专利名称：电子束熔炼炉高压电源的控制方法及电源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子束电热设备，具体为电子束熔炼炉高压电源的控制方法及电源装置。
背景技术：
电子束熔炼炉是利用高速电子轰击炉料时所产生的热能来进行熔炼和加热的一种电热设备，是一种综合了真空物理、材料科学、电子技术、电子光学、高电压技术、计算机和控制技术等多种技术的高科技产品，与其它真空熔炼炉相比，功率密度高，可用于贵重、 稀有、难熔金属的熔炼和精练，炉内真空度高，容易制备各种高纯材料或特殊合金以及用于熔炼优质特殊钢和钛废屑回收等，此外还具有无耐火材料对炉料污染的优点。电子束轰击炉的发展方向是大功率、多枪，这类设备的单台功率已达MOOkW。特别是近30年电子束冷床熔炼(EBCHM)工艺在优质钛及钛合金锭坯的生产中占据着重要的地位。目前电子束熔炼炉高压电源控制方法及电源装置的特点为1)电子束高压电源为闭环稳压系统，即利用晶闸管移相交流调压自动控制主变压器的输入电压，使加速电源输出电压保持稳定。缺点为①晶闸管移相交流调压，对电网有污染，EMC指标难以达标，功率因数低；②晶间管移相交流调压加速电源的升压变压器输入电压波形为含高次谐波的非正弦波；为了保证调节量要求，变压器的容量设计余量较大，利用率低，这些都会增加变压器的损耗，使运行效率下降；③晶间管移相交流调压供电，直流高压输出纹波较大，对电子束聚焦不利，降低电子束流通率。2)电子束高压电源为开环控制，即高压电源直接由三相市电供电，经多相全波整流获得，可以克服以上部分缺点，但高压运行过程产生波动无法抑制。另外电子束熔炼炉运行过程产生放电现象，从而引起电网剧烈的电压波动与闪变，危及本身和其他电气设备的正常运行，而且对电网供电质量带来严重危害。电子束熔炼炉上述两种电源对此“危害”都缺乏有效的抑制能力。电子束熔炼炉高压电源的设计主要考虑两个问题1)提高电源运行效率，降低电源运行时对电网产生的“公害”。2)电源及其控制系统对运行过程产生放电现象具有快速、有效的抑制能力。电子束熔炼炉高压电源采用三相全波供电，而高压整流采用12脉波整流电路，便能比较好地解决第一个问题。对于第二个问题，一般采用适当增加高压电源的输出阻抗 (主要是升压变压器的漏阻抗)来降低高压放电电流，这样势必影响到高压电源输出特性变软。这样需要增加变压器容量，以牺牲部分效率为代价来抑制放电强度，另外快速抑制放电的问题仍没有解决。电子束熔炼炉高压电源运行要求输出电压稳定于额定电压，一般不要求改变工作电压值
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电子束熔炼炉高压电源的控制方法及电源装置，本发明采用三相近似正弦波电流输入，并基于可控电抗器控制，具有效率高、“公害”小、高压电源放电时能快速地、有效地抑制放电电流的特点。本发明的基本构思是电子束熔炼炉高压电源采用输出电压闭环控制结构，高压电源由三相市电供电，通过调节可调电抗器的工作状态来调节输入高压变压器的一次侧电压。本发明所设计的电子束熔炼炉高压电源的控制方法，所述电源采用工频交流输入 —三相可调电抗器调压一三相升压变压器升压一高压整流滤波的电流变换方式输出；将上述输出高压的高压取样信号作为负反馈信号，通过电压调节器去控制三相可调电抗器直流控制绕组的电流，进行自动调压，使电子束熔炼炉高压电源输出电压值保持稳定。