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摘 要

本文首先对等离子处理固废装置研发的背景和现实的需要，以及相关的重要技术进行了介绍。接着根据等离子电源的实际工作需要，从现实和经济性的角度出发，对等离子电源的逆变电路进行了拓扑分析，对等离子电源的负载匹配进行研究探讨，分析了所需要的频率跟踪方式，以及锁相环稳定性的分析。最后通过Matlab/Simulink仿真验证了电源系统的稳定性和正确性。

关键字：等离子技术 逆变电路 负载匹配 频率跟踪 锁相环

Abstract

This paper first introduces the background and practical needs of the research and development of the solid waste treatment device by plasma, as well as the relevant important technologies. Then, according to the actual work needs of the plasma power supply, from the practical and economic point of view, the topological analysis of the inverter circuit of the plasma power supply, the research and discussion of the load matching of the plasma power supply, the analysis of the required frequency tracking mode and the analysis of the stability of the phase-locked loop are carried out. Finally, the stability and correctness of the power system are verified by matlab/simulink simulation.

Keywords: plasma technology；inverter circuit；load matching；frequency tracking； phase locked loop

目录

摘要 2

目录 4

第一章 绪论 6

1.1 研究背景及意义 6

1.2 等离子体废弃物处理装置电源的几项关键技术 6

1.2.1 等离子技术 7

1.2.2 逆变电源技术 7

1.2.3 软开关技术 7

1.2.4 阻抗匹配技术 7

1.2.4 频率跟踪技术 7

1.3 论文的主要研究内容 8

第二章 电源系统方案 9

2.1 逆变器的电路分析及两种方案的对比与选择 9

2.1.1 串联谐振逆变电路 9

2.1.2 并联谐振逆变器 11

2.1.3 逆变电路分析总结及选择 13

2.2 串联谐振逆变器的工作状态分析 13

2.2.1 感性工作状态分析 13

2.2.2 容性工作状态分析 14

2.2.3 阻性工作状态分析 15

2.3 控制方案的分析与选择 16

2.3.1 直流调功 16

2.3.2 逆变调功 18

2.3.3 调功方案的选择 23

2.4 本章小结 23

第三章 电源的负载匹配 24

3.1 负载匹配的作用 24

3.2 等离子体发生器等效电路及阻抗特性 24

3.3 发生器静态调谐匹配电路 26

3.3.1 串联匹配 27

3.3.2 等离子体发生器并联匹配 28

3.3.3 等离子发生器负载匹配方式的确定 28

3.3.4 等离子电源静态匹配仿真 29

3.4 发生器动态调谐匹配电路 29

3.4.1 匹配电感动态调整技术 29

3.4.2 频率自动跟踪技术研究 30

3.4.3 动态匹配方案的确定 31

3.5 本章小结 31

第四章 锁相环频率跟踪控制系统设计 32

4.1 锁相环基本原理 32

4.1.1 锁相环的基本构成 32

4.1.2 锁相环的工作原理 33

4.2 锁相环系统性能分析 33

4.2.1 锁相环路的数学模型 33

4.2.2 锁相环跟踪性能分析 35

4.3 锁相环技术的重要概念 36

4.3.1 锁相环的工作状态 36

4.3.2 锁相环的性能指标 36

4.4 传统锁相环 37

4.5 数字锁相环 37

4.5.1 数字锁相环模型分析 37

4.5.2 数字锁相环的稳定性分析 38

4.6 锁相环频率跟踪控制分析 39

4.6.1 DSP-TMS320LF2407控制器概述 39

4.6.2 频率跟踪技术的数学模型 40

4.7本章结语 42

第五章 电路仿真 43

5.2 逆变电源频率跟踪技术系统仿真 44

5.3 本章小结 47

第六章 总结与展望 48

6.1 课题的总结 48

6.2 课题的展望 48

参考文献 49

第一章 绪论

• 1. 研究背景及意义

进入21世纪，中国的工业化水平大幅提升，同时带来了各种各样的环境问题。工业化导致工厂的数量迅速增长，工厂的种类也变得多种多样，中国在拥有所有工业种类的同时也带来了数量庞大、种类丰富的工业垃圾，这些工业废弃物如何处理成为了社会关注的重点急需解决的问题。焚化是最常用的方法。但是焚烧法的副作用非常明显，不仅效率低下，不能彻底地处理废弃物，还会产生多氯联苯二噁英和二苯并呋喃等有机高毒性物质和重金属物导致二次污染。在焚烧法中产生的毒性物质会对动植物产生严重的破坏性影响，并且人的身体无法自行清除这些有害物质，有导致人致癌的风险。而简单的填埋则浪费了大量的土地资源，并且导致污染物可能流入土壤、地下水和大气。因此我们需要一种科学、高效、环保、实用的方法来解决工业废气物。

等离子处理废弃物电源损耗比较低、需要资金少、处理高效，没有二次污染，符合环保和健康的理念，并且等离子法处理废弃物作为一个新的研究方向，具有广阔的研发和应用前景。

等离子体技术的应用因其特点而异,高温等离子体是应用等离子体的物理特性,其研究的目的是利用高温下氘氚核聚变反应解决未来的能源问题^[1]。低温等离子体利用等离子体的电子特性来实现物理和化学反应，而这些特殊的物理和化学反应在各种普通气体和高温等离子体上难以实现。等离子体由气体电离产生离子和电子。处于激发状态的电子将能量传递给分子和原子从而使原子或者分子激发具有活性称为活性基团，从而大大增加其发生化学反应的可能性。

固体废弃物在处理过程中可以处于完全的封闭状态，直至被分解，从而实现完全无污染。但是我国在等离子电源上的研究起步晚，暂时无法将其用于等离子处理固体废弃物的具体应用中。

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