双极性大功率脉冲电源制造技术

本发明专利技术公开了一种双极性大功率脉冲电源。它采用多重电网滤波器和变压器隔离的三相平衡供电，分别组成正、负两路电压连续可调的大功率直流电源，再在控制脉冲作用下，分别利用功率开关元件进行斩波变换，获得脉冲宽度连续可调的大功率正、负脉冲。本发明专利技术所述的脉冲电源主要用于在微弧氧化方法中镀覆金属表面生成氧化物陶瓷层，尤其适用在铝、镁、钛、锆、铍、钽及它们的合金表面生成陶瓷层的微弧氧化方法中，也可以用于其它需要双极性大功率脉冲电源的场合。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种脉冲电源，更详细地说，涉及一种双极性大功率脉冲电源。本专利技术所述的脉冲电源主要用于在微弧氧化方法中镀覆金属表面生成氧化物陶瓷层，尤其适用在铝、镁、钛、鋯、铍、钽及它们的合金表面生成陶瓷层的微弧氧化方法中，也可以用于其它需要双极性大功率脉冲电源的场合。近年来，由于用微弧氧化方法在金属表面生成的陶瓷层具有良好的物理、化学特性，用微弧氧化对铝、镁、钛、鋯、铍、钽及它们的合金表面进行陶瓷化处理的方法，在汽车、航空、航天、机械、电子等工业部门中得到了广泛的应用。在该方法中，决定陶瓷层生成质量和速度的重要因素之一是施加在金属表面的电场特性，该电场特性又是由脉冲电源的性能和工作方式决定的。在现有技术中，用阳极氧化方法处理金属表面时，所用的电源大多为直流式或直流加单向脉冲式，并且是低电压电源。在有关微弧氧化方法的文献中，一般只简单介绍施加在金属表面的电压波形，都没有详细介绍所采用的电源。在PCT/GB97/00664中介绍了一种至少为700V的经波形修正的交流电源。它是用电容器和变压器串联以后再输出的一种直接从电网获取大脉冲电流的单相交流电源。这种电源虽然简单，但存在一些弊病，如经波形修正而产生严重畸变的很大的单相交流脉冲电流会对电网造成严重冲击，带来严重污染电网的麻烦，并且电网三相供电是不平衡的，无法用于工业生产。串联不同数值的电容器虽然可对波形进行修正，但同时也改变了工作电压的数值。再则，工作电压幅度不能连续调节，给使用带来了不便。本专利技术的目的是消除现有技术中用于微弧氧化的电源的不足之处，提供一种三相平衡的，对电网基本没有冲击、没有干扰和污染的，能够用于工业生产的双极性大功率微弧氧化脉冲电源。本专利技术的另一目的是提供一种适宜微弧氧化工作的电源。它是正、负脉冲幅度和宽度分别连续可调的，平顶的，双极性大功率脉冲电源，通过对工作脉冲幅度、宽度和频率参数的优化选择，能确保获得最佳的陶瓷结构层，良好的生产效率和安全、可靠、方便的操作性能。本专利技术双极性大功率脉冲电源的上述目的可以通过以下措施来实现采用经多重电网滤波器和变压器隔离的三相平衡供电，分别组成正负两路电压连续可调的大功率直流电源，再在控制脉冲作用下，分别驱动功率开关元件进行斩波变换，获得脉冲宽度连续可调的大功率正、负脉冲。在微弧氧化过程中，为了在金属表面生成优质的陶瓷结构层，双极性大功率脉冲的电压波形选用平顶的方波，脉冲的幅度和宽度分别连续可调。通过对电源正、负脉冲幅度和宽度的优化选择，在适宜的氧化物陶瓷生长速率下，还能有效地节省能源。本专利技术采取了特殊措施，让三相电网中各相轮流触发获得输出工作脉冲，使电网三相平衡供电，对电网冲击和污染小。本专利技术所述电源的主回路供电采用慢启动，可以使新的工件逐渐氧化，有利于形成优质陶瓷结构氧化层并能防止突然满功率供电造成的电容器和负载大电流冲击。脉冲的启动采用渐变慢展开，脉冲复位后也采用渐变慢展开，因而保证在电源的全部工作状态下，对电网冲击小和污染小。所述的脉冲电源还采用多重保护，以确保长期安全稳定工作。所述的脉冲电源还可以一机多用可以输出双极性大功率脉冲，也可以输出单极性大功率脉冲，还可以当作大功率直流电源，以满足不同用户各种用途的需求。本专利技术所述的对脉冲电源的多重保护措施包括以下几个方面(1)利用串在变压器次级的电流互感器取样，来限制总功率；(2)利用串在负载中的电流传感器取样，来限制功率开关管脉冲电流的幅度值；(3)利用功率开关管的压降作为过流取样，来限制功率开关管脉冲电流不超过极限值；(4)利用温度开关，实现对斩波变换功率开关管的过热保护。