[發明專利]電子束轟擊爐電子束發生系統電源控制方法及電源裝置

無效

• 申請號: 200710050731.7
• 申請日: 2007-12-07
• 公開（公告）號: CN101179878A
• 公開（公告）日: 2008-05-14
• 發明（設計）人: 韋壽祺;莫金海
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H05B7/144
• 分類號: H05B7/144;C22B4/00;C22B9/00
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司
• 代理人: 歐陽波

(一)技術領域

本發明涉及電子束電熱設各，具體為電子束轟擊爐電子束發生系統電源控制方法及電源裝置。

(二)背景技術

電子束轟擊爐是利用高速電子轟擊爐料時所產生的熱能來進行熔煉和加熱的一種電熱設備，是一種綜合了真空物理、材料科學、電子技術、電子光學、高電壓技術、計算機和控制技術等多種技術的高科技產品，與其它真空熔煉爐相比，功率密度高，可用于貴重、稀有、難熔金屬的熔煉和精練，爐內真空度高，容易制備各種高純材料或特殊合金以及用于熔煉優質特殊鋼和鈦廢屑回收等，此外還具有無耐火材料對爐料污染的優點。電子束轟擊爐的發展方向是大功率、多槍，這類設備的單臺功率已達2400kW。

電子束轟擊爐的關鍵技術是電子束發生器(電子槍)及其電源。電子束轟擊爐多采用間熱式陰極軸向電子槍，其中電子束發生系統由燈絲、陰極、聚束極、陽極等組成，與之相對應的電源裝置包括燈絲電源、轟擊電源和電子束加速電源，它們工作在負高壓端。

目前電子束轟擊爐中電子束發生系統電源控制方法及電源裝置的特點為：

1)電子束加速電源為閉環穩壓系統，即利用晶閘管移相交流調壓自動控制主變壓器的輸入電壓，使加速電源輸出電壓保持穩定；

2)電子束流的控制亦設計成閉環系統，即通過自動調節的燈絲加熱電流來改變陰極加熱功率從而控制陰極發射電子束的能力，最終實現電子束穩流控制；

3)電子束功率的穩定靠上述加速電壓和電子束流兩套獨立閉環系統來實現。

電子束轟擊爐主功率電源——加速電源采用晶閘管移相交流調壓閉環控制方式不可避免地存在如下嚴重缺陷，對于大功率電子束轟擊爐尤為明顯。

1)交流側輸入電流諧波幅值大，對電網造成嚴重污染，形成電力“公害”；

2)移相調壓增加電流滯后相角，功率因數變低；

3)為了保證調節量要求，主變壓器容量設計的裕量較大，利用率偏低，主變壓器的損耗較大，運行效率不高；

4)主變壓器輸入電壓波形為非正弦波，高次諧波電壓、電流使得鐵耗增大，運行效率進一步降低；

5)主變壓器非正弦波電壓供電使得整流輸出電壓紋波較大，增加了濾波的難度，最終輸出加速電壓仍含有較高的紋波系數；

6)輸出電壓紋波較大不利于電子束聚焦，降低電子束在電子槍中的流通率，造成電子槍運行溫度過高，運行效率下降。

綜上所述，為了消除電子束轟擊爐運行時對電網構成的“公害”及提高其運行效率，必須摒棄其電子束發生系統加速電源采用晶閘管移相交流調壓控制方式，尋找新的控制方法并設計新的電子束發生系統電源裝置。

(三)發明內容

本發明的目的是設計一種電子束轟擊爐電子束發生系統電源控制方法，電子束轟擊爐主電源——電子束加速電源直接由市電供電，開環控制的加速電源輸出加速電壓的幅值隨供電電壓及負載變化而波動，此時按電子束功率的變化量來協調控制燈絲電源、轟擊電源，讓電子束流伺服加速電壓反向變化，使得電子束功率穩定于希望值。

本發明的另一目的是根據上述控制方法設計一種電子束轟擊爐電子束發生系統的電源裝置，對電子束加速電源開環控制，加速電壓取樣信號和電子束流取樣信號作為轟擊電源和燈絲電源的控制信號，各電源間協調工作，使電子束功率不受加速電壓變化影響，為電子束轟擊爐提供便于調節而且穩定的電子束功率。

本發明電子束轟擊爐電子束發生系統電源的控制方法對電子束加速電源開環控制，加速電壓取樣信號和電子束流取樣信號作為轟擊電源、燈絲電源和電子束功率的控制信號，加速電源、轟擊電源和燈絲電源三電源協調工作，使電子束流功率不受加速電壓波動的影響，為電子束轟擊爐提供便于調節而且穩定的電子束功率。

本控制方法包括電子束加速電源的控制、轟擊電源的控制、燈絲電源的控制和電子束功率的控制。

電子束加速電源的控制方法為開環控制，其升壓主變壓器輸入端與三相市電直通，輸入電壓為完整的三相正弦波，升壓后經六相十二脈波全波整流得到不可控的直流高壓，升壓主變壓器輸入電流波形為近似正弦波；直流高壓輸出端接有取樣電路，分別輸出加速電壓取樣信號和電子束流取樣信號。

轟擊電源的控制方法為穩壓控制。轟擊電源工作于高壓端，供電及控制電路在低壓端，通過AC→DC→AC→DC電流變換方式，由轟擊變壓器實現能量的傳遞、電壓值的變換和高壓絕緣，在直流中間環節采用脈寬調制(PWM)技術調節轟擊電源的輸入。轟擊電源調節器在低壓側引入轟擊逆變器輸入電壓負反饋和輸入電流正補償來抵消負載效應等引起的輸出電壓變動，使得轟擊電壓具有較硬的輸出特性，幾乎不隨轟擊電流變化，達到穩壓控制的目的。