專利名稱：電子束轟擊爐電子束發(fā)生系統(tǒng)電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電子束電熱設(shè)備，具體為電子束轟擊爐電子束發(fā)生系統(tǒng) 電源裝置。(二) 背景技術(shù)電子束轟擊爐是利用高速電子轟擊爐料時(shí)所產(chǎn)生的熱能來(lái)進(jìn)行熔煉和加 熱的一種電熱設(shè)備，是一種綜合了真空物理、材料科學(xué)、電子技術(shù)、電子光 學(xué)、高電壓技術(shù)、計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)等多種技術(shù)的高科技產(chǎn)品，與其它真空 熔煉爐相比，功率密度高，可用于貴重、稀有、難熔金屬的熔煉和精練，爐 內(nèi)真空度高，容易制備各種高純材料或特殊合金以及用于熔煉優(yōu)質(zhì)特殊鋼和 鈦廢屑回收等，此外還具有無(wú)耐火材料對(duì)爐料污染的優(yōu)點(diǎn)。電子束轟擊爐的發(fā)展方向是大功率、多槍，這類設(shè)備的單臺(tái)功率已達(dá)2400kW。電子束轟擊爐的關(guān)鍵技術(shù)是電子束發(fā)生器(電子槍)及其電源。電子束轟擊爐多采用間熱式陰極軸向電子槍，其中電子束發(fā)生系統(tǒng)由燈絲、陰極、聚束極、陽(yáng)極等組成，與之相對(duì)應(yīng)的電源裝置包括燈絲電源、轟擊電源和電子束加速電源，它們工作在負(fù)高壓端。目前電子束轟擊爐中電子束發(fā)生系統(tǒng)電源控制方法及電源裝置的特點(diǎn)為1) 電子束加速電源為閉環(huán)穩(wěn)壓系統(tǒng)，即利用晶閘管移相交流調(diào)壓自動(dòng)控 制主變壓器的輸入電壓，使加速電源輸出電壓保持穩(wěn)定；2) 電子束流的控制亦設(shè)計(jì)成閉環(huán)系統(tǒng)，即通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)的燈絲加熱電流 來(lái)改變陰極加熱功率從而控制陰極發(fā)射電子束的能力，最終實(shí)現(xiàn)電子 束穩(wěn)流控制；3) 電子束功率的穩(wěn)定靠上述加速電壓和電子束流兩套獨(dú)立閉環(huán)系統(tǒng)來(lái) 實(shí)現(xiàn)。電子束轟擊爐主功率電源——加速電源采用晶閘管移相交流調(diào)壓閉環(huán)控 制方式不可避免地存在如下嚴(yán)重缺陷，對(duì)于大功率電子束轟擊爐尤為明顯。 1)交流側(cè)輸入電流諧波幅值大，對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重污染，形成電力"公害";2) 移相調(diào)壓增加電流滯后相角，功率因數(shù)變低；3) 為了保證調(diào)節(jié)量要求，主變壓器容量設(shè)計(jì)的裕量較大，利用率偏低， 主變壓器的損耗較大，運(yùn)行效率不高；4) 主變壓器輸入電壓波形為非正弦波，高次諧波電壓、電流使得鐵耗增 大，運(yùn)行效率進(jìn)一步降低；5) 主變壓器非正弦波電壓供電使得整流輸出電壓紋波較大，增加了濾波 的難度，最終輸出加速電壓仍含有較高的紋波系數(shù)；6) 輸出電壓紋波較大不利于電子束聚焦，降低電子束在電子槍中的流通 率，造成電子槍運(yùn)行溫度過(guò)高，運(yùn)行效率下降。綜上所述，為了消除電子束轟擊爐運(yùn)行時(shí)對(duì)電網(wǎng)構(gòu)成的"公害"及提高 其運(yùn)行效率，必須摒棄其電子束發(fā)生系統(tǒng)加速電源采用晶閘管移相交流調(diào)壓 控制方式，尋找新的控制方法并設(shè)計(jì)新的電子束發(fā)生系統(tǒng)電源裝置。(三)實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種電子束轟擊爐電子束發(fā)生系統(tǒng)電源裝置， 電子束轟擊爐主電源——電子束加速電源直接由市電供電，開(kāi)環(huán)控制的加速 電源輸出加速電壓的幅值隨供電電壓及負(fù)載變化而波動(dòng)，實(shí)用新型加速電壓 取樣信號(hào)和電子束流取樣信號(hào)作為轟擊電源和燈絲電源的控制信號(hào)，各電源 間協(xié)調(diào)工作，使電子束功率不受加速電壓變化影響，為電子束轟擊爐提供便 于調(diào)節(jié)而且穩(wěn)定的電子束功率。