[发明专利]电子束打孔机加速高压电源的控制方法及电源装置

说明书

技术领域

本发明涉及电子束打孔设备，具体为电子束打孔机加速高压电源的控制方法及电源装置。

背景技术

电子束打孔过程是基于用高能量密度的电子束来轰击工件，使其局部熔化和气化。所产生的气体毛细管很容易被电子束穿透，电子束通过工件表面又去轰击下一层的材料，这种爆炸性的气化将熔化了的材料在形成的毛细管周围排出，从而加工出公差为±5％平均孔径的精度。与其它工艺(电火花加工EDM、电化学加工ECM)相比，电子束打孔过程工件和电子束之间可以独立地自由移动，这使得打孔频率远远高于其它工艺。电子束惯性很小，没有磨损，并且能够与电子控制系统同样的速度进行操作。电子束可以精确地将其能量释放在金属表面以下，这使得电子束成为金属材料打孔的理想手段。而电子束打孔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。

电子束打孔机加速高压电源是决定电子束打孔机工作性能的关键部件，加速高压电源纹波越小、响应速度越高，电子束打孔机性能越高。目前电子束打孔机的加速高压电源有采用中频发电机组供电方式，也有采用AC→DC→DC→AC→DC电流变换方式，控制方式采用单闭环控制。存在的缺点是控制系统惯性大，调节速度较慢。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电子束打孔机加速高压电源的控制方法及电源装置，具有控制系统调节速度快、抗干扰能力强、输出加速高压电源纹波小、效率较高、体积小等特点。

本发明的基本构思是电子束打孔机加速高压电源采用双闭环控制结构，内环为电流环，外环为电压环。加速高压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高频逆变环节以脉宽调制的方式调节逆变器输出电压。

为了实现上述目的，本发明所设计的电子束打孔机加速高压电源的控制方法，所述电源采用工频交流输入→低压整流滤波→高频逆变及脉宽调制调压→高频隔离变压器升压→高压整流滤波的电流变换方式，在高频逆变的同时进行脉宽调制调节逆变器输出电压。电压环以高压取样信号作为负反馈信号，电流环以逆变器输入电流取样信号作为负反馈信号，电压环的调节器和电流环的调节器串级联接后去控制逆变波形的脉宽，进行自动调压，使电子束打孔机加速高压电源输出电压值保持稳定。

在上述方案中，加速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-积分运算后输出逆变器输入电流给定信号；逆变器输入电流给定信号与逆变器输入电流取样信号比较得到逆变器输入电流偏差信号，逆变器输入电流偏差信号送入电流调节器进行比例-积分运算后输出一控制信号，用电流调节器输出的控制信号送入逆变器驱动电路单元去调节逆变器输出电压波的占空比。

所述逆变器至少由两个逆变桥构成。本方案还包括高频逆变波形的控制，其具体方法是逆变器驱动电路单元根据电流调节器输出的控制信号产生的脉宽调制(PWM)波控制各逆变桥输出的矩形电压波等宽；逆变器驱动电路单元还生成逆变器中各功率开关管的合理的驱动脉冲信号，控制各逆变桥输出的矩形电压波的相位呈对称分布。每桥臂的上半桥功率管的驱动信号为方波，下半桥功率管的驱动信号为上半桥功率管的方波驱动信号反相后和逆变脉宽调制(PWM)波进行“与”逻辑运算得到的波形。

本发明电子束打孔机加速高压电源的控制方法还包括有故障保护控制，即对加速电源控制过程中的高压取样信号、电子束流取样信号、逆变器输入电流取样信号和逆变器各开关功率管工作状态信号进行故障判别，上述任一故障产生，立即封锁高压调节器和电流调节器的输出，同时封锁逆变器的驱动脉冲，并通过电子束打孔机总控单元实现加速高压电源的多重保护及整机逻辑连锁控制。