CN205453530U - 一种等离子体电解氧化电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种等离子体电解氧化电源，三相交流电经变压整流、滤波后分正负两组直流脉冲，直流脉冲可由控制单元控制，包括三相变压器、三相可控硅整流桥、电解电容、IGBT单元、控制单元，三相可控硅整流桥包括可控硅1K1～1K6、可控硅2K1～2K6；电解电容包括电解电容C11、电解电容C12；IGBT单元包括IGBT器件VT1、IGBT器件VT2以及与之配套的驱动核。优点是：本电源将三相交流电经变压整流、滤波后分正负两组直流脉冲，其单组连续脉冲个数、脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲频率、脉冲幅值均可设置，可实现恒压、恒流、恒功率控制。本电源在等离子体电解氧化工艺中可使铝基金属表面形成刚玉陶瓷层。

Description

一种等离子体电解氧化电源

技术领域

本实用新型涉及一种等离子体电解氧化电源。

背景技术

等离子体电解氧化铝基表面的陶瓷化技术，即在铝合金基体上制备一定厚度的耐磨抗腐蚀的陶瓷涂层，可显著提高铝合金表面的理化性能。

其技术核心是利用直流正负脉冲电源技术使其放置在电解液中的工件和电解液容器壁之间形成正负脉冲波电场，电场通过电解液对工件表面进行大面积的微弧放电氧化，从而进行铝基表面的氧化反应，进而在工件表面形成陶瓷涂层。

若想得到高质量的均匀的陶瓷涂层，需要调节电源脉冲的频率、占空比和脉冲数量，配合调节电源的电压，至使电场通过电解液对工件表面进行大面积的均匀微弧放电氧化，从而进行铝基表面的氧化反应，进而能在工件表面形成均匀的陶瓷涂层。这就需要一种能够实现上述功能的适用于铝基表面陶瓷化工艺生产线的专用配套电源。

实用新型内容

为克服现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种功率为300kW的等离子体电解氧化电源，实现恒压、恒流、恒功率控制；可将三相交流电分正负两组直流脉冲，其单组连续脉冲个数、脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲频率、脉冲幅值均可设置。

为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种等离子体电解氧化电源，三相交流电经变压整流、滤波后分正负两组直流脉冲，直流脉冲可由控制单元控制，包括三相变压器、三相可控硅整流桥、电解电容、IGBT单元、控制单元，三相可控硅整流桥包括可控硅1K1～1K6、可控硅2K1～2K6；电解电容包括电解电容C11、电解电容C12；IGBT单元包括IGBT器件VT1、IGBT器件VT2以及与之配套的驱动核；具体电路结构为：

三相交流电经断路器QF1与三相变压器一次侧相连，三相变压器二次侧有三相AC540V和三相AC220V两个绕组，AC540V绕组的A21端与可控硅1K1阳极、可控硅1K4阴极相连；AC540V绕组的B21端与可控硅1K3阳极、可控硅1K6阴极相连；AC540V绕组的C21端与可控硅1K5阳极、可控硅1K2阴极相连；AC220V绕组A31端与可控硅2K1阳极、可控硅2K4阴极相连；AC220V绕组B31端与可控硅2K3阳极、可控硅2K6阴极相连；AC220V绕组C31端与可控硅2K5阳极、可控硅2K2阴极相连；

IGBT器件VT1的集电极与可控硅1K1阴极、可控硅1K3阴极、可控硅1K5阴极电解电容C11正极、熔断器FU10一端相连，IGBT器件VT1的发射极与IGBT器件VT2的集电极通过镀件与电解液相连；

可控硅2K4阳极、可控硅2K6阳极、可控硅2K2阳极、电解电容C12正极、熔断器FU11一端与IGBT器件VT2的发射极相连；

电解电容C12负极、熔断器FU11另一端、电解电容C11负极、熔断器FU10另一端、可控硅1K4阳极、可控硅1K6阳极、可控硅1K2阳极、可控硅2K1阴极、可控硅2K3阴极、可控硅2K5阴极与0V端相连接；电解液容器壁与0V端相连接；

所述的控制单元包括触摸屏、PLC控制器、1#单片机、2#单片机，PLC控制器与触摸屏、1#单片机、2#单片机相连接，PLC控制器将信号通过RS485接口发送到1#单片机、2#单片机，1#控制IGBT单元的脉冲输出，2#单片机控制三相可控硅整流桥；触摸屏用以显示工艺画面并与PLC通讯并通过PLC向单片机下发设定参数，进行各项数据的显示。

