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四相等離子電源

作者:admin 發布日期:2018/1/15 關注次數: 二維碼分享

根據降壓型開關電源、串聯諧振的原理和頻率調制技術成功制成40KV(VP-P)、0-30 KHZ可調四相等離子放電電源,應用于軍民用等離子體新技術研究,并取得了比較理想的效果。

Development of Four-phase Plasma Discharge H.V.Power Supply

Abstract: According to step-down switching power supply, series-resonant frequency modulation of the principles and successfully made 40KV (VP-P) ,0-30 KHZ adjustable four equal plasma discharge power, applied to military and civilian research of new technologies with the plasma, and have achieved Comparing the desired results.

Key words: Four-phase; Plasma Discharge; H.V.Power Supply

0引言

等離子體是物質存在的第四種狀態。它由電離的導電氣體組成,其中包括六種典型的粒子,即電子、正離子、負離子、激發態的原子或分子、基態的原子或分子以及光子。 等離子體輔助加工被用來制造特種優良性能的新材料、研制新的化學物質和化學過程,加工、改造和精制材料及其表面,具有極其廣泛的工業應用如薄膜沉積、等離子體聚合、微電路制造到焊接、工具硬化、超微粉的合成、等離子體噴涂、等離子體冶金、等離子體化工、微波源等。另外還有一個很重要的應用領域那就是如果在飛機的機身和機翼上包裹上一層等離子體時,飛機飛行時的空氣阻力會大大減小。

低溫等離子體的產生方法主要有 輝光放電、電暈放電、介質阻擋放電、射頻低溫等離子體放電等。我們設計開發的四相高壓等離子放電電源主要應用于減小飛機阻力的實驗,低溫等離子體的產生方法采用介質阻擋放電法產生。

1主要技術指標

該電源輸入電壓是市電220VAC輸出電壓0-40KV(Vp-p)可調,頻率從0-30KHZ連續可調的高頻高壓電,高壓輸出共分為0°、90°、180°、270°四個相位,電源的負載是介質阻擋等離子放電電極。

2電路原理

該電路采用兩級變換第一級采用一個BUCK降壓電路,第二級采用串聯諧振式半橋拓撲結構,用變壓器升壓后再直接輸出供給負載使用,其主要主要設計框圖如下:

四相等離子電源

3一次電源部分

該部分采用典型的BUCK降壓電路,輸入電壓在250VDC-360VDC輸出為0-200VDC連續可調,輸出功率大于500W。用戶使用的時候通過調節該電壓改變達到改變輸出電壓的目的。PWM芯片選用TL494,工作頻率選定50KHZ,BUCK開關管選用IXYS26N50,原理電路圖如下:

4四相頻率產生部分

該部分實現由兩種方法:1.單片機電路寫程序實現2.用數字電路硬件進行頻率和成。考慮到本高壓電源自身就工作在高頻狀態下而且功率也不小,共做是會產生一些電磁干擾,方法1雖然實現起來比較簡單但其抗干擾能力較差,一旦受到干擾后出現單片機死機現象,將會造成一系列的炸機現象,所以我們選用方法2來產生四相頻率可調的信號,然后將該組信號分別加至四個半橋逆變電路。該部分的原理框圖如下:

陜西四相等離子電源

5諧振半橋電路

此部分功能是將輸入的0-200V直流電壓變換成0-200V的交流方波電壓,然后把0-200V(記為Ui)的交流方波電壓加到一個LC串聯諧振回路上,假定LC串聯諧振回路的品質因數為Q,那么在交流方波的頻率f1接近或等于LC串聯回路的諧振頻率f0時在C上會得到一個高于輸入電壓的電壓(記為Uo1),其電壓值的大小為Uo1=Q*Ui,再把Uo1加到一個匝比為N的升壓變壓器上,從變壓器的次級輸出的電壓Uo直接供給負載其值大小為Uo=N*Uo1,這部分的電路原理圖如下:

6實驗結果

根據以上的設計原理,我們制作了一臺四相等離子放電電源,經過測試和長期工作運行,性能穩定可靠,輸出高壓的幅值和頻率都連續可調,并且在電極負載上產生了定向移動的等離子風,達到了預期的效果。以下是正常工作時的高壓波形和實驗照片:

正常工作時某一相的高壓波形

西安四相等離子電源

定向移動的等離子風吹蠟燭

7結束語

本文從理論分析了四相等離子放電電源的工作原理及工作過程,并成功制作了一臺樣機,實驗結果達到了預期的效果,對軍民用等離子體領域新技術的研究和應用有著重要的意義。

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