大電流直流脈沖電源的制作方法
【專利摘要】一種大電流直流脈沖電源，其電路包括：第一儲(chǔ)能電容和第一晶閘管串聯(lián)成的第一支路(100)；第二儲(chǔ)能電容和第二晶閘管串聯(lián)成的第二支路(200)；該兩個(gè)支路并聯(lián)；連接在第一儲(chǔ)能電容和第一晶閘管的公共端與電源輸出端之間的第三晶閘管(VS5)；連接在第二儲(chǔ)能電容和第二晶閘管的公共端與電源輸出端之間的第四晶閘管(VS6)；第一整流器(U1)，其三個(gè)交流端通過(guò)第一變壓器(TV1)接電源輸入端、兩個(gè)直流端接第一支路兩端；脈沖發(fā)生控制器(300)和第五變壓器(TV7)，用于產(chǎn)生兩路幅值相等相位相反的脈沖通過(guò)所述晶閘管控制第一和第二儲(chǔ)能電容交替充放電。本電源能夠產(chǎn)生600Hz峰值達(dá)20000A的脈沖電流。
【專利說(shuō)明】大電流直流脈沖電源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及脈沖電源，具體涉及大峰值電流直流脈沖電源。
【背景技術(shù)】
[0002]高能脈沖電源在金屬材料的塑性加工、合金的凝固過(guò)程及組織控制、高頻感應(yīng)加熱、表面熱處理、電弧焊接、脈沖電鍍和高功率激光泵等軍工和民用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。大多數(shù)時(shí)候，實(shí)際應(yīng)用除了對(duì)脈沖電流的脈寬有一定限定外，還要求脈沖電源的輸出電流具有高的能量密度，即脈沖電源能夠輸出高頻率大峰值的脈沖電流。比如，金屬材料的電致塑性加工處理所用的高頻和大電流可以使金屬材料的塑性大大增強(qiáng)，變形抗力大幅下降，使得材料的變形變得容易，尺寸控制更加精確。因此，制造穩(wěn)定的低成本高頻、大峰值電流的高能脈沖電源是業(yè)界一直追求的目標(biāo)。
[0003]大多數(shù)直流脈沖電源是利用電容器的充電和放電來(lái)獲得脈沖電流的，但由于受到電源電壓和電器元件本身特性的限制，脈沖電源輸出的頻率和峰值電流往往相互限制，采用現(xiàn)有技術(shù)制造既能獲得高頻又能獲得大峰值的脈沖電源是相當(dāng)困難的。專利號(hào)為ZL00268205.2的中國(guó)專利介紹了一種由蓄電池和電容器并聯(lián)所組成的大電流脈沖電源，但其放電電流也僅為100A，且其脈沖寬度為0.4ms，工作頻率為10Hz，很難滿足現(xiàn)代工業(yè)的使用要求。專利號(hào)為ZL200820077173.3的中國(guó)專利公開(kāi)了一種大功率電塑性加工用脈沖電流裝置，其最多可提供11路并聯(lián)電路，每路最大300A,總共最大3300A的脈沖電流。專利號(hào)為ZL201120407621.3的中國(guó)專利介紹了一種可用于沖擊磁鐵的大電流脈沖電源裝置，可提供頻率為數(shù)十赫茲，脈寬小于600ns，脈沖電流峰值大于2100A的大電流脈沖電源裝置，但其較小的頻率和脈寬限制了其使用范圍。由以上可見(jiàn)，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用的脈寬和頻率范圍內(nèi)，制造脈沖電流峰值大于5000A的脈沖電源裝置還沒(méi)有獲得實(shí)質(zhì)性的突破。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種大電流直流脈沖電源。
[0005]本實(shí)用新型提供的一種大電流直流脈沖電源，其電路包括:
[0006]第一儲(chǔ)能電容和第一晶閘管串聯(lián)組成的第一支路；
[0007]第二儲(chǔ)能電容和第二晶閘管串聯(lián)組成的第二支路，第二支路和第一支路并聯(lián)；
[0008]連接在第一儲(chǔ)能電容和第一晶閘管的公共端與電源輸出端之間的第三晶閘管；
[0009]連接在第二儲(chǔ)能電容和第二晶閘管的公共端與電源輸出端之間的第四晶閘管；
