專利名稱：一種逆變式等離子噴涂電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及表面工程熱噴涂領(lǐng)域，尤其涉及一種熱噴涂等離子噴涂電源。 技術(shù)背景等離子噴涂在所有熱噴涂工藝中可能是最靈活的，因?yàn)樗軌蜻_(dá)到足夠的能量來 噴涂各種陶瓷、金屬及其合金和各種金屬同陶瓷的復(fù)合粉末等。因?yàn)槠涫褂梅勰┳鳛橥繉?送料，等離子噴涂工藝所能使用的涂層材料種類幾乎是無限的。等離子體噴槍有一個(gè)陰極 (電極)和一個(gè)陽極(噴嘴)，兩者之間的細(xì)小間隙形成一個(gè)腔室。在陰極上通直流電，電 弧穿過到達(dá)陽極。同時(shí)，氣體也通過這個(gè)腔室。強(qiáng)大的電弧足以將氣體的電子奪去，形成被 稱作等離子體的物質(zhì)狀態(tài)。當(dāng)?shù)入x子體重新結(jié)合回到氣態(tài)時(shí)會(huì)釋放熱量。因?yàn)榈入x子體的 內(nèi)在的不穩(wěn)定性，等離子體羽流內(nèi)的離子會(huì)迅速重新結(jié)合成氣態(tài)并冷卻下來。在重新結(jié)合 點(diǎn)，溫度可達(dá)到6600°C到16600°C (12000° F到30000° F)，這樣的溫度超過了太陽表面的 溫度。當(dāng)涂層材料噴射進(jìn)氣體羽流中時(shí)會(huì)熔融并被推向目標(biāo)基層。目前，等離子噴涂電源主要采用大型工頻變壓器，整流輸出直流電，是典型的恒流 源，具有電壓陡降特性。由于工作在50赫茲，電壓的提升是通過增加變壓機(jī)繞組匝數(shù)的方 式達(dá)到的，造成其電源體積較大、重量較重、電源效率較低，反映速度較慢，輸出動(dòng)態(tài)特性較 差。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型需要解決的技術(shù)問題是提供了一種實(shí)現(xiàn)等離子噴涂電源的新方法，使 之體積小、重量輕、效率高、輸出更為穩(wěn)定，并可降低等離子噴涂電源的制造成本和使用成 本。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下方法一種逆變式等離子噴涂電源，包括一次整流濾波電路、IGBT全橋逆變電路、高頻變 壓器、二次整流濾波電路、IGBT驅(qū)動(dòng)電路、輸出電流設(shè)定電路、PWM控制電路、外特性控制電 路、高頻引弧電路、電流控制及保護(hù)電路、同步均流控制電路，單組電路采用逆變電路并聯(lián) 組成。上述逆變電路是將三相工頻380V交流電經(jīng)整流濾波變換成540V左右的直流電， 由IGBT組成全橋逆變器對(duì)上述直流電再次進(jìn)行逆變，將其變換成高頻方波交流電，高頻方 波交流電再經(jīng)高頻變壓器傳遞至變壓器的副邊，連接在高頻變壓器副邊的全波整流電路再 次將高頻方波交流電二次整流為直流電，然后再經(jīng)電感濾波后變成穩(wěn)定可控的直流電輸 出ο上述逆變式等離子噴涂電源是采用4組逆變電源并聯(lián)組成，采用均流電路，閉環(huán) 控制，使每組電源輸出電流基本一致。當(dāng)設(shè)定好等離子噴涂電源的輸出電流后，主控制板會(huì) 自動(dòng)根據(jù)設(shè)定值，平均將電流分配到主控制板及其他三塊控制板。這樣，在啟動(dòng)電源輸出 后，四組直流電源都將根據(jù)各自分配的電流值進(jìn)行獨(dú)立的電流閉環(huán)控制，從而很好地保證
3了四組直流電源輸出電流相等。上述IGBT全橋逆變電路對(duì)直流電再次進(jìn)行逆變后形成20kHz左右的高頻方波交流。本實(shí)用新型的高頻啟弧系統(tǒng)，通過纏繞在高頻變壓器副邊的繞組，可得到20kHz 的高頻信號(hào)，然后再經(jīng)升壓變壓器B升壓，即可得到高頻高壓(電壓約3000V)的引弧信號(hào)。 該信號(hào)可通過互感器耦合至噴槍。在起弧的瞬間，高頻引弧控制電路接通引弧電路，使高壓 信號(hào)通過互感器耦合至噴槍。高頻高壓的引弧信號(hào)擊穿陰極與陽極(即電極與噴嘴)間隙 中的氣體，即可順利起弧。

圖1本實(shí)用新型逆變式等離子噴涂電源框圖。圖2本實(shí)用新型逆變式等離子噴涂電源單組電路原理圖。
具體實(shí)施方式
下面以具體實(shí)施對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的闡述，但實(shí)施例僅用于說明，并不限制 發(fā)明的范圍。如圖1所示，本實(shí)用新型逆變式等離子噴涂電源框圖。包括以下幾個(gè)組成部分 1. 一次整流濾波電路。2. IGBT全橋逆變電路。3.高頻變壓器。4. 二次整流濾波電路。 5. IGBT驅(qū)動(dòng)電路。6.輸出電流設(shè)定電路。7. PWM控制電路。8.外特性控制(保護(hù))電路。 9.高頻引弧電路。10.電流控制及保護(hù)電路。11.同步均流控制電路。單組電路采用閉環(huán) 控制，整套系統(tǒng)通過4組逆變電路并聯(lián)以獲得較高輸出電流，再利用均流電路使4組輸出電 流相等，并在整套系統(tǒng)形成閉環(huán)。