并联输出智能控制微弧氧化电源及制作方法与流程

本发明并联输出智能控制微弧氧化电源及制作方法.涉及一种脉冲电源,属于交流、直流及频率的转换、控制和调节类(h02m)。此脉冲电源主要用于金属铝、镁等及它们的合金表面镀覆防腐美化的氧化物陶瓷层,此镀覆方法称为微弧氧化法,此方法采用的脉冲电源称为微弧氧化电源。

背景技术：

现有公开使用的传统微弧氧化电源,称为现有技术1,由如下电路形成:见图4,主回路由三相交流输入1n顺次连接三相工频升压变压器2n、可控硅调压电路3n、斩波电路4n及最后的输出电路5n。控制回路采用自动控制器7n,其输入端通过反馈电路6n与斩波电路4n的输出端连接,自动控制器7n输出端与可控硅调压电路3n输入端连通。上述传统的微弧氧化电源由于采用了工频三相升压变压器2n,主要缺陷如下:1)体积庞大,重量重,最小输出功率产品也有数百公斤重。且因工作频率低,副边线圈匝数多,增加了制作难度和用铜量。2)功率因数低，一般只能达到0.6-0.8严重影响三相系统供电效率。3)因工频三相升压变压器2n自身损耗大以及可控硅调压后正弦波己经发生畸变均加大变压器损耗,效率低于65％。4)安装不方便,需要专门的控制室。5)三相升压变压器的变压器油会带来严重的二次污染。

中国专利申请公开了<一种等离子体电解氧化电源>(申请号201510991612.6),其功能也是用于金属铝、镁等及它们的合金表面镀覆防腐美化的氧化物陶瓷层。虽然本电源提供了一种功率300kw微弧氧化电源,也实现了恒压、恒流、恒功率控制,但仍设置了工频三相升压变压器,仍存在上述体积庞大,重量重、制作难度和用铜量大、变压器损耗大,效率低等缺陷。

技术实现要素：

本发明提供的并联输出智能控制微弧氧化电源及制作方法,其发明目的之一是可提供大功率输出电源设备,不仅实现了恒流、恒压工作,同时消除现有技术缺陷,减小体积,重量、能耗；且效率高、功率因素高。其发明目的之二是随着产能增加,能极其方便的扩大生产能力。其发明目的之三是本发明提供了并联输出智能控制微弧氧化电源简单的制作方法。

技术方案:

并联输出智能控制微弧氧化电源,其特征是:

1)设置并联的n个相同的微弧氧化单体电源,其各并联电路输出端11.0接工作槽中的工件11；24≧n≧2,同时配置一个主控器10。2)微弧氧化单体电源un形成如下；主回路中三相交流输入1顺次连接三相整流滤波电路2、igbt高频逆变器3、高频变压器4、高频整流滤波电路5、igbt管斩波电路6；此处igbt管斩波电路内置光电变换器。控制回路中设有:用触摸屏操作的触摸显示器9和dsp控制器8；与igbt管斩波电路6输出端连接的反馈电路7；反馈电路内设自动对电源进行过流、短路、igbt超温、缺相、过压的保护电路和pwm脉宽调整电路；dsp控制器通过输出端口8.1与igbt高频逆变器3连接；微弧氧化单体电源内采用风冷:其内装有含感温探头13的金属铂电阻传感器、风机14及含散热板15.1和下方散热片15.2的散热器15。3)主控器10内设有用主控触摸屏操作的主控触摸显示器10.1和主控dsp控制器10.2；主控dsp控制器10.2通过光电转换的rs485通讯电路10.3与每个单体电源的dsp控制器8连接；通过斩波输出及多路光电变换器10.4与每台单体电源的igbt管斩波电路6连接；主控dsp控制器10.2与各单体电源间均用光纤传输信号。

上述过流和短路保护可采用霍尔传感器12；igbt超温可采用金属铂电阻传感器；缺相保护采用电压传感器；过压保护采用分压器过压检测。上述微弧氧化单体电源输出功率可选为21kw。

上述并联输出智能控制微弧氧化电源的制作方法,其特征是,有如下步骤:

其中步骤一、二、三与后面<具体实施方式>相同,这里省略。

步骤四、并联n台总电源结构的构成:

