一种电子束加工设备精密加速电源装置及控制方法_2

文档序号:9419902阅读:来源:国知局
,高压放电产生的冲击自然小,有利于提高电源系统运行可靠性。
[0019]进一步,所述逆变单元包括电容C5、C相逆变器、D相逆变器和第三驱动脉冲发生器,所述C相逆变器和所述D相逆变器均与所述第三驱动脉冲发生器连接;
[0020]所述电容C5并接在所述直流-直流变换单元的输出两端;
[0021]所述C相逆变器包括开关功率管V7?VlO,所述开关功率管V7的集电极接至所述直流-直流变换单元的正输出端,所述开关功率管V7的发射极与所述开关功率管V9的集电极相接,并作为第一输出端,所述开关功率管V9的发射极接至所述直流-直流变换单元的负输出端,所述开关功率管V8的集电极接至所述直流-直流变换单元的正输出端,所述开关功率管V8的发射极与所述开关功率管VlO的集电极相接,并作为第二输出端,所述开关功率管VlO的发射极接至所述直流-直流变换单元的负输出端,所述开关功率管V7至开关功率管VlO的基极与所述第三驱动脉冲发生器连接,所述第一输出端和第二输出端分别接至第一升压变压器一次绕组的两端。
[0022]所述D相逆变器包括开关功率管Vll?V14,所述开关功率管VlI的集电极接至所述直流-直流变换单元的正输出端,所述开关功率管Vll的发射极与所述开关功率管V13的集电极相接,并作为第一输出端,所述开关功率管V13的发射极接至所述直流-直流变换单元的负输出端,所述开关功率管V12的集电极接至所述直流-直流变换单元的正输出端,所述开关功率管V12的发射极与所述开关功率管V14的集电极相接,并作为第二输出端,所述开关功率管V14的发射极接至所述直流-直流变换单元的负输出端,所述开关功率管Vll至开关功率管V14的基极与所述第三驱动脉冲发生器连接,所述第一输出端和第二输出端分别接至第二升压变压器一次绕组的两端。
[0023]采用上述进一步方案的有益效果是:所述C相逆变器与D相逆变器采用单相全桥逆变电路,所述电容C5作为所述直流-直流变换单元的输出滤波电容以及作为所述C相逆变器和D相逆变器每桥臂开关管(V7与V9,V8与V10,V11与V13,V12与V14)的缓冲电容,每桥臂开关管的驱动信号(g7与g9,g8与glO,gll与gl3,gl2与gl4)各为对称推挽互补关系,但转换过程设置2-3微秒的死区时间,避免各逆变桥臂上下两管短时直通,所述C相逆变器与D相逆变器驱动波形的相序相差90°,即所述C相逆变器与D相逆变器的输出为两相对称矩形电压波形,对应的两相高压并联整流波形脉动频率为直流-直流变换单元的PffM频率,且消除了凹陷,由于高压总整流波的脉动频率高,而脉动幅值低,选用较小的高压滤波电容值就能滤掉交流成分,满足纹波系数指标要求;高压滤波电容值小一方面系统惯性时间常数小,有利于提高控制系统调节速度,另一方面贮能小,高压放电产生的冲击自然小,有利于提高电源系统运行可靠性。
[0024]进一步,所述高压单元包括第一升压变压器、第二升压变压器、第一高压整流桥、第二高压整流桥、高压滤波器、高压放电扼流器、高压分压器和束流取样电阻,所述第一升压变压器的输出端与所述第一高压整流桥的输入端连接,所述第二升压变压器的输出端所述第二高压整流桥的输入端连接所述第一高压整流桥和第二高压整流桥的输出端并联且与所述高压滤波器的输入端连接,高压总整流输出电压波形的脉动频率为直流-直流变换单元PWM波的频率,所述高压滤波器与所述高压放电扼流器串接,所述高压放电扼流器的高压输出端接至电子枪的阴极,所述高压放电扼流器的低压输出端与束流取样电阻的第一端连接,所述束流取样电阻的第二端接地,所述高压分压器并接在所述高压放电扼流器的高压输出端与大地之间;
[0025]所述第一升压变压器和第二升压变压器,均用于将中频矩形波交流电进行电能的传递、升压和高压绝缘,输出中频高压交流电;
[0026]所述第一高压整流桥和第二高压整流桥,均用于将中频高压交流电变换成脉动直流电;
[0027]所述高压滤波器,用于将脉动直流电变换为平滑的高压直流电;
