台达变频器在中频臭氧发生器中的应用

摘 要：臭氧是最佳的消毒剂之一，臭氧发生器在环境保护中有重要的应用。本文简要讨论了产生臭氧的原理和基于台达变频器构成中频电源的臭氧发生器的系统结构等相关技术问题。应用效果表明，利用台达变频器实现的中频电源系统，可以保证臭氧发生器系统的可靠性和稳定性。
关键词：变频器 臭氧发生器 中频电源
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
[中图分类号] TP273 [文献标识码] B 文章编号

1 引 言
臭氧是一种强氧化剂，在给水工程中可用于消毒、除臭味、除色、除胶体；在工业废水处理工程中可用于除酚、除表面活性剂，此外还用于纸浆漂白等。如臭氧在饮用水、矿泉水、纯水、游泳池循环水及养殖水处理和工业、医院污水处理等方面已有广泛的应用。由于臭氧在对微生物起作用之后，会裂变为完全无害的氧原子，不会产生任何二次污染，因此臭氧已越来越多地用来代替氯及其化合物的消毒。随着人们环保意识的增强，臭氧将会成为公认的最佳消毒剂之一。本文就产生臭氧的中频臭氧发生器的相关技术问题作简要讨论。
2 臭氧的生成原理
臭氧的工业生产方法，通常应用高压无声放电原理：让净化干燥的空气或者氧气流过高压电极间隙，在通过该高压放电间隙时，部分氧分子中的化合键断开而生成氧原子，在一定条件下氧原子与氧分子结合就生成臭氧。这种臭氧产生臭氧的方法称为电晕放电法，其工作原理也就是当放电器件两电极间所加的高频正弦交流电压大于临界起晕电压时，在放电电极的表面上产生电晕放电。
3 中频臭氧发生器的系统结构
中频臭氧发生器的由4个部分组成：（1）电源部分，由变频器及变压器组成，将工频市电转换为高频高压电源，一般为2000V至8000V，频率为400至1000Hz，用以提供中频高压电源；（2）气源部分，臭氧发生器可以利用2种气源，一种为空气由无油空压机、干燥器等提供。另一种为纯氧或者富氧空气，由氧气瓶或者制氧机提供。空气或者氧气进入发生器之后需要适度的干燥和减压，经计量后连续地送入臭氧发生放电室；（3）臭氧发生放电室，采用垂直管式单元气室，由电极管、介电管或者水管等组成。放电室两端连接不锈钢管用于气流通路，放电室的二个放电片背面贴铝质散热片进行风冷却或水冷却。氧气或空气进入放电室后被分为二路，沿着放电片的表面隙缝的高频高压电场流过，部分氧分子中的化合键断开而生成氧原子，氧原子与氧分子结合生成臭氧分子，臭氧气和空气的混合气体沿管路泵出；（4）冷却装置，用轴流风扇对放电室进行风冷却，当然也可以采用直流冷却水，经计量后进入气室水套。
在使用过程中用户可以通过臭氧发生器机体上的控制面板对气量进行调节，以便调节臭氧的产量，也可通过其电磁式电流表和电压表来对其进行监控。中频臭氧发生器的基本结构框图如图1所示。

图1 系统结构
4 相关技术说明
1）变频器的高频输出响应
台达变频器B系列是新一代高功能无感测向量控制型变频器, 功能齐全、调速精度高、稳定性好，可应用范围广；V系列高性能无感测磁束矢量型变频器是结合现代电力电子与微电脑控制技术所设计的一款高科技产品，具有响应速度快、精度高、输出力矩大(最大200%转矩电流)以及定位控制等特点，可广泛应用于产业机械、工厂过程控制自动化、建筑、石化、冶金、钢铁、能源、电力、楼宇、环保等国民经济各行各业。台达B、V系列均具有高频输出的功能，通过其高频输出直接给变压器供电，简化了臭氧电源电路的设计，其完善的保护措施保证了该中频电源系统的可靠性和稳定性，完善的控制算法，可保证高频输出电流的稳定。图2是在变频器的输出端无电抗器，变压器工作在额定频率之上的电流响应波形，由图可以看出，台达变频器在负载冲击比较大的情况下，仍然能够保证电流的平滑性。
图2 变频器的输出响应

2）变频技术在臭氧发生器中的应用
　 电源系统是臭氧产生过程中的关键部件，它不仅影响臭氧发生系统的稳定可靠性，而且也决定了臭氧的合成效率。目前臭氧发生器中的电源系统可以根据频率划分为：工频电源、中频电源、高频电源。频率在400-1000Hz的电源称为中频电源，1000Hz以上的电源称为高频电源。电极工作特性要求与其匹配的供电电源必须具备稳定的输出频率和适当的电压峰值，只要这样才能保证电极高效、可靠地工作。为使臭氧产量稳定，供电电源的输出功率应该保持足够恒定。通常臭氧发生器中的电源采用电压调节器，结构简单、成本较低。但存在工作频率不稳定、输出电压随输入交流电压波动而变化。采用变频器加变压器的方式不但可产生需要的恒功率高压电源而且操作方便、性能可靠，选用台达VFD-B或者VFD-V系列BH版本的变频器高速功能，就可满足臭氧发生器电源的要求。在现场应用中，变压器输入端电压为单相105V, 频率在800Hz的.参数如表1 所示。

图2 变频器的输出响应

2）变频技术在臭氧发生器中的应用
　 电源系统是臭氧产生过程中的关键部件，它不仅影响臭氧发生系统的稳定可靠性，而且也决定了臭氧的合成效率。目前臭氧发生器中的电源系统可以根据频率划分为：工频电源、中频电源、高频电源。频率在400-1000Hz的电源称为中频电源，1000Hz以上的电源称为高频电源。电极工作特性要求与其匹配的供电电源必须具备稳定的输出频率和适当的电压峰值，只要这样才能保证电极高效、可靠地工作。为使臭氧产量稳定，供电电源的输出功率应该保持足够恒定。通常臭氧发生器中的电源采用电压调节器，结构简单、成本较低。但存在工作频率不稳定、输出电压随输入交流电压波动而变化。采用变频器加变压器的方式不但可产生需要的恒功率高压电源而且操作方便、性能可靠，选用台达VFD-B或者VFD-V系列BH版本的变频器高速功能，就可满足臭氧发生器电源的要求。在现场应用中，变压器输入端电压为单相105V, 频率在800Hz的。
变频器的操作面板可以外接到机器的外面，以方便用户的控制，但是设定的参数必须是不可修改的，以免引起用户的错误无操作，导致变压器的输出电压过高，输出发生畸变，影响臭氧的产能。
5 结束语
随着人们对环保意识的加强，臭氧发生器的应用将越来越普遍。台达B、V系列变频器是实现中频臭氧发生器电源系统的关键部件，它能适应高压变压器的负载波动工况作稳定的输出。采用上述方案实现的电源系统，降低了变压器的工作电压，提高了系统的可靠性和稳定性，并可以保证高效率地产生臭氧。