專利名稱：電子束熔敷設(shè)備逆變加速電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電子束熔敷設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種電子束熔敷設(shè)備逆變加速電源裝置。
背景技術(shù)：
加速電源是電子束加工設(shè)備的關(guān)鍵部件之一，加速電源的技術(shù)指標(biāo)的靜態(tài)要求輸出電壓精度高，紋波小，動(dòng)態(tài)要求調(diào)節(jié)速度快。根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求，在不同時(shí)期技術(shù)條件下，采用不同的技術(shù)策略，如工頻自耦變壓器機(jī)械調(diào)壓控制方式，工頻晶閘管移相控制方式，中頻發(fā)電機(jī)組調(diào)壓控制方式，不同的技術(shù)策略，所達(dá)到的技術(shù)水平也各不相同。目前隨著半導(dǎo)體器件的發(fā)展，加速電源多采用逆變脈寬調(diào)制(PWM)調(diào)壓控制方式。為了減少輸出電壓的紋波量，采用高頻逆變方式，如2012年10月《電焊機(jī)》雜志第42卷第10期刊登的“基于DSP的電子束焊接高壓逆變電源控制系統(tǒng)的研制”，所采用的就是20kHz的逆變PWM調(diào)節(jié)，10級(jí)電容倍壓的方式。這種方式，電容用量太多，由于單個(gè)高壓電容的容量較少，而體積較大，整個(gè)電源的成本和體積都較大。另外，這種方式由于工作頻率較高，逆變功率管的開(kāi)關(guān)損耗較大，采用單個(gè)H橋逆變電路，對(duì)于大功率的加速電源需要特殊的大功率高頻開(kāi)關(guān)管，器件解決起來(lái)困難較大。另一種逆變方式是采用中頻逆變，高頻脈寬調(diào)制調(diào)壓方式，如專利號(hào)為ZL200810302949.1的中國(guó)實(shí)用新型專利公開(kāi)的“電子束焊機(jī)加速高壓電源的控制方法及電源裝置”，這種方式的特點(diǎn)，電容用量較少，采用一般冷軋硅鋼鐵芯，能夠?qū)崿F(xiàn)高壓整流電壓波形為高頻脈動(dòng)波，但仍存在功率管工作頻率較高，開(kāi)關(guān)損耗較大，且變壓器中高頻分量電流較大，會(huì)增加鐵耗，不利于加速電源向大功率方向發(fā)展。當(dāng)代逆變技術(shù)中，為了較少輸出交流電壓中的諧波含量，有兩種不同的研究方向。一種是兩電平研究方向，即利用PWM控制方式，通過(guò)提高開(kāi)關(guān)頻率的方法，使輸出電壓波形正弦化；另一種方向是多電平研究方向，即利用增加主電路電平數(shù)來(lái)減少輸出電壓中的諧波，并使逆變器的功率管工作在較低頻率狀態(tài)，以減少開(kāi)關(guān)損耗及電磁干擾(EMI)。電子束熔敷設(shè)備與電子束 焊機(jī)同屬電子束加工設(shè)備，加速電源有很多相似之處，但電子束熔敷設(shè)備的功率一般較大，在電子束熔敷設(shè)備的逆變加速電源中，可以借鑒逆變技術(shù)第二種研究方向的方法來(lái)降低逆變頻率，便于實(shí)現(xiàn)大功率逆變加速電源。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種電子束熔敷設(shè)備逆變加速電源裝置，其采用中頻逆變及脈寬調(diào)制調(diào)壓方式，具有逆變開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗小，高壓整流波的脈動(dòng)頻率遠(yuǎn)高于逆變頻率的特點(diǎn)。