[01116194]240KW数字化双极性脉冲电源

轻质高强金属材料的研究开发是《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》基础原材料优先主题的重要内容,镁合金作为典型的高性能轻质高强金属材料,具有广阔的应用前景,被誉为二十一世纪最富于开发和应用潜力的“绿色工程材料”。国际社会对镁的需求量不断上升,镁合金已经广泛应用于航空、航天、汽车、电子和通讯等行业中,特别是在笔记本电脑、手机、照相机等电器3C产品上的用量越来越大。尽管镁、铝、钛等有色金属及其合金有着优异的结构性能,镁、铝、钛及其合金作为一种结构材料要获得广泛的应用,还存在着一定的困难,原因主要是镁、铝、钛及其合金的耐磨性、耐蚀性较差。为了改善镁、铝、钛及其合金的性能,进一步扩大镁、铝、钛及其合金的应用领域,因此镁、铝、钛及其合金在使用过程中必须进行表面处理。目前所采用的化学氧化和阳极氧化还有诸多缺点。而微等离子体表面改性技术因具有环保、耐蚀性及独特的优点而成为镁合金表面处理的发展方向之一。 微等离子体表面改性过程包括电化学反应和等离子体化学反应。在外加电压未达到临界击穿电压之前,在阳极金属上发生普通的电化学反应,生成一层很薄的非晶态氧化膜。当外加电压达到临界击穿电压后,膜层上最薄弱的部位首先被击穿,随着电压继续增加,氧化膜表面出现微等离子体放电现象,形成等离子体。微等离子体瞬间温度极高,不仅使微等离子体区的基体合金发生熔融,也使周围的液体气化并产生极高的压力。在高温高压作用下,基体表面原有的氧化膜发生晶态转变。同时,电解液中的氧离子和其他离子也通过放电通道进入到微等离子体区,和熔融的基体发生等离子化学反应,反应产物沉积在放电通道的内壁上。随着微等离子体继续在试样表面其他薄弱部位放电,均匀的氧化膜逐渐形成。 微等离子体表面改性技术具有工艺简单、清洁无污染、膜层均匀质硬,材料适应性宽等特点,得到的微等离子体表面改性膜既具备普通阳极氧化膜的性能,又兼有陶瓷喷涂层的优点,突破了传统的阳极氧化技术,是镁合金表面处理的重点发展方向。 镁、铝、钛及其合金微等离子体表面改性技术主要包括两个方面：一是溶液的配方问题,即溶液不同的成分会对镀件成膜速度,厚度等各方面有很大的影响;二是电源技术问题,即究竟什么样的电源静、动态特性以及什么样的输出波形结构才最适合微等离子体表面改性技术、最节省电能且效率最高。 镁、铝、钛及其合金微等离子体表面改性技术一般在恒流或恒压方式下去研究阀金属表面所生成的陶瓷膜性能。目前,微等离子体表面改性所采用的电源,虽然也能在恒流或者恒压下工作,但是这些电源所能提供的工作电流或者电压的频率为工频,波形和脉宽不可选择,这就大大限制了制备的表面改性陶瓷膜的性能。 本实用新型能对工作电压或电流的脉宽和频率在较大范围内进行连续调节。既可进行恒压工作,也可进行恒流工作,工作电压或电流的脉宽、频率、占空比和幅值等多种电参量可通过触摸屏实时显示和调节。同时,该电源可通过串行口与上一级计算机相连,以便实时记录多种电参数在工作过程中随时间的变化规律,为探索制备具有优良特性的微等离子体表面改性陶瓷膜的工艺条件提供有力的工具。 技术指标 1. 正向脉冲： （0~750V）/（0~240A）,反向脉冲：（0~300V）/（0~240A）; 2. 具有高频开关电源特性,加辅助磁场设施后,转换频率高于92%。 3. 加工时间可分为多段式,每段时间可在0-999小时之间选择,精确到秒。 4.脉冲个数可以任意单独组合调定,以达最佳加工效果,脉冲个数设定范围1-100。 5. 死区时间可以调节,最小为60ns。 6. 脉冲宽度单独可调,占空比在5～95％之间调节。 7.脉冲的换向频率可在100-5000Hz范围任意设置。1)、大功率高压模块的并联技术及其驱动技术 2)、大功率双极性不对称脉冲电源数字化控制技术 3)、新型多级逆变拓扑结构 4)、基于预测控制的能量参数自动优化技术 5)、基于新拓扑的能量耦合与烧蚀抑制技术 国内目前所研制的用于镁合金微等离子体表面改性处理的电源一初级采用工频变压器,阴、阳两级分别独立调压,很多后级斩波电路中开关器件处于硬开关工作状态,这就使得电源笨重,成本高,损耗大,控制复杂。多级逆变式电源综合运用逆变技术、软开关技术和数字化技术,具有高效、节能、环保的优良特性,具有极高的性价比,为镁铝合金以及轻质合金产品生产提供高性能设备,具有良好的社会效益。 该项目研究从2008年至2014年,前后历时6年,先后通过样机试制、实验、优化以及生产应用等多个阶段,该项目研究的装置或者主要技术成果广泛应用于十堰恒进科技有限公司、昆山宝友电器设备有限公司等企业的产品设计与技术优化。 1、180KW微弧氧化电源：于2009年4月研制成功并且在昆山宝友电器设备有限公司投入运行,该电源采用DSP作为控制核心,电源设计的性能基本达到设计指标,主要用于门把、铝合金门框等轻质合金材料的表面处理,该电源的研制成功使得国内企业第一次成功实现大功率微弧氧化电源全数字化控制,电源结构简洁、体积小、运行可靠。 2、240KW微弧氧化电源：一期研制的电源的功率只有180KW,单次加工面积有效,对于一次加工平面面积达到4m2以上的零件则无法实现,240 KW微弧氧化电源的研制成功突破了技术瓶颈,峰值功率达到2.4MW,采用多管并联结构,平均功率增大一倍,但是电源体积并没有增大,功率密度大大提高。该电源在加工时,实现了工艺参数的自动存储,自动调用,形成了具有一定能力的在线工程师功能,能量参数和工艺参数能够自动适应负载的变化,加工的自动化程度和表面质量进一步提高。 3、主电路结构的进一步优化以及采用预测控制技术,使得电源的性能进一步提高,减小峰值电流和峰值电压,防止了加工时合金表面出现烧蚀现象,促进了轻质合金材料微弧氧化技术的产业化进程。 4、项目实施后直接经济效益2742万元。 5、项目实施的社会效益：轻质合金金属表面处理的核心的核心装备——大功率数字化双极性脉冲电源的研制成功,将促使轻质合金表面处理技术整体性能大大提升,不仅效率大大提高,更为重要的是,轻质合金表面处理新技术将完全实现零污染,综合使用成本低,社会综合效益高,更新人们对绿色工程材料和绿色制造的认识。