專利名稱：人造金剛石壓機(jī)加熱電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及人造金剛石壓機(jī)，具體為人造金剛石壓機(jī)加熱電源裝置，屬于電力電子 技術(shù)領(lǐng)域。
(二)
背景技術(shù)：
人造金剛石壓機(jī)是生產(chǎn)金剛石的專用設(shè)備，主要原料為石墨被放置在由四個(gè)頂錘頂端構(gòu) 成的四方體空腔內(nèi)，高壓油泵驅(qū)動(dòng)頂錘產(chǎn)生高壓力對(duì)石墨材料進(jìn)行擠壓，同時(shí)通入大電流， 靠石墨材料體電阻的電熱效應(yīng)產(chǎn)生高溫。人造金剛石壓機(jī)中只有兩個(gè)電極與石墨材料相連接 ，因此加熱電源只能用單相交流或直流供電。目前人造金剛石壓機(jī)加熱電源裝置有下列三種 形式
1. 單相50Hz、 220V或380V電源經(jīng)晶閘管移相調(diào)壓再經(jīng)工頻變壓器降壓后提供。網(wǎng)側(cè)三 相電流嚴(yán)重不平衡，且網(wǎng)側(cè)諧波電流大，功率因數(shù)低，致使電網(wǎng)供電質(zhì)量變差，供電部門是 不允許的，必須采取其它補(bǔ)償措施，從而增加了損耗和投資。
2. 三相50Hz、 380V電源整流成不可控直流，經(jīng)逆變裝置逆變成中頻交流電，逆變過程 同時(shí)進(jìn)行脈寬調(diào)制調(diào)壓，再經(jīng)中頻變壓器降壓后提供。解決了網(wǎng)側(cè)三相電流不平衡問題，網(wǎng) 側(cè)諧波電流較小，功率因數(shù)高，但中頻電流趨膚效應(yīng)嚴(yán)重，通過石墨材料體的電流密度不均 勻，影響金剛石生成的質(zhì)量與產(chǎn)量。
3. 三相50Hz、 380V電源經(jīng)晶閘管移相調(diào)壓然后經(jīng)三相工頻變壓器降壓，最后由二極管 整流成直流提供。解決了網(wǎng)側(cè)三相電流不平衡問題，較單相供電網(wǎng)側(cè)諧波電流要小，功率因 數(shù)要高，無(wú)電流趨膚效應(yīng)問題，電流均勻通過石墨材料體，但直流電使得石墨體(含其它材 料)在熔融狀態(tài)下正負(fù)離子分別向負(fù)正電極迀移，從而造成腔體內(nèi)材料成分分布不均勻，同 樣影響金剛石生成的質(zhì)量與產(chǎn)量。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種人造金剛石壓機(jī)加熱電源裝置。 它可有效地消除單相負(fù)載對(duì)電網(wǎng)的危害，且無(wú)趨膚效應(yīng)造成電流分布不均的弊端，并能及時(shí) 解決正負(fù)離子迀移積累于電極附近問題。
本實(shí)用新型的基本構(gòu)思是人造金剛石壓機(jī)低頻加熱電源經(jīng)三相工頻變壓器降壓，變壓 器的次級(jí)采用帶平衡電抗器的雙反星形相控整流電路，通過兩組雙反星形反并聯(lián)輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)整流、調(diào)節(jié)電壓和變極性的目的。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案人造金剛石壓機(jī)加熱電源裝置，包括降壓變壓器和晶閘管 ，其不同之處在于所述變壓器的初級(jí)直接與電網(wǎng)電源相連，變壓器的次級(jí)接至兩組晶閘管移 相整流電路的輸入端；兩組晶閘管移相整流電路反并聯(lián)輸出經(jīng)短網(wǎng)接到人造金剛石壓機(jī)的兩 個(gè)電極上，給石墨原料提供加熱電源。
人造金剛石壓機(jī)加熱電源裝置為低電壓大電流制，包括三相降壓變壓器，所述變壓器的 初級(jí)與三相輸入電源相連，變壓器的次級(jí)每相有兩個(gè)匝數(shù)相同的繞組，接成雙反星形電路， 兩個(gè)星形電路的中點(diǎn)接在一起；兩個(gè)星形電路分別與兩組反并聯(lián)輸出的、且?guī)胶怆娍蛊鞯?三相雙半波(雙反星形)相控整流電路相接，兩個(gè)星形電路的中點(diǎn)和平衡電抗器的中間端分 別接到人造金剛石壓機(jī)的兩個(gè)電極上。
