输出参数连续可调的逆变式微弧氧化电源研制

发布时间：2020-07-17 23:37

【摘要】：微弧氧化电源是微弧氧化工艺中至关重要的一环,其输出特性直接影响着该工艺最终所能取得的金属表面改性效果。不同的电压输出形式拥有各自的优势,但目前常用的微弧氧化电源均为斩波式输出,输出形式受限。而PWM逆变电源理论上可以跟踪输出任意给定调制波波形,实现多波形输出。目前,对逆变式微弧氧化电源的研究较少,基于此背景,本课题研制一款输出参数连续可调的逆变式微弧氧化电源,并能够根据工艺要求的不同而输出多种波形,有助于扩大微弧氧化工艺的应用范围,进一步优化和完善微弧氧化技术。针对电源多波形输出以及输出参数连续可调的要求,提出将全数字控制的直接数字频率合成(Direct Digital Frequency Synthesis,DDS)技术与PWM逆变技术结合的实现方案。研究在不对称规则采样下利用DSP产生PWM脉冲波形的方法,推导基于DDS技术的PWM波生成计算公式,给出实现调频调压的具体方法。对大范围变频过程中电源产生的相位突变问题进行理论研究,在详细分析DDS技术调频调压实现原理及公式的基础上,阐述其产生的机理,并给出抑制突变的软件实现方法。针对电源输出不对称波形时存在过零振荡的现象,分析得到其根本原因是输出滤波器谐振尖峰导致。鉴于此,在合理设计输出滤波器电感电容参数的基础上,通过对四种无源阻尼法的传递函数和频率特性伯德图的分析与比较,选择并推导效果最好的等效有源阻尼法即电感电流比例反馈控制,完成双闭环控制系统的结构设计和参数计算,通过仿真验证谐振尖峰抑制效果。针对高频时电源输出电压负载调整率大的问题,定量分析系统参数对其影响规律,提出增加输出电压有效值闭环控制策略来改善输出电压负载调整率。设计了三环控制系统结构和参数,通过MATLAB仿真,验证所提策略的负载调整率改善效果。在理论分析和仿真验证的基础上,搭建了电源实验样机,实验结果验证了文中所提方案的可行性以及控制策略的有效性,表明所研制的逆变式微弧氧化电源实现了多波形输出和输出参数连续可调的功能,且满足各项指标要求,具有良好的实用价值。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN86
【图文】：

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图 1-1 两级斩波式微弧氧化电源主电路拓扑1.2.2 阴阳极分别独立调压式微弧氧化电源阴阳极分别独立调压式微弧氧化电源的调压方式有两种，分别为逆变调和整流型。两者的系统结构框图分别由图 1-2 和图 1-3 给出，其各自的组

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图 1-4 两级逆变式微弧氧化电源主电路拓扑以上就是目前微弧氧化行业中应用最多的三类电源，尽管主电路结构不尽相同，但在输出级都是采用斩波方式实现不对称脉冲输出的，由于斩波方式的限制，使得输出形式仅能为单向或双向脉冲，无法实现不对称正弦波、馒头波等其它波形的输出。这是现阶段微弧氧化电源存在的缺点。

【参考文献】