本實(shí)用新型的基本構(gòu)思是以三相中頻逆變橋+中頻升壓變壓器+三相高壓整流橋?yàn)榛締卧扇舾蓚€(gè)基本單元高壓整流橋輸出通過(guò)串聯(lián)和/或并聯(lián)組成電子束熔敷設(shè)備加速電源的整流裝置，若干個(gè)基本單元的逆變橋的相序呈對(duì)稱分布，加速電源整流裝置的輸出電壓的脈動(dòng)頻率為逆變頻率的6n倍(η為基本單元數(shù))，調(diào)壓控制方式為中頻逆變過(guò)程兼實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制(PWM)，降低逆變功率管的工作頻率即能降低開(kāi)關(guān)損耗。采用工頻交流輸入一低壓整流濾波一中頻逆變兼脈寬調(diào)制調(diào)壓一中頻變壓器升壓一高壓整流濾波輸出的技術(shù)路線，即AC — DC — AC — DC電流變換模式，通過(guò)輸出電壓的負(fù)反饋信號(hào)去控制脈寬調(diào)制的占空比，進(jìn)行自動(dòng)調(diào)壓，使高加速電源輸出電壓保持穩(wěn)定。為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型是通過(guò)以下方案實(shí)現(xiàn)的:一種電子束熔敷設(shè)備逆變加速電源裝置，包括連接的電網(wǎng)濾波器、輸入整流濾波單元、逆變器、高壓變壓器、高壓整流濾波器、高壓放電扼流電路、高壓取樣電路、電子束流取樣電阻、高壓調(diào)節(jié)器和逆變驅(qū)動(dòng)電路。電網(wǎng)濾波器的輸入端與三相市電相連，電網(wǎng)濾波器的輸出端經(jīng)輸入整流濾波單元連接逆變器的輸入端。逆變器的輸出端連接高壓變壓器的一次側(cè)繞組，高壓變壓器的二次側(cè)繞組與高壓整流濾波器的輸入端相連。高壓整流濾波器的高壓端經(jīng)高壓放電扼流電路與電子槍的陰極相連，高壓整流濾波器的低壓端經(jīng)電子束流取樣電阻后與大地和電子槍的陽(yáng)極相接。高壓取樣電路并接于高壓放電扼流電路輸出端與大地之間。高壓取樣電路連接高壓調(diào)節(jié)器的輸入端，高壓調(diào)節(jié)器的輸出端接至逆變驅(qū)動(dòng)電路的輸入端。逆變驅(qū)動(dòng)電路與逆變器相互連接。上述方案中，所述逆變器包括2個(gè)或2個(gè)以上的三相逆變橋、高壓變壓器包括2個(gè)或2個(gè)以上的三相變壓器、高壓整流濾波器包括2個(gè)或2個(gè)以上的整流橋。I個(gè)三相逆變橋、I個(gè)三相變壓器和I個(gè)整流橋組成一個(gè)基本單元。各組基本單元的三相逆變橋的輸入端均接在輸入整流濾波單元的輸出上。每組基本單元的三相逆變橋的輸出端連接同組基本單元的三相變壓器的一次側(cè)繞組，同組基本單元的三相變壓器的二次側(cè)繞組連接同組基本單元的整流橋的輸入側(cè)。各組基本單元的輸出側(cè)相互呈串聯(lián)和/或并聯(lián)連接后輸出。上述方案中，當(dāng)2個(gè)整流橋的輸出側(cè)呈并聯(lián)連接時(shí)，需通過(guò)平衡電抗器進(jìn)行并聯(lián)。作為改進(jìn)，所述高壓調(diào)節(jié)器為比例一積分調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)。此時(shí)高壓調(diào)節(jié)器的輸出端經(jīng)由一信號(hào)綜合器接至逆變驅(qū)動(dòng)電路 的輸入端。上述高壓調(diào)節(jié)器的另一個(gè)輸入端與中央控制單元的高壓給定信號(hào)輸出端相連，信號(hào)綜合器的另一個(gè)輸入端與中央控制單元的束流給定信號(hào)輸出端相連。作為進(jìn)一步改進(jìn)，本加速電源裝置還進(jìn)一步包括逆變器供電電壓檢測(cè)元件。此時(shí)，逆變器供電電壓檢測(cè)元件的2個(gè)測(cè)量端并接在輸入整流濾波單元的輸出端上，逆變器供電電壓檢測(cè)元件輸出端連接至信號(hào)綜合器的又一個(gè)輸入端上。上述方案中，所述高壓放電扼流電路由電感和高壓二極管并聯(lián)構(gòu)成。