專利名稱：電子束焊接用120kV/12kW中頻高壓直流電源的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種高壓直流電源。
背景技術：
電子束焊接技術作為高能束流加工技術的ー種，具有能量密度高、焊接深寬比較大、焊接變形小、可控精度高、在真空環(huán)境下焊縫純凈等突出優(yōu)點，是ー種先進的焊接方法。因此，電子束焊接技術在航空、航天、兵器、電子、核エ業(yè)等領域得到了廣泛的應用。高壓直流電源是電子束焊接裝置的關鍵部件之一，它主要為電子束提供加速電壓，其性能好壞直接決定電子束焊接質量。目前，電子束焊機依據(jù)用高壓直流加速電源的輸出電壓與功率一般分為40kV/4kW、60kV/6kW、60kV/8kW、120kV/12kW等幾個系列，高壓直流電源的技術要求在國內還沒有ー個統(tǒng)ー的標準，一些廠商提出的技術指標主要為紋波系數(shù)和穩(wěn)定度。高壓電源是焊接裝置的關鍵部件之一，電源的性能對焊接質量及エ業(yè)生產(chǎn)的可靠性影響較大。目前120kV/12kw中頻高壓直流電源難以解決電子束在束腔內運動時的發(fā)散情況與加速電壓性能之間的關系問題，可靠性較差。
發(fā)明內容本實用新型的目的是為了解決以上問題而提供一種采用中頻發(fā)電機供電、多脈波整流技術，具有可靠性高、紋波成分小、維護方便等優(yōu)點的電子束焊接用120kV/12kW中頻高壓直流電源。本實用新型的技術方案是這樣得以實現(xiàn)的一種電子束焊接用120kV/12kW中頻高壓直流電源，它包括直流9V/30A燈絲電源11、直流1200V柵偏電源12 ;直流9V/30A燈絲電源11包括220V/50HZ輸入電源6、高壓隔離變壓電路7、低壓電源8、抗高壓組件9、扼流圈10 ;其特點是它還包括直流120kV加速電源5 ;直流120kV加速電源5包括由12W/400HZ的中頻發(fā)電機提供的230V/400HZ中頻交流電輸入1、由扼流電抗器組成的將輸入的中頻交流電過流抑制的過流抑制電路2、進行升壓的中頻升壓變壓器3、將升壓后進行多脈沖整流的多脈沖整流電路4 ;直流120kV加速電源5的正端接地，直流120kV加速電源5的負端通過電阻Rl輸出；直流9V/30A燈絲電源11、直流1200V柵偏電源12均浮置于負120kV之上。本實用新型本實用新型解決了電子束在束腔內運動時的發(fā)散情況與加速電壓性能之間的關系問題，以及整流變壓器的變比對功率因數(shù)的影響；可靠性高、紋波成分小、維護方便。

圖1是本實用新型的工作原理圖。圖中I——230V/400HZ中頻交流電輸入 2——過流抑制電路 3——中頻升壓變壓器4——多脈沖整流電路 5——直流120kV加速電源 6——220V/50HZ輸入電源 7—高壓隔離變壓電路8——低壓電源 9——抗高壓組件 10——扼流圈11——直流9V/30A燈絲電源 12——直流1200V柵偏電源Rl、R2、R3、R4——電阻
具體實施方式
由圖1可見，本實用新型包括直流9V/30A燈絲電源11、直流1200V柵偏電源12 ；直流9V/30A燈絲電源11包括220V/50HZ輸入電源6、高壓隔離變壓電路7、低壓電源8、抗高壓組件9、扼流圈10 ;它還包括直流120kV加速電源5 ;直流120kV加速電源5包括由12W/400HZ的中頻發(fā)電機提供的230V/400HZ中頻交流電輸入1、由扼流電抗器組成的將輸入的中頻交流電過流抑制的過流抑制電路2、進行升壓的中頻升壓變壓器3、將升壓后進行多脈沖整流的多脈沖整流電路4 ;直流120kV加速電源5的正端接地，直流120kV加速電源5的負端通過電阻Rl輸出；直流9V/30A燈絲電源11、直流1200V柵偏電源12均浮置于負120kV之上。直流120kV加速電源5的輸入電源為230V/400HZ中頻交流電輸入1，由12W/400Hz的中頻發(fā)電機提供，經(jīng)過流抑制電路2輸入中頻升壓變壓器3經(jīng)升壓、多脈沖整流電路4獲得直流120kV加速電源5。過流抑制電路2由扼流電抗器組成，如果負載出現(xiàn)過流或中頻源由于突然合閘在變壓器內引起電磁暫態(tài)過程而出現(xiàn)大電流等現(xiàn)象時，過流抑制電路2能有效限制過電流，保護電源不受損壞。除此之外，電路還增設了阻容電路用來吸收高壓整流硅堆產(chǎn)生的過電壓，保護高壓硅堆不至損壞。直流120kV加速電源5的正端接地，直流9V/30A燈絲電源11、直流1200V柵偏電源12均浮置于負120kV之上，直流120kV加速電源5的負端通過電阻Rl輸出，所以輸出為負高壓，三個電源輸出都通過高壓電纜引出。整個電路包括變壓器都放在一個油箱中，油箱內充滿變壓器油，保證電源本體在工作時的絕緣和散熱需要。燈絲電源和柵偏電源都由變壓器輸入再經(jīng)全橋整流輔以電容濾波構成，由于輸出電壓較低、功率較小，因此設計難度相對較小。加速電源輸出電壓較高，功率較大，最高達120kV/12kw。