本发明涉及空气调节、空气净化领域，尤其涉及到一种双极双反应区脉冲空气净化的控制方法。
背景技术：
1、脉冲高压放电技术适用于多种污染气体的处理，包括挥发性有机化合物（vocs）、硫化物、氮化物、异味气体、杀菌等。主要利用高压脉冲电场使气体分子电离，进而形成等离子体。在高压脉冲电场的作用下，气体分子被加速并相互碰撞，导致电离现象的发生。电离产生的正离子和自由电子在电场中高速运动，用于催化降解气体中的污染物。技术处理过程中不产生额外的有害物质，避免了二次污染的问题。挥发性有机化合物（vocs）的成分复杂，包括烃类、卤代烃、醇类、醚类、酮类、酯类、酚类、胺类、腈类和有机酸类等。异味气体成分复杂，它们通常是由多种化学物质组成的混合物，这些化学物质在特定的条件下会释放出令人不快的气味，如工业生产，化工、农药、化肥、皮革、炼油等工业生产过程中会产生大量的臭味气体，市政处理，城市污水处理、厨余垃圾处理、垃圾焚烧厂等市政处理设施也是臭味气体的重要来源。污染气体复杂成分，给污染气体环保装备带来挑战。
2、脉冲高压放电有正极性脉冲高压放电、负极性脉冲高压放电、交流脉冲高压放电。正高压脉冲放电，指反应器的放电极接正高压脉冲，反应器另一电极接地，此时放电极尖端产生电离，电子与负离子在放电极附近，直接流入放电极，放电极产生的正离子从放电极流向接地，使反应器绝大部分空间形成正离子区。负高压脉冲放电，指反应器的放电极接负高压脉冲，反应器另一电极接地，此时放电极尖端产生电离，正离子在放电极附近，直接流入放电极，放电极产生的负离子、电子从放电极流向接地，使反应器绝大部分空间形成负离子区。交流高压脉冲放电，指反应器的放电极接交流高压脉冲，反应器另一电极接地，周期性变化交替产生电离。正离子区与负离子区，对污染气体中不同成分的污染物有不同的去除效果与效率。
3、使用脉冲高压技术处理空气中的污染，净化空气的现有如下技术方案：
4、中国发明专利cn114877460a一种医用通风系统空气净化装置，公开了电离模块(100)和安装在所述电离模块(100)出气端上的微静电模块(200)，其特征在于，所述电离模块(100)包括：两个相对设置的绝缘安装件(1)；多块连接在两个所述绝缘安装件(1)之间的负极板(2)，多块所述负极板(2)上下间隔设置，相邻两块所述负极板(2)之间的间距尺寸相等；以及多根连接在两个所述绝缘安装件(1)之间的正极轴(3)，每根所述正极轴(3)分别位于相邻两块所述负极板(2)之间设置，所述正极轴(3)与相邻的两块所述负极板(2)之间的间距相等；当所述正极轴(3)接通高压脉冲电流后，所述正极轴(3)与相邻的两块负极板(2)之间形成均匀电场。
5、中国发明专利cn112728707a一种微型等离子动态空气净化器，公开了风扇、等离子发生器、电子空气过滤筛、控制电路；风扇将外界空气引入净化器形成气道，气体经电子空气过滤筛及等离子发生器被净化并产生大量等离子体，所述的控制电路中包括至少两个控制单元，每个控制单元产生6000v以上的直流高压分别供给电子空气过滤筛、等离子发生器，且可根据外界空气质量控制风扇、等离子发生器脉冲控制信号，以更好的净化空气，本发明的净化器可有效净化空气并消杀病毒；整个装置结构紧凑，可实现微型、轻量化；有利于大规模生产应用。
6、如上所述的脉冲高压供电气体污染处理装置，采用单一极性输出高压电源，一点接地，正或负单一极性输出供电给一个反应区。交流输出的脉冲高压也是一点接地，单点交变输出，供电给同一反应区，相同的反应器正脉冲与负脉冲高压放电伏安曲线的存在巨大差异，交流脉冲高压放电供电同一反应区，正极性时击穿强度低，负极性时产生等离子体弱，效果不好；没有对脉冲短路电流的精准计算提出方法，从而为合理选配脉冲电路短路保护元件的规格提供依据。
技术实现思路
