專利名稱：電子束熔煉爐高壓電源的控制方法及電源裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及電子束電熱設備，具體為電子束熔煉爐高壓電源的控制方法及電源裝置。
背景技術：
電子束熔煉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MOOkW。特別是近30年電子束冷床熔煉(EBCHM)工藝在優質鈦及鈦合金錠坯的生產中占據著重要的地位。目前電子束熔煉爐高壓電源控制方法及電源裝置的特點為1)電子束高壓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。缺點為①晶閘管移相交流調壓，對電網有污染，EMC指標難以達標，功率因數低；②晶間管移相交流調壓加速電源的升壓變壓器輸入電壓波形為含高次諧波的非正弦波；為了保證調節量要求，變壓器的容量設計余量較大，利用率低，這些都會增加變壓器的損耗，使運行效率下降；③晶間管移相交流調壓供電，直流高壓輸出紋波較大，對電子束聚焦不利，降低電子束流通率。2)電子束高壓電源為開環控制，即高壓電源直接由三相市電供電，經多相全波整流獲得，可以克服以上部分缺點，但高壓運行過程產生波動無法抑制。另外電子束熔煉爐運行過程產生放電現象，從而引起電網劇烈的電壓波動與閃變，危及本身和其他電氣設備的正常運行，而且對電網供電質量帶來嚴重危害。電子束熔煉爐上述兩種電源對此“危害”都缺乏有效的抑制能力。電子束熔煉爐高壓電源的設計主要考慮兩個問題1)提高電源運行效率，降低電源運行時對電網產生的“公害”。2)電源及其控制系統對運行過程產生放電現象具有快速、有效的抑制能力。電子束熔煉爐高壓電源采用三相全波供電，而高壓整流采用12脈波整流電路，便能比較好地解決第一個問題。對于第二個問題，一般采用適當增加高壓電源的輸出阻抗 (主要是升壓變壓器的漏阻抗)來降低高壓放電電流，這樣勢必影響到高壓電源輸出特性變軟。這樣需要增加變壓器容量，以犧牲部分效率為代價來抑制放電強度，另外快速抑制放電的問題仍沒有解決。電子束熔煉爐高壓電源運行要求輸出電壓穩定于額定電壓，一般不要求改變工作電壓值
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種電子束熔煉爐高壓電源的控制方法及電源裝置，本發明采用三相近似正弦波電流輸入，并基于可控電抗器控制，具有效率高、“公害”小、高壓電源放電時能快速地、有效地抑制放電電流的特點。本發明的基本構思是電子束熔煉爐高壓電源采用輸出電壓閉環控制結構，高壓電源由三相市電供電，通過調節可調電抗器的工作狀態來調節輸入高壓變壓器的一次側電壓。本發明所設計的電子束熔煉爐高壓電源的控制方法，所述電源采用工頻交流輸入 —三相可調電抗器調壓一三相升壓變壓器升壓一高壓整流濾波的電流變換方式輸出；將上述輸出高壓的高壓取樣信號作為負反饋信號，通過電壓調節器去控制三相可調電抗器直流控制繞組的電流，進行自動調壓，使電子束熔煉爐高壓電源輸出電壓值保持穩定。所述自動調壓的具體方法是將高壓給定信號發生器產生的高壓給定信號與高壓取樣信號比較得到高壓偏差信號，高壓偏差信號送入高壓調節器進行比例-積分運算后輸出一控制信號，用高壓調節器輸出的控制信號送入驅動電路去調節三相可調電抗器直流控制繞組的直流供電電源回路中功率管的占空比。