所述自动调压的具体方法是将高压给定信号发生器产生的高压给定信号与高压取样信号比较得到高压偏差信号，高压偏差信号送入高压调节器进行比例-积分运算后输出一控制信号，用高压调节器输出的控制信号送入驱动电路去调节三相可调电抗器直流控制绕组的直流供电电源回路中功率管的占空比。所述三相可调电抗器由3个结构相同的单相可调电抗器组成；每个单相可调电抗器的铁心为三柱结构，左右呈对称结构，左右两侧的铁心柱截面面积与上下两侧的轭铁心截面面积相同，但左右两侧的铁心柱截面面积及上下两侧的轭铁心的截面面积均小于中心的铁心柱截面面积；单相可调电抗器的交流绕组绕在中心的铁心柱上，单相可调电抗器的直流控制绕组对称绕在左右两侧铁心柱上；3个单相可调电抗器的交流绕组分别串接在工频交流输入的三相市电与三相升压变压器的一次侧绕组中，3个单相可调电抗器的直流控制绕组串接后与三相可调电抗器直流控制绕组的直流供电电源相接。上述电子束熔炼炉高压电源的控制方法还进一步包括有故障保护控制；即对高压电源控制过程中的高压取样信号进行过压故障判别、对电子束流取样信号和三相升压变压器输入电流取样信号分别进行过流故障判别，上述任一故障产生，立即封锁高压调节器的输出，并通过电子束熔炼炉中央控制单元实现高压电源的多重保护及整机逻辑连锁控制。本发明所设计的电子束熔炼炉高压电源装置，主要由三相可调电抗器、三相升压变压器、两组高压整流滤波电路、高压放电扼流电路、高压取样电路、三相可调电抗器直流控制绕组的直流供电电源电路、以及高压闭环控制弱电电路组成；三相可调电抗器交流绕组的输入端与输入的三相市电相接，三相可调电抗器交流绕组的输出端送入三相升压变压器一次侧绕组；三相可调电抗器直流控制绕组与三相可调电抗器直流控制绕组的直流供电电源电路相接；三相升压变压器有两组二次侧绕组，分别为三角形接法和星形接法，且两组二次侧绕组的线电压相同；三相升压变压器的两组二次侧绕组的输出分别接入两组高压整流滤波电路；每组高压整流滤波电路由一高压整流桥和一高压电容组成，高压电容并接于高压整流桥输出端上；两组高压整流滤波电路的高压整流桥的交流输入侧分别与三相升压变压器的两组二次侧绕组相接，两组高压整流滤波电路的高压电容串联后输出；高压整流滤波电路输出的高压端经由高压放电扼流电路与电子枪的阴极相接，高压整流滤波电路输出的低压端与大地及电子枪的阳极相接；高压取样电路并接于高压放电扼流电路输出端与大地之间，高压取样电路输出的高压取样信号送入电压闭环控制电路的输入端；高压闭环控制弱电电路的输出端与三相可调电抗器直流控制绕组的直流供电电源电路相接。
所述高压闭环控制弱电电路包括高压给定信号发生器、比较器、高压调节器和驱动电路；高压给定信号发生器的输出由中央控制单元数字设定后经数模转换产生，高压给定信号发生器的输出信号作为高压给定信号送入比较器；比较器同时接收高压取样电路输出的高压取样信号，将高压给定信号与高压取样信号比较得到的高压偏差信号送入高压调节器；高压调节器为比例-积分调节器结构，将接收的高压偏差信号进行比例-积分运算后输出控制信号至驱动电路去调节三相可调电抗器直流控制绕组的直流供电电源电路输出电压波的占空比。所述三相可调电抗器由3个结构相同的单相可调电抗器组成；每个单相可调电抗器的铁心为三柱结构，左右呈对称结构，左右两侧的铁心柱截面面积与上下两侧的轭铁心截面面积相同，但左右两侧的铁心柱截面面积及上下两侧的轭铁心的截面面积均小于中心的铁心柱截面面积；单相可调电抗器的交流绕组绕在中心的铁心柱上，单相可调电抗器的直流控制绕组对称绕在左右两侧铁心柱上；3个单相可调电抗器的交流绕组分别串接在工频交流输入的三相市电与三相升压变压器的一次侧绕组中，3个单相可调电抗器的直流控制绕组串接后与三相可调电抗器直流控制绕组的直流供电电源相接。