1 电弧等离子体基础知识 1
1.1 电弧等离子体的产生 1
1.2 电弧等离子体的特点 3
1.3 电弧等离子体的工作形式 6
1.4 电弧等离子体特性 7
1.5 电弧等离子体系统及其现状 8
1.5.1 电弧等离子体系统的构成 8
1.5.2 电弧等离子体系统的现状及发展趋势 10
2 电弧等离子体发生器 12
2.1 约束型电弧等离子体发生器 12
2.1.1 约束型电弧等离子体发生器的特点 12
2.1.2 约束型等离子体发生器的设计要求 13
2.1.3 电弧等离子体发生器的基本结构形式 14
2.2 再约束型电弧等离子体发生器 20
2.2.1 机械约束 21
2.2.2 气体再约束 21
2.2.3 水再约束 21
2.2.4 磁场再约束 23
2.3 自由电弧等离子体发生器 28
3 直流等离子体电源能量的高效变换技术 30
3.1 等离子体电源的分类及其发展 30
3.1.1 等离子体电源的分类 30
3.1.2 等离子体电源的发展 31
3.2 主电路拓扑结构的选择 32
3.3 全桥硬开关逆变式等离子体电源 34
3.3.1 硬开关换流原理 34
3.3.2 驱动波形测试 35
3.3.3 主变压器二次侧波形测试 36
3.3.4 主变压器一次侧电流波形测试 36
3.3.5 快恢复整流电压波形测试 37
3.3.6 IGBT电流及电压波形 38
3.4 全桥软开关等离子体电源技术 38
3.4.1 全桥软开关技术的发展 39
3.4.2 移相全桥软开关逆变拓扑结构分析 41
3.5 改进型的移相零电压软开关电路 45
3.5.1 软开关换流原理及过程 45
3.5.2 系统仿真研究 50
3.5.3 基于饱和电感阻断的ZVS软开关电路特点 53
3.5.4 谐振换流参数的设计 55
3.5.5 实验研究及分析 58
3.6 ZVZCS软开关变换技术 64
3.6.1 软开关换流过程 64
3.6.2 实现ZVS和ZCS的条件及策略 67
3.6.3 仿真研究和功率实验分析 68
3.7 软开关与硬开关电源的比较 70
4 大功率变极性等离子体电源能量的高效变换技术 72
4.1 变极性拓扑基本结构及原理 72
4.1.1 变极性电源的结构组成 73
4.1.2 变极性电源工作原理分析 75
4.1.3 电流换向过程高压稳弧原理 77
4.2 关键部件参数设计与选型 78
4.2.1 工频整流桥的选择 78
4.2.2 输入滤波电容的选择 78
4.2.3 功率开关管IGBT的选择 79
4.2.4 功率变压器的设计 80
4.2.5 谐振电感的设计 82
4.2.6 快速整流二极管的选择 83
4.2.7 输出滤波电感的设计 83
4.2.8 后级逆变桥IGBT的选择 83
4.2.9 尖峰抑制吸收电路的设计 84
4.3 系统仿真及结果分析 85
4.3.1 仿真环境及仿真电路原理 85
4.3.2 前级逆变电路的仿真 86
4.3.3 后级逆变电路的仿真 88
4.4 实验研究及验证 90
4.4.1 双逆变桥驱动波形 90
4.4.2 主变压器波形测试 92
4.4.3 前级逆变桥开关波形 93
4.4.4 后级逆变桥输出波形 95
4.4.5 实际工艺过程波形 97
5 等离子体能量的精密数字功率转换技术 98
5.1 数字功率转换基础 98
5.2 数字化控制系统的结构与功能 99
5.2.1 DSC控制器及其最小系统 101
5.2.2 JTAG调试电路 103
5.2.3 外围电路供电电源 103
5.2.4 IGBT驱动电路 104
5.2.5 一次侧过流保护电路 104
5.2.6 电流电压反馈电路 106
5.2.7 DA光耦隔离与放大电路 107
5.2.8 系统故障检测与保护电路 109
5.2.9 通信接口电路 110
5.2.10 IO接口电路 111
5.3 人机交互的数字化 111
5.3.1 数字化面板 112
5.3.2 可视化人机交互系统 115
5.4 数字化控制软件的设计 120
5.4.1 Keil软件开发工具 120
5.4.2 FreeRTOS实时内核 122
5.4.3 任务设计及管理 123
5.4.4 数字PWM的产生 129
5.4.5 数字调节规律 134
5.5 电源性能测试 139
5.5.1 静特性测试 139
5.5.2 动特性测试 140
5.5.3 能效测试 141
6 电弧等离子体电源系统功率增强方法 143
6.1 基于仿生学的电源系统优化方法 143
6.1.1 人体系统的可靠性机制 143
6.1.2 电弧等离子体电源仿生优化的实践 144
