Детальная информация

Объект разработки — однофазный источник питания повышенной частоты с обратной связью по току, предназначенный для электроснабжения двухструйного дугового плазмотрона с последовательным соединением дуг. Работа выполнена в связи с потребностью в управляемых источниках переменного тока повышенной частоты для получения высококачественного порошкового сырья и его напыления на изделия. Цель работы — разработка и обоснование структуры источника питания, расчёт параметров силовой схемы ранее упомянутого источника, проверка корректности полученных результатов средствами численного моделирования COMSOL Multiphysics и Matlab Simulink. Произведён расчёт элементов силовой схемы: сетевого выпрямителя, фильтра звена постоянного тока, мостового инвертора на IGBT-транзисторах и силового высокочастотного трансформатора. Расчёт трансформатора проведён по методике Р.Х. Бальяна и проверен в программном комплексе COMSOL Multiphysics. Работа источника питания, включая замкнутый контур регулирования тока при работе на нелинейную нагрузку, исследована путём создания и расчёта модели источника питания в среде MATLAB Simulink. Результаты моделирования подтвердили стабилизацию действующего значения тока нагрузки на уровне около 50 А при частоте преобразования 30  кГц и длительности переходного процесса менее 1 мс. Полученное в программном комплексе COMSOL Multiphysics распределение магнитной индукции в магнитопроводе трансформатора согласуется с принятыми при расчёте допущениями и не выявило областей локального насыщения. Практическая значимость работы состоит в обоснованной методике расчёта и проверенной модели источника питания, пригодных для последующего проектирования экспериментального образца установки плазменной обработки.

The subject of this study is a single-phase high-frequency power supply with current feedback, designed to power a twin-jet arc plasma torch with series-connected arcs. This work was carried out in response to the need for controllable high-frequency AC power supplies to produce high-quality powder raw materials and spray them onto products. The practical value of the work lies in the substantiated design procedure and the verified model of the power supply, suitable for the subsequent development of an experimental prototype of a plasma processing unit. The objective of this work is to develop and justify the power supply’s structure, calculate the parameters of the power circuit of the aforementioned power supply, and verify the correctness of the obtained results using COMSOL Multiphysics and Matlab Simulink numerical simulation tools. The components of the power circuit were calculated: the mains rectifier, the DC link filter, the IGBT-based bridge inverter, and the high-frequency power transformer. The transformer was calculated using R.H. Balyan’s method and verified in the COMSOL Multiphysics software package. The operation of the power supply, including the closed-loop current control circuit when operating with a nonlinear load, was investigated by creating and simulating a power supply model in the MATLAB Simulink environment. The simulation results confirmed the stabilization of the effective load current at approximately 50 A at a conversion frequency of 30 kHz and a transient duration of less than 1 ms. The magnetic flux density distribution in the transformer’s magnetic core obtained using the COMSOL Multiphysics software package is consistent with the assumptions made in the calculation.