利用变压器漏感参数开发用于介质阻挡放电等离子体反应器的逆变器拓扑结构

《IEEE Transactions on Plasma Science》：Development of an Inverter Topology Using the Transformer Leakage Parameters for Dielectric Barrier Discharge Plasma Reactor

针对介质阻挡放电（DBD）等离子体反应器逆变器效率低的问题，提出一种基于变压器次级漏感参数优化的新型逆变器设计。实验表明，该设计在额定功率1kW、频率160kHz、电压14kV下实现84%的效率，功率密度翻倍且成本降低约30%，有效提升了气体转化效率。

　　

摘要：

在这篇研究文章中，开发了一种新型逆变器设计，旨在提高介质阻挡放电（DBD）等离子体反应器的效率与功率密度，从而实现气体转化。DBD等离子体反应器能够产生非热等离子体，用于进行电化学生产，包括从二氧化碳合成合成气、氨合成以及甲烷的干重整。要实现高转化效率，需要在保持整体能源效率的同时优化特定能量输入（SEI）。然而，等离子体催化对放电均匀性非常敏感，系统参数的微小变化都可能显著影响性能。整体性能的一个重要方面是等离子体驱动器，而传统的交流电源用于DBD应用时体积庞大、结构复杂、成本高昂，并且通常在额定功率下的效率低于70%。如果忽略逆变器的效率，SEI的估算结果也会出现误差。所提出的逆变器利用变压器次级绕组的漏电参数来提升性能，使其效率超过80%，在1千瓦的额定输出下功率密度翻倍，并将逆变器成本降低了约30%。实验验证是在一个同轴床DBD反应器上进行的，该反应器的操作条件分别为160 kHz、14 kHz和350 kHz，实验效率达到了84%。这些结果证明了所提出逆变器在提升DBD等离子体工艺方面的潜力，不过对于满额定功率下的放电特性仍需进一步研究。