[发明专利]可控电变质脉冲电源

说明书

技术领域

本发明涉及一种可控电变质脉冲电源，主要用于在强脉冲电磁场作用下金属及其合金电变质处理、组织细化、改性及材料成型的研究与生产所以的强电脉冲发生装置。

背景技术

随着科学技术的进步，人们对材料的性能有了越来越高的要求，如何更有效地利用资源、减少污染、提高金属材料加工的技术水平是材料行业21世纪所面临的重要课题。金属组织晶粒的大小对金属的力学性能有着很大影响，传统细化金属组织的方法是在液态金属中添加变质剂，以达到细化金属组织的目的。但是这种方法一是变质剂存在合金污染、改变合金成分，对环境有污染，二是添加剂价格昂贵，生产成本高，达不到很好的社会效益和经济效益。利用脉冲电流对金属材料凝固过程的控制，可以达到细化金属组织的目的，与传统的添加剂细晶技术相比，应用这些物理手段控制和细化金属凝固组织可以避免对环境和金属材料本身的污染。现有脉冲电源主要是用于电火花、电镀等方面产品的加工、防腐和装饰，电流密度较小，脉冲功率有限，还不能满足在金属材料凝固过程中细化金属组织的作用。

在凝固过程中在合金液或液固混合液中通以强脉冲电流来“破碎”枝晶，细化铸态组织的一种电变质处理技术，但目前使用的电变质脉冲电源的性能不够完善，设计不科学，性价比低，笨重庞大，使研究工作受到限制。哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室巩春志、田修波等人研制的10KV等离子体表面改性高压脉冲电源，输出脉冲峰值电压虽然较高，但电流幅值只有20A，电流密度极低。哈尔滨工业大学王玉魁、宋博岩等2006提研制的节能式电火花加工脉冲电源用高频变压器取代笨重的工频变压器，用电感取代限流电阻，但由于其输出电流峰值只有50A，不符合细晶项目研究与生产的需求。再有2004年5月四川电子科技大学自动化CAT实验室和中国工程物理研究院研制的可一种可调的高压脉冲发生器，脉冲电压幅值达200KV，但带负荷能力太低，外接负载要大于1200欧姆才能稳定工作，同样不能用于细晶项目，并且采用的开关器件粗大笨重，成本较高。

上海大学翟启杰；李仁兴等人于2008年2月申请的细化金属凝固组织的高压脉冲电源装置(专利号为200510030739.8)。它由恒流充电系统、储能系统和控制系统组成，主要电路包括充电回路、高压整流电路、关机自动泄放回路、高压控制电路、续流回路、主电源开关控制电路、工作电压预选控制电路和引燃管触发电路。脉冲电压峰值达10KV，储能电容C＝200～2000μF，最大储能81KJ，最大放电电流2×10⁵A，连续放电最高频率≤5H_Z，电流脉冲宽度10μS～100mS。该脉冲电源脉冲峰值电压高，脉宽范围大，输出能量高，可对有色金属及黑色金属进行有效的凝固组织细化处理。但是该装置结构复杂、体积庞大、过于笨重、价格昂贵、性价比低，而且输出脉冲峰值电流不够大，仅1％MA级，后期使用维护成本也较高，不能长期可靠使用。这就使得其操作使用不便，特别是针对科学研究等方面，难以让人接受；在细晶研究方面参量范围不尽合理，限制了细晶技术向更深层次，更微观领域迈进。

目前强电流、高峰值电压脉冲电源技术还不够成熟，可控脉冲电源参量范围小或不适用于该项目研究和生产，工作不够稳定等都严重制约着该项技术研究的深入进行。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种可控电变质脉冲电源，是一种高能量密度电变质脉冲电源，最大单个脉冲能量可达KJ级，脉冲峰值电流可达MA级，脉冲峰值电压3000V。

技术方案

本发明的基本思想是：在时间上压缩能量，再通过纳秒级短时放电的思想，以获得对试样处理的高电流密度的窄脉冲。电源实现在时间上压缩能量采用的是高压脉冲电容，脉冲电容把能量在尽可能短的时间内以电场形式储存起来，利用低阻值的金属凝固组织构成放电回路，通过真空开关的切换完成纳秒级快速放电，理论峰值电流可达MA级，并实现高能脉冲的连续输出。本脉冲电源的脉冲宽度产生的电流密度，对研究金属凝固组织晶粒细化的机理有着很好的效果。

本发明的技术其特征在于：三相外电源经升压调压电路均分三档，将信号送至高压整流电路，整流后的输出经脉冲形成及其控制电路将高能脉冲连续输出，同时输出于脉冲电压显示电路；单相电的输入联接脉冲形成及其控制电路和脉冲电压显示电路；所述的升压调压电路采用R型三相升压变压器，所述的高压整流电路三相全桥整流电路。