另外，電子束流取樣電阻的取樣信號(hào)輸出端、中央控制單元的電子束流給定信號(hào)輸出端和故障判別電路的輸出端還分別連至電子束熔敷設(shè)備中電子束流調(diào)節(jié)器的輸入端。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的技術(shù)方案在交流中間環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)中頻逆變和脈寬調(diào)制調(diào)壓后，通過(guò)高壓變壓器實(shí)現(xiàn)能量的傳遞、電壓值的變換和高壓的絕緣，多組三相高壓整流串聯(lián)和/或并聯(lián)，總整流電壓波的脈動(dòng)頻率遠(yuǎn)高于逆變頻率，使用較小容量的高壓濾波電容就可以滿足加速電源輸出電壓的紋波要求，逆變開(kāi)關(guān)管工作于中頻(IOOOHz以內(nèi))，開(kāi)關(guān)損耗遠(yuǎn)小于聞?lì)l逆變和聞?lì)l脈寬調(diào)制工作狀態(tài)。

圖1為本實(shí)用新型電子束熔敷設(shè)備逆變加速電源裝置一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標(biāo)號(hào)為:1 一電網(wǎng)濾波器，2 —輸入整流濾波單元，3 —電壓變送器，4 一電流變送器，5 一逆變器，6 —高壓變壓器，7 —高壓整流濾波器，8 —高壓放電扼流電路，9 一高壓取樣電路，10 —電子束流取樣電阻，11 一故障判別電路，12 —中央控制單元，13 —高壓調(diào)節(jié)器，14 一信號(hào)綜合器，15 一逆變驅(qū)動(dòng)電路。圖2為基本單兀結(jié)構(gòu)不意圖。圖中標(biāo)號(hào)為:5_1 — U相左上橋臂開(kāi)關(guān)功率管,5-2 —U相左下橋臂開(kāi)關(guān)功率管，5-3 - U相左上橋臂續(xù)流二極管，5-4 - U相左下橋臂續(xù)流二極管，5-5 — U相橋臂緩沖電路，5-6 — V相橋臂電路，5-7 — W相橋臂電路，5_8 —逆變器檢測(cè)模塊，6-1 —高壓變壓器一次側(cè)繞組，6-2 —高壓變壓器二次側(cè)繞組，7-1 —高壓整流橋，7-2 —聞壓濾波電容。圖3為圖1中逆變器各開(kāi)關(guān)功率管驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形圖(占空比50%)。圖4為本實(shí)用新型電子束熔敷設(shè)備逆變加速電源裝置另一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號(hào)為:1 一電網(wǎng)濾波器，2 —輸入整流濾波單元，3 —電壓變送器，4 一電流變送器，5 —逆變器，6 —高壓變壓器，7 —高壓整流濾波器，7-3 —平衡電抗器，8 —高壓放電扼流電路，9 一高壓取樣電路，10 —電子束流取樣電阻，11 一故障判別電路，12 —中央控制單元，
13—高壓調(diào)節(jié)器，14 一信號(hào)綜合器，15 一逆變驅(qū)動(dòng)電路。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施例的電子束熔敷設(shè)備逆變加速電源裝置，如圖1所示，主要由電網(wǎng)濾波器1、輸入整流濾波單元2、電壓變送器3、電流變送器4、逆變器5、高壓變壓器6、高壓整流濾波器7、高壓放電扼流電路8、高壓取樣電路9、電子束流取樣電阻IO、故障判別電路11、中央控制單元12、高壓調(diào)節(jié)器13、信號(hào)綜合器14和逆變驅(qū)動(dòng)電路15構(gòu)成。電網(wǎng)濾波器I的輸入端與三相四線制電網(wǎng)相接，其輸出送入輸入整流濾波單元2的交流側(cè)，用于切斷電磁干擾(EMI)傳播途徑。輸入整流濾波單元2用于將三相交流電變換成平直的不可控正負(fù)直流電，正負(fù)直流電的中點(diǎn)與電網(wǎng)的零線相接，其輸出的平直的正負(fù)直流電送入逆變器5各逆變橋的正負(fù)輸入端。