用于丝电爆的高压电源与控制装置设计及其实验研究

摘要

纳米技术是二十世纪末开始兴起的高新技术，它将成为21世纪新科技革命的主导。金属纳米粉有许多优异的性能，具有传统材料所不具备的物理、化学性能，表现出独特的光、电、磁和化学特性，在国民经济和国防各领域都具有广阔的应用前景。但由于纳米粉的制备缺乏工业化设备的支持，因此产量低、价格昂贵。
　　本文在气体放电式丝电爆方法的基础上，开发了一套连续式丝电爆装置，实现制粉过程连续、高效、稳定、可控制。装置由高压充电系统、自动送丝装置、纳米粉体收集装置以及外围电路等几部分组成。高压充电系统采用倍压整流电路配合传统变压器的方法，能够有效的降低传统变压器的体积，降低成本，选择合适的倍压整流电路参数达到快速充电的目的;通过调节直流电机的输入电压控制自动送丝装置的送丝速度;通过单相交流变频器控制粉末收集电机的转速，研究电机转速与粉末收集效率的关系，确定收集电机的最佳转速。外围电路包括控制电路和低压保护电路两部分，实现充电电压、送丝速度、爆炸室抽真空、收集等功能的控制以及操作人员的安全。
　　进行丝电爆制备纳米粉实验，利用Tektronix公司生产的P5100型、衰减比为100的高压探头和罗氏线圈对不同初始充电电压下的电爆炸过程中的电压、电流信号进行测量，并输入到TDS.2024B数字存储示波器进行观测和记录。随着丝电爆电压的升高，高压电源充电时间也相应的增长。但完成一次电爆炸所需时间（几个微秒）和储能电容器的单次充电时间之和，均小于自动送丝装置的最快送丝速度，满足我们的设计要求。通过电压、电流以及沉积能量波形对丝电爆过程进行分析可知，提高初始充电电压，可以有效的加快丝电爆过程，从而提高连续丝电爆装置的效率。采用NanoMeasure电镜粒径分析程序对所制得的Ni纳米粉体颗粒粒径进行统计分析，制备的Ni纳米粉体呈青灰色，当颗粒粒径较小时，颗粒近似为正方体形;粉末颗粒粒径较大时，颗粒呈现出球形或类球形;增大初始充电电压即提高施加在金属丝上的能量密度，可以有效减小Ni纳米粉体颗粒粒径的分布范围。

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摘要

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附表索引

第1章 绪论

1．1 金属纳米粉的研究背景及意义

1．2 金属纳米粉的制备方法

1．3 电爆制备金属纳米粉原理

1．4 丝电爆制备金属纳米粉的研究现状

1．5 本文研究内容

第2章 用于丝电爆的高压电源设计

2．1 引言

2．2 高压电源概述

2．3 倍压整流电路

2．3．1 倍压整流电路原理

2．3．2 倍压整流电路分类

2．4 高压电源电路参数的选定

2．4．1 PSpice仿真软件的介绍

2．4．2 高压电源仿真模型的建立

2．4．3 高压电源电路参数确定

2．5 本章小结

第3章 控制系统设计

3．1 电路功能概述

3．2 系统整体设计

3．2．1 控制电路设计

3．2．2 低压保护电路设计

3．2．3 送丝装置设计

3．2．4 粉末收集系统

3．3 本章小结

第4章 连续式丝电爆装置控制柜设计

4．1 控制柜的整体设计

4．1．1 控制柜框架及面板设计

4．1．2 控制柜器件布局设计

4．2 控制面板的设计

4．3 本章小结

第5章 装置调试及实验研究

5．1 自动连续丝电爆装置

5．1．1 高压充电系统

5．1．2 气体放电式导入电流方式

5．1．3 自动连续送丝装置

5．2 电压电流测量装置概述

5．2．1 电压信号测量概述

5．2．2 电流信号测量概述

5．3 电爆炸过程的实验研究

5．3．1 高压充电系统

5．3．2 丝电爆实验研究

5．4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

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