本實(shí)用新型電子束轟擊爐電子束發(fā)生系統(tǒng)電源裝置對(duì)電子束加速電源開(kāi) 環(huán)控制，加速電壓取樣信號(hào)和電子束流取樣信號(hào)作為轟擊電源、燈絲電源和 電子束功率的控制信號(hào)，加速電源、轟擊電源和燈絲電源三電源協(xié)調(diào)工作， 使電子束流功率不受加速電壓波動(dòng)的影響，為電子束轟擊爐提供便于調(diào)節(jié)而 且穩(wěn)定的電子束功率。實(shí)用新型本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的電子束轟擊爐電子束發(fā)生系統(tǒng)電源裝置包括 電子束加速電源、轟擊電源和燈絲電源；加速電源連接于電子槍陰極、聚束 極和陽(yáng)極之間，其產(chǎn)生的高壓電場(chǎng)使陰極發(fā)射出的電子束加速，加速電源提 供的電能轉(zhuǎn)化成電子束的動(dòng)能，此電子束打到靶(熔池)時(shí)其動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熔 煉所需要的熱能；轟擊電源連接于燈絲的一端和陰極、聚束極之間，其產(chǎn)生 的電場(chǎng)使燈絲發(fā)射出的電子束加速，轟擊電源提供的電能轉(zhuǎn)化成電子束的動(dòng) 能，此電子束打到陰極時(shí)電子束動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能使陰極加熱而發(fā)射出更多的電子束；燈絲電源連接于燈絲兩端，其使燈絲發(fā)熱發(fā)射電子束。電子束加速電源包括升壓主變壓器、高壓整流器、高壓濾波電容、加速 電壓分壓電路、電子束流取樣電阻。正常工作時(shí)三相市電與升壓主變壓器的 一次側(cè)繞組直通，主變壓器的二次側(cè)有兩組高壓繞組，分別為星形和三角形 接法，兩組三相高壓繞組輸出線電壓相等；兩組三相高壓交流電分別接高壓整流器，兩組高壓整流器輸出串聯(lián)后再接高壓濾波電容，其輸出的負(fù)極接至 電子槍的陰極和聚束極，正極與大地和陽(yáng)極相接。輸出端接加速電壓分壓電 路輸出正比于加速電壓的取樣信號(hào)，加速電源輸出回路低壓端串入電子束流 取樣電阻，此電阻兩端輸出正比于電子束流大小的取樣信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)作 為加速電壓和電子束流的顯示信號(hào)及其它電源的控制信號(hào)。加速電源還接有晶閘管裝置、晶閘管觸發(fā)電路、輸入電流檢測(cè)變換電路、 軟起動(dòng)控制電路及故障檢測(cè)保護(hù)控制電路。三相市電經(jīng)過(guò)晶閘管裝置與升壓 主變壓器的一次側(cè)繞組連接。加速電源軟起動(dòng)控制電路和故障檢測(cè)保護(hù)控制 電路與晶閘管觸發(fā)電路相接。升壓主變壓器輸入端配置輸入電流檢測(cè)變換電 路，其將三相輸入交流電流按比例轉(zhuǎn)換為直流電壓信號(hào)，此信號(hào)接入加速電 源故障檢測(cè)保護(hù)控制電路。加速電壓取樣信號(hào)和電子束流取樣信號(hào)也接入故 障檢測(cè)保護(hù)控制電路。加速電源軟起動(dòng)控制電路在起停過(guò)程控制晶閘管移相觸發(fā)角使之工作于 移相調(diào)壓狀態(tài)，控制升壓主變壓器輸入電壓平緩變化，實(shí)現(xiàn)加速電壓平緩升降，避免電子束轟擊爐產(chǎn)生硬射線；熔煉過(guò)程控制晶閘管裝置工作于全通狀 態(tài)，三相市電與主變壓器一次側(cè)繞組直通。故障檢測(cè)保護(hù)控制電路檢測(cè)交流 輸入電流信號(hào)、加速電壓取樣信號(hào)和電子束流取樣信號(hào)，當(dāng)任一信號(hào)超過(guò)設(shè) 定的域值時(shí)，故障檢測(cè)保護(hù)控制電路封鎖晶閘管裝置的觸發(fā)脈沖，晶閘管裝 置工作于截止?fàn)顟B(tài)，迅速切斷供電電源，防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大；另外故障檢 測(cè)保護(hù)控制電路通過(guò)檢測(cè)加速電壓取樣信號(hào)負(fù)突跳信號(hào)來(lái)判斷加速電源產(chǎn)生 放電故障，并執(zhí)行保護(hù)操作切斷供電電源，經(jīng)短時(shí)延時(shí)后故障檢測(cè)保護(hù)控制 電路自動(dòng)重起加速電源。轟擊電源包括輸入轟擊整流濾波裝置、轟擊直流脈寬調(diào)制(PWM)裝置、轟 擊逆變器輸入端濾波電路、轟擊逆變器、轟擊變壓器、轟擊輸出整流濾波電 路、轟擊電壓整定電位器和轟擊電源調(diào)節(jié)器。