[0010]第一整流器，其三個(gè)交流端通過(guò)第一變壓器接電源的三相輸入端、兩個(gè)直流端對(duì)應(yīng)接第一支路的兩端；
[0011]脈沖發(fā)生控制器，包括兩個(gè)開(kāi)關(guān)管、由第一線圈和帶第一中間抽頭的第二線圈構(gòu)成的第二變壓器、由帶第二中間抽頭的第三線圈和第四線圈構(gòu)成的第三變壓器、低壓直流源以及第二整流器，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的e極和第一中間抽頭接低壓直流源的輸出端，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的c極對(duì)應(yīng)接第三線圈的兩端，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的b極對(duì)應(yīng)接第二線圈的兩端，第二中間抽頭接低壓直流源的地端，第一線圈一端接第二整流器的一個(gè)直流端、另一端通過(guò)第三電容接第二整流器的另一個(gè)直流端，第二整流器的三個(gè)交流端通過(guò)第四變壓器接電源的三相輸入端；以及
[0012]第五變壓器，具有第五線圈和設(shè)于同一側(cè)的第六線圈和第七線圈，用于輸出兩路幅值相等相位相反的控制脈沖，第五線圈與第四線圈連接，第六線圈一端接第一晶閘管和第三晶閘管的公共端、另一端通過(guò)第一正向二極管接第一晶閘管的控制端并通過(guò)第二反向二極管接第三晶閘管的控制端，第七線圈一端接第二晶閘管和第四晶閘管的公共端、另一端通過(guò)第三正向二極管接第二晶閘管的控制端并通過(guò)第四反向二極管接第四晶閘管的控制端。
[0013]進(jìn)一步，該大電流直流脈沖電源的電路還包括第三整流器、第四整流器、第六變壓器和第七變壓器，第三整流器的三個(gè)交流端通過(guò)第六變壓器接電源的三相輸入端、兩個(gè)直流端對(duì)應(yīng)接第一支路的兩端，第四整流器的三個(gè)交流端通過(guò)第七變壓器接電源的三相輸入端、兩個(gè)直流端與第二整流器的兩個(gè)直流端并接，第一變壓器和第四變壓器的初、次級(jí)線圈均為星形連接，第六變壓器和第七變壓器的初級(jí)線圈為三角形連接、次級(jí)線圈為星形連接。
[0014]進(jìn)一步，第一儲(chǔ)能電容兩端并接第五二極管，第二儲(chǔ)能電容兩端并接第六二極管。
[0015]本直流脈沖電源能夠產(chǎn)生600Hz以上、峰值達(dá)20000A的脈沖電流。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為第一實(shí)施例大電流直流脈沖電源的電路圖；
[0017]圖2為其中?、⑥、?點(diǎn)的電壓波形；
[0018]圖3為第二實(shí)施例大電流直流脈沖電源的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0020]圖1示出了第一實(shí)施例大電流直流脈沖電源的電路。如圖1所示，該電源電路包括:第一儲(chǔ)能電容C9和第一晶閘管VS4串聯(lián)組成的第一支路100 ;第二儲(chǔ)能電容ClO和第二晶閘管VS7串聯(lián)組成的第二支路200，第二支路200和第一支路100并聯(lián)；連接在第一儲(chǔ)能電容C9和第一晶閘管VS4的公共端與電源輸出端之間的第三晶閘管VS5 ;連接在第二儲(chǔ)能電容ClO和第二晶閘管VS7的公共端與電源輸出端之間的第四晶閘管VS6。該電源電路還包括第一整流器U1、脈沖發(fā)生控制器300和第五變壓器TV7。
[0021]第一整流器Ul的三個(gè)交流端通過(guò)第一變壓器TVl接電源的三相輸入端，第一整流器Ul的兩個(gè)直流端對(duì)應(yīng)接第一支路100的兩端。