上述逆變電路是將三相工頻380V交流電經(jīng)整流濾波變換成540V左右的直流電， 由IGBT組成全橋逆變器對(duì)上述直流電再次進(jìn)行逆變，將其變換成高頻方波交流電，高頻方 波交流電再經(jīng)高頻變壓器傳遞至變壓器的副邊，連接在高頻變壓器副邊的全波整流電路再 次將高頻方波交流電二次整流為直流電，然后再經(jīng)電感濾波后變成穩(wěn)定可控的直流電輸 出ο上述逆變式等離子噴涂電源是采用4組逆變電源并聯(lián)組成，采用均流電路，閉環(huán) 控制，使每組電源輸出電流基本一致。當(dāng)設(shè)定好等離子噴涂電源的輸出電流后，主控制板會(huì) 自動(dòng)根據(jù)設(shè)定值，平均將電流分配到主控制板及其他三塊控制板。這樣，在啟動(dòng)電源輸出 后，四組直流電源都將根據(jù)各自分配的電流值進(jìn)行獨(dú)立的電流閉環(huán)控制，從而很好地保證 了四組直流電源輸出電流相等。上述IGBT全橋逆變電路對(duì)直流電再次進(jìn)行逆變后形成20kHz左右的高頻方波交流。上述高頻啟弧系統(tǒng)，通過纏繞在高頻變壓器副邊的繞組，可得到20kHz的高頻信 號(hào)，然后再經(jīng)升壓變壓器B升壓，即可得到高頻高壓(電壓約3000V)的引弧信號(hào)。該信號(hào) 可通過互感器耦合至噴槍。在起弧的瞬間，高頻引弧控制電路接通引弧電路，使高壓信號(hào)通 過互感器耦合至噴槍。高頻高壓的引弧信號(hào)擊穿陰極與陽極(即電極與噴嘴)間隙中的氣 體，即可順利起弧。
4[0019]其中，高頻變壓器采用超微晶鐵心制作，使用頻率> 20kHz。其中，IGBT驅(qū)動(dòng)電路采用三菱生產(chǎn)M57962L為驅(qū)動(dòng)元件。其中，PWM控制電路采用定頻的SG3525A為其主要元件，通過電壓模式控制。其中，快速恢復(fù)二極，其恢復(fù)速度小于< 50微妙。如圖2所示，本實(shí)用新型逆變式等離子噴涂電源單組電路原理圖。原理為輸入的 380V交流電經(jīng)過全橋整流后，由電容Cl對(duì)脈動(dòng)直流進(jìn)行濾波，得到平穩(wěn)的直流電，然后高 壓直流經(jīng)過IGBT(T1、T2、T3、T4)進(jìn)行全橋逆變，再通過隔直電容C2耦合、高頻變壓器B降 壓、得到20kHz的高頻交流電，高頻交流電經(jīng)過全橋整流后，經(jīng)過電感L濾波，最后輸出平穩(wěn) 的直流電。下表為現(xiàn)有技術(shù)和本實(shí)用新型電源的對(duì)比
權(quán)利要求一種逆變式等離子噴涂電源，包括一次整流濾波電路(1)、IGBT全橋逆變電路(2)、高頻變壓器(3)、二次整流濾波電路(4)、IGBT驅(qū)動(dòng)電路(5)、輸出電流設(shè)定電路(6)、PWM控制電路(7)、外特性控制電路(8)、高頻引弧電路(9)、電流控制及保護(hù)電路(10)、同步均流控制電路(11)，其特征在于，單組電路采用逆變電路并聯(lián)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變式等離子噴涂電源，其特征在于，所述逆變電路是將三 相工頻380V交流電經(jīng)整流濾波變換成540V左右的直流電，由IGBT組成全橋逆變器對(duì)上述 直流電再次進(jìn)行逆變，將其變換成高頻方波交流電，高頻方波交流電再經(jīng)高頻變壓器傳遞 至變壓器的副邊，連接在高頻變壓器副邊的全波整流電路再次將高頻方波交流電二次整流 為直流電，然后再經(jīng)電感濾波后變成穩(wěn)定可控的直流電輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變式等離子噴涂電源，其特征在于采用4組逆變電源并聯(lián) 組成，采用均流電路，閉環(huán)控制，使每組電源輸出電流基本一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變式等離子噴涂電源，其特征在于IGBT全橋逆變電路(2) 對(duì)直流電再次進(jìn)行逆變后形成20kHz左右的高頻方波交流。專利摘要本實(shí)用新型涉及表面工程熱噴涂領(lǐng)域，尤其涉及一種熱噴涂等離子噴涂電源。包括一次整流濾波電路、IGBT全橋逆變電路、高頻變壓器、二次整流濾波電路、IGBT驅(qū)動(dòng)電路、輸出電流設(shè)定電路、PWM控制電路、外特性控制電路、高頻引弧電路、電流控制及保護(hù)電路、同步均流控制電路，單組電路采用逆變電路并聯(lián)組成。使熱噴涂等離子噴涂電源體積小、重量輕、效率高、輸出更為穩(wěn)定，并可降低等離子噴涂電源的制造成本和使用成本。
文檔編號(hào)C23C4/12GK201656791SQ20102018188
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者徐文華, 李慶高, 趙華明, 齊鉑金 申請(qǐng)人:上海大豪納米材料噴涂有限公司;徐氏大豪東臺(tái)納米表面技術(shù)有限公司;上海瑞法納米材料技術(shù)研究所;上海瑞法噴涂機(jī)械有限公司