3个单相可调电抗器的直流控制绕组串接后再与一个线性电抗器串联，最后接到三相可调电抗器直流控制绕组的直流供电电源的输出端。上述电子束熔炼炉高压电源装置还进一步包括电子束流取样电阻和电流变送器； 其中电子束流取样电阻串接在高压整流滤波电路输出的低压端与大地之间，电流变送器输入端串接在三相可调电抗器与三相升压变压器之间，电子束流取样电阻上的电子束流取样信号、电流变送器上的三相升压变压器输入电流取样信号、以及高压取样电路输出的高压取样信号送入高压闭环控制弱电电路的中央控制单元内的故障封锁信号发生器的输入端， 故障封锁信号发生器的输出端与高压调节器相连。所述三相可调电抗器直流控制绕组的直流供电电源电路包括Buck电压调节电路和低压整流滤波电路；其中低压整流滤波电路包括低压整流桥和低压电容；Buck电压调节电路包括功率开关管和低压续流二极管；三相市电接入低压整流桥的交流输入端，低压整流桥的直流输出侧并接在低压电容的两端；经过上述低压整流滤波电路整流滤波后的直流电源的正端接入功率开关管的集电极，负端接入低压续流二极管的阳极；低压续流二极管的阴极与功率开关管的发射极相接；功率开关管的基极与高压闭环控制弱电电路的输出端相接；低压续流二极管的阳极与阴极分别接在三相可调电抗器直流控制绕组的两端上。本发明电子束熔炼炉高压电源的特点为1)高压变压器输入电压为正弦波电压，高压整流采用12脉波整流，高压变压器输入电流近似正弦波电流。具备较高的功率因数及效率，同时降低了谐波电流。2)串联三相可调电抗器具有自然的限流特性，且响应速度无延迟，能够实现快速、 有效抑制高压放电的能力。3)三相可调电抗器运行过程有一定的电能损耗，但高性能铁心材料的应用使损耗降低了不少，加上第一个特点所带来的节能将足够抵消可调电抗器的损耗。
图1为本发明电子束熔炼炉高压电源装置实施例结构示意图。
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图2为图1中三相可调电抗器结构示意图。图3为图1中三相可调电抗器单相可调电抗器运行磁通变化示意图。
具体实施例方式本发明一种电子束熔炼炉高压电源的控制方法，其高压电源采用输出电压闭环控制结构，由三相市电供电，通过调节可控电抗器的工作状态来调节输入高压变压器的一次侧电压。所述电源采用工频交流输入一三相可调电抗器Ll调压一三相升压变压器T升压 —高压整流滤波的电流变换方式输出；将上述输出高压的高压取样信号作为负反馈信号， 通过电压调节器去控制三相可调电抗器Ll直流控制绕组的电流，进行自动调压，使电子束熔炼炉高压电源输出电压值保持稳定。上述电子束熔炼炉高压电源输出电压自动稳定调节的具体方法是将高压给定信号发生器产生的高压给定信号与高压取样信号比较得到高压偏差信号，高压偏差信号送入高压调节器进行比例-积分PI运算后输出一控制信号，用高压调节器输出的控制信号送入驱动电路去调节三相可调电抗器Ll直流控制绕组的直流供电电源回路中功率管的占空比。电子束熔炼炉高压电源的控制方法还进一步包括有故障保护控制；即对高压电源控制过程中的高压取样信号进行过压故障判别、对电子束流取样信号和三相升压变压器T 输入电流取样信号分别进行过流故障判别，上述任一故障产生，立即封锁高压调节器的输出，并通过电子束熔炼炉中央控制单元实现高压电源的多重保护及整机逻辑连锁控制。所述三相可调电抗器Ll由3个结构相同的单相可调电抗器组成。