1)设置机柜及安装多台机箱:按n的具体数量,选择1个及以上机柜。2)机柜内对应n+1个箱体后面板上电路接口布置及安装。上两条内容与后<具体实施方式>基本相同,仅机柜内机箱数量这里为n+1,而<具体实施方式>中n＝3,n+1＝4,即称为四箱体。

其于特征在后面结合附图详细描述。

本发明有益效果:

1)采用并联多台小功率单体电源,解决了单台小功率电源不能对大面积金属铝、镁及合金表面镀覆加工氧化物陶瓷层,提高了加工能力。2)采用并联的多台单体电源,增加设备可靠性。若一台出现故障.其他电源仍能工作。3)显著降低电量消耗：因采用n台小功率(不大于20kw)单体电源并联而成,可按输出功率分级启动，系统内耗低；小功率器件电流上升快；功率因数高，运行成本低，电转换效率达90％以上。4)由于获得脉冲的单体电源未采用三相工频升压变压器2n和可控硅调压电路3n,消除了现有技术缺陷,减小了体积、重量、能耗；效率高、功率因素大；且环保；维护方便。5)单体电源和主控器均采用数字控制芯片dsp控制器,响应速度快,方便集中控制。6)设置了一套主控器,由主控dsp控制器编程控制,由主控触摸显示器10.1显示与操作,实现自由控制下游单体电源数量n,最多n＝24,输出控制为高速光纤传输,确保多台单体电源脉冲同步输出。且抗干扰能力强。7)每台单体电源具有独立的显示和控制系统,(可独立运行)，彩色触摸屏控制，并选择接受主控器的控制与操作。电源采用风冷方式，并加装感温探头，防止温差过大。具有过流、短路、超温(igbt工作温度)、缺相及过压保护。8)随产能增加，由于采用n台单体电源并联而成,后续通过增加并联单体电源台数n(即单元模块)扩大生产能力容易实现。并联单体电源台数n可视现场工况由客户自行设定，若加工量较小时可选择较少台数，以减少电能损耗。

9)本发明并联输出智能控制微弧氧化电源制作方法,简单,可靠,体积小。

10)微弧氧化单体电源参数如下：

输出功率20kw，可实现恒流、恒压控制，输出电压：空载850v、带载70–700v，输出平均电流：0.5–30a，输出脉宽：50-500us，输出频率:50-3000hz，输出最大峰值电流500a。单台尺寸(长×宽×高)：680mm×650mm×315mm；防护等级：ip20；环境温度：+5℃—+35℃操作；-25℃—+55℃存放冷却：风冷湿度：5％—85％，无结露。

附图说明

图1并联输出智能控制微弧氧化电源原理图。n＝3。

图2并联输出智能控制微弧氧化电源总体组合连接示意图(含光纤线10.6、10.8连接示图)。n＝3。

图3微弧氧化单体电源电路图。

图4现有公开使用传统微弧氧化电源原理图。

图5单体电源构件布置的单体布局图。

图6主控器构件布置的主控布局图。

图7并联电源最外的机柜17前侧17a外观立体图n＝3。

图8并联电源最外的机柜17后侧17b外观立体图n＝3。

图9为图7的a-a剖视图。机柜内一台单体电源机箱内俯视图(x-y面)。

图10为图7的b-b剖视图。机柜内一台单体电源机箱侧视图(z-y面)。

具体实施方式

实施例1n＝3。n为并联的微弧氧化单体电源un的支路个数。

并联输出智能控制微弧氧化电源,如下组成:

1)见图1,图2,设置并联的3个相同的微弧氧化单体电源u1、u2、u3,其三支并联电路输出端11.0接工作槽11.1中的工件11；同时配置一个主控器10。

2)每个微弧氧化单体电源u1、u2、u3,如下形成:

见图1中1号模块化电源、2号模块化电源和3号模块化电源。

a.见图1,主回路中三相交流输入1顺次连接三相整流滤波电路2、igbt高频逆变器3、高频变压器4、高频整流滤波电路5和igbt管斩波电路6。此处igbt管斩波电路6内置光电变换器。见图3,三相交流输入1内有市电三相四线a、b、c、n和手动开关1.1和由控制回路驱动的接触器1.2。三相整流滤波电路2由六个整流二极管d21、d22；d23、d24；d25、d26和滤波电容c2组成。igbt高频逆变器3内由四个igbt管q3.1、q3.2、q3.3、q3.4接成高频逆变器。高频升压变压器4原边低压侧线圈与igbt高频逆变器输出端连接；高频升压变压器4高压测与高频整流滤波电路5连接。高频整流滤波电路5内设有四个高频整流二极管(d51、d52、d53、d54)、储能电容c5。igbt管斩波电路6中设有两个igbt管q6.1、q6.2；且q6.2与接地点6b间接入两个保护续流二极管d55、d56；其两个igbt管q6.1、q6.2之间取为输出端高位点6a,高位点6a通过并联电路输出端11.0接工件槽11.1中的工件11。

