普传PI550-I系列中频电源在臭氧发生器上的应用案例
2026-05-06
一、引言
臭氧发生器是将高压交流电加在中间隔有绝缘体并有一定间隙的高压电极上，让经过的干燥净化空气或氧气通过，当高压交流电达到一定值时，产生蓝色辉光放电“电晕”，电晕中的自由高能离子离解O2分子，经碰撞聚合为O3分子。臭氧的产量、浓度根据所加的电源电压、电流等的变化而变化。
随着近几年我国环保政策的大力实施，臭氧在污水及工业废水处理、烟气处理、脱硫脱硝、化工氧化、空间灭菌等领域得到广泛应用，由于臭氧易于分解无法储存，需现场制取现场使用，因此臭氧发生器在近几年的市场需求急剧增加。
二、工艺要求
臭氧部分需要控制的参数主要有浓度和流量。流量的实现只需调节相应的调节阀就可以实现，而臭氧浓度则跟许多因素有关，如气源、电源、发生器的结构和冷却方式。
在本方案中，普传PI550-I系列产品主要调节臭氧发生器的工作频率（可利用PI550-I系列产品自动寻找谐振点频率功能）及输出电流或者输出电压（即恒压或恒流模式），实现对臭氧浓度的调节。保持气体流量不变的情况下，调节臭氧发生器中频电源的输出频率，工作频率改变，则高压放电功率改变，从而实现臭氧浓度的调节。
臭氧发生器采用介质阻挡电晕放电法来产生臭氧。主要由空气预处理系统、冷却系统、供电电源和放电室（采用管式臭氧发生单元即为臭氧发生管）等四部分组成。用空气压缩机把空气压入气体净化除湿设备，出来的干燥洁净空气或者氧气导入臭氧发生管，由高压电源对臭氧发生管供电，在电极间放电，使流过臭氧发生管的空气形成一定浓度的臭氧。由于在电晕放电时，会导致电极和介电体表面温度的升高，因而加速臭氧的分解，所以必须对臭氧发生管进行冷却，以控制管内工作温度在一定范围内。
三、普传解决方案
3.1系统框图
主要组成包括：
- 气源处理系统：臭氧发生器可以利用两种气源，一种为空气源，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。
- 臭氧发生系统：洁净气体进入臭氧放电室，在高频高压电场作用下发生电晕放电。氧气分子（O₂）被高能电子轰击、电离、分解，重新结合生成臭氧分子（O₃）。
放电室内的介质管（玻璃 / 陶瓷 / 搪瓷）起到绝缘、均匀电场的作用，保证稳定、高效地产生臭氧。
- 电源及控制系统：由PI550-I系列中频电源、升压变压器和控制装置PLC+HMI组成，由PI550-I系列中频电源将电源频率由工频变为几百至几千赫兹，再经过升压变压器升压到几千伏，从而得到放电所需要的高频高压电；控制装置PLC+HMI主要是实现对整个臭氧发生器系统的控制。
- 冷却循环系统：电晕放电过程会产生大量热量，而臭氧高温下易分解，因此必须持续冷却。
通常有水冷和风冷两种方式，
水冷：冷却水在放电室夹套或换热器内循环，带走热量，维持放电单元温度稳定。
风冷：通过风机强制对流散热。
冷却效果直接决定臭氧浓度、产量和设备寿命。
5.尾气破坏系统：未参与反应的残余臭氧具有毒性，不能直接排放。尾气进入尾气破坏器，通过加热分解或催化剂还原，将剩余臭氧重新转化为氧气后排放，保证环境安全。
3.2推荐配置
中频电源型号 | 额定输出功率（kW) | 额定输入电压（V） | 额定输出电流（A） | 运行频率范围（Hz) |
PI550-I 038A31 | 15 | 三相AC380V | 38 | 0.1-8000Hz |
PI550-I 045A31 | 18.5 | 45 | ||
PI550-I 060A31 | 22 | 60 | ||
PI550-I 075A31 | 30 | 75 | ||
PI550-I 092A31 | 37 | 92 | ||
PI550-I 115A31 | 45 | 115 | ||
PI550-I 150A31 | 55 | 150 | ||
PI550-I 180A31 | 75 | 180 | ||
PI550-I 215A31 | 93 | 215 | ||
PI550-I 260A31 | 110 | 260 | ||
PI550-I 305A31 | 132 | 305 | ||
PI550-I 340A31 | 160 | 340 | ||
PI550-I 380A31 | 187 | 380 | ||
PI550-I 425A31 | 200 | 425 | ||
PI550-I 480A31 | 220 | 480 | ||
PI550-I 530A31 | 250 | 530 | ||
PI550-I 600A31 | 280 | 600 | ||
PI550-I 650A31 | 315 | 650 | ||
PI550-I 720A31 | 355 | 720 | ||
PI550-I 860A31 | 400 | 860 |
注：中频电源分别有：两相输出和三相输出，如：PI550-I 075A31，最后一位“1”
代表两相输出；PI550-I 075A32，最后一位“2”代表三相输出。
3.3控制框图