交流電源接轟擊輸入整流濾波 裝置，交流電轉(zhuǎn)換成平直的直流電，轟擊輸入整流濾波裝置的輸出接入轟擊 PWM裝置；轟擊PWM裝置輸出端可調(diào)的直流電經(jīng)轟擊逆變器輸入端濾波電路后接入轟擊逆變器，轟擊逆變器把直流電逆變成交流電；轟擊逆變器的輸出 接入轟擊變壓器的一次側(cè)繞組，轟擊變壓器實(shí)現(xiàn)能量的傳遞、電壓值的變換 和高壓絕緣功能；轟擊變壓器二次側(cè)繞組交流電接轟擊輸出整流濾波電路后 輸出平直的直流電，其正極與電子槍中的陰極和聚束極相接，負(fù)極與電子槍 中的燈絲的一端相接；轟擊逆變器輸入端接轟擊分壓電路，轟擊分壓電路輸 出比例于轟擊逆變器輸入電壓的取樣信號(hào)作為轟擊電源電壓負(fù)反饋信號(hào)接入 轟擊電源調(diào)節(jié)器，轟擊逆變器輸入回路中串入轟擊輸入電流取樣電阻，此電 阻兩端輸出正比于轟擊逆變器輸入電流大小的電壓信號(hào)作為轟擊電流正補(bǔ)償 信號(hào)接入轟擊電源調(diào)節(jié)器；轟擊電壓整定電位器接入轟擊電源調(diào)節(jié)器，送入 轟擊電壓設(shè)定值信號(hào)。轟擊電源調(diào)節(jié)器的輸出端接入轟擊PWM裝置的控制端。 轟擊電源調(diào)節(jié)器為比例-積分(PI)調(diào)節(jié)器。正常工作時(shí)轟擊電源調(diào)節(jié)器按電壓 負(fù)反饋信號(hào)和電流正補(bǔ)償信號(hào)，控制轟擊電源輸出電壓值穩(wěn)定于由轟擊電壓 整定電位器輸出信號(hào)確定的希望值。轟擊電源還接有轟擊電流截止負(fù)反饋電路，該電路也接入轟擊電源調(diào)節(jié) 器。轟擊輸入電流取樣電阻輸出的另一路接入轟擊電流截止負(fù)反饋電路，當(dāng) 轟擊電源發(fā)生故障時(shí)，轟擊輸入電流取樣信號(hào)超過(guò)某一域值，轟擊電流截止 負(fù)反饋電路向轟擊電源調(diào)節(jié)器送出強(qiáng)烈的電流負(fù)反饋，在其作用下故障電流 被限制在安全范圍內(nèi)，故障消除后，轟擊電源調(diào)節(jié)器自動(dòng)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。 轟擊電源工作電流由燈絲發(fā)射的電子束控制，即陰極接收的轟擊功率由燈絲 加熱電流控制。燈絲電源及電子束功率控制回路包括燈絲輸入整流濾波裝置、燈絲直流 脈寬調(diào)制(PWM)裝置、燈絲逆變器輸入端濾波電路、燈絲逆變器、燈絲變壓器、 電子束功率整定電位器、乘法器、電子束功率調(diào)節(jié)器和燈絲電源調(diào)節(jié)器。燈 絲輸入整流濾波裝置輸入端接交流電，其輸出端接入燈絲P簡(jiǎn)裝置；燈絲PWM 裝置輸出端經(jīng)燈絲逆變器輸入端濾波電路后接入燈絲逆變器；燈絲逆變器的 輸出端接入燈絲變壓器的一次側(cè)繞組，燈絲變壓器實(shí)現(xiàn)能量的傳遞、電流值 的變換和高壓絕緣功能；電子槍燈絲采用交流供電，燈絲變壓器二次側(cè)繞組 兩端分別與電子槍中的燈絲兩端相接。電子束功率調(diào)節(jié)器的輸出端接燈絲電 源調(diào)節(jié)器，燈絲電源調(diào)節(jié)器輸出端接燈絲PWM裝置的控制端。電子束功率整 定電位器接入電子束功率調(diào)節(jié)器，加速電壓取樣信號(hào)和電子束流取樣信號(hào)同 時(shí)接入乘法器，乘法器輸出端也接入電子束功率調(diào)節(jié)器。燈絲逆變器輸入回路中還串入燈絲輸入電流取樣電阻，其兩端輸出大小正比于燈絲逆變器輸入電流的電壓信號(hào)接入燈絲電源調(diào)節(jié)器作為反饋信號(hào)。燈絲電源調(diào)節(jié)器中燈絲電流希望值給定信號(hào)來(lái)自電子束功率調(diào)節(jié)器的輸 出信號(hào)，燈絲電流受電子束功率控制。燈絲電源調(diào)節(jié)器、電子束功率調(diào)節(jié)器 均為比例一積分(PI)調(diào)節(jié)器。加速電壓取樣信號(hào)和電子束流取樣信號(hào)同時(shí)輸入乘法器，其輸出信號(hào)作 為電子束功率負(fù)反饋信號(hào)，此信號(hào)與電子束功率整定電位器輸出信號(hào)比較， 偏差信號(hào)經(jīng)電子束功率調(diào)節(jié)器運(yùn)算放大輸出作為燈絲電源調(diào)節(jié)器的給定信 號(hào)，從而控制燈絲電流。當(dāng)加速電壓發(fā)生變化時(shí)，電子束功率穩(wěn)定調(diào)節(jié)過(guò)程 如下假設(shè)加速電壓下降，并導(dǎo)致電子束流下降，電子束功率下降更嚴(yán)重， 其反饋值按電子束功率比例下降，與電子束功率整定電位器輸出信號(hào)比較后 的功率偏差信號(hào)正向增大，電子束功率調(diào)節(jié)器輸出上升，使燈絲電源調(diào)節(jié)器 輸出上升，于是燈絲電流加大，燈絲發(fā)射電子能力增強(qiáng)，轟擊功率增大，陰 極溫度上升，陰極發(fā)射電子能力增強(qiáng)即電子束流上升，電子束功率回升到希 望值附近；反之亦然。