等离子体放电系统由电压调节器、等离子体发生器单元和反应器组成。它通常用于在空气、氧气、氮气和其他惰性气体等各种气氛中进行电弧放电、介质阻挡放电和辉光放电测试。
该项目的目标是为实验等离子体放电装置构建电源。专用太阳能电源包括 MPPT（最大功率点跟踪器）和专门为此应用设计的逆变器。这些组件将被集成到一个紧凑、经济高效的开源包中。
描述等离子体放电实验装置
等离子放电系统设置
等离子发生器设置产品构成
1. CTP 2000K 等离子电源。
- 产品名称： 低温等离子体实验电源
- 型号：CTP 2000K
- 输出电压（kV）：0-30
- 频率（kHz）：5-20
- 功率（瓦）：0-500
2. TDGC2-1 接触式电压调节器（电阻式）。
- 额定输入电压：220v
- 额定容量：1kVA
- 频率：50Hz
- 输出电压范围：（0-250）V
- 额定输出电流：4A
- 重量：6.5公斤
3.DBD反应器。
拟议的电源装置
| SL | 类型 | 规格 |
|---|---|---|
| 1 | 光伏发电 | 200W |
| 2 | 最大功率点跟踪 | 20A |
| 3 | 逆变器 | 230V，50Hz（500W） |
| 4 | 电池 | 24V，50安时 |
《等离子发生器用开源太阳能供电装置》文献综述
等离子放电的应用
1.高压条件下等离子放电碳氢化合物制氢[1]
西田靖等人。正在开发一种利用等离子放电的新型 H 2生产系统，专为超过 1.5 atm 的高压条件而设计。该系统旨在安装在移动车辆中，目前可开采甲烷和丙烷，与残余 CH4 相比，在 138 Whr 输入能量下实现了约 60% 的 H 2产率。
2. 液体燃料乙醇中微波放电等离子体大容量制氢[2]
孙兵等人。研究通过微波放电等离子体在液体乙醇中大容量生产氢气。他们对直接驻波耦合反应器的研究探索了优化条件，实现了氢气流量 72.48 g/h、浓度 58.1% 和能量产率 48.32 g/kWh。
3. 甲醇溶液辉光放电等离子体电解制氢[3]
宗成彦等。研究通过甲醇溶液的辉光放电等离子体电解产生氢气。该研究强调了氢气和甲醛在甲醇分解中的主导地位，与阳极 GDPE 相比，阴极 GDPE 具有更高的氢气产率和显着更低的能耗，特别是在 700 V 放电电压下。
4.湿态非热表面等离子体放电在废气处理中的应用：脱硝[4]
J.乔利布瓦等人。研究非热表面等离子体放电在潮湿条件下去除 NOx 的应用，研究其在低流量 (1 L/min) 和 100 ppm NO 下的废气处理效率。
5. 用于生物医学应用的 DBD 等离子体源的表征[5]
M. Kuchenbecker 等人。表征用于生物医学应用的介质阻挡放电 (DBD) 等离子体源。这种 DBD 等离子体源采用陶瓷覆盖电极，在稳态条件下运行，无需额外气流，并针对生物物体的潜在处理进行了研究。
6.高频水下等离子体放电在抗菌活性中的应用[6]
MW 艾哈迈德等人。探索高频水下等离子体放电的抗菌活性。使用氖变压器，他们实现了水系统中革兰氏阴性大肠杆菌的有效灭活，即使在等离子体处理 72 小时后，也没有出现明显的大肠杆菌再生。
太阳能等离子发生器
描述完整太阳能等离子体生成系统设计的文献很少。本节将仅涵盖以下文献：
7. 用于介质阻挡放电应用的太阳能驱动的紧凑型微秒脉冲发电机[7]
志方等人。设计了一个紧凑的太阳能等离子体发生器系统，用于驱动 DBD 反应器。该脉冲电源能够提供高达20 kV的高压脉冲，脉冲重复频率范围为1 Hz至2 kHz，最大输出功率为150 W。
- 脉冲发电机设计的最大输出功率为150W，并额外留有100W余量，以解决微秒脉冲发电机中阳光不足和功率损耗的问题。
- 当弱光条件下太阳能电池板的输出功率无法满足DBD应用要求时，可以使用商用电池替换太阳能电池板，提供9-36V范围的输出电压。
- 输入电压范围为10-60 V，与太阳能电池板和电池的输出电压范围相匹配。光伏转换器的输出电压范围为3 V至90 V，变压器绕组匝数比为1:50。
- 但该系统采用的PWM型DC-DC变换器并未对光伏功率进行优化，且高频工作的开关电路缺乏ZVS机制，导致功率损耗高、效率低。
8. 光伏电池驱动冷等离子体产生的可调高压脉冲电源设计[8]
李梦琪等人。设计了一种太阳能供电的等离子体发生器，采用多级升压转换器来充分提高电压。他们利用 Marx 发生器来调节频率（范围从 500Hz 到 5kHz），随后利用变压器将电压提升至高达 10kV 以产生等离子体。
- 第一级升压转换器采用MPPT算法为电池充电。
