中频离子渗碳脉冲电源的研制

论文摘要

本文分析讨论了国内外等离子渗碳的发展现状。等离子渗碳作为渗碳处理未来的发展方向,与其他传统的渗碳方法相比有着一系列优点,但还存在等离子偏压源工作不稳定的缺点。本文针对等离子渗碳易产生弧光放电等特点及电源各项参数对离子渗碳工艺的影响,提出了等离子渗碳直流脉冲电源的指标:输出功率20kW,输出脉冲电压0~1000V连续可调,输出脉冲频率50kHz,输出脉冲占空比25%~80%连续可调。根据目前电力电子器件的参数及离子渗碳电源指标要求,提出了电源的总体解决方案。文中详细论述了主电路的拓扑选择、电力电子器件的选取、功率高频变压器的设计、控制电路的设计、驱动电路的设计。通过分析各种主电路拓扑的优点及缺点,本课题设计的电源前级采用了三相半控整流调压电路,由IGBT组成的全桥逆变电路,变压器两组次级绕组分别高频整流后串联输出。整流调压电路采用了PIC16F73单片机作为控制芯片;逆变电路采用UC3825B作为控制芯片。设计的逆变控制电路消除了变压器的偏磁现象,实现了输出占空比在一定范围的连续可调。并设计了一种新颖的快速灭弧电路,能够在1.5μs内迅速可靠地灭弧,减少了电源的大电流冲击,提高了电源的可靠性能。本文还详细讨论了电源调试过程中出现的问题及解决该问题的方法。利用示波器测试了电源各关键点的电压与电流波形,以此指导进行了电源输出特性分析。通过实际炉体负载试验,取得了初步的应用效果,所设计的中频直流脉冲电源在功能上达到了拟定的设计目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 等离子渗碳技术的发展
• 1.2 等离子渗碳的原理及特点
• 1.2.1 气体放电伏安特性
• 1.2.2 等离子渗碳基本原理
• 1.2.3 等离子渗碳的特点
• 1.3 等离子渗碳电源的发展
• 1.4 本课题的研究意义、研究内容及创新点
• 第二章 中频离子渗碳脉冲电源研制
• 2.1 脉冲电源设计指标
• 2.2 电源总体方案设计
• 2.3 主回路设计
• 2.3.1 主电路拓扑选择
• 2.3.2 功率变压器的设计
• 2.3.2.1 相关原理概述
• 2.3.2.2 磁芯的选择
• 2.3.2.3 变压器参数的计算
• 2.3.3 开关管和整流管的选择
• 2.3.4 缓冲网络设计
• 2.4 控制及驱动电路设计
• 2.4.1 移相调压控制电路
• 2.4.2 全桥逆变控制电路
• 2.4.2.1 UC38258 芯片介绍
• 2.4.2.2 控制电路设计
• 2.4.2.3 过流保护电路设计
• 2.4.2.4 灭弧保护电路设计
• 2.4.2.5 采样电流保峰电路
• 2.4.2.6 故障显示电路
• 2.4.3 驱动电路设计
• 第三章 整机调试与应用效果分析
• 3.1 电源的调试
• 3.1.1 控制电路调试
• 3.1.2 驱动电路调试
• 3.1.3 主电路调试
• 3.2 整机布局安装
• 3.3 初步应用结果分析
• 第四章 总结与展望
• 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 电源实物图