本實(shí)用新型的電子束轟擊爐電子束發(fā)生系統(tǒng)電源裝置的優(yōu)點(diǎn)為1) 在電子束加速電源中摒棄了晶閘管移相交流調(diào)壓控制方式，低壓側(cè)由 三相市電直接供電，高壓側(cè)采用六相十二脈波全波整流方式，輸入電 流中諧波分量大為降低，對(duì)公共電網(wǎng)影響甚?。徊捎瞄_(kāi)環(huán)控制，主變 壓器的裕量可減小，提高利用率，減少制造成本；輸入電流諧波小， 同時(shí)提高了功率因數(shù)及降低了主變壓器的運(yùn)行損耗，符合綠色電源和 節(jié)能的發(fā)展趨勢(shì)。2) 電子束加速電源采用六相十二脈波全波整流，直流高壓的紋波系數(shù)小 于1%，不需濾波電路已經(jīng)滿足了電子束轟擊爐對(duì)加速電壓紋波的要 求，器件價(jià)格昂貴、體積龐大的高壓濾波電路可大為簡(jiǎn)化，減少制造 成本；紋波系數(shù)小可提高電子束流通率，電子束通過(guò)電子槍時(shí)損耗小。3) 用加速電壓和電子束流取樣信號(hào)控制燈絲電源，燈絲電流和轟擊電源 聯(lián)合控制調(diào)節(jié)電子束流，對(duì)電子束功率進(jìn)行直接調(diào)節(jié)與穩(wěn)定控制，較 之分別控制加速電壓和電子束流來(lái)間接控制電子束功率，熔煉工藝參 數(shù)的設(shè)定更為直觀，工藝參數(shù)的調(diào)整更為方便。4) 電源裝置保護(hù)措施完善，運(yùn)行可靠，且制造成本有所降低。

圖1為本電子束轟擊爐電子束發(fā)生系統(tǒng)電源裝置實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖，圖中標(biāo)號(hào)為l一燈絲，2 —陰極，3—聚束極，4一電子束，5 —陽(yáng)極，6 —燈絲 電源，7—轟擊電源，8 —電子束加速電源。圖2為圖1中電子束加速電源8結(jié)構(gòu)示意圖，圖中標(biāo)號(hào)為Jl一晶閘管 裝置，J2—輸入電流檢測(cè)變換電路，J3 —升壓主變壓器，J4一高壓整流器， J5—高壓濾波電容，J6—加速電壓分壓電路，J7-電子束流取樣電阻，J8— 故障檢測(cè)保護(hù)控制電路，J9一軟起動(dòng)控制電路，J10 —晶閘管觸發(fā)電路。圖3為圖1中陰極轟擊電源7結(jié)構(gòu)示意圖，圖中標(biāo)號(hào)為Hl—轟擊輸入 整流濾波裝置，H2—轟擊直流脈寬調(diào)制(PWM)裝置，H3—轟擊輸入電流取樣電 阻，H4—轟擊輸入電壓分壓電路，H5—轟擊逆變器輸入端濾波電路，H6—轟 擊逆變器，H7—轟擊變壓器，H8—轟擊輸出整流濾波電路，H9—轟擊電壓整 定電位器，H10—轟擊電流截止負(fù)反饋電路，Hll—轟擊電源調(diào)節(jié)器。圖4為圖1中燈絲電源6及電子束功率控制回路結(jié)構(gòu)示意圖，圖中標(biāo)號(hào) 為D1—燈絲輸入整流濾波裝置，D2—燈絲直流脈寬調(diào)制(PWM)裝置，D3—燈 絲輸入電流取樣電阻，D4—燈絲逆變器輸入端濾波電路，D5—燈絲逆變器， D6—燈絲變壓器，D7—乘法器，D8—電子束功率整定電位器，D9 —電子束功 率調(diào)節(jié)器，D10—燈絲電源調(diào)節(jié)器。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型電子束轟擊爐電子束發(fā)生系統(tǒng)電源裝置實(shí)施例如圖1所示， 包括連接于電子槍陰極2、聚束極3和陽(yáng)極5之間的電子束加速電源8，連接 于燈絲1 一端和陰極2、聚束極3的轟擊電源7,連接于燈絲1兩端的燈絲電 源6。電子束轟擊爐熔煉功率提供者——電子束加速電源8的電路結(jié)構(gòu)如圖2 所示，包括晶閘管裝置J1、輸入電流檢測(cè)變換電路J2、升壓主變壓器J3、 高壓整流器J4、高壓濾波電容J5、加速電壓分壓電路J6、電子束流取樣電 阻J7、故障檢測(cè)保護(hù)控制電路J8、軟起動(dòng)控制電路J9及晶閘管觸發(fā)電路J10; 晶閘管裝置J1，將三相市電與升壓主變壓器J3的一次側(cè)繞組連接，啟動(dòng)和 停機(jī)過(guò)程晶閘管裝置Jl工作于移相調(diào)壓狀態(tài)，熔煉過(guò)程晶閘管裝置Jl工作 于全通狀態(tài)，加速電源出現(xiàn)故障時(shí)晶閘管裝置J1工作于截止?fàn)顟B(tài)；升壓主變 