所述整流電路包括6個(gè)正向整流晶閘管、6個(gè)反向整流晶閘管和一個(gè)平衡電抗器。為了能 夠?qū)崿F(xiàn)輸出電源極性可變，變壓器輸出每相都接兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管，S卩6個(gè)正向整流晶閘 管和平衡電抗器組成正向電流雙反星形相控整流電路，6個(gè)反向整流晶閘管和平衡電抗器組 成反向電流雙反星形相控整流電路。當(dāng)6個(gè)正向晶閘管工作，另外6個(gè)反向晶閘管必須截止， 此時(shí)電源裝置向人造金剛石壓機(jī)腔體電極提供正向電流；當(dāng)6個(gè)反向晶閘管工作，另外6個(gè)正 向晶閘管必須截止，此時(shí)電源裝置向人造金剛石壓機(jī)腔體電極提供反向電流。
上述方案還包括一控制單元，該控制單元輸出控制端分別接至兩個(gè)相控整流電路的控制 端，能夠按一定周期切換正反向晶閘管整流電路輪流工作，這樣電源裝置輸出電源的極性按 低頻變化。
所述控制單元的 一 輸入信號(hào)端接收用于檢測(cè)兩個(gè)人造金剛石壓機(jī)兩電極間工作電壓 的電壓檢測(cè)元件的輸出信號(hào)；另一輸入信號(hào)端接收用于檢測(cè)人造金剛石壓機(jī)加熱電源工作電 流的電流檢測(cè)元件的輸出信號(hào)。控制單元的作用還有根據(jù)電壓和電流檢測(cè)元件輸出信號(hào)的大 小自動(dòng)調(diào)節(jié)晶閘管移相觸發(fā)角，控制工作電流按工藝要求變化。
所述控制單元的輸出控制端還與顯示和報(bào)警單元相連，用于顯示電源運(yùn)行參數(shù)?？刂茊?元的作用還有檢測(cè)判斷故障的產(chǎn)生并輸出故障報(bào)警信號(hào)和及時(shí)封鎖晶閘管觸發(fā)脈沖，對(duì)電源 進(jìn)行保護(hù)。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)采用三相電網(wǎng)平衡供電，克服了人造金剛石壓機(jī)加熱體單相供電時(shí) 造成網(wǎng)側(cè)三相電流嚴(yán)重不平衡，且網(wǎng)側(cè)諧波電流大，功率因數(shù)低，致使電網(wǎng)供電質(zhì)量變差的 問題；采用低頻電流加熱，可勿略電流的趨膚效應(yīng)，石墨材料內(nèi)電流均勻分布，并及時(shí)消除 正負(fù)離子迀移在電極附近的積累，有效提高金剛石生成的質(zhì)量與產(chǎn)量；設(shè)置平衡電抗器構(gòu)成雙反星形相控整流電路，較之三相雙半波相控整流電路，晶閘管導(dǎo)電時(shí)間長(zhǎng)，變壓器利用率 高，可提高運(yùn)行效率，降低制造成本。


圖l為本實(shí)用新型人造金剛石壓機(jī)加熱電源裝置實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖，圖中T為變壓器， TF1 TF6為正向整流晶閘管，TR1 TR6為反向整流晶閘管，LP為平衡電抗器，LT為電流檢測(cè) 元件，YT為電壓檢測(cè)元件。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型人造金剛石壓機(jī)加熱電源裝置實(shí)施例如圖l所示，三相50Hz、 380V市電直接 接至三相工頻變壓器T的初級(jí)繞組，變壓器T的次級(jí)每相有兩個(gè)匝數(shù)相同的繞組，接成雙反星 形電路，兩個(gè)星形電路的中點(diǎn)接在一起(o點(diǎn))，并接至人造金剛石壓機(jī)腔體電極的一端。6個(gè) 正向整流晶閘管TF1 TF6和平衡電抗器LP組成正向電流雙反星形相控整流電路，6個(gè)反向整 流晶閘管TR1 TR6和平衡電抗器LP組成反向電流雙反星形相控整流電路。變壓器T次級(jí)的一 個(gè)星形電路的u相接至第一正向整流晶閘管TF1的陽(yáng)極和第一反向整流晶閘管TR1的陰極，v相 接至第三正向整流晶閘管TF3的陽(yáng)極和第三反向整流晶閘管TR3的陰極，w相接至第五正向整 流晶閘管TF5的陽(yáng)極和第五反向整流晶閘管TR5的陰極。