[0022]脈沖發(fā)生控制器300包括:兩個(gè)開(kāi)關(guān)管VT1、VT2，由第一線圈LI和帶第一中間抽頭Tl的第二線圈L2構(gòu)成的第二變壓器TV5，由帶第二中間抽頭T2的第三線圈L3和第四線圈L4構(gòu)成的第三變壓器TV6，低壓直流源301，以及第二整流器U2。兩個(gè)開(kāi)關(guān)管VT1、VT2的e極和第一中間抽頭Tl接低壓直流源301的輸出端，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管VT1、VT2的c極對(duì)應(yīng)接第三線圈L3的兩端，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管VT1、VT2的b極對(duì)應(yīng)接第二線圈L2的兩端，第二中間抽頭T2接低壓直流源301的地端，第一線圈LI 一端接第二整流器U2的一個(gè)直流端、另一端通過(guò)第三電容C2接第二整流器U2的另一個(gè)直流端，第二整流器U2的三個(gè)交流端通過(guò)第四變壓器TV3接電源的三相輸入端。
[0023]第五變壓器TV7具有第五線圈L5和設(shè)于同一側(cè)的第六線圈L6和第七線圈L7，用于輸出兩路幅值相等相位相反的控制脈沖，第五線圈L5與第四線圈L4連接，第六線圈L6一端接第一晶閘管VS4和第三晶閘管VS5的公共端、另一端通過(guò)第一正向二極管VD19接第一晶閘管VS4的控制端并通過(guò)第二反向二極管VD20接第三晶閘管VS5的控制端，第七線圈L7 一端接第二晶閘管VS7和第四晶閘管VS6的公共端、另一端通過(guò)第三正向二極管VD27接第二晶閘管VS7的控制端并通過(guò)第四反向二極管VD26接第四晶閘管VS6的控制端。
[0024]該電路的工作過(guò)程如下:脈沖發(fā)生控制器300輸出的脈沖經(jīng)過(guò)第五變壓器TV7后產(chǎn)生兩路幅值相等相位相反的控制脈沖，通過(guò)第一至第四晶閘管控制第一儲(chǔ)能電容C9和第二儲(chǔ)能電容ClO交替地充電和放電，即第一儲(chǔ)能電容C9充電時(shí)第二儲(chǔ)能電容ClO向負(fù)載輸出電流，第二儲(chǔ)能電容ClO充電時(shí)第一儲(chǔ)能電容C9向負(fù)載輸出電流。圖1中?、?、?點(diǎn)的電壓波形分別如圖2中的?、?、?所示。該電源可產(chǎn)生一個(gè)頻率為600Hz、峰值達(dá)20000A的脈沖電流。
[0025]進(jìn)一步在第一儲(chǔ)能電容C9兩端并接第五二極管VD21，第二儲(chǔ)能電容ClO兩端并接第六二極管VD25，此外還設(shè)置了二極管VD17、VD18、VD22、VD23、VD24、VD28，以進(jìn)一步消除第一儲(chǔ)能電容C9和第二儲(chǔ)能電容ClO充放電之間的相互影響，提高脈沖電源的性能。
[0026]圖3示出了第二實(shí)施例大電流直流脈沖電源的電路。如圖3所示，相較于第一實(shí)施例，第二實(shí)施例大電流直流脈沖電源電路增加了第三整流器U3、第四整流器U4、第六變壓器TV8和第七變壓器TV9，第三整流器U3的三個(gè)交流端通過(guò)第六變壓器TV8接電源的三相輸入端、兩個(gè)直流端對(duì)應(yīng)接第一支路100的兩端，第四整流器U4的三個(gè)交流端通過(guò)第七變壓器TV9接電源的三相輸入端、兩個(gè)直流端與第二整流器U2的兩個(gè)直流端并接，第一變壓器TVl和第四變壓器TV3的初、次級(jí)線圈均為星形連接，第六變壓器TV8和第七變壓器TV9的初級(jí)線圈為三角形連接、次級(jí)線圈為星形連接。第二實(shí)施例大電流直流脈沖電源可產(chǎn)生一個(gè)頻率為1200Hz、峰值達(dá)20000A以上的脈沖電流。
[0027]本實(shí)用新型中所述的第一儲(chǔ)能電容可以是單個(gè)電容，也可以由復(fù)數(shù)個(gè)電容串聯(lián)、并聯(lián)或者串并聯(lián)構(gòu)成。同樣，第二儲(chǔ)能電容可以是單個(gè)電容，也可以由復(fù)數(shù)個(gè)電容串聯(lián)、并聯(lián)或者串并聯(lián)構(gòu)成。
【權(quán)利要求】