壓器J3 二次側(cè)有兩組高壓繞組分別為星形和三角形接法，輸出兩組線電壓相 等的高壓交流電；兩組三相全波高壓整流器J4，分別把升壓主變壓器J3輸出的兩組高壓交流電整流，然后串聯(lián)疊加；高壓濾波電容J5并接于高壓整流 器J4的輸出端，電容值較小，有濾波功效，但主要作用是抑制尖峰電壓；高 壓整流器J4的輸出端還并接加速電壓分壓電路J6，加速電壓分壓電路J6輸 出比例于加速電壓的信號(hào)Ua，此信號(hào)分兩路輸出， 一路接到其它電源控制電 路，另一路接入加速電源故障檢測(cè)保護(hù)控制電路J8;在加速電源輸出回路低 壓端串入電子束流取樣電阻J7，其兩端輸出正比于電子束流大小的電壓信號(hào) Ib，此信號(hào)分兩路輸出， 一路接到電子束功率控制回路，另一路接入加速電 源故障檢測(cè)保護(hù)控制電路J8;升壓主變壓器J3輸入端配置電流檢測(cè)變換電 路，將三相輸入交流電流按比例轉(zhuǎn)換成0 10V直流信號(hào)Is，此信號(hào)接入加速 電源故障檢測(cè)保護(hù)控制電路J8;故障檢測(cè)保護(hù)控制電路J8和加速電源軟起 動(dòng)控制電路J9均與晶閘管觸發(fā)電路J10控制輸入端相接;故障檢測(cè)保護(hù)控制 電路J8在加速電源發(fā)生故障時(shí)封鎖晶閘管的觸發(fā)脈沖，迅速切斷供電電源， 防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大;加速電源故障檢測(cè)保護(hù)控制電路J8檢測(cè)到有電子束流 信號(hào)Ib超過(guò)某一域值判為電子束過(guò)流、交流輸入電流信號(hào)L超過(guò)某一域值判 為供電過(guò)流、加速電壓信號(hào)Ua超過(guò)某一域值判為加速電壓過(guò)壓、加速電壓信 號(hào)Ua出現(xiàn)大幅值下降突跳脈沖判為加速電壓放電，其中加速電壓放電故障信 號(hào)消除后，經(jīng)短時(shí)延時(shí)故障檢測(cè)保護(hù)控制電路J8自動(dòng)重起加速電源；加速電 源軟起動(dòng)控制電路J9，在起停過(guò)程發(fā)出加速電壓平緩升降信號(hào)，調(diào)節(jié)晶閘管 移相觸發(fā)角，控制升壓主變壓器J3輸入電壓平緩變化，實(shí)現(xiàn)加速電壓平緩升 降；晶閘管觸發(fā)電路J10根據(jù)故障檢測(cè)保護(hù)控制電路J8和加速電源軟起動(dòng)控 制電路J9的信號(hào)控制晶閘管裝置Jl工作于截止、移相調(diào)壓或全波導(dǎo)通等狀 態(tài)；加速電源輸出端的負(fù)極接至電子槍的陰極2和聚束極3，正極與大地和 陽(yáng)極5相接。圖3所示為陰極轟擊電源7結(jié)構(gòu)示意圖，為穩(wěn)壓控制電源，包括轟擊輸 入整流濾波裝置H1，轟擊直流脈寬調(diào)制(PWM)裝置H2、轟擊輸入電流取樣電 阻H3、轟擊輸入電壓分壓電路H4、轟擊逆變器輸入端濾波電路H5、轟擊逆 變器朋、轟擊變壓器H7、轟擊輸出整流濾波電路H8、轟擊電壓整定電位器 H9、轟擊電流截止負(fù)反饋電路H10及轟擊電源調(diào)節(jié)器H11;交流電源接轟擊 輸入整流濾波裝置Hl后接入轟擊PWM裝置H2;轟擊PWM裝置H2輸出端輸出 可控的矩形波直流電經(jīng)轟擊逆變器輸入端濾波電路H5濾除掉其中的交流分 量，得到平直的直流電并接入轟擊逆變器服的輸入端；轟擊逆變器H6將直 流電逆變成方波交流電，其輸出端連接轟擊變壓器H7的一次側(cè)繞組，轟擊變壓器H7實(shí)現(xiàn)了能量的傳遞、電壓值的變換和高壓絕緣功能，轟擊變壓器H7 二次側(cè)繞組輸出與轟擊電源工作電壓相當(dāng)?shù)姆讲ń涣麟?，其二次?cè)接轟擊輸 出整流濾波裝置H8，將轟擊變壓器H7 二次側(cè)交流電整流濾波后輸出平直的 直流電，轟擊輸出整流濾波裝置H8的輸出端為轟擊電源7輸出端，其正極與 電子槍中的陰極2和聚束極3相接，負(fù)極與電子槍中燈絲l的一端相接；并 接于轟擊逆變器H6輸入端的轟擊輸入電壓分壓電路H4輸出比例于轟擊逆變 器H6輸入端電壓的取樣信號(hào)Ub，此信號(hào)接入轟擊電源調(diào)節(jié)器Hll作為轟擊電 壓負(fù)反饋信號(hào)；串接于轟擊逆變器H6輸入回路的轟擊輸入電流取樣電阻H3 兩端輸出正比于轟擊逆變器H6輸入電流大小的電壓信號(hào)lB，此信號(hào)分兩路輸 出， 一路接入轟擊電源調(diào)節(jié)器H11作為轟擊電流正補(bǔ)償信號(hào)，另一路接入轟 擊電流截止負(fù)反饋電路H10;轟擊電流截止負(fù)反饋電路H10的輸出端也接入 