所述三相可調電抗器由3個結構相同的單相可調電抗器組成；每個單相可調電抗器的鐵心為三柱結構，左右呈對稱結構，左右兩側的鐵心柱截面面積與上下兩側的軛鐵心截面面積相同，但左右兩側的鐵心柱截面面積及上下兩側的軛鐵心的截面面積均小于中心的鐵心柱截面面積；單相可調電抗器的交流繞組繞在中心的鐵心柱上，單相可調電抗器的直流控制繞組對稱繞在左右兩側鐵心柱上；3個單相可調電抗器的交流繞組分別串接在工頻交流輸入的三相市電與三相升壓變壓器的一次側繞組中，3個單相可調電抗器的直流控制繞組串接后與三相可調電抗器直流控制繞組的直流供電電源相接。上述電子束熔煉爐高壓電源的控制方法還進一步包括有故障保護控制；即對高壓電源控制過程中的高壓取樣信號進行過壓故障判別、對電子束流取樣信號和三相升壓變壓器輸入電流取樣信號分別進行過流故障判別，上述任一故障產生，立即封鎖高壓調節器的輸出，并通過電子束熔煉爐中央控制單元實現高壓電源的多重保護及整機邏輯連鎖控制。本發明所設計的電子束熔煉爐高壓電源裝置，主要由三相可調電抗器、三相升壓變壓器、兩組高壓整流濾波電路、高壓放電扼流電路、高壓取樣電路、三相可調電抗器直流控制繞組的直流供電電源電路、以及高壓閉環控制弱電電路組成；三相可調電抗器交流繞組的輸入端與輸入的三相市電相接，三相可調電抗器交流繞組的輸出端送入三相升壓變壓器一次側繞組；三相可調電抗器直流控制繞組與三相可調電抗器直流控制繞組的直流供電電源電路相接；三相升壓變壓器有兩組二次側繞組，分別為三角形接法和星形接法，且兩組二次側繞組的線電壓相同；三相升壓變壓器的兩組二次側繞組的輸出分別接入兩組高壓整流濾波電路；每組高壓整流濾波電路由一高壓整流橋和一高壓電容組成，高壓電容并接于高壓整流橋輸出端上；兩組高壓整流濾波電路的高壓整流橋的交流輸入側分別與三相升壓變壓器的兩組二次側繞組相接，兩組高壓整流濾波電路的高壓電容串聯后輸出；高壓整流濾波電路輸出的高壓端經由高壓放電扼流電路與電子槍的陰極相接，高壓整流濾波電路輸出的低壓端與大地及電子槍的陽極相接；高壓取樣電路并接于高壓放電扼流電路輸出端與大地之間，高壓取樣電路輸出的高壓取樣信號送入電壓閉環控制電路的輸入端；高壓閉環控制弱電電路的輸出端與三相可調電抗器直流控制繞組的直流供電電源電路相接。
所述高壓閉環控制弱電電路包括高壓給定信號發生器、比較器、高壓調節器和驅動電路；高壓給定信號發生器的輸出由中央控制單元數字設定后經數模轉換產生，高壓給定信號發生器的輸出信號作為高壓給定信號送入比較器；比較器同時接收高壓取樣電路輸出的高壓取樣信號，將高壓給定信號與高壓取樣信號比較得到的高壓偏差信號送入高壓調節器；高壓調節器為比例-積分調節器結構，將接收的高壓偏差信號進行比例-積分運算后輸出控制信號至驅動電路去調節三相可調電抗器直流控制繞組的直流供電電源電路輸出電壓波的占空比。所述三相可調電抗器由3個結構相同的單相可調電抗器組成；每個單相可調電抗器的鐵心為三柱結構，左右呈對稱結構，左右兩側的鐵心柱截面面積與上下兩側的軛鐵心截面面積相同，但左右兩側的鐵心柱截面面積及上下兩側的軛鐵心的截面面積均小于中心的鐵心柱截面面積；單相可調電抗器的交流繞組繞在中心的鐵心柱上，單相可調電抗器的直流控制繞組對稱繞在左右兩側鐵心柱上；3個單相可調電抗器的交流繞組分別串接在工頻交流輸入的三相市電與三相升壓變壓器的一次側繞組中，3個單相可調電抗器的直流控制繞組串接后與三相可調電抗器直流控制繞組的直流供電電源相接。