谐振高压等离子球磨电源研究
2021年电子技术应用第9期
袁 松，曾 敏，李 阳，胡子鑫
华南理工大学 机械与汽车工程学院，广东 广州510641
摘要： 等离子辅助球磨技术需要高压电源激发等离子场，而目前高压等离子球磨电源存在开关管数目多、控制时序复杂、可靠性低等问题。研制了采用单管结构的谐振高压等离子球磨电源。首先介绍了主电路的工作原理，详细分析了初级谐振网络的固有谐振频率及谐振参数选择；利用变压器与负载的串联谐振网络进一步提高输出电压幅值；通过Simulink仿真，验证了主电路工作波形以及谐振电压增益，其输出电压峰峰值可达到24 kV以上。在此基础上，研制了一台输出功率3 kW样机，并成功激发等离子场用于辅助球磨。
中圖分類號： TM832
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201266
中文引用格式： 袁松，曾敏，李陽，等. 諧振高壓等離子球磨電源研究[J].電子技術應用，2021，47(9)：91-95.
英文引用格式： Yuan Song，Zeng Min，Li Yang，et al. Research on resonant high voltage plasma ball milling power supply[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(9)：91-95.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201266
中文引用格式： 袁松，曾敏，李陽，等. 諧振高壓等離子球磨電源研究[J].電子技術應用，2021，47(9)：91-95.
英文引用格式： Yuan Song，Zeng Min，Li Yang，et al. Research on resonant high voltage plasma ball milling power supply[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(9)：91-95.
Research on resonant high voltage plasma ball milling power supply
Yuan Song，Zeng Min，Li Yang，Hu Zixin
School of Mechanical & Automotive Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510641，China
Abstract： Plasma assisted ball milling technology requires high voltage power supply to excite the plasma field. However, high voltage plasma ball milling power supply has many problems such as large numbers of switch tubes, complicated control timing, and low reliability. Therefore, the high voltage plasma ball milling power supply based on single tube structure has been developed. Firstly, the working principle of the main circuit is introduced, and the inherent resonance frequency and resonance parameter selection of the primary resonance network are analyzed in detail. In addition, the voltage gain of the transformer and load series resonance network is utilized to further increase the amplitude of output voltage. Through Simulink software, the main circuit waveforms and the resonance voltage gain are verified. The peak-to-peak output voltage reach more than 24 kV. Based on the above, a prototype with an output power of 3 kW is developed, and the plasma field is successfully excited and used in auxiliary field ball milling.
Key words : silicon controlled rectifier；auxiliary field ball milling；high voltage power supply；resonance；plasma
0 引言
傳統機械高能球磨中利用機械能使材料內部反復形變、細化、固相變化等過程以制備具有良好性能的化合物粉末[1]。但其機械能作用效率較低、耗能大且球磨過程需要較長時間，容易帶來介質污染[2]。針對上述問題，等離子體輔助球磨技術應運而生[3-4]，利用等離子體激發的高活性粒子對表面的活化與機械破碎的雙重作用加強了粉末細化，大幅提高了球磨的效率，且等離子球磨在真空電離，不會帶來污染物。等離子球磨過程中等離子放電與機械效應的比值不同對輔助球磨的影響不同，因此研制具有可控放電參數的高壓等離子球磨電源具有重要意義。
以往工頻高壓電源整機效率低，變壓器體積及損耗較大，因此越來越多的高壓等離子電源采用高頻電源[5]，利用在放電電極間施加高頻高壓交流電來激發等離子體，減少了電源體積和提高了電源效率。目前高壓高頻電源存在控制結構復雜的問題，一般采用前級全橋整流電路，Buck電路直流調壓加上全橋逆變結構，完成由AC-DC-AC的變換，時序控制復雜[6-8]，電源可靠性較低，不利于等離子體輔助球磨系統長時間的穩定工作。
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作者信息：
袁 松，曾 敏，李 陽，胡子鑫
（華南理工大學 機械與汽車工程學院，廣東 廣州510641）
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