1、鉴于背景技术所述的问题，本发明提出了一种双极双反应区脉冲空气净化的控制方法，高压电源的正脉冲高压与负高压两个独立脉冲输出，分别对应反应器内部独立的正等离子区与负等离子区，对污染气体形成正负离子双重净化，统一控制，提升了含有复杂成分污染气体的净化效果，具体技术方案如下：
2、一种双极双反应区脉冲空气净化的控制方法，其装置由双极性脉冲高压电源与双反应区的反应器构成，双极性脉冲高压电源由可调节直流电压源、滤波储能电容、半导体h桥脉冲发生电路、脉冲升压电路、正脉冲输出高压二极管模块、负脉冲输出高压二极管模块以及控制系统组成；双极性脉冲高压电源中有正脉冲高压输出和负脉冲高压输出，双反应区的反应器由正脉冲反应区、负脉冲反应区两个反应区组成，正脉冲反应区和正脉冲高压输出相连并接地，负脉冲反应区和负脉冲高压输出相连并接地，正脉冲高压输出和负脉冲高压输出相互独立，用正脉冲和负脉冲的特性在对应的正脉冲反应区、负脉冲反应区处理气体污染物，控制系统统一控制正脉冲和负脉冲的参数。
3、调节脉冲频率，使得气体从双极双反应区入口到出口经过的时间内，正、负脉冲高压脉冲发生的次数g同时满足下面两个公式：
4、
5、
6、其中q为气体总流量，f为对应q流量时正、负高压脉冲的发生频率，s为双极双反应区气体有效流通截面，正脉冲反应区气体流经有效长度l1，负脉冲反应区气体流经有效长度l2， g为气体从双极双反应区入口到出口经过的时间内正、负脉冲高压脉冲发生次数，ŋ1为双反应区的反应器在最高运行脉冲峰值电压下，单次正、负脉冲高压的污染气体净化率，z为双反应区的反应器的总效率，z值控制为0.99；
7、滤波储能电容与可调节直流电压源相连，为可调节直流电压源滤波并储能电荷，当半导体h桥脉冲发生电路工作时，为大电流的脉冲输出供电。
8、双极性脉冲高压电源的电路上设置空气开关确保安全，空气开关规格中额定电流 通过如下计算选定：
9、先计算双极性脉冲高压电源的负载短路时电路电流：
10、
11、其中，t是时间，是t时刻双极性脉冲电源输出的电路电流，udc为直流供电电源电压，rs为脉冲变压器线圈电阻，ls是脉冲变压器漏感，是t为0时的电流；
12、然后选定空气开关使得其规格中额定电流满足<<；
13、所述双极性脉冲高压电源中正脉冲高压输出电路的等效容值cz1和负脉冲高压输出电路的等效容值cz2的相对偏差设定在±10%的区间内，保持脉冲变压器的磁芯伏秒平衡。
14、作为本发明的优选方案，所述计算双极性脉冲高压电源的负载短路时电路电流简化为：
15、
16、其中，t是时间，是t时刻双极性脉冲电源输出的电路电流，udc为直流供电电源电压，rs为脉冲变压器线圈电阻, ls是脉冲变压器漏感。
17、正脉冲反应区或负脉冲反应区短路时，会导致半导体h桥脉冲发生电路损坏，设置短路保护电容器，在半导体h桥脉冲发生电路与脉冲变压器连接回路中，串联短路保护电容器，短路保护电容器cs容值控制为：
18、当cz1≥cz2时，cs容值选择应满足n2×cz1≤cs≤2n2×cz1；
19、当cz1<cz2时，cs容值选择应满足n2×cz2≤cs≤2n2×cz2；
20、其中：n为脉冲变压器变比，cz1是正脉冲反应区等效容值，cz2是负脉冲反应区等效容值。
21、控制系统采用公式计算整个系统的安全性：s = (1 / (1 - (d/ (1 - d)) * (vp/ vn))) * (1 - (p / pmax))，其中s为安全性参数，d为占空比，vp为正脉冲高压，vn为负脉冲高压，p为系统功率，pmax为最大允许功率；这样占空比 d 越小，s越小系统越安全；正脉冲高压和负脉冲高压的比值越小，s越小，系统越安全；系统功率越小，s越小系统越安全，s值大于预先设置的阈值，关闭电源，防范风险。
22、双极性脉冲高压电源整体功率的计算公式为：p = (vp * i * (1 - d)) + (vn *i * d)，其中p为整体功率，vp为正脉冲高压，vn为负脉冲高压，i为电流，d为占空比；控制正脉冲高压、负脉冲高压、电流、占空比，直接计算整体功率，进而能够控制整体功率和需要处理的污染空气流量相匹配。
