弧放电过程存在气液两相放电 ,但稳定的电弧放电实质上发生在水蒸气 中 ;

稳定燃弧电压为

100 V, 电流自然过零时存在 1~2 m s的熄弧时间 ;

熄弧时段内 ,电流接近于零 并且变化缓慢 ,电压则迅速升至约

1 500 V使电弧重燃. 关键词 :水中放电 ;

交流电弧 ;

伏安特性 ;

Matlab /Simulink;

仿真 中图分类号 : T M561.

3 文献标识码 : A 文章编号 : 1007- 449X (2008) 05- 0561-

05 V2I characteristics simulation of AC arc discharge in water J IN Hua

1 , XU Zuo2 m ing

2 , GAO Ying

2 , YANG Jia2xiang

2 (1. School of Computer Science and Technology, North China Electric Power University, Beijing 102206, China;

2. School of Electrical &

Electronic Engineering, Harbin University of Science and Technology, Harbin 150040, China) Abstract: In order to use AC (A lternate Current) arc discharge in flowing water to process waste2 water, the experiment system and measurement circuitwere designed. A dynam ic modelwhich suited the AC arc in water was established. This model combined Cassie with Mayr arc differential equation models as two resistances in series . Considering the special need of water medium, a parameter of m ini mum electric conductance was introduced. Furthermore, the solution of the model'

s parameters was deduced. The mathematic model was converted to a circuit model and the arc'

s dynam ic voltage2current characteristics were si mulated in this conversion. The results demonstrate that the simulated wavefor m s of arc voltage and current accord with the measurement waveform s in a large extent . There exists gas and liquid t wo phase discharge during arc generating process but regular arc discharge virtually occurred in vapor . W hen dis2 charge is regular pattern, arc voltage is about 100V, and the arc have 1~2 m s extinct time when current zero naturally . During this period, the current is about

0 and varies slowly, while the voltage rise to about

1 500 V rapidly, which reignited the arc. Key words: discharge in water;

AC arc;

voltage2current characteristics;

Matlab /Simulink;

simulation 收稿日期 :

2007 -

09 -

24 基金项目 : 国家自然科学基金 (50777014) ;

教育部高等学校博士点基金 (20040214003) 作者简介 : 金花(1971 - ) ,女 ,硕士 ,讲师 ,研究方向为计算机科学与技术 ;

许佐明 (1982 - ) ,男 ,硕士 ,研究方向为高电压与绝缘技术 ;

高颖(1978 - ) ,女 ,硕士 ,研究方向为电工理论与新技术 ;

杨嘉祥 (1938 - ) ,男 ,教授 ,博士生导师 ,研究方向为高电压与绝缘技术.

1 引言水中脉冲放电已在污水处理、 液电除垢、 水下焊 接及切割、 石油产品净化等领域得到了广泛应 用[1],而对于水中交流电弧的研究则较少.考虑到 交流电弧设备简单 ,成本低的优点 ,提出利用水流中 产生交流电弧的方法进行污水处理 ,设计了水流中 电弧放电的实验系统及测试电路.但由于交流电弧 放电的物理过程非常复杂且无序 ,要建立可被实验 验证的电弧物理数学模型并进行仿真分析是非常复 杂的.文献 [ 2,