[发明专利]电子束焊机加速高压电源的控制方法及电源装置

说明书

(一)技术领域

本发明涉及电子束焊接设备，具体为电子束焊机加速高压电源的控制方法及电源装置。

电子束焊利用空间定向高速运动电子束，撞击工件表面后，将动能转化成热能，使被焊金属熔化，冷却结晶后形成焊缝。与常规焊接方法相比，电子束焊具有加热功率密度高、焊缝深宽比大、焊接速度快、热影响区小、焊接变形小、焊缝纯度高、焊接工艺参数调节范围广、适应性强和可焊材料多等优点。而电子束焊机是一种综合了真空物理、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。目前市面上常用的电子束焊机加速高压电源控制方法及加速高压电源装置主要有下列5种类型：

(1)工频交流输入→白偶变压器交流调压→工频隔离变压器升压→高压整流滤波输出。特点是电网谐波干扰较小，但设备笨重，效率低，系统调节速度慢，调节精度差。为早期电子束焊机产品所选用，目前已被淘汰。

(2)工频交流输入→工频晶闸管交流调压→工频隔离变压器升压→高压整流滤波输出。特点是系统调节速度较快，调节精度较高，但高压滤波电容值较大，对电网谐波干扰较大，为电子束炉产品普遍采用，但在电子束焊机产品中逐渐被淘汰。

(3)工频交流输入→中频交流发电机调压→中频隔离变压器升压→高压整流滤波输出。特点是高压滤波电容值相对较小，对电网谐波干扰较小，调节精度较高，但系统调节速度慢，中频发电机组价格较高，噪音很大。为目前中国电子束焊机产品普遍采用。

(4)工频交流输入→工频隔离变压器升压→高压整流滤波→高压电子管串联调压→高压滤波输出。特点是高压滤波电容值小，对电网谐波干扰小，系统调节速度快，调节精度高，但效率低，高压电子管为特殊器件，制造难度大，设备体积大，制造成本高，仅为俄罗斯、乌克兰等少数国家电子束焊机产品所采用。

(5)工频交流输入→低压整流滤波→直流脉宽调制调压→低压滤波→高频逆变→高频隔离变压器升压→高压整流滤波输出。特点是高压滤波电容值小，系统调节速度快，调节精度高，设备体积小，制造成本较低。但高频逆变器及高频高压变压器制造技术难度大，效率偏低。为目前欧美电子束焊机产品普遍采用。

本发明所要解决的技术问题是提供一种中频逆变高频脉宽调制调压式的电子束焊机加速高压电源的控制方法及电源装置。特点为对电网谐波干扰小、系统调节速度快、输出高压纹波小、制造简便、效率较高。

本发明的基本构思是采用工频交流输入→低压整流滤波→中频逆变高频脉宽调制调压→中频隔离变压器升压→高压整流滤波输出的技术路线，在中频逆变的同时，通过输出电压的负反馈信号去控制高频脉宽调制的占空比，进行自动调压，使高压电源输出电压值保持稳定。

为了实现上述目的，本发明所设计的电子束焊机加速高压电源的控制方法，包括输出高压的稳定调节，即电源由三相市电供电，采用AC→DC→AC→DC电流变换方式，中间DC→AC逆变环节为中频逆变，在逆变过程同时实现高频脉宽调制调压功能；由中频高压变压器实现电能的传递、电压值的变换和高压绝缘；以高压取样信号作为负反馈信号去控制高频脉宽调制输出波的占空比，实现输出高压自动稳定调节。

上述方案还包括逆变器驱动的控制，所述逆变器驱动控制包括各中频逆变桥的相序控制和高频脉宽调制的占空比控制。各逆变桥的中频逆变相序和高频脉宽调制波相序受同一时钟(CL)控制，各逆变桥间中频逆变相序呈对称分布，逆变器上半桥功率管的驱动信号为中频方波，下半桥功率管的驱动信号为中频方波和高频脉宽调制波相“与”逻辑运算后的波形。各逆变桥间高频脉宽调制波的相序亦呈对称分布。高频脉宽调制波频率f_t与中频逆变频率f_c的关系满足f_t＝n×m₁×m₂×f_c，n为正整数，m₁为每组逆变桥相数，m₂为逆变桥组数，调制后的中频输出波形保持严格对称。高频脉宽调制波的占空比正比于高压调节器的输出信号。

上述方案还包括故障保护控制，即高频脉宽调制的输出在判定故障出现时将被封锁。

所述故障保护在高压放电故障达到封锁的设定时间后，高频脉宽调制的输出将自动解除封锁，实现高压自动重启；当设定时间段内高压故障发生次数超过设定次数则判为永久故障，此时切断电网供电电源和高压设定信号，待故障排除后，再手动重启高压。