串聯(lián)諧振模式下塑料薄膜高壓電暈處理負載特性分析

摘要：塑料薄膜的電暈處理技術(shù)廣泛應(yīng)用于包裝及印刷工業(yè)中。為了增強塑料薄膜表面粘附力，必須進行表面電暈處理。介紹了電暈處理過程中氣體放電的特性，對工作于串聯(lián)諧振模式下的電暈負載等效電路及伏安特性作了詳細的分析，給出了等效電路模型，通過對模型的仿真，與實驗測試進行了比較。

關(guān)鍵詞：電暈處理；介質(zhì)阻擋放電；串聯(lián)諧振

1 引言

電暈處理技術(shù)是應(yīng)用高壓放電技術(shù)使放電極間的空氣電離成電暈放電，聚合物等被處理對象經(jīng)過放電空間接受放電時，其表面即產(chǎn)生極性基團，同時強烈的離子沖擊使被處理表面粗化，從而增強油墨及膠水在被處理材料表面的滲透力和粘合力。電暈負載類似于臭氧發(fā)生器，屬于介質(zhì)阻擋放電。一般電暈處理裝置都是利用串聯(lián)諧振技術(shù)，逆變器經(jīng)升壓變壓器輸出5～8kV頻率為20kHz左右高壓方波，經(jīng)負載與升壓變壓器漏感諧振到工藝要求的電壓（10～20kV）。雖然薄膜電暈處理應(yīng)用很廣泛，但國內(nèi)生產(chǎn)廠家很少，對于負載的等效電路及伏安特性研究較少，本文在此對其作實驗和仿真分析。

2 電暈負載特性分析

2.1 電暈放電特性

電暈放電是一種介質(zhì)阻擋放電，介質(zhì)一般為耐熱性能好的膠皮或陶瓷。圖1是電暈處理裝置介質(zhì)阻擋放電示意圖。

圖1 介質(zhì)阻擋放電示意圖

介質(zhì)只覆蓋在單個電極上，厚度為L_d，放電氣隙為L_g，當作用在電極上電壓為V_s時，設(shè)介質(zhì)密度是均勻的，而在介質(zhì)和放電氣隙間電場強度E_d和E_g是不同的。

E_d/E_g=ε_g/ε_d

于是 V_s=L_dE_d＋L_gE_g

因此介質(zhì)和氣隙上的電場強度為

E_d=，E_g=

式中：ε_g、ε_d分別為放電氣隙及介質(zhì)的介電常數(shù)。

由于電極間介質(zhì)層的存在，介質(zhì)阻擋放電的工作電壓一定要是交變的。根據(jù)交變電壓的頻率差異，放電的特性有所不同。通常可以分成低頻介質(zhì)阻擋放電和高頻介質(zhì)阻攔放電。前者的頻率范圍為50Hz到10kHz，后者的頻率為100kHz以上。這兩種介質(zhì)阻攔放電的等效電路如圖2所示。

(a)低頻 (b)高頻

圖2 不同頻率下的介質(zhì)阻擋放電等效電路

圖2中C_d是介質(zhì)電容，C_g是氣隙電容，R是放電的等效電阻，通常C_g《C_d，V_op是作用電壓的峰值，V^＊和V_op^＊分別是低頻和高頻條件下回路中的積分電流為零時的電壓值。

圖3是氣隙電壓與外界作用電壓的關(guān)系。在介質(zhì)阻擋放電的電特性中，放電電壓V_d是一個重要的電學參量，它的大小直接與放電的功率有關(guān)?？梢远x一個平均放電電壓V_d，它在放電作用周期內(nèi)是一個常量。當放電間隙上的電壓V_g小于V_d時，不發(fā)生放電現(xiàn)象。這時電路是由介質(zhì)電容C_d和間隙電容C_g串聯(lián)組成。當放電間隙電壓V_g達到V_d時，就出現(xiàn)微放電，而且一直維持到外界電壓達到最大值V_op為止。在存在微放電的整個時間過程內(nèi)V_g≈V_d，放電電壓V_d的數(shù)值在微放電出現(xiàn)時和截止后的電壓值之間。該數(shù)值是一個平均值，主要決定于放電氣體的成份，間隙中的粒子濃度以及間隙寬度等。

圖3 外界作用電壓V_s和放電間隙電壓V_g的關(guān)系