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1、中 南 民 族 大 学硕 士 学 位 论 文调 制 型 微 弧 氧 化 脉 冲 电 源 的 研 制姓 名 ： 王 永 祥申 请 学 位 级 别 ： 硕 士专 业 ： 等 离 子 体 物 理指 导 教 师 ： 孙 奉 娄2011-05-15中 南 民 族 大 学 硕 士 学 位 论 文摘 要微 弧 氧 化 的 效 果 与 电 源 的 特 性 直 接 相 关 ， 一 般 采 用 低 频 直 流 脉 冲 的 方 式 。 本文 设 计 并 制 作 了 一 台 调 制 型 脉 冲 电 源 ， 样 机 指 标 为 ： 低 频 调 制 波 频 率 为 500Hz，高 频 载 波 频 率 为 50kHz,两
2、者 的 占 空 比 在 一 定 范 围 内 可 变 ， 输 出 脉 冲 电 压 在0800V 连 续 可 调 ， 脉 冲 峰 值 电 流 最 大 可 达 10A。 该 电 源 在 以 下 两 个 方 面 对 现 有微 弧 氧 化 直 流 脉 冲 电 源 进 行 技 术 提 升 ：针 对 目 前 低 频 直 流 脉 冲 微 弧 氧 化 电 源 输 入 功 率 因 素 不 高 的 现 状 ， 本 文 使 用 有源 功 率 因 素 的 方 式 ， 来 提 高 输 入 功 率 因 素 ， 减 轻 对 电 网 的 谐 波 污 染 。 采 用 三 个 独立 单 相 有 源 功 率 因 素 变 换 器 并
3、联 成 三 相 有 源 功 率 因 素 变 换 器 的 方 案 ， 在 一 定 程 度上 突 破 了 三 相 有 源 功 率 因 素 复 杂 的 控 制 及 应 用 上 的 受 限 。 实 际 应 用 验 证 了 这 种 三相 有 源 功 率 因 素 变 换 器 的 可 行 性 ， 并 测 得 使 用 有 源 功 率 因 素 变 换 器 后 输 入 功 率 因素 提 高 到 99.5%。针 对 微 弧 氧 化 电 源 需 要 负 载 与 供 电 设 备 隔 离 的 特 性 ， 提 出 了 一 种 低 频 调 制 高频 的 方 案 。 这 种 结 构 使 用 高 频 变 压 器 隔 离 取 代
4、了 目 前 斩 波 电 路 中 的 工 频 变 压 器 隔离 ， 使 得 隔 离 变 压 器 体 积 和 重 量 大 大 减 小 。 实 际 验 证 了 使 用 高 频 变 压 器 隔 离 后 输出 波 形 具 有 良 好 的 效 果 。本 文 给 出 总 体 设 计 方 案 ， 详 细 讨 论 了 主 电 路 拓 扑 的 选 择 ， APFC 电感，B UCK电 感 的 设 计 ， 全 桥 逆 变 变 压 器 的 设 计 ， 高 压 浮 动 驱 动 电 路 的 设 计 ， 控 制 电 路 补 偿的 设 计 ， 隔 离 取 样 的 设 计 等 。 并 从 工 程 应 用 角 度 描 述 了 电
5、 源 几 个 功 率 部 分 的 实 际调 试 步 骤 以 及 在 调 试 过 程 中 常 见 的 问 题 。关 键 词 ： 微 弧 氧 化 ； 有 源 功 率 因 素 ； 调 制 ； 脉 冲 电 源III调 制 型 微 弧 氧 化 脉 冲 电 源 的 研 制AbstractThe effect of micro-arc oxidation is directly related to the features of powersupply, low-frequency pulse DC generally used in MAO. A modulation power supplywas d
6、esigned and produced, prototype indicators are that low modulation frequency is500Hz, high fundamental frequency is 50kHz, the duty cycle of the two wavesvariable within a certain range, output pulse voltage in 0 800V continuouslyadjustable, pulse peak current up to 10A. The power supply improves th
7、e existingMAO DC pulse power in the following two aspects.At present, power factor of low frequency DC MAO power supply is not high,active power factor was used to increase input power factor and reduce the gridharmonic pollution in the papers to break through complex control of the three-phaseactiv
8、e power factor and restricted applications to a certain extend, a three-phase activepower factor was implemented by three separate single phase active power factorconverter. The feasibility of three-phase active power factor converter was proved bypractical experiment, input power factor increase to