每个单相可调电抗器的铁心为三柱结构，左右呈对称结构，左右两侧的铁心柱截面面积与上下两侧的轭铁心截面面积相同，但左右两侧的铁心柱截面面积及上下两侧的轭铁心的截面面积均小于中心的铁心柱截面面积。单相可调电抗器的交流绕组绕在中心的铁心柱上，单相可调电抗器的直流控制绕组对称绕在左右两侧铁心柱上。单相可调电抗器直流控制绕组通入电流后产生的磁通由左右两侧的铁心柱及上下两侧扼铁心形成回路，不通过中心的铁心柱。单相可调电抗器交流绕组通入电流后产生的磁通从中心的铁心柱由上下两侧扼铁心分别与左右两侧的铁心柱形成2个回路。单相可调电抗器的交流绕组通入交流电流后，在正负半周各有一侧铁心柱的磁通得到加强，而另一侧铁心柱的磁通将被减弱，两直流控制绕组中将分别感应中极性相反的感应电动势，但由于磁路的非线性两感应电动势幅值有差别，叠加后仍存在部分感应电动势。3个单相可调电抗器的交流绕组分别串接在工频交流输入的三相市电与三相升压变压器T的一次侧绕组中，3个单相可调电抗器的直流控制绕组串接后与三相可调电抗器 Ll直流控制绕组的直流供电电源相接。三相可调电抗器Ll通过对称电流时，根据对称三相电路特性，三相可调电抗器Ll的直流控制绕组总的感应电动势为0，因此三相可调电抗器 Ll中交流绕组的电流不会影响直流控制绕组的电流变化。改变三相可调电抗器Ll中直流控制绕组的电流，使得三相交流绕组每相等效电抗按同样的规律变化。额定运行时，直流控制绕组产生一个很强的直流磁场，使左右两侧铁心柱及上下两侧扼铁芯深度饱和，交流绕组流过的额定交流电流，通过交流绕组所产生的交流磁场不足以使铁芯退出饱和，磁路呈现出很大的磁阻，穿过交流绕组的磁通量及交流绕组两端的感应电动势都很小，电网电压几乎全加在升压变压器的一次侧绕组上。电子束熔炼炉在运行过程中，一旦产生放电现象，相当于高压电源发生短路故障， 则较大的短路电流流过三相可调电抗器Ll交流绕组，使得每个单相可调电抗器的两侧铁芯柱在正负半周交替退出饱和区，三相可调电抗器Ll呈现出很大的电抗，从而限制短路电流，使得三相可调电抗器Ll具有限流特性；如果三相电路不对称，在三相可调电抗器Ll直流控制绕组中将会感应出交流电，产生变压器效应，从而降低三相可调电抗器Ll的闪变抑制效果，为了弥补这个缺陷，本发明还在三相可调电抗器Ll的直流控制绕组回路中串联一个线性电抗器L2。空载或轻载运行时，三相可调电抗器Ll的控制直流较小，铁芯浅度饱和或工作于线性区，交流绕组流过的交流电流较小，通过交流绕组所产生的交流磁场不足以使铁芯进入深度饱和，磁路呈现出较小的磁阻，穿过交流绕组的磁通量及交流绕组两端的感应电动势都较大，电网电压有部分消耗在三相可调电抗器Ll的交流绕组上。根据上述方法所设计的电子束熔炼炉高压电源装置如图1所示，其主要由三相可调电抗器Li、电流变送器TA、三相升压变压器T、两组高压整流滤波电路、高压放电扼流电路、高压取样电路、电子束流取样电阻R3、三相可调电抗器Ll直流控制绕组的直流供电电源电路、以及高压闭环控制弱电电路组成。所述三相可调电抗器Ll如图2所示，由3个结构相同的单相可调电抗器组成。每个单相可调电抗器的铁心为三柱结构，左右呈对称结构，左右两侧的铁心柱截面面积与上下两侧的轭铁心截面面积相同，但左右两侧的铁心柱截面面积及上下两侧的轭铁心的截面面积均小于中心的铁心柱截面面积。单相可调电抗器的交流绕组绕在中心的铁心柱上，单相可调电抗器的直流控制绕组对称绕在左右两侧铁心柱上。单相可调电抗器直流控制绕组通入电流后产生的磁通由左右两侧的铁心柱及上下两侧扼铁心形成回路，不通过中心的铁心柱。