由于采用了多重保护，确保了电源长期工作的安全性。本专利技术所述双极性大功率脉冲电源的优点是用在微弧氧化处理金属表面时，能提供优质的陶瓷结构层，对电网基本没有冲击、没有干扰和没有污染，三相平衡，在工业生产中能长时间安全稳定运行。下面结合附图以用作微弧氧化电源为实施例，对本专利技术作进一步的描述。附图说明图1为双极性大功率脉冲电源原理框图；图2为斩波变换示意图；图3为作用在负载(例如需镀覆的金属工件)上的脉冲电压和脉冲电流波形；图4为慢启动控制的可控硅稳压直流正电源框图；图5为慢启动控制的可控硅稳压直流负电源框图；图6为脉冲控制电路的原理框图；图1示出了该双极性大功率脉冲电源的原理框图380伏三相交流电经电网滤波器分两路，分别送至正电源变压器初级和负电源变压器初级，变压器次级输出再经电网滤波器送至三相可控整流桥，整流后经电感、电容滤波，取样，经可控硅移相触发稳压电路控制，获得0-+800伏连续可调的直流正电源(+V)和0--300伏连续可调的直流负电源(-V)，然后，分别在脉冲控制电路输出的控制脉冲作用下，经功率开关斩波变换电路进行斩波变换，获得所需要的正、负脉冲。图2为斩波变换示意图在控制脉冲作用下，当正功率开关闭合时，直流正电源给负载供电，正功率开关断开时，正电源结束对负载供电，正功率开关闭合的时间即为正脉冲的持续时间；同理，在控制脉冲作用下，负功率开关闭合时，直流负电源给负载供电，负功率开关断开时，负电源结束对负载供电，负功率开关合上的时间即为负脉冲的持续时间。图3即为经过斩波变换后作用在负载(微弧氧化工件)上的脉冲电压和流过负载(微弧氧化工件)的电流波形。图4为慢启动控制的可控硅稳压直流正电源框图；它和一般的可控硅移相触发稳压电路基本相同，不同处是增加了慢启动控制部分电路，在启动高压或按复位按钮后，慢启动控制部分输出一缓慢线性上升的电压信号，经跟随器隔离，通过箝位二极管施加到三个移相控制电路输入端，控制可控硅导通角逐渐打开，直流电源输出电压从零开始缓慢上升，只有当取样经比较及误差放大后的电压低于慢启动控制电压，即箝位二极管不再导通，整个系统进入闭环稳压调控状态时，慢启动控制部分不再起作用。这时，电源进入设定的稳压工作状态。图5为慢启动控制的可控硅稳压直流负电源框图；它和慢启动控制的可控硅稳压直流正电源基本相同，只是在负取样电压后加了一级倒相器，它将负取样电压倒相成为正电压，再送到第二级与基准电压进行比较，其误差经放大后去进行稳压调整。图6为控制脉冲产生原理框图为了让三相电网各相轮流触发获得输出工作脉冲，使电网能平衡供电，以及为了减小对电网的冲击，较好的办法是让输出工作脉冲与电网的频率有一定的同步关系。本专利技术用三只小变压器分别将A、B、C三相交流信号送到三个过零检测电路(A相过零检测、B相过零检测、C相过零检测)，获得三组100周/秒的过零脉冲，再将它们送到加法器电路相加，从而获得300周/秒的与电网频率有一定关系的同步脉冲。选取恰当的分频比(即2n分频，n为正整数)就能让三相电网各相轮流触发获得输出工作脉冲。经分频后的脉冲送到T触发器，在T触发器的两个输出端(Q、Q)获得互补的电平，这样就可以分两路产生与输出正、负脉冲对应的触发控制脉冲，在两路中插入延时电路的目的是为了让触发脉冲产生的时刻能处在电源可控硅关断期间或滤波电容补充充电之后，以达到储能式大功率脉冲发生器的效果，从而避免对电网产生大的冲击。在正、负脉冲宽度调节电路中分别加入慢展宽启动控制，它可以避免在启动和复位重新开始工作初的大脉冲电流冲击。本专利技术双极性大功率微弧氧化脉冲电源设置了多重保护及报警，可以确本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双极性大功率脉冲电源，其特征在于采用多重电网滤波器和变压器隔离的三相平衡供电，分别组成正、负两路电压连续可调的大功率直流电源，再在控制脉冲作用下，分别利用功率开关元件进行斩波变换，获得脉冲宽度连续可调的大功率正、负脉冲。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈如意，来永春，
申请(专利权)人：来永春，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]