一种等离子弧用级联型斩波电源制造技术

本发明专利技术公开了一种等离子弧用级联型斩波电源，包括移相变压器单元，所述移相变压器的输入端用于连接三相交流电源，所述移相变压器的输出端连接有多路整流单元，各路整流单元的输出端均连接有斩波单元，各斩波单元的输出并联用于连接负载。本发明专利技术的等离子弧用级联型斩波电源具有结构简单、效率高、响应速度快、高电压大电流输出以及成本低等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及等离子弧
，特指一种等离子弧用级联型斩波电源。
技术介绍
等离子弧电源在航天试验、军工、工业气体生产等领域有广泛的应用。随着科技的发展，特别是航天和军工试验平台对高压大功率等离子弧电源的技术要求越来越高。现有的等离子弧用大功率电源主要采用的是12/24脉波晶闸管整流的方式，主电路中必须配置容量超大的平波电抗器和大功率负载电阻才能满足等离子弧的起弧和稳弧阶段电压电流要求，这样必然导致系统成本高，电能利用率低，谐波污染重。在中小功率的等离子弧电源中采用逆变电路+高频变压器+整流电路的方式，在响应速度及电源品质等方面越来越无法满足大功率等离子弧电源领域的需求，而且电能利用率低，系统响应速度慢，谐波污染大。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种结构简单、高电压以及大电流输出的等离子弧用级联型斩波电源。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种等离子弧用级联型斩波电源，包括移相变压器单元，所述移相变压器的输入端用于连接三相交流电源，所述移相变压器的输出端连接有多路整流单元，各路整流单元的输出端均连接有斩波单元，各斩波单元的输出并联用于连接负载。作为上述技术方案的进一步改进：各斩波单元的输出并联后通过一滤波单元与负载连接，用于抑制高频震荡电压。各斩波单元的输出端与滤波单元之间均串联有滤波支路，用于抑制高频震荡电压。所述移相变压器的输出端共连接有三路整流单元。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术的等离子弧用级联型斩波电源，通过在移相变压器单元的输出端连接多路整流单元和斩波单元，能够实现高电压和大电流输出；另外基于移相变压器单元和整流单元、斩波单元的形式，大大降低了网侧谐波电流，提高了电能质量。相比晶闸管大功率整流电源系统无需配置镇定电阻，效率从60%提高到90%以上；系统输出等效频率达几十千赫兹，在提高系统响应速度的同时，相对传统的弧电源系统降低了直流电抗器的配置（降低了5倍）。附图说明图1为本专利技术的方框结构示意图。图2为本专利技术中整流单元和斩波单元的电路原理图。图3为本专利技术中等离子弧用电源所需的电弧曲线图。图中标号表示：1、移相变压器单元；2、整流单元；3、斩波单元；4、滤波单元；5、滤波支路。具体实施方式以下结合说明书附图和具体实施例对本专利技术作进一步描述。首先对等离子弧电源的特点及工作过程作简要描述：等离子弧是一种通过高压电离某些特定气体产生的一种高温燃烧的等离子体。等离子弧的伏安特性要求电源在起弧阶段具备电压快速响特性，在稳弧阶段具备电流稳定功能且电压必须是正向。大功率等离子弧电源有功输出可达几兆瓦到几十兆瓦，通过功率单元的级联和并联实现高压及大电流输出。图3为等离子弧动态伏安特性曲线，其中图中的①处为起弧工作点，要求电源输出高电压（几千伏），小电流；要求电压瞬间升高，且不能有负电压；①-②为起弧到稳弧的动态变化过程，要求输出电压迅速降低，输出电流快速增大直到额定电流（几千安）；要求电压瞬间变化（几十微秒），且不能有负电压；②为稳弧工作点，电流稳定在额定电流（几千安），电压可以因负载变化有细微波动，但是不能有负电压。如图1至图2所示，本实施例的等离子弧用级联型斩波电源，包括移相变压器单元1，移相变压器的输入端用于连接三相交流电源，移相变压器的输出端连接有多路整流单元2，各路整流单元2的输出端均连接有斩波单元3，各斩波单元3的输出并联用于连接负载。