轟擊電源調(diào)節(jié)器Hll， lB小于某一域值時(shí)，其輸出信號(hào)IBK為零，當(dāng)IB超過(guò)該 域值時(shí)，其輸出信號(hào)lBK急劇上升；轟擊電壓整定電位器H9輸出給定信號(hào)l^ 接入轟擊電源調(diào)節(jié)器Hll，作為轟擊電壓希望值的設(shè)定信號(hào)；轟擊電源調(diào)節(jié) 器Hll正常工作時(shí)，由給定信號(hào)U'b、轟擊電壓信號(hào)ub和轟擊電流信號(hào)Ib綜 合后得到轟擊電壓的偏差信號(hào)AUB，即AUb-U'b—Ub+Ib， AUB經(jīng)轟擊電源調(diào) 節(jié)器Hll比例一積分(PI)運(yùn)算放大后輸出去控制轟擊PWM裝置H2的輸出，轟 擊電源調(diào)節(jié)器H11工作于電壓負(fù)反饋、電流正補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)壓調(diào)整狀態(tài)，當(dāng)轟擊 電源發(fā)生放電時(shí)，轟擊電源輸出電流急劇增加，lB超過(guò)設(shè)定域值，lBK不為零，此時(shí)偏差信號(hào)AUB-l^—UB+lB—W，由于lB遠(yuǎn)小于lBK，轟擊電源調(diào)節(jié)器Hll接收到強(qiáng)烈的電流負(fù)反饋信號(hào)Ibk作用，所以故障電流被限制在安全范圍內(nèi)，故障消除后，轟擊電源調(diào)節(jié)器Hll將自動(dòng)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。圖4示出燈絲電源6和電子束功率控制回路的結(jié)構(gòu)，燈絲電源6為電流 負(fù)反饋控制電源，包括燈絲輸入整流濾波裝置Dl，燈絲直流脈寬調(diào)制(PWM)裝 置D2、燈絲輸入電流取樣電阻D3、燈絲逆變器輸入端濾波電路D4、燈絲逆 變器D5、燈絲變壓器D6、和燈絲電源調(diào)節(jié)器D10;電子束功率控制回路包括 乘法器D7、電子束功率整定電位器D8、電子束功率調(diào)節(jié)器D9。交流電源經(jīng) 燈絲輸入整流濾波裝置Dl轉(zhuǎn)換成平直的直流電后接入燈絲PWM裝置D2;燈 絲PWM裝置D2將不可控直流電變成可控的矩形波直流電輸出；經(jīng)燈絲逆變器 輸入端濾波電路D4濾除掉其中的交流分量，得到平直的直流電并接入燈絲逆 變器D5的輸入端；燈絲逆變器D5將直流電逆變成方波交流電，其輸出端連 接燈絲變壓器D6的一次側(cè)繞組，燈絲變壓器D6實(shí)現(xiàn)了能量的傳遞、電流值的變換和高壓絕緣功能，其二次側(cè)繞組直接與電子槍中燈絲1的兩端相接; 燈絲輸入電流取樣電阻D3串接于燈絲逆變器D5輸入回路中，其兩端輸出正 比于燈絲逆變器D5輸入電流大小的電壓信號(hào)IF，此信號(hào)接入燈絲電源調(diào)節(jié)器 D10作為燈絲電流負(fù)反饋信號(hào)，燈絲電流希望值給定信號(hào)I〖來(lái)自電子束功率調(diào) 節(jié)器D9的輸出信號(hào)，I'f與Ip比較產(chǎn)生的偏差信號(hào)AlF經(jīng)燈絲電源調(diào)節(jié)器D10 比例一積分(PI)運(yùn)算放大后輸出去控制燈絲PWM裝置D2的輸出，使得燈絲電 流伺服I〖變化，因此燈絲電流受電子束功率控制。電子束功率整定電位器D8 接入電子束功率調(diào)節(jié)器D9，其輸出信號(hào)P 乍為電子束功率調(diào)節(jié)器D9的電子 束功率希望值的設(shè)定信號(hào)；加速電壓取樣信號(hào)Ua和電子束流取樣信號(hào)L同時(shí) 輸入乘法器D7，乘法器D7輸出端也接入電子束功率調(diào)節(jié)器D9，乘法器D7輸 出信號(hào)P作為電子束功率負(fù)反饋信號(hào)；電子束功率調(diào)節(jié)器D9對(duì)P，與P比較產(chǎn) 生的偏差信號(hào)AP經(jīng)其進(jìn)行比例 一積分(PI)運(yùn)算放大后輸出信號(hào)rF接入燈絲 電源調(diào)節(jié)器D10作為燈絲電流控制的給定值，由此控制燈絲電流，最終實(shí)現(xiàn) 電子束功率的穩(wěn)定控制。本實(shí)施例電源裝置在制造成本有所下降的前提下，克服了常規(guī)控制系統(tǒng) 的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了綠色電源和節(jié)能的運(yùn)行效果。
