丝电爆控制系统设计和电参数影响的研究
纳米颗粒具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应等特殊性质，在军事国防、工业制造、生物医学等领域都有着广阔的应用前景。丝电爆法制备金属纳米颗粒具有工艺参数调整方便，对环境友好，所生产的纳米颗粒分布均匀、纯度高等特点，有望成为工业化制备纳米颗粒的有效方法。 丝电爆系统包括丝电爆装置和丝电爆控制系统两部分。针对继电器控制系统存在接线复杂，功能改动困难的问题，设计了基于可编程控制器（PLC）的丝电爆控制系统。根据丝电爆装置的工作流程，确定了控制目标，结合相关控制器件的特性，设计了丝电爆控制系统的控制电路及相应的PLC内部编程逻辑，通过实际接线使丝电爆系统自动、连续地完成制备纳米颗粒的过程。 控制脉冲触发开关有效、及时地通断丝电爆高压大电流放电电路是丝电爆控制系统的关键环节。针对触发管对电路通断控制不够可靠且对电流波形有影响的问题，研制了基于油介质转移的脉冲触发开关及其触控装置。在电极中开辟充油空间作为触发开关，检测到金属丝到位后，触控装置控制变压器油流出充油空间，开关因气体击穿而导通，一次电爆结束后，触控装置控制变压器油回流，开关因绝缘而关断，整个过程可以实现放电电路有效的通断控制，并通过仿真分析验证了脉冲触发开关的可靠性。 在丝电爆制备纳米颗粒的过程中，当电参数与金属丝质量实现匹配时，总沉积能量才能够充分启爆金属丝，避免大颗粒的形成。本文采用电路模拟和试验探究两种方法研究电参数对丝电爆过程的影响。电路模拟中，建立了基于比作用量的金属丝模型，通过改变电参数获得不同条件下的电流波形，仿真结果表明：增大充电电压、减小电感，减小电阻和增大储能电容均可以提高放电电流峰值，进而提高金属丝的沉积能量；试验探究中，通过改变电极类型和气隙长度进行丝电爆试验，将电参数与丝电爆装置的设计联系起来，可以依托丝电爆系统对金属丝的沉积能量进行有效控制。 丝电爆试验中存在幅值、频率均很高的电流信号，结合电流时域、频域和沉积能量特性进行研究，结果表明：出现高幅高频电流的丝电爆过程能够使金属丝完全汽化，可以成功制备金属纳米颗粒；改变电极类型和气隙长度不仅改变了放电回路中的电参数，同时影响金属丝低频和高频成分的沉积能量，对控制丝电爆制备纳米颗粒的平均粒径和丝电爆装置的改进具有借鉴意义。
金属纳米颗粒;丝电爆控制系统;硬件设计;电参数
兰州理工大学
硕士
控制理论与控制工程
张爱华
2019
中文
TF305;TP273
2019-09-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）