[發(fā)明專利]可控電變質(zhì)脈沖電源

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810232720.5
• 申請日: 2008-12-22
• 公開（公告）號: CN101447746A
• 公開（公告）日: 2009-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙志龍;劉華澤;馬連輝;陳建林;閻光明
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02M9/02
• 分類號: H02M9/02;C22F3/00;C22F3/02
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心
• 代理人: 王鮮凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可控電變質(zhì)脈沖電源，主要用于在強脈沖電磁場作用下金屬及其合金電變質(zhì)處理、組織細化、改性及材料成型的研究與生產(chǎn)所以的強電脈沖發(fā)生裝置。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的進步，人們對材料的性能有了越來越高的要求，如何更有效地利用資源、減少污染、提高金屬材料加工的技術(shù)水平是材料行業(yè)21世紀所面臨的重要課題。金屬組織晶粒的大小對金屬的力學(xué)性能有著很大影響，傳統(tǒng)細化金屬組織的方法是在液態(tài)金屬中添加變質(zhì)劑，以達到細化金屬組織的目的。但是這種方法一是變質(zhì)劑存在合金污染、改變合金成分，對環(huán)境有污染，二是添加劑價格昂貴，生產(chǎn)成本高，達不到很好的社會效益和經(jīng)濟效益。利用脈沖電流對金屬材料凝固過程的控制，可以達到細化金屬組織的目的，與傳統(tǒng)的添加劑細晶技術(shù)相比，應(yīng)用這些物理手段控制和細化金屬凝固組織可以避免對環(huán)境和金屬材料本身的污染。現(xiàn)有脈沖電源主要是用于電火花、電鍍等方面產(chǎn)品的加工、防腐和裝飾，電流密度較小，脈沖功率有限，還不能滿足在金屬材料凝固過程中細化金屬組織的作用。

在凝固過程中在合金液或液固混合液中通以強脈沖電流來“破碎”枝晶，細化鑄態(tài)組織的一種電變質(zhì)處理技術(shù)，但目前使用的電變質(zhì)脈沖電源的性能不夠完善，設(shè)計不科學(xué)，性價比低，笨重龐大，使研究工作受到限制。哈爾濱工業(yè)大學(xué)現(xiàn)代焊接生產(chǎn)技術(shù)國家重點實驗室鞏春志、田修波等人研制的10KV等離子體表面改性高壓脈沖電源，輸出脈沖峰值電壓雖然較高，但電流幅值只有20A，電流密度極低。哈爾濱工業(yè)大學(xué)王玉魁、宋博巖等2006提研制的節(jié)能式電火花加工脈沖電源用高頻變壓器取代笨重的工頻變壓器，用電感取代限流電阻，但由于其輸出電流峰值只有50A，不符合細晶項目研究與生產(chǎn)的需求。再有2004年5月四川電子科技大學(xué)自動化CAT實驗室和中國工程物理研究院研制的可一種可調(diào)的高壓脈沖發(fā)生器，脈沖電壓幅值達200KV，但帶負荷能力太低，外接負載要大于1200歐姆才能穩(wěn)定工作，同樣不能用于細晶項目，并且采用的開關(guān)器件粗大笨重，成本較高。

上海大學(xué)翟啟杰；李仁興等人于2008年2月申請的細化金屬凝固組織的高壓脈沖電源裝置(專利號為200510030739.8)。它由恒流充電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，主要電路包括充電回路、高壓整流電路、關(guān)機自動泄放回路、高壓控制電路、續(xù)流回路、主電源開關(guān)控制電路、工作電壓預(yù)選控制電路和引燃管觸發(fā)電路。脈沖電壓峰值達10KV，儲能電容C＝200～2000μF，最大儲能81KJ，最大放電電流2×10⁵A，連續(xù)放電最高頻率≤5H_Z，電流脈沖寬度10μS～100mS。該脈沖電源脈沖峰值電壓高，脈寬范圍大，輸出能量高，可對有色金屬及黑色金屬進行有效的凝固組織細化處理。但是該裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、過于笨重、價格昂貴、性價比低，而且輸出脈沖峰值電流不夠大，僅1％MA級，后期使用維護成本也較高，不能長期可靠使用。這就使得其操作使用不便，特別是針對科學(xué)研究等方面，難以讓人接受；在細晶研究方面參量范圍不盡合理，限制了細晶技術(shù)向更深層次，更微觀領(lǐng)域邁進。

目前強電流、高峰值電壓脈沖電源技術(shù)還不夠成熟，可控脈沖電源參量范圍小或不適用于該項目研究和生產(chǎn)，工作不夠穩(wěn)定等都嚴重制約著該項技術(shù)研究的深入進行。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種可控電變質(zhì)脈沖電源，是一種高能量密度電變質(zhì)脈沖電源，最大單個脈沖能量可達KJ級，脈沖峰值電流可達MA級，脈沖峰值電壓3000V。

技術(shù)方案

本發(fā)明的基本思想是：在時間上壓縮能量，再通過納秒級短時放電的思想，以獲得對試樣處理的高電流密度的窄脈沖。電源實現(xiàn)在時間上壓縮能量采用的是高壓脈沖電容，脈沖電容把能量在盡可能短的時間內(nèi)以電場形式儲存起來，利用低阻值的金屬凝固組織構(gòu)成放電回路，通過真空開關(guān)的切換完成納秒級快速放電，理論峰值電流可達MA級，并實現(xiàn)高能脈沖的連續(xù)輸出。本脈沖電源的脈沖寬度產(chǎn)生的電流密度，對研究金屬凝固組織晶粒細化的機理有著很好的效果。

本發(fā)明的技術(shù)其特征在于：三相外電源經(jīng)升壓調(diào)壓電路均分三檔，將信號送至高壓整流電路，整流后的輸出經(jīng)脈沖形成及其控制電路將高能脈沖連續(xù)輸出，同時輸出于脈沖電壓顯示電路；單相電的輸入聯(lián)接脈沖形成及其控制電路和脈沖電壓顯示電路；所述的升壓調(diào)壓電路采用R型三相升壓變壓器，所述的高壓整流電路三相全橋整流電路。