所述的三相变压器为角形入、星形出的三相干式电源变压器，起到电源隔离和升压、降压的作用。

所述的三相变压器的电流、电压通过电压表、电流表测量，电压表、电流表与2#单片机相通讯，电压表、电流表将所测数值发送到2#单片机上。

还包括脉冲控制板，所述的三相可控硅整流桥的可控硅脉冲触发由脉冲控制板完成，脉冲触发板由2#单片机控制。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本电源将三相交流电经变压整流、滤波后分正负两组直流脉冲，其单组连续脉冲个数、脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲频率、脉冲幅值均可设置，可实现恒压、恒流、恒功率控制。本电源在等离子体电解氧化工艺中可使铝基金属表面形成刚玉陶瓷层。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理图。

图2是本实用新型的逻辑框图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型进行详细地描述，但是应该指出本实用新型的实施不限于以下的实施方式。

见图1、图2，一种等离子体电解氧化电源，三相交流电经变压整流、滤波后分正负两组直流脉冲，单组连续直流脉冲个数、脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲频率、脉冲幅值均可通过控制单元设置的矩形波，其波形可由由示波器时时监控；控制单元采用PLC控制器通过RS485接口(或者RS232接口)与单片机(1#单片机、2#单片机)通讯，可实现恒压、恒流、恒功率控制并可检测电流、电压、温度值；其电源功率可达到300kW。

等离子体电解氧化电源包括三相变压器、三相可控硅整流桥、电解电容、IGBT单元、控制单元，三相可控硅整流桥包括可控硅1K1～1K6、可控硅2K1～2K6；电解电容包括电解电容C11、电解电容C12；IGBT单元包括IGBT器件VT1、IGBT器件VT2以及与之配套的驱动核；本电源采用PLC控制器通过RS485与单片机通讯，可实现恒压、恒流、恒功率控制并可检测电流、电压、温度值。其电源功率可达到300kW。

具体电路结构为：

三相交流电经断路器QF1与三相变压器一次侧相连，三相变压器二次侧有三相AC540V和三相AC220V两个绕组，AC540V绕组的A21端与可控硅1K1阳极、可控硅1K4阴极相连；AC540V绕组的B21端与可控硅1K3阳极、可控硅1K6阴极相连；AC540V绕组的C21端与可控硅1K5阳极、可控硅1K2阴极相连；AC220V绕组A31端与可控硅2K1阳极、可控硅2K4阴极相连；AC220V绕组B31端与可控硅2K3阳极、可控硅2K6阴极相连；AC220V绕组C31端与可控硅2K5阳极、可控硅2K2阴极相连；

IGBT器件VT1的集电极与可控硅1K1阴极、可控硅1K3阴极、可控硅1K5阴极电解电容C11正极、熔断器FU10一端相连，IGBT器件VT1的发射极与IGBT器件VT2的集电极、通过镀件与电解液相连；

可控硅2K4阳极、可控硅2K6阳极、可控硅2K2阳极、电解电容C12正极、熔断器FU11一端与IGBT器件VT2的发射极相连；

电解电容C12负极、熔断器FU11另一端、电解电容C11负极、熔断器FU10另一端、可控硅1K4阳极、可控硅1K6阳极、可控硅1K2阳极、可控硅2K1阴极、可控硅2K3阴极、可控硅2K5阴极与0V端相连接；电解液容器壁与0V端相连接；

所述的控制单元包括触摸屏、PLC控制器、1#单片机、2#单片机，PLC控制器与触摸屏、1#单片机、2#单片机相连接，PLC控制器将信号通过RS485接口发送到1#单片机、2#单片机，1#控制IGBT单元的脉冲输出，2#单片机控制三相可控硅整流桥；触摸屏用以显示工艺画面并与PLC通讯并通过PLC向单片机下发设定参数，进行各项数据的显示。

其中，三相变压器为角形入、星形出的三相干式电源变压器，起到电源隔离和升压、降压的作用。三相变压器的电流、电压通过电压表、电流表测量，电压表、电流表与2#单片机相通讯，电压表、电流表将所测数值发送到2#单片机上。同时，可利用传感器检测三相变压器、可控硅、IGBT的温度，并将温度值发送到PLC控制器上。PLC控制器用以设置单组连续脉冲个数、脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲频率、脉冲幅值，单组连续脉冲为矩形波，波形由示波器时时监控。三相可控硅整流桥的可控硅脉冲触发由脉冲控制板完成，脉冲触发板由2#单片机控制。