電壓變送器3即逆變器供電電壓檢測(cè)元件用于檢測(cè)輸入整流濾波單元2輸出正負(fù)直流電的幅值，其輸出電壓信號(hào)Us與逆變橋輸入電壓成比例，其輸入端并接在輸入整流濾波器2輸出正負(fù)極之間,輸出端送入信號(hào)綜合器14的一輸入端。電流變送器4即逆變器供電電流檢測(cè)元件用于檢測(cè)輸入整流濾波單元2輸出正負(fù)電流的總和，其輸出電壓信號(hào)Uis與逆變器工作電流成比例。電流變送器4的輸入端串接在輸入整流濾波單元2輸出端與逆變器5的輸入端之間，輸出端送入故障判別電路11的輸入端。逆變器5由2個(gè)或2個(gè)以上的三相逆變橋組成，用于將直流電逆變成中頻交流電，同時(shí)用于脈寬調(diào)制調(diào)壓。每個(gè)三相逆變橋輸出的經(jīng)脈寬調(diào)制后的中頻交流電送入對(duì)應(yīng)的高壓變壓器6的一次側(cè)繞組。高壓變壓器6包括2 個(gè)或2個(gè)以上的三相變壓器，其個(gè)數(shù)與逆變橋的個(gè)數(shù)相同，每個(gè)變壓器的鐵心采用冷軋硅鋼片材料，用于實(shí)現(xiàn)電量的傳遞、電壓值的變換和高壓絕緣。每個(gè)變壓器二次側(cè)繞組輸出的中頻高壓電送入對(duì)應(yīng)的整流橋的交流輸入側(cè)。[0027]高壓整流濾波器7包括2個(gè)或2個(gè)以上的整流橋，其個(gè)數(shù)也與逆變橋的個(gè)數(shù)相同。高壓整流濾波器7將高壓中頻交流電變換成平直的高壓直流電。每個(gè)整流橋輸出經(jīng)高壓電容濾波后再串聯(lián)和/或并聯(lián)輸出，該輸出高壓端接至高壓放電扼流電路8，輸出低壓端經(jīng)電子束流取樣電阻10后與大地和電子槍的陽(yáng)極相接。I個(gè)逆變器加I個(gè)高壓變壓器加I個(gè)高壓整流橋組成一個(gè)基本單元?；締卧慕Y(jié)構(gòu)如圖2所示。每個(gè)逆變器由一個(gè)三相逆變橋和逆變器檢測(cè)模塊5-8組成，三相逆變橋的每個(gè)橋臂由2個(gè)開(kāi)關(guān)功率管(如U相左上橋臂開(kāi)關(guān)功率管5-1和U相左下橋臂開(kāi)關(guān)功率管5-2)、2個(gè)快速二極管(如U相左上橋臂續(xù)流二極管5-3和U相左下橋臂續(xù)流二極管5-4)以及緩沖電路(如U相橋臂緩沖電路5-5)組成。三相逆變橋工作于180ο逆變方式，逆變器檢測(cè)模塊5-8用于檢測(cè)每個(gè)開(kāi)關(guān)功率管是否短路和是否過(guò)載，其輸出接至故障判斷電路11的一輸入端。每個(gè)三相變壓器的一次側(cè)繞組6-1為帶中線的星形接法，中線與電網(wǎng)的零線相接，每個(gè)三相變壓器二次側(cè)繞組6-2為星形或三角形接法。每個(gè)整流橋7-1由6只高壓二極管組成。高壓放電扼流電路8用于抑制高壓放電電流的上升速率，減緩放電產(chǎn)生的電磁沖擊強(qiáng)度，其輸出接至電子槍的陰極。在本實(shí)用新型中，所述高壓放電扼流電路8由電感和高壓二極管并聯(lián)構(gòu)成。高壓取樣電路9并接于高壓放電扼流電路8輸出端與大地之間，用于測(cè)量加速電壓值，輸出正比于加速電壓的電壓信號(hào)Ua，其輸出的信號(hào)同時(shí)送入高壓調(diào)節(jié)器13作為負(fù)反饋信號(hào)，和送入故障判別電路11用于判斷高壓過(guò)壓及高壓放電的依據(jù)。電子束流取樣電阻10串接于加速電源輸出回路的低壓端與大地之間，用于檢測(cè)電子束流值，此電阻兩端輸出正比于電子束流大小的電壓信號(hào)ue。其輸出的信號(hào)分別送入故障判別電路11用于判斷電子束過(guò)·流的依據(jù)，和送入電子束熔敷設(shè)備中央控制單元12的電子束流調(diào)節(jié)器作為電子束流負(fù)反饋信號(hào)。