等离子体中频脉冲电源研制及渗氮效果比较研究

论文摘要

我国离子渗氮多采用冷壁炉,在生产过程中需用冷却水的方式带走冷壁炉的热量,这样就导致了大量的能源被浪费掉。曾有企业采取“保温”措施,最后却带来所处理的工件不合格。根据对离子渗氮热处理机理的分析和等离子体微观参数诊断,提出了中频直流脉冲电源的指标:效率大于0.90;输出电压在0～1000 V可调;输出脉冲频率为50kHz。同时把用该电源对工件的渗氮效果与1kHz的脉冲电源的渗氮效果进行比较。根据电源的总体方案,论文介绍了开关电源的主电路结构设计和控制、驱动电路设计。主电路的开关管的选择、功率器件的选择、磁性器件的设计、缓冲电路的选择、中频变压器的设计;控制及驱动电路设计部分主要论述了控制及驱动电路相关模块电路的工作原理、检测保护电路的设计、弧光放电的检测与保护、空心阴极效应的抑制与保护。同时讨论了电源调试中出现的问题和解决办法。通过渗氮对比实验,从渗氮的深度、渗氮后的硬度及能量消耗等角度与1kHz电源进行比较,验证了50kHz脉冲电源的优越性和电源的实用性,通过实验证明了该系统达到了设计要求。该电源用于离子渗氮,工艺参数容易控制,升温速度快,保温效果好,更节约能源,产品质量可以保证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 离子渗氮热处理对电源的要求
• 1.2 脉冲电源发展动态
• 1.3 本课题的研究目标及内容
• 1.4 本课题的研究意义，存在的难点和创新点
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 研究难点
• 1.4.3 创新点
• 第二章 等离子体渗氮理论及相关装置
• 2.1 渗氮原理
• 2.2 气体放电伏安特性曲线
• 2.3 等离子体渗氮的设备
• 2.4 工艺参数对渗氮效果的影响
• 第三章 电源硬件结构设计
• 3.1 电源设计综合指标
• 3.2 总体方案设计
• 3.2.1 电源的主电路组成及工作原理
• 3.2.2 输入整流滤波电路
• 3.2.3 全桥逆变电路
• 3.2.4 隔直电容
• 3.2.5 中频变压器的设计
• 3.2.5.1 变压器设计的原则
• 3.2.5.2 相关原理
• 3.2.5.3 磁芯的选择与磁芯规格大小的确定
• 3.2.5.4 线圈的匝数及导线的截面积
• 3.2.5.5 变压器绕制工艺
• 3.2.6 开关管及整流管的选择
• 3.2.6.1 主功率开关管的选择
• 3.2.6.2 输出整流管的选择
• 3.2.7 缓冲电路
• 第四章 控制及驱动电路设计
• 4.1 控制电路设计
• 4.2 驱动电路设计
• 4.2.1 IGBT 对驱动电路要求
• 4.2.2 驱动模块 EXB841 功能介绍
• 4.3 保护电路的设计
• 4.3.1 电路系统的控制保护电路
• 4.3.1.1 过流保护电路
• 4.3.1.2 过压保护电路
• 4.3.1.3 过温保护电路
• 4.3.2 弧光放电的过流检测与保护电路
• 4.3.3 空心阴极效应的抑制与保护
• 第五章 系统的调试
• 5.1 基本调试
• 5.2 逆变全桥控制驱动电路的调试
• 5.3 变压器部分的调试
• 5.4 功率部分调试
• 5.5 负载电流波形
• 第六章 中频脉冲直流电源与1kHz 脉冲直流电源渗氮结果的对比分析
• 6.1 渗层的硬度测试
• 6.2 渗层深度的测定
• 6.2.1 测试原理
• 6.2.2 实验步骤
• 6.3 实验数据分析
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）
• 附录 B