b.见图1,单体电源控制回路中设有:触摸显示器9、dsp控制器8和反馈电路7。其中,dsp控制器8为数字控制芯片(这是市售产品,这里不再详述)。dsp控制器8通过接口8.2与触摸显示屏9电连接,传送触摸屏设定的信息。见图3,igbt管斩波电路6输出端6a、6b,通过线路7.1接反馈电路7,反馈电路内有对斩波电源进行过流、短路、igbt超温、缺相、过压等的保护电路和pwm脉宽调整电路。其中,过流和短路保护采用霍尔传感器12(图5中为项12的感应部分)。igbt超温采用金属铂电阻传感器(图5中超温传感器的感温探头为13)。缺相保护采用电压传感器(电压传感器取样在三相交流输入1端口)。过压保护采用分压器过压检测(分压器过压检测取样在斩波电路输出端6a、6b)。pwm脉宽调整电路(取样在斩波电路输出端6a、6b)。反馈电路7中上述传感器和分压器过压检测的电信号线引出端均接<dsp控制器8>输入端口8.4。dsp控制器8内设置dsp(数字控制芯片)自动控制调整igbt高频逆变器3(并经接口8.1传送)后,再经过高频变压器4、高频整流滤波电路5到igbt管斩波电路6,实现对输出的斩波电源进行的各种保护。

c.见图5,图9，图10每台单体电源内为风冷:内装有含感温探头13的金属铂电阻传感器,风机14、散热器15、排风机16(图8、图5)。见图5,散热器15包括散热器板15.1及板下面固定的散热片15.2等器件。

3)见图1,主控器10内设有用主控触摸屏操作的主控触摸显示器10.1和主控dsp控制器10.2。并设主控电源10.0,包括:主控三相输入10.01和主控电源开关10.02。其中,主控dsp控制器10.2通过光电转换的rs485通讯电路10.3与每个单体电源的dsp控制器8连接,每个dsp控制器8的连接端口为8.3,主控输出线10.8(光纤线)。其中,主控dsp控制器10.2斩波信号通过斩波输出及多路光电变换器10.4与每个单体电源的igbt管斩波电路6连接(光纤线连接),igbt管斩波电路6连接端口为610,三根主控与斩波光纤连线为10.6(见图1和图3)。两处连线10.8和10.6均用光纤线传输信号。

本实施例1并联输出智能控制微弧氧化电源的制作方法特征如下:n＝3

一、确定构件布局图:根据单体电源un电路图(见图3),设计确定单体电源构件布置的单体布局图(见图5)。根据主控器原理图(见图1主控器10),设计确定主控器构件布置的主控布局图(见图6)。

按单体电源主回路、控制回路和主控器等的功率、发都是热量和重量等,选择的不同制作方法。

二、制作装有主控器构件布置的主控器机箱10a:根据原理图(见图1)和主控布局图(见图6)制作主控印刷线路板，然后安装上主控元器件(10.2、10.3、10.4和10.0)(除主控触模显示器10.1没有,其于均有),最后采用波峰焊将主控元器件接头和主控印刷线路板上连线焊接固定。将焊接好的主控印刷线路板安装在主控机箱(10a)底板上。这个工艺一般可委托专业公司制作,且这是公知技术,这里不再详述。

三、制作一台内装单体电源布置的单体电源机箱una:

