臺達變頻器在中頻臭氧發生器中的應用

摘 要：臭氧是最佳的消毒劑之一，臭氧發生器在環境保護中有重要的應用。本文簡要討論了產生臭氧的原理和基于臺達變頻器構成中頻電源的臭氧發生器的系統結構等相關技術問題。應用效果表明，利用臺達變頻器實現的中頻電源系統，可以保證臭氧發生器系統的可靠性和穩定性。
關鍵詞：變頻器 臭氧發生器 中頻電源
Abstract: The ozone is one of the best disinfector, the ozonizer has very important application in environment protection. This paper briefly discussed the related technique problems such as principle of producing ozone, syste structure of ozonizer constutited by mid-frequency power supply based on Delta inverter and so on. The application effect shows that it could be ensured to the reliability and stability of ozonizer constutited by dint of Delta inverter actualizing mid-frequency power supply.
Key words: Inverter Ozonizer Mid-frequency power supply
[中圖分類號] TP273 [文獻標識碼] B 文章編號

1 引 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，此外還用于紙漿漂白等。如臭氧在飲用水、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已有廣泛的應用。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，不會產生任何二次污染，因此臭氧已越來越多地用來代替氯及其化合物的消毒。隨著人們環保意識的增強，臭氧將會成為公認的最佳消毒劑之一。本文就產生臭氧的中頻臭氧發生器的相關技術問題作簡要討論。
2 臭氧的生成原理
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高壓電極間隙，在通過該高壓放電間隙時，部分氧分子中的化合鍵斷開而生成氧原子，在一定條件下氧原子與氧分子結合就生成臭氧。這種臭氧產生臭氧的方法稱為電暈放電法，其工作原理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
中頻臭氧發生器的由4個部分組成：（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2000V至8000V，頻率為400至1000Hz，用以提供中頻高壓電源；（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需要適度的干燥和減壓，經計量后連續地送入臭氧發生放電室；（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，部分氧分子中的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泵出；（4）冷卻裝置，用軸流風扇對放電室進行風冷卻，當然也可以采用直流冷卻水，經計量后進入氣室水套。
在使用過程中用戶可以通過臭氧發生器機體上的控制面板對氣量進行調節，以便調節臭氧的產量，也可通過其電磁式電流表和電壓表來對其進行監控。中頻臭氧發生器的基本結構框圖如圖1所示。

圖1 系統結構
4 相關技術說明
1）變頻器的高頻輸出響應
臺達變頻器B系列是新一代高功能無感測向量控制型變頻器, 功能齊全、調速精度高、穩定性好，可應用范圍廣；V系列高性能無感測磁束矢量型變頻器是結合現代電力電子與微電腦控制技術所設計的一款高科技產品，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，通過其高頻輸出直接給變壓器供電，簡化了臭氧電源電路的設計，其完善的保護措施保證了該中頻電源系統的可靠性和穩定性，完善的控制算法，可保證高頻輸出電流的穩定。圖2是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響應波形，由圖可以看出，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 變頻器的輸出響應

2）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的關鍵部件，它不僅影響臭氧發生系統的穩定可靠性，而且也決定了臭氧的合成效率。目前臭氧發生器中的電源系統可以根據頻率劃分為：工頻電源、中頻電源、高頻電源。頻率在400-1000Hz的電源稱為中頻電源，1000Hz以上的電源稱為高頻電源。電極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的電壓峰值，只要這樣才能保證電極高效、可靠地工作。為使臭氧產量穩定，供電電源的輸出功率應該保持足夠恒定。通常臭氧發生器中的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。采用變頻器加變壓器的方式不但可產生需要的恒功率高壓電源而且操作方便、性能可靠，選用臺達VFD-B或者VFD-V系列BH版本的變頻器高速功能，就可滿足臭氧發生器電源的要求。在現場應用中，變壓器輸入端電壓為單相105V, 頻率在800Hz的.參數如表1 所示。

圖2 變頻器的輸出響應

2）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的關鍵部件，它不僅影響臭氧發生系統的穩定可靠性，而且也決定了臭氧的合成效率。目前臭氧發生器中的電源系統可以根據頻率劃分為：工頻電源、中頻電源、高頻電源。頻率在400-1000Hz的電源稱為中頻電源，1000Hz以上的電源稱為高頻電源。電極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的電壓峰值，只要這樣才能保證電極高效、可靠地工作。為使臭氧產量穩定，供電電源的輸出功率應該保持足夠恒定。通常臭氧發生器中的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。采用變頻器加變壓器的方式不但可產生需要的恒功率高壓電源而且操作方便、性能可靠，選用臺達VFD-B或者VFD-V系列BH版本的變頻器高速功能，就可滿足臭氧發生器電源的要求。在現場應用中，變壓器輸入端電壓為單相105V, 頻率在800Hz的。
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，但是設定的參數必須是不可修改的，以免引起用戶的錯誤無操作，導致變壓器的輸出電壓過高，輸出發生畸變，影響臭氧的產能。
5 結束語
隨著人們對環保意識的加強，臭氧發生器的應用將越來越普遍。臺達B、V系列變頻器是實現中頻臭氧發生器電源系統的關鍵部件，它能適應高壓變壓器的負載波動工況作穩定的輸出。采用上述方案實現的電源系統，降低了變壓器的工作電壓，提高了系統的可靠性和穩定性，并可以保證高效率地產生臭氧。