23、双极性脉冲高压电源整体效率能够调节优化，双极性脉冲高压电源整体功率的计算公式为：η = (vp * i * t1) / (vdc * i * t) * (1 - (ploss / p))，其中η为效率，vp为脉冲高压，i为电流，t1为正脉冲反应区的反应时间，vdc为直流电压，t为周期，ploss为系统损耗功率，p为双极性脉冲高压电源整体功率；控制脉冲高压、电流、正脉冲反应区的反应时间、直流电压、周期参数直接算出效率，选择效率最大值所对应的参数作为效率优化参数。
24、双反应区反应器的两个反应区之间采用以下公式计算气体流速：v = (vp / a) *(1 - exp(-t / τv))，其中v为气体流速，vp为脉冲高压，a为反应区截面积，τv为气体流速时间的常数。
25、控制系统控制脉冲输出的算法为：if (vdc >= vref) then vp = vdc * (1 + (d/ (1 - d))) else vp = 0，其中vref为参考电压，vdc为直流电压，d为占空比，vp为脉冲幅度。
26、与现有技术相比，本发明有益的技术效果
27、1、一种双极双反应区脉冲空气净化的控制方法，采用高压电源的正脉冲高压与负高压两个独立脉冲输出，分别对应反应器内部独立的正等离子区与负等离子区，对污染气体形成正负离子双重净化，提升了净化效果和效率，克服了传统的气体污染处理技术通常采用单一的处理反应区，效率较低的缺陷。
28、2、一种双极双反应区脉冲空气净化的控制方法，精准控制脉冲频率和处理污染气体的流速对应为合理区域的函数关系，确保脉冲功率和处理污染气体的流量成合理匹配关系，从而保障了有效功率，大大增加了空气净化的能力。
29、3、一种双极双反应区脉冲空气净化的控制方法，提出了脉冲短路电流的精准计算方法，为合理选配脉冲电路短路保护元件的规格提供依据。
30、4、一种双极双反应区脉冲空气净化的控制方法，采用可调节直流电压源供电，调节独立双极性脉冲高压的峰值电压，可根据污染气体的绝缘强度的变化，改变脉冲峰值电压的大小，提升工况的适应能力，全部采用脉冲供电方式运行能耗低，独立双极性脉冲高压输出的重复频率，可进一步根据污染气体的工况变化改变脉冲重复频率，兼顾处理效果与运行能耗。
31、5、一种双极双反应区脉冲空气净化的控制方法，采用半导体h桥脉冲发生电路，单脉冲变压器输出两个独立双极性脉冲高压，电路简单可靠性高，设置了合适的负载短路保护电容，提升装置的可靠性，同时保障了脉冲输出的性能。
32、6.一种双极双反应区脉冲空气净化的控制方法通过计算安全性公式（s = (1 /(1 - (d / (1 - d)) * (vp / vn))) * (1 - (p / pmax))），s值大于预先设置的阈值，关闭电源，防范风险，优化了控制系统，最大限度地确保了处理过程的安全性。
33、7. 一种双极双反应区脉冲空气净化的控制方法采用模块化设计和统一的控制系统，降低了维护成本和零部件更换频率。能够方便地扩展到大规模的应用场景，满足不同用户的需求；采用低噪音和低振动的设计，降低了噪音和振动对环境的影响，能够最大限度地减少二次污染物的产生，确保处理过程的环保性和可持续性。同时，装置还可以重复利用部分的废料和废气，进一步降低了对环境的负面影响。
1.一种双极双反应区脉冲空气净化的控制方法，其装置由双极性脉冲高压电源与双反应区的反应器构成，双极性脉冲高压电源由可调节直流电压源、滤波储能电容、半导体h桥脉冲发生电路、脉冲升压电路、正脉冲输出高压二极管模块、负脉冲输出高压二极管模块以及控制系统组成；双极性脉冲高压电源中有正脉冲高压输出和负脉冲高压输出，其特征在于，双反应区的反应器由正脉冲反应区、负脉冲反应区两个反应区组成，正脉冲反应区和正脉冲高压输出相连并接地，负脉冲反应区和负脉冲高压输出相连并接地，正脉冲高压输出和负脉冲高压输出相互独立，用正脉冲和负脉冲的特性在对应的正脉冲反应区、负脉冲反应区处理气体污染物，控制系统统一控制正脉冲和负脉冲的参数；