加速電源采用先由變壓器升壓，然后不控整流的方式，不控整流電路采用耐壓值較高的硅堆構成，結構簡單，其中升壓變壓器的選取是難點，設計需綜合考慮如下幾點要求輸出功率、隔離電壓、功率因數(shù)、輸出電壓。其中前兩點只與變壓器鐵芯截面和幾何體積有關，通過計算即可選取合適的鐵芯，后兩個因素實際上是相互關聯(lián)的，需要綜合權衡。變壓器存在層、匝間分布電容，繞組匝數(shù)越多，分布電容越大，對變壓器功率因數(shù)的影響也較大。采用24脈波整流，變壓器一次側繞組采用A接法，二次側繞組采用ー組Y接法與ー組A接法，自然形成15°角相差的兩路電源，分別經(jīng)過三相橋式整流后在直流側串聯(lián)，在輸入相電壓為230V/400HZ，整流后輸出直流電壓120kV的要求下，變壓器變比分別應為A :Y=1:112, A : A =1:194。為方便分析，我們假定二次側Y繞組與A繞組的分布電容折算到初級是線性疊加的，則空載電流為I=coU0(CYnAY2+CANAA2)由經(jīng)驗可知，次級的Y與A繞組分布電容大約為200pF與300pF左右，則可以估算，輸入電壓為230V時變壓器空載電流為I=8A，功率因數(shù)大約54%左右。[0016]這里我們只考慮了分布電容的影響，沒有考慮到鐵損和銅損，考慮到這些因素后，空載電流會更大，功率因數(shù)將更低，可能導致中頻發(fā)電機無法正常工作。由上述討論可知，為了提高功率因數(shù)，要盡量降低變壓器變比，同時又要滿足輸出直流電壓要求，因此考慮采用24脈波整流的方式。但是變壓器一次側采用兩臺相同容量軸向雙分裂式牽引整流變壓器，每臺的二次側繞組分別接成Y接法和A接法，形成15°角相差，經(jīng)橋式整流后，在直流側進行串聯(lián)，形成24脈波整流系統(tǒng)。因變比減小，取二次側Y繞組與A繞組分布電容分別為IOOpF與200pF，此時，副邊有四個繞組。在輸入230 V實現(xiàn)輸出直流120kV的要求下，其變比分別應為A : Y=1:56. ,A : A =1:97，則可以算出空載電流為1=2. 6A，變壓器功率因數(shù)約為85%?？梢钥闯霾捎幂S向雙分裂式整流變壓器，并采用24脈波整流后，變壓器功率因數(shù)大大提高，同時，變壓器二次側單線包輸出電壓降低，從而相對增加了電氣絕緣強度。由此可見，電子束在束腔內加速后的分散度受加速電壓影響不大，說明電子束加速電源的設計只需要考慮為達到必要的焊接深度而需要的加速電壓、電源效率等因素。將中頻電壓升壓后采用24波整流的方式獲得高壓直流電源能較好地滿足要求，采用中頻輸入源，可以減小變壓器的體積；多重化整流技術可以有效地降低變壓器的空載漏電流，提高功率因數(shù)，同時相對提高了變壓器繞組的絕緣強度。采用中頻升壓、多脈波整流獲得直流高壓的技術成熟，工作可靠，性能穩(wěn)定，在中大功率的電子束焊接裝置中具有一定的推廣價值。
權利要求1.一種電子束焊接用120kV/12kW中頻高壓直流電源，它包括直流9V/30A燈絲電源 (11)、直流1200V柵偏電源(12);直流9V/30A燈絲電源(11)包括220V/50Hz輸入電源(6)、 高壓隔離變壓電路(7)、低壓電源(8)、抗高壓組件(9)、扼流圈(10);其特征在于它還包括直流120kV加速電源(5);直流120kV加速電源(5)包括由12W/400Hz的中頻發(fā)電機提供的 230V/400HZ中頻交流電輸入(I)、由扼流電抗器組成的將輸入的中頻交流電過流抑制的過流抑制電路(2)、進行升壓的中頻升壓變壓器(3)、將升壓后進行多脈沖整流的多脈沖整流電路(4);直流120kV加速電源(5)的正端接地，直流120kV加速電源(5)的負端通過電阻 (Rl)輸出；直流9V/30A燈絲電源(11)、直流1200V柵偏電源(12)均浮置于負120kV之上。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種電子束焊接用120kV/12kW中頻高壓直流電源，其特征在于所述的多脈沖整流電路(4)采用24脈波整流。
專利摘要一種電子束焊接用120kV/12kW中頻高壓直流電源，它包括直流9V/30A燈絲電源、直流1200V柵偏電源；它還包括直流120kV加速電源；直流120kV加速電源包括由12W/400Hz的中頻發(fā)電機提供的230V/400Hz中頻交流電輸入、由扼流電抗器組成的將輸入的中頻交流電過流抑制的過流抑制電路、進行升壓的中頻升壓變壓器、將升壓后進行多脈沖整流的多脈沖整流電路；直流120kV加速電源的正端接地，直流120kV加速電源的負端通過電阻R1輸出；直流9V/30A燈絲電源、直流1200V柵偏電源均浮置于負120kV之上。本實用新型本實用新型可靠性高、紋波成分小、維護方便。
文檔編號H02M7/04GK202889225SQ20122058166
公開日2013年4月17日 申請日期2012年11月7日 優(yōu)先權日2012年11月7日
發(fā)明者丁鑫龍, 馮德仁, 趙衛(wèi)東 申請人:丁鑫龍