1.一種大電流直流脈沖電源，其特征在于，該電源的電路包括: 第一儲(chǔ)能電容(C9)和第一晶閘管(VS4)串聯(lián)組成的第一支路(100)； 第二儲(chǔ)能電容(ClO)和第二晶閘管(VS7)串聯(lián)組成的第二支路(200)，第二支路和第一支路并聯(lián)； 連接在第一儲(chǔ)能電容(C9)和第一晶閘管(VS4)的公共端與電源輸出端之間的第三晶閘管(VS5)； 連接在第二儲(chǔ)能電容(ClO)和第二晶閘管(VS7)的公共端與電源輸出端之間的第四晶閘管(VS6)； 第一整流器(Ul)，其三個(gè)交流端通過(guò)第一變壓器(TVl)接電源的三相輸入端、兩個(gè)直流端對(duì)應(yīng)接第一支路的兩端； 脈沖發(fā)生控制器(300)，包括兩個(gè)開(kāi)關(guān)管(VT1、VT2)、由第一線圈(LI)和帶第一中間抽頭(Tl)的第二線圈(L2)構(gòu)成的第二變壓器(TV5)、由帶第二中間抽頭(T2)的第三線圈(L3)和第四線圈(L4)構(gòu)成的第三變壓器(TV6)、低壓直流源(301)以及第二整流器(U2)，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的e極和第一中間抽頭接低壓直流源的輸出端，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的c極對(duì)應(yīng)接第三線圈的兩端，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的b極對(duì)應(yīng)接第二線圈的兩端，第二中間抽頭接低壓直流源的地端，第一線圈一端接第二整流器的一個(gè)直流端、另一端通過(guò)第三電容(C2)接第二整流器的另一個(gè)直流端，第二整流器的三個(gè)交流端通過(guò)第四變壓器(TV3)接電源的三相輸入端；以及 第五變壓器(TV7)，具有第五線圈(L5)和設(shè)于同一側(cè)的第六線圈(L6)和第七線圈(L7)，用于輸出兩路幅值相等相位相反的控制脈沖，第五線圈與第四線圈連接，第六線圈一端接第一晶閘管(VS4)和第三晶閘管(VS5)的公共端、另一端通過(guò)第一正向二極管(VD19)接第一晶閘管(VS4)的控制端并通過(guò)第二反向二極管(VD20)接第三晶閘管(VS5)的控制端，第七線圈一端接第二晶閘管(VS7)和第四晶閘管(VS6)的公共端、另一端通過(guò)第三正向二極管(VD27)接第二晶閘管(VS7)的控制端并通過(guò)第四反向二極管(VD26)接第四晶閘管(VS6)的控制端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的大電流直流脈沖電源，其特征在于:該電源的電路還包括第三整流器(U3)、第四整流器(U4)、第六變壓器(TV8)和第七變壓器(TV9)，第三整流器的三個(gè)交流端通過(guò)第六變壓器(TV8)接電源的三相輸入端、兩個(gè)直流端對(duì)應(yīng)接第一支路的兩端，第四整流器的三個(gè)交流端通過(guò)第七變壓器(TV9)接電源的三相輸入端、兩個(gè)直流端與第二整流器的兩個(gè)直流端并接，第一變壓器(TVl)和第四變壓器(TV3)的初、次級(jí)線圈均為星形連接，第六變壓器(TV8)和第七變壓器(TV9)的初級(jí)線圈為三角形連接、次級(jí)線圈為星形連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的大電流直流脈沖電源，其特征在于:第一儲(chǔ)能電容(C9)兩端并接第五二極管(VD21)，第二儲(chǔ)能電容(ClO)兩端并接第六二極管(VD25)。
【文檔編號(hào)】H02M9/02GK203708136SQ201420028031
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】唐國(guó)翌, 王海波, 盧福瑞, 唐飛, 宋國(guó)林 申請(qǐng)人:清華大學(xué)深圳研究生院, 哈爾濱精德成套電氣有限公司, 黑龍江虹橋金屬制品有限公司