3個單相可調電抗器的直流控制繞組串接后再與一個線性電抗器串聯，最后接到三相可調電抗器直流控制繞組的直流供電電源的輸出端。上述電子束熔煉爐高壓電源裝置還進一步包括電子束流取樣電阻和電流變送器； 其中電子束流取樣電阻串接在高壓整流濾波電路輸出的低壓端與大地之間，電流變送器輸入端串接在三相可調電抗器與三相升壓變壓器之間，電子束流取樣電阻上的電子束流取樣信號、電流變送器上的三相升壓變壓器輸入電流取樣信號、以及高壓取樣電路輸出的高壓取樣信號送入高壓閉環控制弱電電路的中央控制單元內的故障封鎖信號發生器的輸入端， 故障封鎖信號發生器的輸出端與高壓調節器相連。所述三相可調電抗器直流控制繞組的直流供電電源電路包括Buck電壓調節電路和低壓整流濾波電路；其中低壓整流濾波電路包括低壓整流橋和低壓電容；Buck電壓調節電路包括功率開關管和低壓續流二極管；三相市電接入低壓整流橋的交流輸入端，低壓整流橋的直流輸出側并接在低壓電容的兩端；經過上述低壓整流濾波電路整流濾波后的直流電源的正端接入功率開關管的集電極，負端接入低壓續流二極管的陽極；低壓續流二極管的陰極與功率開關管的發射極相接；功率開關管的基極與高壓閉環控制弱電電路的輸出端相接；低壓續流二極管的陽極與陰極分別接在三相可調電抗器直流控制繞組的兩端上。本發明電子束熔煉爐高壓電源的特點為1)高壓變壓器輸入電壓為正弦波電壓，高壓整流采用12脈波整流，高壓變壓器輸入電流近似正弦波電流。具備較高的功率因數及效率，同時降低了諧波電流。2)串聯三相可調電抗器具有自然的限流特性，且響應速度無延遲，能夠實現快速、 有效抑制高壓放電的能力。3)三相可調電抗器運行過程有一定的電能損耗，但高性能鐵心材料的應用使損耗降低了不少，加上第一個特點所帶來的節能將足夠抵消可調電抗器的損耗。
圖1為本發明電子束熔煉爐高壓電源裝置實施例結構示意圖。
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圖2為圖1中三相可調電抗器結構示意圖。圖3為圖1中三相可調電抗器單相可調電抗器運行磁通變化示意圖。
具體實施例方式本發明一種電子束熔煉爐高壓電源的控制方法，其高壓電源采用輸出電壓閉環控制結構，由三相市電供電，通過調節可控電抗器的工作狀態來調節輸入高壓變壓器的一次側電壓。所述電源采用工頻交流輸入一三相可調電抗器Ll調壓一三相升壓變壓器T升壓 —高壓整流濾波的電流變換方式輸出；將上述輸出高壓的高壓取樣信號作為負反饋信號， 通過電壓調節器去控制三相可調電抗器Ll直流控制繞組的電流，進行自動調壓，使電子束熔煉爐高壓電源輸出電壓值保持穩定。上述電子束熔煉爐高壓電源輸出電壓自動穩定調節的具體方法是將高壓給定信號發生器產生的高壓給定信號與高壓取樣信號比較得到高壓偏差信號，高壓偏差信號送入高壓調節器進行比例-積分PI運算后輸出一控制信號，用高壓調節器輸出的控制信號送入驅動電路去調節三相可調電抗器Ll直流控制繞組的直流供電電源回路中功率管的占空比。電子束熔煉爐高壓電源的控制方法還進一步包括有故障保護控制；即對高壓電源控制過程中的高壓取樣信號進行過壓故障判別、對電子束流取樣信號和三相升壓變壓器T 輸入電流取樣信號分別進行過流故障判別，上述任一故障產生，立即封鎖高壓調節器的輸出，并通過電子束熔煉爐中央控制單元實現高壓電源的多重保護及整機邏輯連鎖控制。所述三相可調電抗器Ll由3個結構相同的單相可調電抗器組成。