[0028]所述高压放电扼流器,用于抑制高压直流电放电电流的上升速率,减缓高压放电所产生的电磁冲击强度,同时用于抑制第一和第二中频高压变压器一次与二次绕组间由寄生电容引起的干扰电流;
[0029]所述高压分压器,用于测量输出高压的电压值,输出正比于加速高压的电压信号U,作为高压反馈信号;
[0030]所述束流取样电阻,用于测量电子束流值,束流取样电阻两端输出正比于电子束流大小的电压取样信号,作为电子束流反馈信号供给设备其它控制系统用。
[0031]本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下:一种电子束加工设备精密加速电源装置的控制方法,包括以下步骤:
[0032]步骤S1.接入交流电,并进行低通滤波,抑制高频电磁干扰的传递;
[0033]步骤S2.将交流电变换成平直的不可控直流电;
[0034]步骤S3.将平直的不可控直流电变换成平直的可控直流电;
[0035]步骤S4.将平直的可控直流电逆变成中频矩形波交流电;
[0036]步骤S5.将中频矩形波交流电进行升压和整流滤波,并输出稳定的直流高压,同时对输出高压值信号进行线性采样,输出高压反馈信号U ;
[0037]步骤S6.将压给定信号If和高压反馈信号U的差值进行比例一积分(PI)运算,生成调节信号Uc ;
[0038]步骤S7.将调节信号Uc转换成PffM信号的占空比,调节直流_直流变换器输出电压的幅值,实现输出高压的稳定调节。
[0039]本发明的有益效果是:采用电压闭环控制结构,电源由三相市电供电,采用AC — DC — DC — AC — AC — DC电流变换方式,DC — DC利用同步Buck电路调压,在电子束加工设备轻载运行状态时,能有效抑制尖峰脉冲电压,加速电源输出电压更加平稳,提高了加速电源的精度,提升电子束的加工精度;中间DC —AC为两相中频矩形波逆变环节;调节器根据高压给定信号U*和电压反馈信号U的偏差信号AU进行比例一积分(PI)运算输出信号Uc去调节直流-直流变换器的输出电压,最终实现输出高压的稳定调节。
[0040]进一步,所述步骤S5具体包括以下步骤:
[0041]步骤S51.将中频矩形波交流电进行电能传递、升压和高压绝缘,输出中频矩形波高压交流电;
[0042]步骤S52.将中频矩形波高压交流电变换成脉动直流电;
[0043]步骤S53.将脉动直流电滤波变换为平滑的高压直流电;
[0044]步骤S54.发生高压放电时,抑制高压直流电放电电流的上升速率,减缓高压放电所产生的电磁冲击强度;
[0045]步骤S55.测量高压输出电压值,输出正比于加速高压的高压信号U ;同时测量电子束流值,输出正比于电子束流大小的电压取样信号。
【附图说明】
[0046]图1为本发明一种电子束加工设备精密加速电源装置的电路原理图;
[0047]图2为直流-直流变换单元的电路原理图;
[0048]图3为第一驱动脉冲发生器产生的驱动波形图;
[0049]图4为逆变单元在实施例1中的电路原理图;
[0050]图5为逆变单元在实施例2中的电路原理图;
[0051]图6为第二驱动脉冲发生器和第三驱动脉冲发生器产生的驱动波形图;
[0052]图7为高压单元的电路原理图;
[0053]图8高压整流波形图;
[0054]图9为本发明一种电子束加工设备精密加速电源装置的控制方法的流程图。
[0055]附图中,各标号所代表的部件列表如下:
[0056]1、进线滤波器,2、低压整流滤波单元;
[0057]3、直流-直流变换单元,3-1、第一驱动脉冲发生器;
[0058]4、逆变单元,4-1、第二驱动脉冲发生器,4-2、第三驱动脉冲发生器;
[0059]5、高压单元,5-1、第一升压变压器,5-2、第二升压变压器,5-3、第一高压整流桥,5-4、第二高压整流桥,5-5、高压滤波器,5-6、高压放电扼流器,5-7、高压分压器,5_8、束流取样电阻;
[0060]6、调节器;
[0061]Ual、第一高压整流桥输出波形,Ua2、第二高压整流桥输出波形;Ua、第一高压整流桥和第二高压整流桥并联输出波形。
【具体实施方式】
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