单相可调电抗器交流绕组通入电流后产生的磁通从中心的铁心柱由上下两侧扼铁心分别与两侧的铁心柱形成2个回路。单相可调电抗器的交流绕组通入交流电流后，在正负半周各有一侧铁心柱的磁通得到加强，而另一侧铁心柱的磁通将被减弱，两直流控制绕组中将分别感应中极性相反的感应电动势，但由于磁路的非线性两感应电动势幅值有差别， 叠加后仍存在部分感应电动势。3个单相可调电抗器的交流绕组分别串接在工频交流输入的三相市电与三相升压变压器T的一次侧绕组中，3个单相可调电抗器的直流控制绕组串接后与三相可调电抗器 Ll直流控制绕组的直流供电电源相接。三相可调电抗器Ll通过对称电流时，根据对称三相电路特性，三相可调电抗器Ll的直流控制绕组总的感应电动势为0，因此三相可调电抗器 Ll中交流绕组的电流不会影响直流控制绕组的电流变化。改变三相可调电抗器Ll中直流控制绕组的电流，使得三相交流绕组每相等效电抗按同样的规律变化。额定运行时，直流控制绕组产生一个很强的直流磁场，使铁芯深度饱和(图3中Q点)，交流绕组流过的额定交流电流，通过交流绕组所产生的交流磁场不足以使铁芯退出饱和，磁路呈现出很大的磁阻， 穿过交流绕组的磁通量及交流绕组两端的感应电动势都很小，电网电压几乎全加在升压变压器的一次侧绕组上。电子束熔炼炉在运行过程中，一旦产生放电现象，相当于高压电源发生短路故障， 则较大的短路电流流过三相可调电抗器Ll交流绕组，使得每个单相可调电抗器的两侧铁芯柱在正负半周交替退出饱和区，三相可调电抗器Ll呈现出很大的电抗，从而限制短路电流，使得三相可调电抗器Ll具有限流特性；如果三相电路不对称，在三相可调电抗器Ll直流控制绕组中将会感应出交流电，产生变压器效应，从而降低三相可调电抗器Ll的闪变抑制效果，为了弥补这个缺陷，本发明还在三相可调电抗器Ll的直流控制绕组回路中串联一个线性电抗器L2。空载或轻载运行时，三相可调电抗器Ll的控制直流较小，铁芯浅度饱和或工作于线性区(图3中S点)，交流绕组流过的交流电流较小，通过交流绕组所产生的交流磁场不足以使铁芯进入深度饱和，磁路呈现出较小的磁阻，穿过交流绕组的磁通量及交流绕组两端的感应电动势都较大，电网电压有部分消耗在三相可调电抗器Ll的交流绕组上。电流变送器TA的输入端串接在三相可调电抗器与三相升压变压器之间，用于检测三相升压变压器T输入电流，其输出的直流电压信号I 即三相升压变压器输入电流取样信号正比于三相升压变压器T输入电流，检测直流电压信号I 送入高压闭环控制弱电电路的中央控制单元的输入端，中央控制单元把直流电压信号I 与其限幅设定值进行比较，如果超过限幅设定值，中央控制单元判断产生输入过流故障。三相升压变压器T有两组二次侧绕组，分别为三角形接法和星形接法，且两组二次侧绕组的线电压相同，两组二次侧绕组的输出分别接入第一高压整流滤波电路和第二高压整流滤波电路中高压整流桥ZL3和ZL4的交流输入侧；两组高压整流桥ZL3和ZL4输出分别经高压电容Cl和C2滤波后再串联输出，输出的负高压端接至高压放电扼流电路的输入端，低压端经电子束流取样电阻R3与大地相接，电子枪的阳极亦与大地相接。扼流电抗器L3和高压续流二极管D2并联组成高压放电扼流电路。高压续流二极管D2的阳极为输入端，高压续流二极管D2的阴极为输出端，该输出端接至电子枪的阴极。 扼流电抗器L3的作用是限制高压电容Cl和C2的放电瞬间电流。高压续流二极管D2的作用是防止放电电流截止在扼流电抗器L3两端产生过电压。高压降压电阻Rl和高压取样电阻R2串联组成高压取样电路。高压取样电路并接于高压放电扼流电路输出端与大地之间。