權(quán)利要求1、一種電子束轟擊爐電子束發(fā)生系統(tǒng)電源裝置，包括連接于電子槍陰極(2)、聚束極(3)和陽(yáng)極(5)之間的電子束加速電源(8)，連接于燈絲(1)一端和陰極(2)、聚束極(3)的轟擊電源(7)，連接于燈絲(1)兩端的燈絲電源(6)；其特征在于電子束加速電源(8)包括升壓主變壓器(J3)、高壓整流器(J4)、高壓濾波電容(J5)、加速電壓分壓電路(J6)、電子束流取樣電阻(J7)；三相市電與升壓主變壓器(J3)的一次側(cè)繞組直通，升壓主變壓器(J3)二次側(cè)有兩組高壓繞組分別為星形和三角形接法，輸出兩組線電壓相等的高壓交流電；兩組三相全波高壓整流器(J4)，分別把升壓主變壓器(J3)輸出的兩組高壓交流電整流，然后串聯(lián)疊加；高壓濾波電容(J5)并接于高壓整流器(J4)的輸出端，該輸出端為加速電源(8)輸出端，該輸出端還并接加速電壓分壓電路(J6)輸出比例于加速電壓的信號(hào)Ua，在加速電源(8)輸出回路的低壓端串入電子束流取樣電阻(J7)，其兩端輸出正比于電子束流大小的電壓信號(hào)Ib；加速電源(8)輸出端的負(fù)極接至電子槍的陰極(2)和聚束極(3)，正極與大地和陽(yáng)極(5)相接；轟擊電源(7)包括轟擊輸入整流濾波裝置(H1)，轟擊直流脈寬調(diào)制裝置(H2)、轟擊逆變器輸入端濾波電路(H5)、轟擊逆變器(H6)、轟擊變壓器(H7)、轟擊輸出整流濾波電路(H8)、轟擊電壓整定電位器(H9)和轟擊電源調(diào)節(jié)器(H11)；交流電源接轟擊輸入整流濾波裝置(H1)后接入轟擊直流脈寬調(diào)制裝置(H2)；轟擊直流脈寬調(diào)制裝置(H2)輸出端經(jīng)轟擊逆變器輸入端濾波電路(H5)接入轟擊逆變器(H6)的輸入端；轟擊逆變器(H6)輸出端連接轟擊變壓器(H7)的一次側(cè)繞組，轟擊變壓器(H7)二次側(cè)繞組接轟擊輸出整流濾波裝置(H8)，轟擊輸出整流濾波裝置(H8)的輸出端為此轟擊電源(7)輸出端，其正極與電子槍中的陰極(2)和聚束極(3)相接，負(fù)極與電子槍中燈絲(1)的一端相接；轟擊逆變器(H6)輸入端接轟擊輸入電壓分壓電路(H4)，分壓輸出比例于轟擊逆變器(H6)輸入端電壓的取樣信號(hào)UB，此信號(hào)接入轟擊電源調(diào)節(jié)器(H11)作為轟擊電壓負(fù)反饋信號(hào)；轟擊逆變器(H6)輸入回路中串入轟擊輸入電流取樣電阻(H3)，其兩端輸出正比于轟擊逆變器(H6)輸入電流大小的電壓信號(hào)IB，此信號(hào)接入轟擊電源調(diào)節(jié)器(H11)作為轟擊電流正補(bǔ)償信號(hào)，轟擊電壓整定電位器(H9)輸出給定信號(hào)UB*接入轟擊電源調(diào)節(jié)器(H11)，作為轟擊電壓希望值的設(shè)定信號(hào)；轟擊電源調(diào)節(jié)器(H11)正常工作時(shí)，由給定信號(hào)UB*、轟擊電壓信號(hào)UB和轟擊電流信號(hào)IB綜合后得到轟擊電壓的偏差信號(hào)ΔUB，即<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><msub> <mi>&Delta;U</mi> <mi>B</mi></msub><mo>=</mo><msubsup> <mi>U</mi> <mi>B</mi> <mo>*</mo></msubsup><mo>-</mo><msub> <mi>U</mi> <mi>B</mi></msub><mo>+</mo><msub> <mi>I</mi> <mi>B</mi></msub><mo>,</mo> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0001" file="S2007200823574C00021.gif" wi="164" he="32" img-content="drawing" img-format="tif"/-->ΔUB經(jīng)轟擊電源調(diào)節(jié)器(H11)比例—積分運(yùn)算放大后輸出去控制轟擊直流脈寬調(diào)制裝置(H2)的輸出，轟擊電源調(diào)節(jié)器(H11)工作于電壓負(fù)反饋、電流正補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)壓調(diào)整狀態(tài)；燈絲電源(6)包括燈絲輸入整流濾波裝置(D1)，燈絲直流脈寬調(diào)制裝置(D2)、燈絲逆變器輸入端濾波電路(D4)、燈絲逆變器(D5)、燈絲變壓器(D6)和燈絲電源調(diào)節(jié)器(D10)；電子束功率控制回路包括乘法器(D7)、電子束功率整定電位器(D8)、電子束功率調(diào)節(jié)器(D9)；交流電源經(jīng)燈絲輸入整流濾波裝置(D1)后接入燈絲直流脈寬調(diào)制裝置(D2)；燈絲直流脈寬調(diào)制裝置(D2)經(jīng)燈絲逆變器