[实用新型]电子束加工设备的栅偏电源及其应用结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及电子束加工设备领域，具体涉及一种电子束加工设备的栅偏电源及其应用结构。

背景技术

电子束发生系统发射电子束的阴极有直热式和间热式两种阴极。阴极发射电子束流的工作状态有温度限制状态和空间电荷限制状态。在温度限制状态下阴极发射的饱和电子束流密度由式决定,式中i_s为阴极发射的饱和电子束流密度，A₀为理查逊常数，T为阴极的热力学温度，k为玻耳兹曼常数，为阴极材料逸出功。在空间电荷限制状态下，在某一阴极温度下，阴极发射的电子束流密度由式决定，式中i_sp为在空间电荷限制下阴阳极间的电子束流密度，d为阴阳极间距，E_a为加速电压，且i_sp<i_s。阴极的有效发射面积与聚束极的膜孔直径及加在阴极和聚束极间的栅偏电压有关，阴极发射表面的有效直径由式决定，式中d_k为阴极发射表面的有效直径，d_b为聚束极膜孔直径，E_b0为电子束流截止的栅偏电压值，E_b为聚束极相对阴极的栅偏电压值。

由以上分析可知，阴极发射电子束流与阴极材料的阴极工作温度T，阴阳极间加速电压E_a，阴阳极间距d，聚束极的膜孔直径d_b，截止栅偏电压E_b0，工作栅偏电压E_b有关。其中d、d_b和E_b0在工作中是不可控的，且E_a一般控制在某一个稳定值。要改变电子束流大小，只能通过改变阴极加热功率来改变阴极温度T，或者改变栅偏电压E_b来改变阴极的有效发射面积。在电子束流要求调节速度较快，电子束流品质要求较高的电子束加工设备中，如电子束焊机等，多采用后一种电子束流控制方式。

为了解决栅偏电压的快速变化，在申请号为201110272609.0的中国实用新型专利公开的“一种适用于脉冲电子束焊接的偏压电源”和申请号为201110141331.3的中国实用新型专利公开的“一种适用于超音频脉冲电子束焊接的偏压电源”中，都采用两档偏压值交替工作的方法，而每一档偏压值的改变是通过脉宽调制（PWM）控制方法实现，中间需经过时间常数较大的滤波电路，那么每一档偏压值的调节速度相对它们交替工作速度要慢得多。这种两档偏压值交替工作方式，在电子束流要求快速连续调节场合（如电子束快速成形设备）是不适用的。此外，常规栅偏电源与阴极电源、加速电源和电子枪的连接方式，一旦电子枪聚束极对地放电，电子枪中聚束极相对阴极的电位将被拉低甚至有可能变成正的，这样势必导致炽热阴极发射出更多的不受控电子，放电过程加剧，有可能导致被加工件报废和危害设备控制系统的可靠运行。参见图6。

介于以上原因，有必要对栅偏电源的结构及其连接方式进行改进。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种电子束加工设备的栅偏电源及其应用结构，该电子束加工设备的栅偏电源能够快速连续改变栅偏电压值；通过改进栅偏电源与阴极电源、加速电源和电子枪的连接方式，在电子枪聚束极对地放电时有利于抑制阴极发射不受控电子。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一、本实用新型一种电子束加工设备的栅偏电源，主要由输入整流滤波单元、A单元、B单元、输出滤波电容、负载电阻、逆变波形发生器、栅偏电压调节器、电子束流调节器和中央控制器组成；其中A单元和B单元的结构和参数相一致，即A单元和B单元各包括1个逆变器、1个滤波器、1个隔离变压器和1个输出整流桥；在每个单元中，逆变器的输出端连接滤波器的输入端，滤波器的输出端连接隔离变压器的初级绕组，隔离变压器的次级绕组接至输出整流桥的交流输入端；

输入整流滤波单元的输入端连接外部输入的两组交流电，输入整流滤波单元输出的正负直流电源的公共端与大地相接，输出的正极端同时接至A、B两单元逆变器中N型功率管的集电极，输出的负极端同时接至A、B两单元逆变器中P型功率管的集电极；A、B两个单元的输出整流桥的输出端并联后作为栅偏电源的输出，输出滤波电容和负载电阻并联后再并接在栅偏电源的输出端，栅偏电源输出正极端与加速电源的负极相接并接至电子枪的阴极，栅偏电源输出负极与电子枪的聚束极相接；