本电源技术指标：

1、电源功率：～300KW(30KW、50KW、100KW、300KW)；

2、三相变压器可减小对电网电压的干扰；

3、可实时监控电流、电压、功率、频率、脉宽、时间、温度等。

4、可设定恒流、恒压和频率、脉宽、脉冲数等多种输出方式，并且可在线无扰动转换。

5、脉冲频率范围为50～2000Hz，占空比5～95％之间可调。

6、直流正电压700V，直流负电压300V。

7、变压器隔离，IGBT单元开关斩波控制，过压、过流、过热等快速保护。

8、软件采用PWM脉冲宽度调制主程序，采用32位机的软件编制程序。

9、人机接口程序：采用10.1英寸触摸屏画面对电源的各参数进行测控显示和参数设定；异常保护程序、故障报警。

10、采用两套单片机控制，一套作为脉冲信号源，另一套作为恒流恒压控制。

电源监测：

1、选用UTD2025CL(沈阳优利德电子科技有限公司)数字储存示波器对正负脉冲电源波形实时监测。

2、选用YPA194I(浙江金嵩电气有限公司)系列数显三相电流表检测三相变压器一次输入电流，检测两路二次输出电流，同时通过485接口和PLC控制器相连，可过流报警并控制输出。

3、选用YPA194U(浙江金嵩电气有限公司)系列数显三相电压表检测变压器一次输入电压、检测两路二次输出电压，同时通过485通讯和PLC控制器相连，有欠压报警并控制输出。

4、选用YPZ195U(浙江金嵩电气有限公司)系列数显直流电压表检测两路直流电压，同时通过485通讯接口和PLC控制器相连，有欠压报警并控制输出。

5、选用TGA63-ET(无锡信捷电气股份有限公司)10.1英寸触摸屏对各个运行参数进行监测和设置。

利用本实用新型可实现的陶瓷层性能：

硬度：800～2000Hv；

耐热性：1000～1500K；

厚度：～300um；

粗糙度：1～10um；

摩擦系数：0.01～0.5。

Claims (4)

1.一种等离子体电解氧化电源，其特征在于，三相交流电经变压整流、滤波后分正负两组直流脉冲，直流脉冲可由控制单元控制，包括三相变压器、三相可控硅整流桥、电解电容、IGBT单元、控制单元，三相可控硅整流桥包括可控硅1K1～1K6、可控硅2K1～2K6；电解电容包括电解电容C11、电解电容C12；IGBT单元包括IGBT器件VT1、IGBT器件VT2以及与之配套的驱动核；具体电路结构为：

三相交流电经断路器QF1与三相变压器一次侧相连，三相变压器二次侧有三相AC540V和三相AC220V两个绕组，AC540V绕组的A21端与可控硅1K1阳极、可控硅1K4阴极相连；AC540V绕组的B21端与可控硅1K3阳极、可控硅1K6阴极相连；AC540V绕组的C21端与可控硅1K5阳极、可控硅1K2阴极相连；AC220V绕组A31端与可控硅2K1阳极、可控硅2K4阴极相连；AC220V绕组B31端与可控硅2K3阳极、可控硅2K6阴极相连；AC220V绕组C31端与可控硅2K5阳极、可控硅2K2阴极相连；

IGBT器件VT1的集电极与可控硅1K1阴极、可控硅1K3阴极、可控硅1K5阴极电解电容C11正极、熔断器FU10一端相连，IGBT器件VT1的发射极与IGBT器件VT2的集电极通过镀件与电解液相连；

可控硅2K4阳极、可控硅2K6阳极、可控硅2K2阳极、电解电容C12正极、熔断器FU11一端与IGBT器件VT2的发射极相连；

电解电容C12负极、熔断器FU11另一端、电解电容C11负极、熔断器FU10另一端、可控硅1K4阳极、可控硅1K6阳极、可控硅1K2阳极、可控硅2K1阴极、可控硅2K3阴极、可控硅2K5阴极与0V端相连接；电解液容器壁与0V端相连接；

所述的控制单元包括触摸屏、PLC控制器、1#单片机、2#单片机，PLC控制器与触摸屏、1#单片机、2#单片机相连接，PLC控制器将信号通过RS485接口发送到1#单片机、2#单片机，1#控制IGBT单元的脉冲输出，2#单片机控制三相可控硅整流桥；触摸屏用以显示工艺画面并与PLC通讯并通过PLC向单片机下发设定参数，进行各项数据的显示。

2.根据权利要求1所述的一种等离子体电解氧化电源，其特征在于，所述的三相变压器为角形入、星形出的三相干式电源变压器，起到电源隔离和升压、降压的作用。

3.根据权利要求1所述的一种等离子体电解氧化电源，其特征在于，所述的三相变压器的电流、电压通过电压表、电流表测量，电压表、电流表与2#单片机相通讯，电压表、电流表将所测数值发送到2#单片机上。

4.根据权利要求1所述的一种等离子体电解氧化电源，其特征在于，还包括脉冲控制板，所述的三相可控硅整流桥的可控硅脉冲触发由脉冲控制板完成，脉冲触发板由2#单片机控制。