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四相等离子电源

作者:admin 发布日期:2018/1/15 关注次数: 二维码分享

根据降压型开关电源、串联谐振的原理?#25512;?#29575;调制技术成功制成40KV(VP-P)、0-30 KHZ可调四相等离子放电电源,应用于军民用等离子体新技术研究,并取得了比较理想的效果。

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

等离子体是物质存在的第四种状态。它由电离的导电气体组成,其中包括六种典型的粒子,即电子、正离子、负离子、激发态的原子或分子、基态的原子或分子以及光子。 等离子体辅助加工被用来制造特种优良性能的新材料、研制新的化学物质和化学过程,加工、改造和精制材料及其表面,具有极其广泛的工业应用如薄膜沉积、等离子体聚合、微电路制造到焊接、工具硬化、超微粉的合成、等离子体喷涂、等离子体冶金、等离子体化工、微波源等。另外还有一个很重要的应用领域那就是如果在飞机的机身和机翼上包裹上一层等离子体时,飞机飞行时的空气阻力会大大减小。

低温等离子体的产生方法主要有 辉光放电、电晕放电、介?#39318;?#25377;放电、射频低温等离子体放电等。我们设计开发的四相高压等离子放电电源主要应用于减小飞机阻力的实验,低温等离子体的产生方法采用介?#39318;?#25377;放电法产生。

1主要技术指标

该电源输入电压是市电220VAC输出电压0-40KV(Vp-p)可调,频率从0-30KHZ连续可调的高频高压电,高压输出共分为0°、90°、180°、270°四个相位,电源的负载是介?#39318;?#25377;等离子放电电极。

2电路原理

该电路采用两级变换第一级采用一个BUCK降压电路,第二级采用串联谐振式半桥拓扑结构,用变压器升压后再直接输出供给负载使用,其主要主要设计框图如下:

四相等离子电源

3一次电源部分

该部分采用典型的BUCK降压电路,输入电压在250VDC-360VDC输出为0-200VDC连续可调,输出功率大于500W。用户使用的时候通过调节该电压改变达到改变输出电压的目的。PWM芯片选用TL494,工作频率选定50KHZ,BUCK开关管选用IXYS26N50,原理电路图如下:

4四相频率产生部分

该部分实现由两种方法:1.单片机电路写程序实现2.用数字电路?#24067;?#36827;行频率?#32479;傘?#32771;虑到本高压电源自身就工作在高频状态下而且功率也不小,共做是会产生一些电磁干扰,方法1虽然实?#21046;?#26469;比较简单但其抗干扰能力较差,一旦受到干扰后出现单片机死机现象,将会造成一系列的炸机现象,所以我们选用方法2来产生四相频率可调的信号,然后将该组信号分别加至四个半桥逆变电路。该部分的原理框图如下:

陕西四相等离子电源

5谐振半桥电路

此部分功能是将输入的0-200V直流电压变换成0-200V的交流方波电压,然后把0-200V(记为Ui)的交流方波电压加到一个LC串联谐振回路上,假定LC串联谐振回路的品质因数为Q,那么在交流方波的频率f1接近或等于LC串联回路的谐振频率f0时在C上会得到一个高于输入电压的电压(记为Uo1),其电压值的大小为Uo1=Q*Ui,再把Uo1加到一个匝比为N的升压变压器上,从变压器的次级输出的电压Uo直接供给负载其值大小为Uo=N*Uo1,这部分的电路原理图如下:

6实验结果

根据以?#31995;?#35774;计原理,我们制作了一台四相等离子放电电源,经过测?#38498;统?#26399;工作运?#26657;?#24615;能稳定可靠,输出高压的幅值?#25512;?#29575;都连续可调,并?#20197;?#30005;极负载上产生了定向移动的等离子风,达到了预期的效果。以?#29575;?#27491;常工作时的高压波形和实验照片:

正常工作时某一相的高压波形

西安四相等离子电源

定向移动的等离子风吹蜡烛

7结束语

本文从理论分析了四相等离子放电电源的工作原理及工作过程,并成功制作了一台样机,实验结果达到了预期的效果,对军民用等离子体领域新技术的研究和应用有着重要的意义。

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