一种大功率直流等离子体电源制造技术

本发明专利技术涉及一种大功率直流等离子体电源，包括n组串联的PSM模块、平波电感、第一电流测量模块和反馈控制保护系统，电网电压经真空断路器与整流变压器的输入端相连，整流变压器的输出端分别连接至每组PSM模块的输入端，n组串联的PSM模块的输出经平波电感连接至输出电极，所述第一电流测量模块安装在主回路母线上，所述反馈保护系统的输入端与第一电流测量模块相连，其输出端分别与PSM模块的控制端相连。本发明专利技术电源输出电压范围大，输出功率可达MW级，具有很好的动态特性、很短的反应时间，能快速响应等离子体负载的剧大扰动，具备很好的电流控制特性，保证了等离子体产品的质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电源，具体涉及一种大功率直流等离子体电源。
技术介绍
目前，等离子体技术在冶金、喷涂、表面改性、环境治理、通信和探测以及其他工业领域的应用越来越广泛，等离子体化工在生产过程中清洁无污染，而且不需要使用催化剂，工艺过程简单、原料适应性广，在资源紧缺、环境问题日益严峻的今天，如何高效、合理的利用等离子体技术，是关系环保、资源综合利用、节能减排、产业结构优化的重大课题。然而，要实现等离子体技术的多种应用和全面推广，关键在于要有响应速度快、控制性能好、可靠性高的大功率等离子体电源和高性能的等离子体发生器。根据电弧理论以及等离子体工艺情况，等离子体负载的能量稳定性与电流直接相关，等离子体电源主要采用恒流源。在工艺过程中，由于气体放电特性、气体压力、气体组份以及等离子体温度等多种因素的综合影响，等离子体负载会出现较大扰动，例如打弧现象，会使等离子体负载电阻急剧减小，等离子体电源输出近似短路，所以等离子体负载一般呈现水平或上升的伏安特性。如果等离子体电源输出电压不能快速响应负载阻抗的变化时，就难以稳定输出电流，从而会失去等离子体的工艺条件，不能维持正常的放电过程，进而无法保证工艺效果，影响产品质量。因此，等离子体电源必须具备陡降特性，必须具有很好的动态特性、很短的反应时间以适应负载的急剧变化。长期以来，国内外传统的大功率等离子体直流电源普遍采用可控硅整流电源，为获得所需的陡降特性和稳定的工作电流，通常需在回路中增加真空调整管，或串入能耗达几十千瓦以上的电阻；由于交流电路的频率和可控硅整流电路的特性等，也决定了可控硅整流电源的响应时间只能达到毫秒量级（如工频下三相桥式整流电路的平均失控时间就达到了1.27ms），而且，可控硅整流电源功率因数不高。所以，这种电源不仅效率低、能耗高，而且体积庞大、笨重，动态响应速度慢，控制性能差，难以适应负载阻抗特性的急剧变化。近年来，也出现了使用高频全桥逆变技术制作的等离子体电源，相比传统可控硅整流电源，虽然高频逆变电源具有节能、省材、对电网冲击小以及较好的控制性能等优点，但是在大功率等离子体负载工作环境下，大功率逆变式等离子体电源存在着并联均流、温升、电磁干扰、结构复杂、寄生参数等因素造成的强能量高效传递和可靠性等问题。高性能、高可靠性的大功率直流等离子体电源的研制和开发，是国内外大功率等离子体系统发展的瓶颈，对大功率等离子体系统全面发展和推广应用起着至关重要的作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种大功率直流等离子体电源，不仅动态性能好，能在数微秒内快速响应等离子体负载输出阻抗的急剧变化，稳定输出电流，保证产品质量，而且该电源还具有较高的功率因数，很高的效率和可靠性。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：包括n组串联的PSM模块、平波电感、第一电流测量模块和反馈控制保护系统，电网电压经真空断路器与整流变压器的输入端相连，整流变压器的输出端分别连接至每组PSM模块的输入端，n组串联的PSM模块的输出经平波电感连接至输出电极，所述第一电流测量模块安装在主回路母线上，用于测量电源输出电流，并按比例转换成电压输出后连接至反馈控制保护系统，所述反馈保护系统的输入端与第一电流测量模块相连，其输出端分别与PSM模块的控制端相连。作为上述技术方案的进一步改进：所述反馈控制保护系统，包括数字控制器和参数设定运行状态监控单元，所述参数设定运行状态监控单元与数字控制器交互连接，数字控制器的输出端通过光纤与每个PSM模块的控制端相连；所述反馈控制保护系统，用于通过与参数设定运行状态监控单元进行实时通讯，同时检测主回路上电流测量模块的输出，计算所需投切的PSM模块的个数。所述的PSM模块包括隔离变压器、真空接触器、软充电电阻、整流电路、续流二极管、压敏电阻、绝缘栅双极型晶体管、IGBT驱动及控制模块、比较器和第二电流测量模块；所述整流电路由六个电力二极管组成，所述整流电路的交流输入端分别依次经交流熔断器、真空接触器与隔离变压器的原边相连，所述软充电电阻并联在真空接触器的两端，所述整流电路的负极输出端与绝缘栅双极型晶体管的集电极相连，绝缘栅双极型晶体管的发射极与续流二极管的阴极相连，绝缘栅双极型晶体管的栅极、集电极和发射极与IGBT驱动及控制模块的输出端相连，续流二极管的阳极与整流电路的正极输出端相连，所述续流二极管的阳极经吸收电容与绝缘栅双极型晶体管的集电极相连，所述压敏电阻、输出电阻及滤波电容分别并联在整流电路的输出端，所述第二电流测量模块安装在绝缘栅双极型晶体管的发射极，所述比较器的正向输入端经低通滤波器与第二电流测量模块相连，其反向输入端经外围电路与电源VCC相连，比较器的输出端与IGBT驱动及控制模块的输入端相连，所述IGBT驱动及控制模块的供电端与隔离变压器的副边相连。所述所述的PSM模块还包括指示电路，所述指示电路由限流电阻和发光二极管组成，所述发光二极管的阴极与整流电路的正极输出端相连，其阳极经限流电阻与绝缘栅双极型晶体管的发射极相连。由上述技术方案可知，本专利技术所述的大功率直流等离子体电源，其电源输出电压范围大，输出功率可达MW级，具有很好的动态特性、很短的反应时间，能快速响应（微秒量级）等离子体负载的剧大扰动，具备很好的电流控制特性，保证了等离子体产品的质量。该大功率直流等离子体电源结构简单，具有故障冗余功能，部分模块故障将不影响电源正常运行，可靠性高；同时，本专利技术具有很高的功率因数，提高了用电质量，降低了生产成本。附图说明图1是本专利技术的总体电路图；图2是本专利技术中PSM模块的电路原理图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明：如图1所示，本实施例的大功率直流等离子体电源，包括n组串联的PSM模块2、平波电感7、第一电流测量模块8和反馈控制保护系统，电网电压经真空断路器1与整流变压器3的输入端相连，整流变压器3的输出端分别连接至每组PSM模块2的输入端，n组串联的PSM模块2的输出经平波电感7连接至输出电极，第一电流测量模块8安装在主回路母线上，用于测量电源输出电流，并按比例转换成电压输出后连接至反馈控制保护系统，反馈保护系统的输入端与第一电流测量模块8相连，其输出端分别与PSM模块2的控制端相连。反馈控制保护系统，包括数字控制器9和参数设定运行状态监控单元10，参数设定运行状态监控单元10与数字控制器9交互连接，数字控制器9的输出端通过光纤11与每个PSM模块2的控制端相连；该反馈控制保护系统，用于通过与参数设定运行状态监控单元10进行实时通讯，同时检测主回路上电流测量模块的输出，计算所需投切的PSM模块2的个数。如图2所示，PSM模块2包括隔离变压器34、指示电路、真空接触器21、软充电电阻22、整流电路24、续流二极管31、压敏电阻25、绝缘栅双极型晶体管28、IGBT驱动及控制模块35、比较器37和第二电流测量模块30；整流电路24由六个电力二极管组成，整流电路24的交流输入端分别依次经交流熔断器23、真空接触器21与隔离变压器34的原边相连，软充电电阻22并联在真空接触器21的两端，整流电路24的负极输出端与绝缘栅双极型晶体管28的集电极相连，绝缘栅双极型晶体管28的发射极与续流二极管31的阴极相连，绝缘栅双极型晶体管28的栅极、集电极和发射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大功率直流等离子体电源，其特征在于：包括n组串联的PSM模块（2）、平波电感（7）、第一电流测量模块（8）和反馈控制保护系统，电网电压经真空断路器（1）与整流变压器（3）的输入端相连，整流变压器（3）的输出端分别连接至每组PSM模块（2）的输入端，n组串联的PSM模块（2）的输出经平波电感（7）连接至输出电极，所述第一电流测量模块（8）安装在主回路母线上，用于测量电源输出电流，并按比例转换成电压输出后连接至反馈控制保护系统，所述反馈保护系统的输入端与第一电流测量模（8）相连，其输出端分别与PSM模块（2）的控制端相连。