当臭氧发生器放电间隙的电场强度E大于气体的击穿电场强度Ep时，放电间隙的气体才会发生放电现象，对于间隙宽度为L的放电间隙，有VD=ED *L，就可以计算出发生气体放电时放电间隙电压。介质阻挡放电具有一个很重要的特点，即放电通道的间隙电压达到放电要求时，即使再继续升高臭氧发生器负载电压（或电流），放电间隙电压却基本保持不变，这个电压称为放电维持电压VD。因此对于一个介质阻挡放电型臭氧发生器负载，当其负载交变电压（或电流）在放电间隙上产生的电压低于放电维持电压VD，放电间隙不会发生放电现象，称为无放电过程，其负载等效为绝缘介质的等效电容（Cg）和放电间隙的等效电容（Cd）串联。当负载交变电压（或电流）在放电间隙上产生的电压足以达到维持电压VD时，放电间隙将发生放电现象，称之为有放电过程，但整个有放电过程并不是连续放电，而是分为不放电阶段和放电阶段。放电间隙电压低于放电维持电压VD的阶段，放电间隙不发生放电现象，即为不放电阶段；当放电间隙电压达到放电维持电压VD时，放电间隙将发生放电现象，即为放电阶段。在整个放电阶段，放电间隙电压不再升高，而是维持不变。同时由于负载电压（或电流）的周期性，放电过程也具有周期性。
考虑到臭氧发生器负载的电容特性，如果不对负载采取适当的补偿措施，必将导致负载功率因数降低，从而降低放电电源的工作效率。对于电容性负载而言，可以利用增加电感的方法进行串联、并联或串并联混合补偿，以提高负载功率因数。考虑到放电电源高电压的要求，其电压的匹配可以利用高频升压变压器来实现，由于变压器的漏感不可避免，利用变压器的漏感可以在不需要另外增加辅助电感的情况下对负载电容起串联补偿作用，与负载电容构成串联谐振电路。所以臭氧发生器高频放电电源选用负载串联谐振型逆变电源是最合理的。利用补偿电感Ls与负载等效电容构成并联LC谐振负载，中间用高频变压器进行电压匹配。
3.4臭氧发生器系统操作步骤
1、开车前准备：
（1）工艺部分已准备就绪；
（2）供应电力已接通；
（3）冷却水已运行；
（4）氧气阀打开，流量控制在30立方／h；
（5）冷却水的温度和臭氧设备内的气体压力将影响实际的臭氧产量和浓度（当冷却水温度升高时臭氧产量会降低）。
2、内循环冷却水的注意事项：
注意！必须保持设备间环境温度高于0℃，绝对禁止在环境温度低于0℃时停止运行内循环水泵！
当环境温度低于0℃时，把所有设备和管道内的冷却水放空（含臭氧发生器、变压器、板式换热器、水泵及管道内的冷却水）。
当系统缺水报警时，内循环冷却系统需补水，补充高纯水。禁止在缺水状态下重启或运行设备。
- 内循环水泵启动：
（1）确保系统已经加注水；
（2）检查电路连接完好；
（3）注意水泵叶轮的旋转方向正确；
（4）管道及阀门等连接完好；
（5）启动水泵观察管道没有泄漏，正常管道压力0.05-0.15MPa；
（6）调节水流量阀门使内循环水的流量达到设计要求。
4、外循环冷却水的注意事项：
外循环的流量为内循环流量的1.2倍。
5、气源的要求和调试：
本项目的气源系统由客户自备并由专业的气源厂家调试，保证气源满足臭氧发生器使用要求，气源压力为恒定的0.3-0.5Mpa（表压）。
气源调试步骤
（1）对照流程图检查工艺管道、阀门的连接正确；
（2）在人机界面上手动开启气动阀门、气动阀门，观察运行是否正常；
（3）通过调整减压、稳压装置使设备的压力达到额定压力；
（4）手动开启气源工艺沿路的手动阀门；
（5）观察气源工艺沿路压力、流量、报警开关、阀门信号是否正常；
（6）调节气量调节阀，观察流量计气量至使用气量，如果压力有所变化应微调调压阀至工作压力。
6、开机步骤：
本地控制和远程控制的切换通过人机界面上的软按钮实现。
（1）检查系统接线，特别要检查发生器主体接地是否良好；
（2）将系统内空气开关逐一合闸使系统上电；
（3）按下人机界面主菜单上的本地控制按钮；
（4）臭氧设备启动运行后、检查电压电流的显示、功率等参数是否正常。
3.5控制接线及参数设定如下图
四、方案优势
- 普传PI550-I系列中频电源采用全数字DSP控制，具备宽频输出、自动寻频谐振、多重保护与高转换效率特点。
- 适配臭氧发生器容性负载特性，可解决传统工频电源效率低、能耗高、调节响应慢、运行噪声大等问题。
- 为用户提供稳定、节能、智能的臭氧发生供电方案，支撑在污水及工业废水处理、烟气处理、脱硫脱硝、化工氧化、空间灭菌等领域稳定运行与提标改造。
- 电源转换效率≥96%，功率因数≥0.95，可有效降低电耗，较传统工频电源节能20%以上，大幅降低电费支出。
- 输出频率适配臭氧放电管最佳工作区间，自动匹配负载谐振点，提升臭氧产率。
- 具备宽电压适应性，支持380V（-15%）~440V（+10%）宽电压输入，可应对厂区电网波动，保证输出稳定，无冲击启动，保护臭氧发生模块。
- 支持远程监控、本地触控操作，可接入厂区自动化系统，实现自动化联动。
- 具备完善的故障保护与报警功能，可快速定位过流、过压、过温、负载异常等问题。
- 适应运行噪声低，电磁干扰小，符合环保相关标准与电气安全规范。
- 潮湿、多粉尘、腐蚀性气体环境，防护等级满足工业现场要求。
五、总结
普传PI550-I系列中频电源变频器的应用方案，通过PI550-I系列产品自动寻找谐振点频率，利用恒压或恒流模式控制方式，简化了操作流程，大大提高了体统的工作效率，比传统模式更加节能，整体系统的产能比以前也大大提高，电气系统的空间得到进一步优化，控制操作更加简洁。
六、成功案例
6.1随州**水务污水处理厂
6.2 河南**公司
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