9、 99.5% by using of active powerfactor converter.Satisfaction of the requirements for isolation between MAO load and powersupply equipment, a scheme of high-frequency modulation low-frequency wasproposed. High frequency isolation transformer was used in this structure to replacethe current power freq
10、uency isolation transformer, so the weight and volume of theisolation transformer was greatly reduced. The good effects of output waveform wereverified by using high-frequency isolated transformer.The overall scheme is proposed in the papers, details of main circuit topologychoice, design of APFC in
11、ductors, BUCK inductor, full-bridge inverter transformersand high voltage floating driver circuit, compensation of the control and design ofisolation sampling were discussed. Debug steps of power sections and commonproblems in the debug process were described from engineering experience.Key Words： M
12、AO； APFC； Modulation； Pulse Power SupplyIV中南民族大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得 的 研 究 成 果 。 除 了 文 中 特 别 加 以 标 注 引 用 的 内 容 外 ， 本 论 文 不 包 含 任何 其 他 个 人 或 集 体 已 经 发 表 或 撰 写 的 成 果 作 品 。 对 本 文 的 研 究 做 出 重 要 贡献 的 个 人 和 集 体 ， 均 已 在 文 中 以 明 确 方 式 标 明 。 本 人 完 全 意 识 到 本 声 明 的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月
13、日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校 保 留 并 向 国 家 有 关 部 门 或 机 构 送 交 论 文 的 复 印 件 和 电 子 版 ， 允 许 论 文被 查 阅 和 借 阅 。 本 人 授 权 中 南 民 族 大 学 可 以 将 本 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分 内容 编 入 有 关 数 据 库 进 行 检 索 ， 可 以 采 用 影 印 、 缩 印 或 扫 描 等 复 制 手 段 保 存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密，在_年解密后适用本授权书。2、不保密 。（ 请 在 以 上 相 应 方 框 内 打 “ ”）作者
14、签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日（ （中 南 民 族 大 学 硕 士 学 位 论 文第 1 章 绪 论1.1 微 弧 氧 化 表 面 处 理 及 其 电 源 形 式微 弧 氧 化 是 将 铝 、 镁 、 钛 等 金 属 及 其 合 金 为 阳 极 浸 渍 于 电 解 液 中 ， 施 加 高 电 压使 得 材 料 表 面 产 生 弧 光 放 电 ， 以 获 得 金 属 氧 化 物 陶 瓷 膜 的 一 种 表 面 改 性 技 术1。20 世 纪 80 年 代 德 国 学 者 P.Kurse 最 先 利 用 火 花 放 电 在 纯 铝 表 面 获 得 Al2O3的 硬 质 膜
15、 层 。 自 此 以 后 ， 微 弧 氧 化 表 面 处 理 技 术 有 了 很 大 的 进 展 。 近 年 来 ， 许 多研 究 者 以 多 种 技 术 名 称 介 绍 了 有 关 微 弧 氧 化 的 研 究 工 作 及 其 成 果 ， 如 微 弧 等 离 子体 氧 化 、 阳 极 脉 冲 陶 瓷 化 、 阳 极 火 花 沉 积 、 等 离 子 体 增 强 电 化 学 表 面 陶 瓷 化 等 2。通 过 微 弧 氧 化 技 术 处 理 过 的 物 件 有 着 特 殊 的 特 点 和 应 用 。 由 于 在 等 离 子 放 电的 区 域 ， 温 度 很 高 ， 膜 层 会 经 过 高 温 融
16、化 ， 从 而 形 成 金 属 氧 化 物 陶 瓷 膜 ， 并 且 在放 电 的 过 程 中 ， 陶 瓷 膜 层 属 于 原 位 生 长 ， 与 基 体 的 接 触 很 牢 固 ， 不 容 易 脱 落 。 因而 这 种 膜 层 表 现 为 很 高 的 耐 磨 性 、 耐 腐 蚀 性 、 硬 度 高 。 另 外 经 过 微 弧 氧 化 而 生 成的 陶 瓷 膜 在 电 特 性 上 还 具 有 良 好 的 电 绝 缘 性 和 小 的 导 热 系 数 3。 膜 层 良 好 的 化 学特 性 和 物 理 特 性 使 得 这 种 表 面 处 理 技 术 备 受 关 注 ， 并 且 在 医 疗 卫 生 ， 仪 器 仪 表 ，石 油 化 工 等 工 业 领 域 应 用 突 出 。通 过 改 变 膜 层 的 微 观 特 征 和 结 构 ， 得 到 膜 层 的 某 种 功 能 特 性 ， 就 需 要 不 同 的工 艺 条 件 。 除 了 要 有 不 同 的 电 解 液 ， 外 部 电 处 理 设 备
