[发明专利]电子束轰击炉电子光路系统电源控制方法及电源装置

说明书

(一)技术领域

本发明涉及电子束电热设备，具体为电子束轰击炉电子光路系统电源控制方法及电源装置。

(二)背景技术

电子束轰击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炼，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。

电子束轰击炉的关键技术是电子束发生器(电子枪)及其电源。电子束轰击炉多采用间热式阴极轴向电子枪，其中电子光路系统的任务是将电子枪中形成的束流参数变换为作用点所需要的电子束流参数。电子光路系统由两级磁透镜和偏转扫描器组成，其工作电源包括两套聚焦电源和两路偏转扫描电源，它们工作于低压端。

目前电子束轰击炉电子光路系统电源控制方法及其电源装置是基于电子束加速电压为稳定值的前提下工作的，聚焦电源和偏转扫描电源各为独立控制的电源系统，与加速电压无关联。在运行过程，如果某种原因引发加速电压波动，电子束焦点的位置、偏转的角度和扫描的区域将发生变化。

电子束轰击炉主电源(加速电源)采用开环控制及三相市电全波供电可实现绿色电源和节能的运行效果，但运行过程加速电压会产生随机波动，这种情况下，独立控制的电子光路电源系统将不能满足熔炼工艺要求。

电子束轰击炉如果发生故障(如产生高压放电现象)加速电压大幅度变化时，电子束焦点位置和偏转角度的变化将有可能超出允许范围，造成电子束脱靶的不良后果。

因此需要分析加速电压对电子光路的影响机理，结合电子束轰击炉熔炼工艺对电子光路的实际要求，设计一种在电子束轰击炉的加速电压波动时，能够自动稳定电子束焦点位置和偏转扫描区域的新的电子光路系统电源控制方法及电源装置。

(三)发明内容

本发明的目的是设计一种电子束轰击炉电子光路系统电源控制方法，电子光路系统的运行参数以电子束发生系统电源的加速电压为参量，按特殊的规律控制聚焦电流的幅值和偏转扫描电流的幅值伺服加速电压变化，消除加速电压波动对电子光路系统运行参数的干扰。

本发明的另一目的是根据上述控制方法设计一种电子束轰击炉电子光路系统的电源装置，以电子束发生系统电源的加速电压取样信号作为聚焦电源和偏转扫描电源的控制信号，电子束的焦点及偏转扫描区域不受加速电压变化影响，为电子束轰击炉稳定可靠工作奠定基础。

电子光路系统的任务是将电子枪中形成的束流参数变换为作用点所需要的束流参数。其工作电源包括聚焦电源和偏转扫描电源。

本发明电子束轰击炉电子光路系统电源的控制方法包括对两级聚焦电源的控制方法和对X、Y轴两组偏转扫描电源的控制方法。本方法以电子束发生系统电源的加速电压线性取样信号的开方值作为聚焦电源和偏转扫描电源的控制信号，聚焦电流的幅值和偏转扫描电流的幅值按此信号线性变化，使电子光路系统运行参数在加速电压波动时不受影响保持恒定，为电子束轰击炉提供便于调节而且稳定的电子光路系统电源。

由于电子束因斥力和空间电荷作用而具有径向分量速度使束发散，所以使电子束聚焦是导向和维持电子束外形的一种措施。电子束轰击炉电子光路系统采用磁聚焦方法。在电子枪结构确定后，聚焦线圈构成的磁透镜的焦距f正比于电子束的加速电压U_A与励磁电流I_F平方的比值，即f∝U_A/(I_F)²。在加速电压U_A变化时，为了保持磁透镜焦距f不变，本发明设计的聚焦电源励磁电流控制系统按即采用电流负反馈控制聚焦线圈电流，加速电压取样信号U_a经开方运算后作为给定信号提供给聚焦电源调节器，控制聚焦电流I_F。从而控制聚焦线圈构成的磁透镜的焦距f恒定，确保运行过程中电子束焦点固定于希望位置。