2.根据权利要求1所述一种双极双反应区脉冲空气净化的控制方法，其特征在于，所述双极性脉冲高压电源的电路上设置空气开关确保安全，空气开关规格中额定电流的选定，先计算双极性脉冲高压电源的负载短路时电路电流：
3.根据权利要求1所述一种双极双反应区脉冲空气净化的控制方法，其特征在于，所述双极性脉冲高压电源中正脉冲高压输出电路的等效容值cz1和负脉冲高压输出电路的等效容值cz2的相对偏差设定在±10%的区间内，确保脉冲变压器的磁芯伏秒平衡。
4.根据权利要求1所述一种双极双反应区脉冲空气净化的控制方法，其特征在于，所述半导体h桥脉冲发生电路与所述脉冲升压电路的脉冲变压器初级连接线上，设置脉冲电流检测，检测脉冲电流峰值超过所述h桥脉冲发生电路半导体模块的最高允许电流值时，触发短路保护，立刻强制关闭所述h桥脉冲发生电路的触发脉冲。
5.根据权利要求1所述一种双极双反应区脉冲空气净化的控制方法，其特征在于，所述正脉冲反应区或负脉冲反应区短路时，会导致半导体h桥脉冲发生电路损坏，设置短路保护电容器，在半导体h桥脉冲发生电路与脉冲变压器连接回路中，串联短路保护电容器，短路保护电容器cs容值控制为：
6. 根据权利要求1所述一种双极双反应区脉冲空气净化的控制方法，其特征在于，所述控制系统采用公式计算整个系统的安全性：s = (1 / (1 - (d/ (1 - d)) * (vp /vn))) * (1 - (p / pmax))，其中s为安全性参数，d为占空比，vp为正脉冲高压，vn为负脉冲高压，p为系统功率，pmax为最大允许功率；这样占空比 d 越小，s越小系统越安全；正脉冲高压和负脉冲高压的比值越小，s越小系统越安全；系统功率越小s越小系统越安全，s值大于预先设置的阈值，关闭电源，防范风险。
7. 根据权利要求1所述一种双极双反应区脉冲空气净化的控制方法，其特征在于，所述双极性脉冲高压电源整体功率的计算公式为：p = (vp * i * (1 - d)) + (vn * i *d)，其中p为整体功率，vp为正脉冲高压，vn为负脉冲高压，i为电流，d为占空比；控制正脉冲高压、负脉冲高压、电流、占空比，直接计算整体功率，进而能够控制整体功率和需要处理的污染空气流量相匹配。
8. 根据权利要求1所述一种双极双反应区脉冲空气净化的控制方法，其特征在于，所述双极性脉冲高压电源整体效率能够调节优化，双极性脉冲高压电源整体功率的计算公式为：η = (vp * i * t1) / (vdc * i * t) * (1 - (ploss / p))，其中η为效率，vp为脉冲高压，i为电流，t1为正脉冲反应区的反应时间，vdc为直流电压，t为周期，ploss为系统损耗功率，p为双极性脉冲高压电源整体功率；控制脉冲高压、电流、正脉冲反应区的反应时间、直流电压、周期参数直接算出效率，选择效率最大值所对应的参数作为效率优化参数。
9. 根据权利要求1所述一种双极双反应区脉冲空气净化的控制方法，其特征在于，所述双反应区反应器的两个反应区之间采用以下公式计算气体流速：v = (vp / a) * (1 -exp(-t / τv))，其中v为气体流速，vp为脉冲高压，a为反应区截面积，τv为气体流速时间的常数。
10. 根据权利要求1所述一种双极双反应区脉冲空气净化的控制方法，其特征在于，所述控制系统控制脉冲输出的算法为：if (vdc >= vref) then vp = vdc * (1 + (d / (1- d))) else vp = 0，其中vref为参考电压，vdc为直流电压，d为占空比，vp为脉冲幅度。
