无工频变压器的微弧氧化脉冲电源

摘要

微弧氧化表面处理是一个复杂的过程，低频直流脉冲电源作为微弧氧化电源常用的一种类型，其性能好坏对处理的效果有直接的影响。传统的直流脉冲电源为了满足微弧氧化功率参数的需要和电气隔离的要求，在结构设计上都会选择大功率的三相工频变压器进行能量传递，这无疑增加了电源的研制成本、体积以及重量。本文从改进电源主电路和控制方式的角度出发，提出一种新的无工频变压器的微弧氧化直流脉冲电源设计方案，并采用了输出功率迭加的变压器次边绕组自动切换电路，以及电源恒流恒压自动切换电路，以达到优化电源结构的目的，同时满足微弧氧化反应对电参数的要求。
　　针对微弧氧化电源需满足大功率输出以及负载与供电设备实现隔离的要求，本课题设计的电源采用单相220V供电，其中控制信号的产生是以高频信号作为基波并对其进行分频，用分频之后得到的低频信号作为调制波去调制高频基波，这不仅可以实现用高频功率变压器代替工频变压器进行能量传递，以缩小电源的整体体积，还可以通过改变基波占空比进行输出电压的调节，通过改变分频数进行输出方波占空比的调节，达到简化控制电路设计的目的。为了满足微弧氧化反应不同处理阶段对电源参数的要求，设计了功率变压器次边绕组自动切换电路，以实现输出功率的迭加，避免了传统微弧氧化反应需用两组电源参与不同阶段的处理过程，减小了电源设计的复杂程度。
　　微弧氧化电解液属于良导体，在反应初始阶段，当输出电压很小的情况下电源的输出电流很大；在整个反应过程中，电源输出电压随着负载的变轻而增大。为避免因电源输出电压或电流过大影响对材料表面处理的效果，本文采用恒流恒压自动切换方式的电源工作模式，避免了传统微弧氧化处理过程中需要手动切换电源工作模式，简化操作，并保证电源运行的安全。
　　针对微弧氧化对工件处理效果的要求提出电源的设计方案和指标，设计了电源拓扑结构，计算了电路参数，搭建了相应的电路。利用制作的样机带模拟负载进行测试。通过实验数据和测试波形证实预期的电源功能基本实现。文中也对测试时遇到的问题进行讨论和解决，并结合实际工程应用对电源提出需要进一步优化和探讨的问题。

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第一章 绪论

1.1微弧氧化表面改性技术的发展

1.2微弧氧化电源的发展现状

1.3本课题研究的内容、意义、难点及创新点

第二章 电源总体设计方案

2.1电源设计的综合指标

2.2总体方案的设计

2.3电源的主电路设计

2.4本章小结

第三章 外围电路的设计

3.1 控制电路的设计

3.2驱动电路的设计

3.3变压器次边绕组自动切换电路

3.4保护电路的设计

3.5补偿误差放大器参数的选取

3.6本章小结

第四章 调试及问题的解决

4.1 信号分频电路的调试

4.2模拟负载测试

4.3恒流恒压自动转换电路的调试

4.4变压器次边绕组切换调试

4.5本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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