故障判別電路11接受來(lái)自高壓取樣電路9、電子束流取樣電阻10和電流變送器4的輸出信號(hào)ua、Ue和Uis,故障判別電路11同時(shí)接受來(lái)自逆變器檢測(cè)模塊5-8，對(duì)加速電源運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，出現(xiàn)異常時(shí)輸出故障信號(hào)Uer,第一路送入高壓調(diào)節(jié)器13用于封鎖高壓調(diào)節(jié)器的輸出，第二路送入逆變驅(qū)動(dòng)電路15用于封鎖驅(qū)動(dòng)電路的輸出，第三路送入電子束流調(diào)節(jié)器用于封鎖電子束流調(diào)節(jié)器的輸出，第四送入電子束熔敷設(shè)備中央控制單元12，用于實(shí)現(xiàn)加速電源的多重保護(hù)、與其它部分的連鎖保護(hù)和故障提示。故障判別電路11用于判斷加速電壓是否超越設(shè)定的上限值、電子束流是否超越設(shè)定的上限值、是否產(chǎn)生高壓放電現(xiàn)象及逆變器5任一功率開(kāi)關(guān)管是否異常、供電回路電流是否超越設(shè)定的上限值，任一事件的發(fā)生都輸出信號(hào)即Uer為高電平。中央控制單元12由計(jì)算機(jī)或可編程控制器(PLC)承擔(dān)數(shù)字設(shè)定經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換(DAC)產(chǎn)生高壓設(shè)定信號(hào)Ua*送入高壓調(diào)節(jié)器13，用于產(chǎn)生加速電壓的設(shè)定波形，包括升降斜率和工作電壓的設(shè)定。高壓調(diào)節(jié)器13為比例一積分(PI)調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，用于加速電壓的精度控制，并保證加速電源穩(wěn)定運(yùn)行。正常工作時(shí)，接收中央控制單元12輸出的高壓設(shè)定信號(hào)U/和高壓取樣電路9輸出的反饋信號(hào)Ua，其輸出U。送入信號(hào)綜合器14 ;故障判別電路11有信號(hào)輸出時(shí)，高壓調(diào)節(jié)器13的輸出被封鎖。[0035]信號(hào)綜合器14還接受電壓變送器3的輸出信號(hào)Us和中央控制單元12數(shù)字設(shè)定經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換(DAC)產(chǎn)生電子束流設(shè)定信號(hào)U:。把高壓調(diào)節(jié)器13的輸出信號(hào)U。、電壓變送器3的輸出信號(hào)Us和電子束流給定信號(hào)U:線性疊加后輸出信號(hào)接至逆變驅(qū)動(dòng)電路15，調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制輸出波的占空比。逆變驅(qū)動(dòng)電路15用于產(chǎn)生逆變器5中各功率開(kāi)關(guān)管合理的驅(qū)動(dòng)脈沖。其產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)波形經(jīng)隔離放大后分別接至逆變器5中各個(gè)功率開(kāi)關(guān)管的控制極。故障判別電路11有信號(hào)輸出時(shí)，逆變驅(qū)動(dòng)電路15的輸出被封鎖。電子束熔敷設(shè)備逆變加速電源的控制方法，包括輸出高壓的穩(wěn)定調(diào)節(jié)控制，逆變器5驅(qū)動(dòng)控制及故障保護(hù)控制。所述輸出高壓的穩(wěn)定調(diào)節(jié)控制:電子束熔敷設(shè)備逆變加速電源采用工頻交流輸入—低壓整流濾波一中頻逆變兼脈寬調(diào)制調(diào)壓一中頻變壓器升壓一高壓整流濾波輸出的電流變換方式，即通過(guò)AC — DC — AC — DC電流變換方式，由中頻變壓器實(shí)現(xiàn)能量的傳遞、電壓值的變換和高壓絕緣，在交流中間環(huán)節(jié)采用脈寬調(diào)制技術(shù)調(diào)節(jié)加速電源的輸入。