第一正向整流晶閘管TF1 、第三正向 整流晶閘管TF3、第五正向整流晶閘管TF5的陰極和第一反向整流晶閘管TR1 、第三反向整流 晶閘管TR3、第五反向整流晶閘管TR5的陽(yáng)極接在一起并與平衡電抗器LP的一輸入端相接。變 壓器T次級(jí)的另 一個(gè)反星形電路的-u相接至第四正向整流晶閘管TF4的陽(yáng)極和第四反向整流晶 閘管TR4的陰極，i相接至正向整流晶閘管第六TF6的陽(yáng)極和第六反向整流晶閘管TR6的陰極 ，-w相接至第二正向整流晶閘管TF2的陽(yáng)極和第二反向整流晶閘管TR2的陰極。第二正向整流 晶閘管TF2、第四正向整流晶閘管TF4、第六正向整流晶閘管TF6的陰極和第二反向整流晶閘 管TR2、第四反向整流晶閘管TR4、第六反向整流晶閘管TR6的陽(yáng)極接在一起并與平衡電抗器 LP的另一輸入端相接。平衡電抗器LP的中間輸出端接至人造金剛石壓機(jī)腔體的另一個(gè)電極。
所述還包括一控制單元，該控制單元輸出控制端分別接至兩個(gè)相控整流電路的控制端， 即控制單元的輸出控制端與每個(gè)整流晶閘管的控制端相連?？刂茊卧囊惠斎胄盘?hào)端接收用 于檢測(cè)兩個(gè)人造金剛石壓機(jī)兩電極間工作電壓的電壓檢測(cè)元件YT的輸出信號(hào)；另一輸入信號(hào) 端接收用于檢測(cè)人造金剛石壓機(jī)加熱電源工作電流的電流檢測(cè)元件LT的輸出信號(hào)?？刂茊卧?的輸出控制正向整流晶閘管TF1 TF6及反向整流晶閘管TR1 TR6的工作狀態(tài)，控制單元的另 一路輸出接至參數(shù)顯示和故障報(bào)警顯示單元。
人造金剛石壓機(jī)晶閘管低頻加熱電源裝置工作過程在控制單元的控制下，當(dāng)6個(gè)正向晶閘管TF1 TF6工作，6個(gè)反向晶閘管TR1 TR6必然截止，此時(shí)電源裝置向人造金剛石壓機(jī) 腔體電極提供正向電流；當(dāng)6個(gè)反向晶閘管TR1 TR6工作，6個(gè)正向晶閘管TF1 TF6必然截止 ，此時(shí)電源裝置向人造金剛石壓機(jī)腔體電極提供反向電流?？刂茊卧匆欢ㄖ芷谇袚Q正反向 晶閘管整流電路輪流工作，腔體電極兩端電源的極性呈周期變化，變化頻率在O. 01-5Hz范圍 內(nèi)可調(diào)?？刂茊卧鶕?jù)電壓檢測(cè)元件YT和電流檢測(cè)元件LT的信號(hào)的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)晶閘管移相 觸發(fā)角，控制工作電流按工藝要求變化。低頻電源工作過程的電壓、電流、功率等運(yùn)行參數(shù) 被實(shí)時(shí)顯示；控制單元檢測(cè)電壓檢測(cè)元件YT和電流檢測(cè)元件LT信號(hào)的大小是否超過某一設(shè)定 值，如果超過則判為故障，輸出故障報(bào)警信號(hào)，并及時(shí)封鎖晶閘管觸發(fā)脈沖，實(shí)現(xiàn)保護(hù)，避 免故障進(jìn)一步擴(kuò)大。
本實(shí)用新型不僅限于上述實(shí)施例，只要人造金剛石壓機(jī)加熱電源經(jīng)工頻變壓器降壓，變 壓器的次級(jí)采用兩組晶閘管反并聯(lián)相控整流電路能輸出正反向電流就屬于本實(shí)用新型的保護(hù) 范圍。
權(quán)利要求權(quán)利要求1人造金剛石壓機(jī)加熱電源裝置，包括降壓變壓器(T)和晶閘管，其特征在于所述變壓器(T)的初級(jí)直接與電網(wǎng)電源相連，變壓器(T)的次級(jí)接至兩組晶閘管移相整流電路的輸入端；兩組晶閘管移相整流電路反并聯(lián)輸出經(jīng)短網(wǎng)接到人造金剛石壓機(jī)的兩個(gè)電極上，給石墨原料提供加熱電源。
2 根據(jù)權(quán)利要求l所述的人造金剛石壓機(jī)加熱電源裝置，其特征在于 :所述變壓器(T)的初級(jí)與三相輸入電源相連，變壓器(T)的次級(jí)每相有兩個(gè)匝數(shù)相同的繞 組，接成雙反星形電路，兩個(gè)星形電路的中點(diǎn)接在一起；兩個(gè)星形電路分別與兩組反并聯(lián)輸 出的、且?guī)胶怆娍蛊鞯娜嚯p半波雙反星型相控整流電路相接，兩個(gè)星形電路的中點(diǎn)和平 衡電抗器(LP)的中間端分別接到人造金剛石壓機(jī)的兩個(gè)電極上。