本专利技术的等离子弧用级联型斩波电源，通过在移相变压器单元1的输出端连接多路整流单元2和斩波单元3，能够实现高电压和大电流输出；另外基于移相变压器单元1和整流单元2、斩波单元3的形式，大大降低了变压器侧谐波电流。其中整流单元2和斩波单元3的电路图如图2所示，整流单元2和斩波单元3的电路结构采用模块化设计。本实施例中，各斩波单元3的输出并联后通过一滤波单元4与负载连接，用于抑制高频震荡电压（200k-600kHz）。进一步的，各斩波单元3的输出端与滤波单元4之间均串联有滤波支路5，用于抑制高频震荡电压（50k-200kHz）。本实施例中，移相变压器的输出端共连接有三路整流单元2。各整流单元2的整流输入之间均有错相，大大降低了变压器一次侧的谐波电流含量，无需配置滤波装置，大大节省了成本。工作过程：如图1所示，10kV交流电源直接输入至移相变压器TM，经移相变压器把电压降低到额定电压并送到整流单元2和斩波单元3集成的功率单元中，各级联的功率单元（U1/V1/W1）输出高频的方波电压信号，单个支路均采用功率单元级联方式形成高直流电压输出，三个级联支路经高频平波及滤波支路5（电容C1-C3）之后串/并联形成大功率输出。由于系统的分布电容和线路寄生电感在高频开关状态下会使直流输出电压中形成高频振荡电压（震荡频率为50k-600kHz），为了既不影响额定电压下的快速响应特性，又有效抑制高频振荡，C1-C3的配置就是为了抑制50k-200kHz的震荡电压；另外在总的直流输出端配置一个二级高频滤波单元4（电容C4）用于抑制200k-600kHz的震荡电压，两种滤波支路5对系统额定频率下的电压影响很小。本专利技术的等离子弧用级联型斩波电源，结构简单，电能利用率可达90%以上，功率因数高，谐波含量低，高频特性明显；整流单元2和斩波单元3采用模块设计，通过模块级联和并联实现大功率输出，系统容量可扩展性强；另外设计了多级高频滤波电路，既可以有效抑制电路高频振荡电压确保等离子弧稳定，又可以不影响系统额定频率下的电压，保证输出电压的快速响应能力；跟传统的晶闸管大功率等离子弧电源相比，无需配置镇定电阻，系统电能利用率提高了30%以上，环保节能，同时也可以在其它工业和特种高频电源领域推广使用。虽然本专利技术已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本专利技术。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本专利技术技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的
技术实现思路
对本专利技术技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本专利技术技术方案的内容，依据本专利技术技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本专利技术技术方案保护的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子弧用级联型斩波电源，其特征在于，包括移相变压器单元（1），所述移相变压器的输入端用于连接三相交流电源，所述移相变压器的输出端连接有多路整流单元（2），各路整流单元（2）的输出端均连接有斩波单元（3），各斩波单元（3）的输出并联用于连接负载。

【技术特征摘要】
1.一种等离子弧用级联型斩波电源，其特征在于，包括移相变压器单元（1），所述移相变压器的输入端用于连接三相交流电源，所述移相变压器的输出端连接有多路整流单元（2），各路整流单元（2）的输出端均连接有斩波单元（3），各斩波单元（3）的输出并联用于连接负载。2.根据权利要求1所述的等离子弧用级联型斩波电源，其特征在于，各斩波单元（3...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈元初，赵道德，张敏，罗仁俊，陈洁莲，许汝波，田华贵，徐泽连，李嘉，蔡宇峰，初蕊，李先强，肖宇翔，王海军，陶洪亮，
申请(专利权)人：株洲变流技术国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43