高压取样电阻R2输出的高压取样信号U分别送入高压电压闭环控制弱电电路的比较器及中央控制单元；中央控制单元把高压取样信号U 与其限幅设定值进行比较，如果超过限幅设定值，中央控制单元判断产生高压过压故障。电子束流取样电阻R3上电子束流取样信号I分别送入电子束流调节信号及中央控制单元；中央控制单元把电子束流取样信号I与其限幅设定值进行比较，如果超过限幅设定值，中央控制单元判断产生电子束流过流故障。高压闭环控制弱电电路包括中央控制单元、比较器、高压调节器和驱动电路。中央控制单元能够形成高压给定信号发生器和故障封锁信号发生器。中央控制单元通过以下方式形成高压给定信号发生器高压给定信号发生器的输出由中央控制单元数字设定后经数模转换产生，高压给定信号发生器的输出信号作为高压给定信号送入比较器。中央控制单元通过以下方式形成故障封锁信号发生器电子束流取样电阻R3上的电子束流取样信号和电流变送器TA上的三相升压变压器T输入电流取样信号送入中央控制单元进行过流故障判别，高压取样电路输出的高压取样信号送入中央控制单元进行过压故障判别。上述任一故障产生，中央控制单元立即输出故障信号Uer至高压调节器，立即封锁高压调节器的输出，并通过电子束熔炼炉中央控制单元实现高压电源的多重保护及整机逻辑连锁控制。
比较器接收中央控制单元输出的高压给定信号『和高压取样信号U，进行比较运算，输出高压偏差信号AU =『-U，高压偏差信号ΔU送入高压调节器的输入端。高压调节器为比例-积分调节器结构，高压调节器对偏差信号Δ U进行比例-积分(PI)运算，输出一控制信号U。送入驱动单元的输入端；高压调节器同时接收中央控制单元输出的故障封锁信号Uer，一旦Uer有效，高压调节器的输出将被封锁。驱动单元用于把直流控制信号Uc转换成占空比与U。成正比的脉冲信号，并把脉冲信号放大隔离后接至三相可调电抗器Ll直流控制绕组的直流供电电源电路功率开关管V 的控制极。功率开关管V和低压续流二极管Dl组成Buck电压调节电路。低压整流桥ZLl和低压电容C3组成低压整流滤波电路。Buck电压调节电路和低压整流滤波电路组成三相可调电抗器Ll直流控制绕组的直流供电电源电路。三相市电电源经低压整流滤波电路整形滤波后，输出平直不可控的直流电源。Buck电压调节电路输出占空比可控的直流脉冲电源。三相市电接入低压整流桥ZLl的交流输入端，低压整流桥ZLl的直流输出侧并接在低压电容C3的两端。经过上述低压整流滤波电路整流滤波后的直流电源的正端接入功率开关管V的集电极，负端接入低压续流二极管Dl的阳极。低压续流二极管Dl的阳极再与三相可调电抗器Ll直流控制绕组一输入端相接。功率开关管V的发射极与低压续流二极管Dl的阴极相接，低压续流二极管Dl的阴极再与线性电抗器L2的输入端相接。线性电抗器L2的输出端与三相可调电抗器Ll直流控制绕组另一输入端相接。低压续流二极管Dl 两端的电压波形为占空比可控的直流脉冲电压波，脉冲频率IOkHz以上，由于线性电抗器 L2和三相可调电抗器Ll直流控制绕组的滤波作用，三相可调电抗器Ll直流控制绕组中的电流波为近似平直电流波。上述实施例中三相可调电抗器Ll由三个结构相同的单相可调电抗器组成，但本发明的保护不限于上述三相可调电抗器Ll，只要电子束熔炼炉高压电源装置采用串联可调电抗器调压方式，即属于本发明的保护范围之内。
权利要求
1.电子束熔炼炉高压电源的控制方法，其特征在于所述电源采用工频交流输入一三相可调电抗器(Li)调压一三相升压变压器(T)升压一高压整流滤波的电流变换方式输出； 将上述输出高压的高压取样信号作为负反馈信号，通过电压调节器去控制三相可调电抗器 (Li)直流控制绕组的电流，进行自动调压，使电子束熔炼炉高压电源输出电压值保持稳定。