【技术特征摘要】
1.一种大功率直流等离子体电源，其特征在于：包括n组串联的PSM模块（2）、平波电感（7）、第一电流测量模块（8）和反馈控制保护系统，电网电压经真空断路器（1）与整流变压器（3）的输入端相连，整流变压器（3）的输出端分别连接至每组PSM模块（2）的输入端，n组串联的PSM模块（2）的输出经平波电感（7）连接至输出电极，所述第一电流测量模块（8）安装在主回路母线上，用于测量电源输出电流，并按比例转换成电压输出后连接至反馈控制保护系统，所述反馈保护系统的输入端与第一电流测量模（8）相连，其输出端分别与PSM模块（2）的控制端相连。2.根据权利要求1所述的大功率直流等离子体电源，其特征在于：所述反馈控制保护系统，包括数字控制器（9）和参数设定运行状态监控单元（10），所述参数设定运行状态监控单元（10）与数字控制器（9）交互连接，数字控制器（9）的输出端通过光纤（11）与每个PSM模块（2）的控制端相连。3.根据权利要求2所述的大功率直流等离子体电源，其特征在于：所述反馈控制保护系统，用于通过与参数设定运行状态监控单元（10）进行实时通讯，同时检测主回路上电流测量模块的输出，计算所需投切的PSM模块（2）的个数。4.根据权利要求1所述的大功率直流等离子体电源，其特征在于：所述的PSM模块（2）包括隔离变压器（34）、真空接触器（21）、软充电电阻（22）、整流电路（24）、续流二极管（31）、压敏电阻（25）、绝缘栅双极型晶体管（28）、IGBT驱动及控制模块（35）、比较器（37）和第二电流测量模...

【专利技术属性】
技术研发人员：金国卫，许卫，张荣正，许勇，
申请(专利权)人：安徽省金屹电源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34