驻极体实验用电源及充电装置的设计

摘要

驻极体是近年来研究人员越来越关注的一种材料。凭借良好的储电性能和外电场特性，驻极体材料被广泛应用于传感器领域和生物医药领域。但是目前驻极体材料的应用潜力并没有被充分挖掘，对驻极体材料的探索式研究仍是当下的研究热点。本文的主要内容是设计一款驻极体实验用电源及充电装置，并应用于驻极体实验。
　　本课题分两大部分，第一部分是驻极体充电装置的设计，第二部分是驻极体电源装置的设计。驻极体电源装置分为主电路、控制电路、高频变压器和倍压整流电路四部分。
　　充电装置的设计是以丝杠升降原理和电极灵活拆卸的手段使实验参数可调为设计思路，从单针放电功率和放电功率密度等变量出发选定充电装置具体参数，进而完成驻极体充电装置的制作。
　　电源装置的设计分为针电极电源的设计和栅极电源的设计。在主电路和控制电路部分针电极电源与栅极电源统一设计，在高压模块分别对两个电源的高频变压器和倍压整流电路进行设计。在主电路部分，确定以半桥逆变电路作为主电路;在控制电路部分，设计了半桥变压器驱动电路;在高频变压器部分，分析了变压器分布参数产生的原因以及所造成的危害。在此分析的基础之上，运用分段式绕组绕制方法绕制高频变压器，减小了分布参数，通过对变压器的磁芯结构进行分析，分别选择了UY20/64型磁芯和PC40EE42/42/15-Z型磁芯作为针电极电源和栅极电源变压器磁芯并计算了高频变压器制作过程中需要的参数，得到了高频变压器的优化设计方案;在倍压整流电路部分，按照针电极电源和栅极电源对输出电压不同的要求确定倍压整流电路的倍数，在分析了倍压整流电路电容效应之后，运用Psim软件对电路进行了仿真，得到了不同电容情况下，输出波形受到的影响，进而完成倍压整流电路的设计。
　　本文完成了充电装置和电源装置的设计制作，经实验验证针电极电源输出电压0～-20kV连续可调，栅极电源输出电压0～-1500V连续可调，电源装置满足设计要求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 驻极体及其制备方法

1．1．1 驻极体的发展与应用

1．1．2 驻极体的制备方法

1．2 电晕极化法制备驻极体的发展和现状

1．2．1 电晕极化法的发展历程

1．2．2 注极参数对电晕极化法的作用

1．3 本论文的选题及主要研究内容

1．3．1 论文的选题及其意义

1．3．2 论文的主要研究内容

2 驻极体充电装置设计

2．1 电晕极化法基本原理

2．2 充电装置设计

2．2．1 充电装置参数确定

2．2．2 充电装置制作

2．3 本章小结

3 驻极体电源装置设计

3．1 主电路设计

3．1．1 输入整流滤波电路设计

3．1．2 功率转换电路设计

3．2 控制电路设计

3．2．1 PWM控制及驱动电路设计

3．2．2 高压测量电路设计

3．2．3 启动及保护电路设计

3．3 本章小结

4 高频变压器与倍压整流电路设计

4．1 高频变压器分布参数分析

4．1．1 高频变压器等效模型建立

4．1．2 高频变压器漏感的影响分析

4．1．3 高频变压器分布电容的影响分析

4．2 高频变压器设计

4．2．1 高频变压器参数计算

4．2．2 高频变压器的制作

4．3 倍压整流电路设计

4．3．1 栅极电源倍压整流电路设计

4．3．2 针电极电源倍压整流电路设计

4．4 本章小结

5 实验结果与分析

5．1 驱动变压器电压输出波形

5．2 高频变压器次级电压输出波形

5．3 针电极电源高压输出波形

5．3．1 电阻负载时高压输出波形

5．3．2 针电极放电时高压输出波形

5．4 栅极电源电压输出波形

5．3 本章小结

结论

参考文献

附录

致谢