2.根据权利要求1所述的电子束熔炼炉高压电源的控制方法，其特征在于上述自动调压的具体方法是将高压给定信号发生器产生的高压给定信号与高压取样信号比较得到高压偏差信号，高压偏差信号送入高压调节器进行比例-积分运算后输出一控制信号，用高压调节器输出的控制信号送入驱动电路去调节三相可调电抗器(Li)直流控制绕组的直流供电电源回路中功率管的占空比。
3.根据权利要求1所述的电子束熔炼炉高压电源的控制方法，其特征在于所述三相可调电抗器(Li)由3个结构相同的单相可调电抗器组成；每个单相可调电抗器的铁心为三柱结构，左右呈对称结构，左右两侧的铁心柱截面面积与上下侧的轭铁心截面面积相同，但左右两侧的铁心柱截面面积及上下两侧的轭铁心的截面面积均小于中心的铁心柱截面面积；单相可调电抗器的交流绕组绕在中心的铁心柱上，单相可调电抗器的直流控制绕组对称绕在左右两侧铁心柱上；3个单相可调电抗器的交流绕组分别串接在工频交流输入的三相市电与三相升压变压器(T)的一次侧绕组中，3个单相可调电抗器的直流控制绕组串接后与三相可调电抗器(Li)直流控制绕组的直流供电电源相接。
4.根据权利要求1所述的电子束熔炼炉高压电源的控制方法，其特征在于还进一步包括有故障保护控制；即对高压电源控制过程中的高压取样信号进行过压故障判别、对电子束流取样信号和三相升压变压器(T)输入电流取样信号分别进行过流故障判别，上述任一故障产生，立即封锁高压调节器的输出，并通过电子束熔炼炉中央控制单元实现高压电源的多重保护及整机逻辑连锁控制。
5.电子束熔炼炉高压电源装置，其特征在于主要由三相可调电抗器(Li)、三相升压变压器(T)、两组高压整流滤波电路、高压放电扼流电路、高压取样电路、三相可调电抗器 (Li)直流控制绕组的直流供电电源电路、以及高压闭环控制弱电电路组成；三相可调电抗器(Li)交流绕组的输入端与输入的三相市电相接，三相可调电抗器 (Li)交流绕组的输出端送入三相升压变压器(T) 一次侧绕组；三相可调电抗器(Li)直流控制绕组与三相可调电抗器(Li)直流控制绕组的直流供电电源电路相接；三相升压变压器(T)有两组二次侧绕组，分别为三角形接法和星形接法，且两组二次侧绕组的线电压相同；三相升压变压器(T)的两组二次侧绕组的输出分别接入两组高压整流滤波电路；每组高压整流滤波电路由一高压整流桥(ZL3和ZL4)和一高压电容(以和以)组成，高压电容(Cl和以)并接于高压整流桥(ZL3和ZL4)输出端上；两组高压整流滤波电路的高压整流桥(ZL3和ZL4)的交流输入侧分别与三相升压变压器(T)的两组二次侧绕组相接， 两组高压整流滤波电路的高压电容(Cl和C2)串联后输出；高压整流滤波电路输出的高压端经由高压放电扼流电路与电子枪的阴极相接，高压整流滤波电路输出的低压端与大地及电子枪的阳极相接；高压取样电路并接于高压放电扼流电路输出端与大地之间，高压取样电路输出的高压取样信号送入电压闭环控制弱电电路的输入端；高压闭环控制弱电电路的输出端与三相可调电抗器(Li)直流控制绕组的直流供电电源电路相接。
6.根据权利要求5所述的电子束熔炼炉高压电源装置，其特征在于高压闭环控制弱电电路包括高压给定信号发生器、比较器、高压调节器和驱动电路；高压给定信号发生器的输出由中央控制单元数字设定后经数模转换产生，高压给定信号发生器的输出信号作为高压给定信号送入比较器；比较器同时接收高压取样电路输出的高压取样信号，将高压给定信号与高压取样信号比较得到的高压偏差信号送入高压调节器；高压调节器为比例-积分调节器结构，将接收的高压偏差信号进行比例-积分运算后输出控制信号至驱动电路去调节三相可调电抗器(Li)直流控制绕组的直流供电电源电路输出电压波的占空比。
