微秒级高频微细电解加工脉冲电源研制

摘要

电解加工(Electrochemical Machining，ECM)是一种利用金属工件在电解液中发生电化学溶解来实现材料去除的非接触式特种加工方法，具有传统切削加工难以比拟的优点，如工具电极无损耗、不受导电材料性能（硬度、强度、韧性等）的限制、被加工表面无应力和热影n向层等。研究表明，高频脉冲电解加工可以大大提高成形精度和改善表面质量，且脉冲频率越高，脉冲宽度越窄，加工效果越明显。
　　本文针对一种新型医用针头小孔电解加工工艺研究，研制了微秒级脉冲电源样机。该电源采用直流加斩波输出的形式，并设置有快速短路保护系统。直流稳压模块由工频变压器、带平衡电抗器双反星型整流电路和稳压调压电路等实现交流电到直流电的转换，电路结构简单，动态响应快、可靠性好、且调压稳压精度高。
　　斩波器以GB型IGBT模块为功率开关器件，其驱动控制由UPD79F9211CPU单片微控制器触发脉冲实现，并通过脉宽调制技术对电源输出波形的频率与占空比进行调节。同时，针对IGBT模块失效形式的分析，设置有过压保护、过流保护和热保护，保证了电源稳定、安全、可靠地工作。
　　利用本电源样机对针头小孔电解加工工艺试验进行初步探究，并运用正交法对影响小孔加工效果的电参数进行优选。以加工时间为评价指标，较优的试验参数组合为:加工电压14V、脉冲频率40kHz，占空比0.5;以小孔长短径比为评价指标，较优的试验组合为:加工电压12V、脉冲频率30kHz，占空比0.3。试验结果表明微秒级脉冲电源可以满足针头小孔的加工要求，同时也论证了电源设计方案可行性。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 电解加工原理、特点及应用

1．2．1 电解加工原理

1．2．2 电解加工特点

1．2．3 电解加工应用

1．3 国内外脉冲电流电解加工的发展

1．3．1 微秒级脉冲电流电解加工的发展状况

1．3．2 纳秒级脉冲电流电解加工的发展状况

1．4 课题来源、目的及意义

1．4．1 课题来源

1．4．2 课题目的和意义

1．4．3 课题主要研究内容

第二章 高频脉冲电源总体设计

2．1 脉冲电流电解加工原理

2．1．1 电极反应

2．1．2 电化学反应等效电路分析

2．2 脉冲参数对电解加工的影响

2．3 高频脉冲电源基本要求

2．4 高频脉冲电源总体设计

2．4．1 脉冲电源方案选择

2．4．2 脉冲电源总体设计

2．5 本章小结

第三章 直流稳压模块设计

3．1 整流电路设计

3．1．1 整流电路类型

3．1．2 整流电路论证与选择

3．2 整流变压器选型

3．3 晶闸管控制电路设计

3．3．1 晶闸管的工作原理

3．3．2 晶闸管选型

3．3．3 触发电路设计

3．3．4 调压稳压环节设计

3．3．5 电流反馈环节设计

3．4 本章小结

第四章 斩波器设计

4．1 斩波器工作原理

4．1．1 降压型斩波电路

4．1．2 升压型斩波电路

4．1．3 高频脉冲电源斩波原理

4．2 功率开关器件IGBT模块

4．2．1 静态特性

4．2．2 动态特性

4．2．3 安全工作区

4．3 IGBT模块驱动电路设计

4．3．1 IGBT模块驱动电路

4．3．2 脉冲驱动信号产生

4．4 IGBT模块失效分析与保护

4．4．1 过流保护

4．4．2 过电压保护

4．4．3 IGBT散热设计

4．5 本章小结

第五章 小孔电解加工工艺试验设计

5．1 电源输出特性检测

5．2 小孔电解加工艺试验装置

5．3 小孔电解加工工艺试验设计

5．3．1 小孔电解加工单因素试验设计

5．3．2 小孔电解加工正交试验设计

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况