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。
中图分类号： TM832
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201266
中文引用格式： 袁松，曾敏，李阳，等. 谐振高压等离子球磨电源研究[J].电子技术应用，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.
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201266
中文引用格式： 袁松，曾敏，李阳，等. 谐振高压等离子球磨电源研究[J].电子技术应用，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
传统机械高能球磨中利用机械能使材料内部反复形变、细化、固相变化等过程以制备具有良好性能的化合物粉末[1]。但其机械能作用效率较低、耗能大且球磨过程需要较长时间，容易带来介质污染[2]。针对上述问题，等离子体辅助球磨技术应运而生[3-4]，利用等离子体激发的高活性粒子对表面的活化与机械破碎的双重作用加强了粉末细化，大幅提高了球磨的效率，且等离子球磨在真空电离，不会带来污染物。等离子球磨过程中等离子放电与机械效应的比值不同对辅助球磨的影响不同，因此研制具有可控放电参数的高压等离子球磨电源具有重要意义。
以往工频高压电源整机效率低，变压器体积及损耗较大，因此越来越多的高压等离子电源采用高频电源[5]，利用在放电电极间施加高频高压交流电来激发等离子体，减少了电源体积和提高了电源效率。目前高压高频电源存在控制结构复杂的问题，一般采用前级全桥整流电路，Buck电路直流调压加上全桥逆变结构，完成由AC-DC-AC的变换，时序控制复杂[6-8]，电源可靠性较低，不利于等离子体辅助球磨系统长时间的稳定工作。
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作者信息：
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）
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