6.2 多智能节点型功率模块的数字化协同 147
6.2.1 数字协同网络的选择 147
6.2.2 CAN协同网络的延时问题 150
6.2.3 CAN网络协同程序设计 152
6.2.4 CAN网络协同控制实验 153
6.3 并联均流策略 154
6.3.1 常用均流方法工作原理 154
6.3.2 数字均流策略 157
6.3.3 实际均流效果 158
6.4 智能冗余策略 158
6.4.1 智能冗余的实现方法 158
6.4.2 智能冗余效果测试 161
7 强等离子体能量传递可靠性优化设计 163
7.1 双闭环控制策略 163
7.1.1 电流模式反馈控制 163
7.1.2 平均电流－峰值电流双闭环控制 164
7.1.3 双电流闭环控制的特征 171
7.1.4 峰值电流控制电路设计的关键问题 173
7.2 功率变压器的偏磁校正 176
7.2.1 变压器偏磁过程分析 176
7.2.2 隔直电容的偏磁抑制作用 177
7.2.3 双闭环控制的偏磁调节作用 177
7.3 驱动可靠性设计 178
7.3.1 高频驱动要求 178
7.3.2 脉冲变压器驱动电路 179
7.3.3 基于非神经超前反馈与保护的高频驱动技术 179
7.3.4 新型驱动器驱动实验 185
7.4 系统抗干扰措施 191
7.4.1 干扰源分析 191
7.4.2 硬件抗干扰措施 193
7.4.3 软件抗干扰措施 193
7.4.4 具体抗干扰措施实例 194
7.5 逆变器的热设计 196
7.5.1 IGBT功耗和散热设计 196
7.5.2 功率变压器的热设计 198
7.5.3 过热保护 199
7.6 新一代宽禁带器件对等离子体系统综合性能的提升 199
7.6.1 WBG半导体材料的特点 200
7.6.2 WBG功率器件对等离子体逆变器性能的提升 201
7.6.3 基于WBG功率器件的新一代等离子体逆变器 203
8 电弧等离子体工艺过程的数字化管理 209
8.1 电弧等离子体系统的数字化集成 209
8.1.1 电弧等离子体系统的结构及功能 209
8.1.2 综合管理系统的构成 210
8.2 综合管理系统界面开发 212
8.2.1 MATLAB与VB混合编程的实现方法 212
8.2.2 通信界面的设计 213
8.2.3 波形显示模块的设计 215
8.2.4 综合管理系统的通信接口及波特率的选择 217
8.2.5 通信界面任务的设计 217
8.2.6 联机实验 218
8.3 数据采集、处理及分析 220
8.3.1 数据采集与数字化处理 220
8.3.2 数据的分析方法 221
8.3.3 小波变换分析技术 223
8.3.4 数据采集及处理流程 225
8.4 图像与电信号的多信息协同感知与分析 226
9 高效电弧等离子体技术的应用 231
9.1 工业固废等离子体清洁处理技术 231
9.1.1 电子废弃物的等离子体资源化处理 231
9.1.2 工业固废的等离子体减量化、清洁化处理 235
9.1.3 危险固体废弃物的等离子体清洁处理 235
9.2 核废料等离子体清洁处理技术 237
9.2.1 等离子体离心处理系统 237
9.2.2 等离子体气化熔融废物处理技术 238
9.2.3 等离子体减容设备 238
9.2.4 废树脂等离子体处理技术 239
9.3 电弧等离子体清洁点火技术 240
9.3.1 等离子体无油点火技术 240
9.3.2 等离子体点火技术在发动机点火中的应用 245
9.4 煤化工中的等离子体清洁生产技术 245
9.4.1 热等离子体裂解煤制乙炔技术 246
9.4.2 等离子体煤气化制合成气技术 246
9.4.3 等离子法合成碳纳米管技术 247
9.4.4 等离子裂解煤制炭黑技术 247
9.5 高性能等离子弧切割技术 247
9.5.1 等离子弧切割特点 247
9.5.2 等离子弧切割分类及其应用 249
9.5.3 中厚板等离子弧切割设备及工艺 250
9.5.4 磁再约束等离子弧精细切割 265
9.6 等离子弧焊接 278
9.6.1 通用等离子弧焊接方法 278
9.6.2 等离子－复合热源焊接 280
9.6.3 机器人VPPA等离子弧焊接 282
9.6.4 等离子弧焊接的不足及缺陷 283
9.6.5 等离子弧焊接的应用范围 284
9.7 等离子弧增材制造 284
9.7.1 丝材熔积等离子弧增材制造原理 285
9.7.2 等离子弧增材制造的进展及问题 286
9.8 等离子弧喷涂 288
9.9 等离子体镀膜 289
参考文献 291