輸入端濾波電路(D4)接入燈絲逆變器(D5)的輸入端；燈絲逆變器(D5)的輸出端連接燈絲變壓器(D6)的一次側(cè)繞組，其二次側(cè)繞組直接與電子槍中燈絲(1)的兩端相接；燈絲逆變器輸入回路中串入燈絲輸入電流取樣電阻(D3)，其兩端輸出正比于燈絲逆變器(D5)輸入電流大小的電壓信號(hào)IF，此信號(hào)接入燈絲電源調(diào)節(jié)器(D10)作為燈絲電流負(fù)反饋信號(hào)；電子束功率整定電位器(D8)接入電子束功率調(diào)節(jié)器(D9)，其輸出信號(hào)P*作為電子束功率調(diào)節(jié)器的電子束功率希望值的設(shè)定信號(hào)；加速電壓取樣信號(hào)Ua和電子束流取樣信號(hào)Ib同時(shí)輸入乘法器(D7)，乘法器(D7)輸出端也接入電子束功率調(diào)節(jié)器(D9)，乘法器(D7)輸出信號(hào)P作為電子束功率負(fù)反饋信號(hào)；電子束功率調(diào)節(jié)器(D9)的輸出端接入燈絲電源調(diào)節(jié)器(D10)，作為燈絲電源調(diào)節(jié)器(D10)的給定信號(hào)IF*。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束轟擊爐電子束發(fā)生系統(tǒng)電源裝置，其 特征在于-所述電子束加速電源(8)還包括有晶閘管裝置(Jl)、晶閘管觸發(fā)電路 (JIO)、軟起動(dòng)控制電路(J9)及故障檢測(cè)保護(hù)控制電路(J8);軟起動(dòng)控制 電路(J9)和故障檢測(cè)保護(hù)控制電路(J8)均與晶閘管觸發(fā)電路(J10)相接； 三相市電經(jīng)晶閘管裝置(Jl)與升壓主變壓器(J3)的一次側(cè)繞組連接，起 動(dòng)和停機(jī)過(guò)程晶閘管裝置(Jl)工作于移相調(diào)壓狀態(tài)，熔煉過(guò)程晶閘管裝置 (Jl)工作于全通狀態(tài)，加速電源(8)出現(xiàn)故障時(shí)晶閘管裝置(Jl)工作于 截止?fàn)顟B(tài)；所述加速電壓分壓電路(J6)的輸出信號(hào)Ua另有一路接入故障檢測(cè)保護(hù)控制電路(J8);所述電子束流取樣電阻(J7)的輸出信號(hào)Ib另有一 路接入故障檢測(cè)保護(hù)控制電路(J8)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子束轟擊爐電子束發(fā)生系統(tǒng)電源裝置，其特 征在于所述升壓主變壓器(J3)輸入端配置電流檢測(cè)變換電路(J2)，該電路接 入故障檢測(cè)保護(hù)控制電路(J8)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子束轟擊爐電子束發(fā)生系統(tǒng)電源裝置， 其特征在于所述轟擊電源(7)還有轟擊電流截止負(fù)反饋電路(HIO)，轟擊輸入電流 取樣電阻(H3)輸出的電壓信號(hào)lB另有一路接入轟擊電流截止負(fù)反饋電路 (HIO)，轟擊電流截止負(fù)反饋電路(H10)的輸出端也接入轟擊電源調(diào)節(jié)器 (Hll)。
專利摘要本電子束轟擊爐電子束發(fā)生系統(tǒng)電源裝置，本裝置的加速電源主變壓器一次側(cè)接三相電，對(duì)加速電源開(kāi)環(huán)控制，輸出端接加速電壓分壓電路和電子束流取樣電阻輸出取樣信號(hào)。加速電源還接有晶閘管裝置及觸發(fā)電路、軟起動(dòng)控制電路及故障檢測(cè)保護(hù)控制電路等。加速電壓和電子束流取樣信號(hào)作為轟擊電源、燈絲電源和電子束功率的控制信號(hào)，轟擊電源含PWM、轟擊逆變器、轟擊變壓器、轟擊電源調(diào)節(jié)器等。燈絲電源及束功率控制回路含PWM、燈絲逆變器、燈絲變壓器、束功率整定電位器、乘法器、束功率調(diào)節(jié)器和燈絲電源調(diào)節(jié)器等。三電源協(xié)調(diào)工作使電子束功率便于調(diào)節(jié)且穩(wěn)定。諧波小對(duì)電網(wǎng)影響甚小，設(shè)備功率因數(shù)及效率較高，運(yùn)行可靠。
文檔編號(hào)C22B9/00GK201123151SQ20072008235
公開(kāi)日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2007年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月7日
發(fā)明者莫金海, 韋壽祺 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)