高壓調(diào)節(jié)器13根據(jù)高壓設(shè)定信號(hào)和反饋信號(hào)進(jìn)行比較、比例一積分運(yùn)算輸出信號(hào)去調(diào)節(jié)逆變器5的脈寬調(diào)制輸出波的占空比，最終實(shí)現(xiàn)輸出高壓的穩(wěn)定調(diào)節(jié)。此外，所述輸出高壓的穩(wěn)定調(diào)節(jié)控制還包括電網(wǎng)波動(dòng)和負(fù)載變化的動(dòng)態(tài)抗干擾調(diào)節(jié)，把電網(wǎng)電壓取樣信號(hào)Us和電子束流給定信號(hào)U/作為前饋信號(hào)與高壓調(diào)節(jié)器13的輸出信號(hào)U。綜合后輸出信號(hào)去調(diào)節(jié)逆變器5的脈寬調(diào)制輸出波的占空比，抑制電網(wǎng)波動(dòng)負(fù)載波動(dòng)弓I起加速電源電壓的動(dòng)態(tài)波動(dòng)。此外，所述逆變器5驅(qū)動(dòng)控制還包括各中頻逆變橋的相序控制，各逆變橋的逆變相序和脈寬調(diào)制波相序受同一時(shí)鐘CL控制，各逆變橋間中頻逆變相序呈對(duì)稱分布，如圖3所示。
本控制方法的故障保護(hù)控制包括下列步驟:故障判別電路11檢測(cè)電子束流取樣電阻10上的電壓信號(hào)ue，如果超過(guò)設(shè)定的上限值判為電子束流過(guò)流故障；故障判別電路11檢測(cè)高壓取樣電路9的輸出電壓信號(hào)Ua，如果超過(guò)設(shè)定的上限值判為加速電壓過(guò)壓故障，如果產(chǎn)生負(fù)突跳變化判為加速電源產(chǎn)生高壓放電故障；逆變器檢測(cè)模塊5-8檢測(cè)每個(gè)功率開(kāi)關(guān)管的溫度信號(hào)，任一功率開(kāi)關(guān)管溫度超過(guò)設(shè)定的上限值判為逆變器5過(guò)載故障；逆變器檢測(cè)模塊5-8檢測(cè)每個(gè)功率開(kāi)關(guān)管的被驅(qū)動(dòng)后的管壓降，任一檢測(cè)值超過(guò)設(shè)定的上限值判為逆變器5短路故障；故障判別電路11檢測(cè)逆變器5直流供電電流取樣電路的輸出信號(hào)，如果超過(guò)設(shè)定的上限值判為供電電流過(guò)流故障。上述任一故障的產(chǎn)生故障判別電路11輸出信號(hào)Uer都變?yōu)楦唠娖剑⒘⒓捶怄i高壓調(diào)節(jié)器13和逆變驅(qū)動(dòng)電路15的輸出。如果產(chǎn)生高壓放電故障，封鎖高壓調(diào)節(jié)器13、逆變驅(qū)動(dòng)電路15和電子束流調(diào)節(jié)器的輸出，同時(shí)中央控制單元12將輸出信號(hào)UaIP U:置零，1-3毫秒后自動(dòng)解除封鎖，實(shí)現(xiàn)高壓自動(dòng)重啟；在設(shè)定時(shí)間段內(nèi)高壓放電故障發(fā)生次數(shù)超過(guò)設(shè)定次數(shù)則判為“永久故障”，此時(shí)與處理其它故障類型的措施一樣切斷電網(wǎng)供電電源和設(shè)定信號(hào)，待故障排除后，再手動(dòng)重啟高壓。下面對(duì)本實(shí)施例的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明:電子束熔敷設(shè)備逆變加速電源直接由三相市電整流后供電，逆變器5把直流電逆變成中頻交流電，通過(guò)中頻變壓器升壓后整流輸出高壓直流電；加速電源采用輸出電壓負(fù)反饋控制方式，逆變器5在逆變過(guò)程同時(shí)實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制調(diào)壓。