1)确定整体连线19:按单体布局图(见图5)和电路图(见图3)确定单体电源内各构件间整体连线19(见图9内una中的19示意)。整体连线19中,用铜箔作成细连线条,或铜箔上加形状相同的铝条成为粗连线条。2)制作带散热器的单体电源主回路布置:见图9、图10,图5,按单体布局图在散热板15.1上布置主回路构件2-6,以及各传感器的感应部分和取样部分,包括:霍尔传感器12感应部分,金属铂电阻传感器的感温探头13；三相交流输入1端的电压传感器取样；分压器过压检测和pwm脉宽调整电路取样端为斩波电路输出端6a、6b。然后将这些构件接头用螺钉与整体连线19各接头分别压紧连接,最后手工点焊连接固定。待安装。3)制作带铝制托盘21的单体电源控制回路布置；见图9,根据电路图(见图3)设计制作<dsp控制器8>及<反馈电路7>的控制印刷线路板20,然后安装上<dsp控制器8及反馈电路7>元器件,最后采用波峰焊将元器件接头和控制印刷线路板上连线焊接固定,同时安装上控制回路的控制供电电源8.0(见图3、图9、图10)；便形成单体电源的控制回路布置。将单体电源控制回路布置固定在铝制托盘21上,待安装。4)将上述主回路布置和控制回路布置安装在单体机箱18内,成为单体电源机箱una:见图10,将上述三2)制作好的带散热器的单体电源主回路布置,安装在单体机箱18底部,即散热片15.2放在单体机箱18底板上；将上述三2)制作好的带铝制托盘21的单体电源控制回路布置安装在单体机箱18中上方,距下方主回路布置高出h,一般h取为20mm；将铝制托盘21固定在单体机箱18内两侧机架18.5上(见图9)，再根据电路图图3,连接好主回路和控制回路间连饯导线(见图3,接口6a、6b、8.1-8.4,连线7.1、10.8)便完成了一台单体电源构布置安装在一个单体机箱18内的制作。

四、并联n＝3总电源结构的构成。

1)设置机柜及安装四个机箱:见图7、图9,设一个机柜17,机柜无前面板，仅设有左侧板17.1、右侧板17.2及后门17.3。从机柜内前面17a竖向z从上至下安装如下四个机箱:一台内装主控器布置的主控器机箱10a和3台内装单体电源布置的单体电源机箱una。机柜内设四层支架17.4(见图9),支撑四个机箱。见图7,四个机箱前面板10.5、18.1、18.1、18.1是分别与四个机箱固定一体的。主控机箱10a前面板10.5上安装有主控触摸显示器10.1、主控电源开关10.7,主控两个把手10.6。单体机箱18的前面板18.1上安装有触摸显示器9、进风孔18.2、两个把手18.3、电源开关18.4。

单体电源机箱una内形成的风路:见图10,机柜17内对应一台单体电源机箱una的前面板18.1进风孔18.2，正对内部风机14进风面,风机出风面正对散热器板15.1下方的散热片15.2；散热片15.2后正对单体机箱18后面板18.6上孔处安装的排风机16(同时见图8、图7)。同时见图5,图7,图10,当感温探头13检测到单体电源散热器温度超过设定值,启动风机14,外面冷风从前面板进风孔18.2吸入,沿y向穿过风机14、散热片15.2、单体机箱18后面板18.6的孔及排风机16。排除热量,冷却单体电源使之正常运转。

2)机柜内对应四箱体后面板上电路接口布置及安装:

见图8,在机柜17内,对应四箱体后面板上电路接口布置如下:

主控机箱位置有:①主控三相交流输入10.01；主控开关10.02。(用于市电接入)②斩波输出及多路光电变换器10.4；主控与斩波光纤连线为10.6。(用于与单体电源输出端连接,进行光纤传输)(以上同时见图1、图6)。单体电源机箱位置有:①三相交流输入1；手动开关1.1(用于市电接入)。②igbt管斩波电路6输出端高位点6a；(用于与工件11及返馈电路7连接)；igbt管斩波电路6输出端接地点6b(用于与反馈电路7连接)(以上同时见图1、图3)。③斩波输出及多路光电变换器10.4；主控与斩波光纤连线为10.6(用于与主控器连接进行光纤传输)(以上同时见图1、图6)。④排风机16(同时见图10)。

上述并联电源制作方法,首先按主控器、单体电源主回路、控制回路三部分不同功率采用不同的连接固定方式,既享有了简单工艺,又保证了整个制作产品的可靠性。又因采用了四个小的机箱固定支撑在大的机柜中,使之总体积小。机箱前面板放控制器触模显示屏、进气孔等,后面板布置各种接口、排风机等,不仅风路合理,且使用安装,维修更换十分方便。

实施例2:若并联支路数n大于3,则可按具体数量作1个以上的大小相同的箱柜。其于结构与制作方法与实施例1完全相同。例如n＝6,则可作两个箱柜。