- 采用六级马克思发电机，变压器匝数比为1：18，采用双线并联绕制方式。
- 他们使用三种放电类型对等离子体发生器进行了测试：N-APPJ、DBD 和针板。
9.一种用于微生物净化应用的太阳能手持式等离子体源。[9]
Y Ni，MJ Lynch 等。李梦琪等人。设计了用于微生物净化的手持式等离子体源。
- 一款非常轻巧的设备，仅重 750 克，由太阳能充电电池供电。
- 微生物数量的减少范围为 2 至 8 log，很大程度上受到等离子体生成条件的影响。
- 在 SMPS 单元中，采用升压转换器将锂聚合物电池的标称电压 7.4V 提升至 30V。随后，MOSFET 半桥将 30V 直流信号斩波为高频方波，适合驱动微型高压变压器。变压器的输出直接连接到 SBD 电极。
- 使用充满电的电池，观察到耗散 10W 功率的等离子体可以连续持续大约 1 小时，表明效率约为 85%，这是这种性质的开关模式电源的典型效率。
- 虽然适用于低功率等离子体，但扩大规模对此类设备提出了挑战。
10.太阳能分散式供水系统：工业废水处理和清洁饮用水供应挑战的更清洁解决方案[10]
艾尼·哈菲兹、祖菲桑·沙米尔等人。设计了利用太阳能等离子系统的分散式废水处理系统。
- 向反应器提供交流电源，在大气压下在带电电极和接地电极之间产生等离子体（Liu 等人，2017a）。空气击穿电压为 3.8 kV，电流频率为 37 kHz。
- 实现清洁饮用水供应的潜在解决方案可能在于采用太阳能供电的高级氧化反应器的分散式饮用水系统。在他们的设置中，采用了由太阳能逆变器系统供电的等离子发生器。
- 尽管他们提供了流程示意图，但并未进行实验实施。
个人用途太阳能发电系统
11. 供个人使用的便携式自主太阳能发电厂[11]
Javoxir Toshov 等人。等人。设计了一种基于太阳能电池的便携式太阳能发电站。
- 太阳能电池板可产生 20 瓦的电力，逆变器可处理高达 300 瓦的电力，输出电压为 220V，频率为 50Hz。电池容量为 14Ahr，可为电视和室内照明供电长达 4 小时，或仅为室内照明供电 20 小时。
- 尚未实施最大功率跟踪算法，也未遵循适当的电池充电方法。
12. 家用离网混合在线太阳能调节装置[12]
Mohit Chaudhari 等。等人。设计了一种 UPS，通过电池向电网供电，并使用 MPPT 充电控制器来利用太阳能。
- 采用 MPPT 实现的降压转换器已用于为 48V 电池组充电。
- 采用DSPic控制器，它是DSP处理器和微控制器的混合组合。
- 使用基于 IGBT 的逆变器。并且使用混合 IGBT 驱动器来隔离 PWM 栅极信号并将其放大。光耦合器用于在驱动器和控制器之间提供电气隔离。
- 系统效率非常高，满负载时可达85%以上。
13. 太阳能逆变器[13]
Regine Mallwitz 等。等人。 SMA Solar Technology AG 是太阳能逆变器的全球代理市场领导者，全球装机容量超过 4 GW，该公司将并网逆变器分为三代，并在本文中讨论了它们的封装和配置。
- 他们发现，逆变器市场的蓬勃发展主要是并网逆变器，而另一方面，用于岛屿安装或个人使用的太阳能逆变器的数量却要少得多。
- 由于基于 SiC 的半导体器件的发展，第一代逆变器的效率约为 90%，第二代逆变器约为 96-98%，最新的第三代逆变器效率为 99%。
- 由于单相电网允许的最大馈入功率为5kW，因此大多数逆变器都在此功率范围内建立。
14. 太阳能光伏系统并网逆变器的研究与设计[14]
Nguyen Duc Minh 等。仿真设计了5kW并网光伏智能逆变器实验样机。
- 他们在升压转换器中采用了 P&O MPPT 算法，以在直流到交流转换之前跟踪最大功率。
- 他们利用 dq 框架来控制三相智能逆变器的电流，从而将公共连接点 (PCC) 的无功功率调节为零。
- 他们发现在三种不同负载情况下逆变器的效率约为 89.15%，总谐波失真 thd= 4.14%（<5%）。
15. 电压源逆变器模块化控制平台的设计和验证[15]
Hernan Lezcano 等人。等人。提出了用于隔离和并网系统的基于 IGBT 的商用 VSI 转换器的信号采集和控制硬件设计的模块化设计。
- 该系统能够向约10kW的负载提供三相电力。
- 他们对系统进行了三种类型的测试：开环、闭环测试和总谐波失真分析。他们发现 THD 水平为 5.3%。
- 他们的所有设计文件和代码都是开源的 - NU 通用公共许可（GNU GPL v3）。
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