動(dòng)態(tài)過(guò)程脈寬調(diào)制的占空比還受電網(wǎng)電壓取樣信號(hào)U/和電子束流給定信號(hào)Uj控制。逆變器5由兩個(gè)三相橋式逆變電路組成，每個(gè)逆變橋的逆變頻率相同，脈寬調(diào)制的頻率及占空比亦相同，兩個(gè)逆變橋之間中頻逆變波形的相位差呈對(duì)稱分布。一個(gè)逆變器5加一個(gè)高壓變壓器6加一個(gè)高壓整流器7組成一個(gè)逆變供電基本單元，兩個(gè)單元的輸出經(jīng)過(guò)串聯(lián)和/并聯(lián)連接后總輸出作為電子束的加速電源。這樣中頻變壓器的鐵心可采用
0.2mm 0.35mm厚的常用冷軋硅鋼片疊成，整個(gè)中頻變壓器制造工藝簡(jiǎn)單，而高壓整流輸
出的直流電的脈動(dòng)頻率卻是中頻逆變頻率的12倍，總整流波在脈寬調(diào)制占空比大于*時(shí)
(由中頻變壓器設(shè)計(jì)參數(shù)保證)無(wú)過(guò)零點(diǎn)，選用較小的高壓濾波電容值就能濾掉交流成分，滿足紋波系數(shù)指標(biāo)要求，一方面有利于提高控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)速度，另一方面貯能小，高壓放電產(chǎn)生的沖擊自然小，有利于提高電源系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。逆變功率管工作頻率較低，開(kāi)關(guān)損耗小。本實(shí)施例在以本實(shí)用新型技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了兩組逆變橋的實(shí)施方法，其圖1中兩組高壓整流后相串聯(lián)輸出，圖4中兩組高壓整流后通過(guò)平衡電抗器7-3并聯(lián)輸出，其余部分功能與圖1相同。但本實(shí)用新型的保護(hù)不限于上述兩組逆變橋?qū)嵤├?，只要電子束熔敷設(shè)備的逆變加速電 源在交流中間環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)中頻逆變和脈沖調(diào)制調(diào)壓即屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.電子束熔敷設(shè)備逆變加速電源裝置，其特征在于:包括連接的電網(wǎng)濾波器(1)、輸入整流濾波單元(2)、逆變器(5)、高壓變壓器(6)、高壓整流濾波器(7)、高壓放電扼流電路(8 )、高壓取樣電路(9 )、電子束流取樣電阻(IO )、高壓調(diào)節(jié)器(13 )和逆變驅(qū)動(dòng)電路(15 );電網(wǎng)濾波器(1)的輸入端與三相市電相連，電網(wǎng)濾波器(I)的輸出端經(jīng)輸入整流濾波單元(2)連接逆變器(5)的輸入端；逆變器(5)的輸出端連接高壓變壓器(6)的一次側(cè)繞組，高壓變壓器(6)的二次側(cè)繞組與高壓整流濾波器(7)的輸入端相連；高壓整流濾波器(7)的高壓端經(jīng)高壓放電扼流電路(8)與電子槍的陰極相連，高壓整流濾波器(7)的低壓端經(jīng)電子束流取樣電阻(10)后與大地和電子槍的陽(yáng)極相接；高壓取樣電路(9)并接于高壓放電扼流電路(8)輸出端與大地之間；高壓取樣電路(9)連接高壓調(diào)節(jié)器(13)的輸入端，高壓調(diào)節(jié)器(13)的輸出端接至逆變驅(qū)動(dòng)電路(15)的輸入端；逆變驅(qū)動(dòng)電路(15)與逆變器(5)相互連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束熔敷設(shè)備逆變加速電源裝置，其特征在于:所述逆變器(5)包括2個(gè)或2個(gè)以上的三相逆變橋、高壓變壓器(6)包括2個(gè)或2個(gè)以上的三相變壓器、高壓整流濾波器(7)包括2個(gè)或2個(gè)以上的整流橋；1個(gè)三相逆變