3 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的人造金剛石壓機(jī)加熱電源裝置，其特征 在于所述整流電路包括6個(gè)正向整流晶閘管(TF1 TF6) 、 6個(gè)反向整流晶閘管(TR1 TR6)和 平衡電抗器(LP) ; 6個(gè)正向整流晶閘管(TF1 TF6)和平衡電抗器(LP)組成正向電流雙 反星形相控整流電路，6個(gè)反向整流晶閘管(TR1 TR6)和同一平衡電抗器(LP)組成反向 電流雙反星形相控整流電路；變壓器(T)次級(jí)的一個(gè)星形電路的u相接至第一正向整流晶閘 管(TF1)的陽(yáng)極和第一反向整流晶閘管(TR1)的陰極，v相接至第三正向整流晶閘管( TF3)的陽(yáng)極和第三反向整流晶閘管(TR3)的陰極，w相接至第五正向整流晶閘管(TF5)的 陽(yáng)極和第五反向整流晶閘管(TR5)的陰極，第一正向整流晶閘管(TF1)、第三正向整流晶 閘管(TF3)、第五正向整流晶閘管(TF5)的陰極和第一反向整流晶閘管(TR1)、第三反 向整流晶閘管(TR3)、第五反向整流晶閘管(TR5)的陽(yáng)極接在一起并與平衡電抗器(LP) 的一輸入端相接；變壓器(T)次級(jí)的另一個(gè)反星形電路的-u相接至第四正向整流晶閘管( TF4)的陽(yáng)極和第四反向整流晶閘管(TR4)的陰極，i相接至第六正向整流晶閘管(TF6) 的陽(yáng)極和第六反向整流晶閘管(TR6)的陰極，-w相接至第二正向整流晶閘管(TF2)的陽(yáng)極 和第二反向整流晶閘管(TR2)的陰極，第二正向整流晶閘管(TF2)、第四正向整流晶閘管 (TF4)、第六正向整流晶閘管(TF6)的陰極和第二反向整流晶閘管(TR2)、第四反向整流晶閘管(TR4)、第六反向整流晶閘管(TR6)的陽(yáng)極接在一起并與平衡電抗器(LP)的另 一輸入端相接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的人造金剛石壓機(jī)加熱電源裝置，其特征在于 :還包括一控制單元，該控制單元輸出控制端分別接至兩個(gè)相控整流電路的控制端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的人造金剛石壓機(jī)加熱電源裝置，其特征在于 :所述控制單元的一輸入信號(hào)端接收用于檢測(cè)人造金剛石壓機(jī)兩電極間工作電壓的電壓檢測(cè) 元件(YT)的輸出信號(hào)；另一輸入信號(hào)端接收用于檢測(cè)人造金剛石壓機(jī)加熱電源工作電流的 電流檢測(cè)元件(LT)的輸出信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的人造金剛石壓機(jī)加熱電源裝置，其特征在于 :所述控制單元的另一個(gè)輸出控制端還與顯示和報(bào)警單元相連，用于顯示電壓運(yùn)行參數(shù)和輸 出報(bào)警信號(hào)。
專利摘要本實(shí)用新型公開的人造金剛石壓機(jī)加熱電源裝置，包括降壓變壓器和晶閘管，所述變壓器的初級(jí)直接與電網(wǎng)電源相連，變壓的次級(jí)接至兩組晶閘管移相整流電路的輸入端；兩組晶閘管移相整流電路反并聯(lián)輸出經(jīng)短網(wǎng)接到人造金剛石壓機(jī)的兩個(gè)電極上，給石墨原料提供加熱電源。它可有效地消除單相負(fù)載對(duì)電網(wǎng)的危害，且無(wú)趨膚效應(yīng)造成電流分布不均的弊端，并能及時(shí)解決正負(fù)離子遷移積累于電極附近問題。
文檔編號(hào)B01J3/06GK201234213SQ20082030156
公開日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月22日
發(fā)明者何少佳, 莫金海, 韋壽祺 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)