7.根据权利要求5所述的电子束熔炼炉高压电源装置，其特征在于所述三相可调电抗器(Li)由3个结构相同的单相可调电抗器组成；每个单相可调电抗器的铁心为三柱结构，左右呈对称结构，左右两侧的铁心柱截面面积与上下两侧的轭铁心截面面积相同，但左右两侧的铁心柱截面面积及上下两侧的轭铁心的截面面积均小于中心的铁心柱截面面积； 单相可调电抗器的交流绕组绕在中心的铁心柱上，单相可调电抗器的直流控制绕组对称绕在左右两侧铁心柱上；3个单相可调电抗器的交流绕组分别串接在工频交流输入的三相市电与三相升压变压器(T)的一次侧绕组中，3个单相可调电抗器的直流控制绕组串接后与三相可调电抗器(Li)直流控制绕组的直流供电电源相接。
8.根据权利要求7所述的电子束熔炼炉高压电源装置，其特征在于3个单相可调电抗器的直流控制绕组串接后再与一个线性电抗器(U)串联，最后接到三相可调电抗器(Li) 直流控制绕组的直流供电电源的输出端。
9.根据权利要求5所述的电子束熔炼炉高压电源装置，其特征在于还进一步包括电子束流取样电阻0 )和电流变送器(TA)；其中电子束流取样电阻0 )串接在高压整流滤波电路输出的低压端与大地之间，电流变送器(TA)输入端串接在三相可调电抗器(Li) 与三相升压变压器(T)之间，电子束流取样电阻(旧)上的电子束流取样信号、电流变送器 (TA)上的三相升压变压器(T)输入电流取样信号、以及高压取样电路输出的高压取样信号送入高压闭环控制弱电电路的中央控制单元内的故障封锁信号发生器的输入端，故障封锁信号发生器的输出端与高压调节器相连。
10.根据权利要求5所述的电子束熔炼炉高压电源装置，其特征在于所述三相可调电抗器(Li)直流控制绕组的直流供电电源电路包括Buck电压调节电路和低压整流滤波电路；其中低压整流滤波电路包括低压整流桥(ZLl)和低压电容(O) ；Buck电压调节电路包括功率开关管(V)和低压续流二极管(Dl)；三相市电接入低压整流桥(ZLl)的交流输入端，低压整流桥(ZLl)的直流输出侧并接在低压电容(O)的两端；经过上述低压整流滤波电路整流滤波后的直流电源的正端接入功率开关管(V)的集电极，负端接入低压续流二极管(Dl)的阳极；低压续流二极管(Dl)的阴极与功率开关管(V)的发射极相接；功率开关管 (V)的基极与高压闭环控制弱电电路的输出端相接；低压续流二极管(Dl)的阳极与阴极分别接在三相可调电抗器(Li)直流控制绕组的两端上。
全文摘要
本发明公开一种电子束熔炼炉高压电源的控制方法及电源装置，其电源采用工频交流输入→三相可调电抗器调压→三相升压变压器升压→高压整流滤波的电流变换方式输出；将上述输出高压的高压取样信号作为负反馈信号，通过电压调节器去控制三相可调电抗器直流控制绕组的电流，进行自动调压，使电子束熔炼炉高压电源输出电压值保持稳定。本发明基于可控电抗器控制，具有效率高、“公害”小、高压电源放电时能快速地、有效地抑制放电电流的特点。
文档编号H05B7/148GK102573163SQ20121001581
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月18日 优先权日2012年1月18日
发明者何磊, 李震, 王斌, 韦寿祺 申请人:桂林电子科技大学