橋、I個(gè)三相變壓器和I個(gè)整流橋組成一個(gè)基本單元；各組基本單元的三相逆變橋的輸入端均接在輸入整流濾波單元(2)的輸出上；每組基本單元的三相逆變橋的輸出端連接同組基本單元的三相變壓器的一次側(cè)繞組，同組基本單元的三相變壓器的二次側(cè)繞組連接同組基本單元的整流橋的輸入側(cè)；各組基本單元的輸出側(cè)相互呈串聯(lián)和/或并聯(lián)連接后輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子束熔敷設(shè)備逆變加速電源裝置，其特征在于:當(dāng)2個(gè)整流橋的輸出側(cè)呈并聯(lián)連接時(shí)，需通過(guò)平衡電抗器(16)進(jìn)行并聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任意一項(xiàng)所述的電子束熔敷設(shè)備逆變加速電源裝置，其特征在于:所述高壓調(diào)節(jié)器(13)為比例一積分調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)；此時(shí)高壓調(diào)節(jié)器(13)的輸出端經(jīng)由一信號(hào)綜合器(14)接至逆變驅(qū)動(dòng)電路(15)的輸入端；上述高壓調(diào)節(jié)器(13)的另一個(gè)輸入端與中央控制單元的高壓給定信號(hào)輸出端相連，信號(hào)綜合器(14)的另一個(gè)輸入端與中央控制單元的束流給定信號(hào)輸出端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電子束熔敷設(shè)備逆變加速電源裝置，其特征在于:還進(jìn)一步包括逆變器供電電壓檢測(cè)元件(3);此時(shí)，逆變器供電電壓檢測(cè)元件(3)的2個(gè)測(cè)量端并接在輸入整流濾波單元(2)的輸出端上，逆變器供電電壓檢測(cè)元件(3)輸出端連接至信號(hào)綜合器(14)的又一個(gè)輸入端上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子束熔敷設(shè)備逆變加速電源裝置，其特征在于:所述高壓放電扼流電路(8)由電感和高壓二極管并聯(lián)構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種電子束熔敷設(shè)備逆變加速電源裝置，其以三相中頻逆變橋+中頻升壓變壓器+三相高壓整流橋?yàn)榛締卧?，由若干個(gè)基本單元高壓整流橋輸出通過(guò)串聯(lián)和/或并聯(lián)組成電子束熔敷設(shè)備加速電源的整流裝置，若干個(gè)基本單元的逆變橋的相序呈對(duì)稱分布，加速電源整流裝置的輸出電壓的脈動(dòng)頻率為逆變頻率的6n倍(n為基本單元數(shù))，調(diào)壓控制方式為中頻逆變過(guò)程兼實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制(PWM)，降低逆變功率管的工作頻率即能降低開(kāi)關(guān)損耗。本實(shí)用新型采用中頻逆變及脈寬調(diào)制調(diào)壓方式，具有逆變開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗小，高壓整流波的脈動(dòng)頻率遠(yuǎn)高于逆變頻率的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23K15/02GK203091963SQ201320068490
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月6日
發(fā)明者黃小東, 韋壽祺, 陸思恒, 郭華艷, 王偉, 蔣思遠(yuǎn), 陸葦, 黃海, 黃地送 申請(qǐng)人:桂林獅達(dá)機(jī)電技術(shù)工程有限公司