每個單相可調電抗器的鐵心為三柱結構，左右呈對稱結構，左右兩側的鐵心柱截面面積與上下兩側的軛鐵心截面面積相同，但左右兩側的鐵心柱截面面積及上下兩側的軛鐵心的截面面積均小于中心的鐵心柱截面面積。單相可調電抗器的交流繞組繞在中心的鐵心柱上，單相可調電抗器的直流控制繞組對稱繞在左右兩側鐵心柱上。單相可調電抗器直流控制繞組通入電流后產生的磁通由左右兩側的鐵心柱及上下兩側扼鐵心形成回路，不通過中心的鐵心柱。單相可調電抗器交流繞組通入電流后產生的磁通從中心的鐵心柱由上下兩側扼鐵心分別與左右兩側的鐵心柱形成2個回路。單相可調電抗器的交流繞組通入交流電流后，在正負半周各有一側鐵心柱的磁通得到加強，而另一側鐵心柱的磁通將被減弱，兩直流控制繞組中將分別感應中極性相反的感應電動勢，但由于磁路的非線性兩感應電動勢幅值有差別，疊加后仍存在部分感應電動勢。3個單相可調電抗器的交流繞組分別串接在工頻交流輸入的三相市電與三相升壓變壓器T的一次側繞組中，3個單相可調電抗器的直流控制繞組串接后與三相可調電抗器 Ll直流控制繞組的直流供電電源相接。三相可調電抗器Ll通過對稱電流時，根據對稱三相電路特性，三相可調電抗器Ll的直流控制繞組總的感應電動勢為0，因此三相可調電抗器 Ll中交流繞組的電流不會影響直流控制繞組的電流變化。改變三相可調電抗器Ll中直流控制繞組的電流，使得三相交流繞組每相等效電抗按同樣的規律變化。額定運行時，直流控制繞組產生一個很強的直流磁場，使左右兩側鐵心柱及上下兩側扼鐵芯深度飽和，交流繞組流過的額定交流電流，通過交流繞組所產生的交流磁場不足以使鐵芯退出飽和，磁路呈現出很大的磁阻，穿過交流繞組的磁通量及交流繞組兩端的感應電動勢都很小，電網電壓幾乎全加在升壓變壓器的一次側繞組上。電子束熔煉爐在運行過程中，一旦產生放電現象，相當于高壓電源發生短路故障， 則較大的短路電流流過三相可調電抗器Ll交流繞組，使得每個單相可調電抗器的兩側鐵芯柱在正負半周交替退出飽和區，三相可調電抗器Ll呈現出很大的電抗，從而限制短路電流，使得三相可調電抗器Ll具有限流特性；如果三相電路不對稱，在三相可調電抗器Ll直流控制繞組中將會感應出交流電，產生變壓器效應，從而降低三相可調電抗器Ll的閃變抑制效果，為了彌補這個缺陷，本發明還在三相可調電抗器Ll的直流控制繞組回路中串聯一個線性電抗器L2。空載或輕載運行時，三相可調電抗器Ll的控制直流較小，鐵芯淺度飽和或工作于線性區，交流繞組流過的交流電流較小，通過交流繞組所產生的交流磁場不足以使鐵芯進入深度飽和，磁路呈現出較小的磁阻，穿過交流繞組的磁通量及交流繞組兩端的感應電動勢都較大，電網電壓有部分消耗在三相可調電抗器Ll的交流繞組上。根據上述方法所設計的電子束熔煉爐高壓電源裝置如圖1所示，其主要由三相可調電抗器Li、電流變送器TA、三相升壓變壓器T、兩組高壓整流濾波電路、高壓放電扼流電路、高壓取樣電路、電子束流取樣電阻R3、三相可調電抗器Ll直流控制繞組的直流供電電源電路、以及高壓閉環控制弱電電路組成。所述三相可調電抗器Ll如圖2所示，由3個結構相同的單相可調電抗器組成。每個單相可調電抗器的鐵心為三柱結構，左右呈對稱結構，左右兩側的鐵心柱截面面積與上下兩側的軛鐵心截面面積相同，但左右兩側的鐵心柱截面面積及上下兩側的軛鐵心的截面面積均小于中心的鐵心柱截面面積。單相可調電抗器的交流繞組繞在中心的鐵心柱上，單相可調電抗器的直流控制繞組對稱繞在左右兩側鐵心柱上。單相可調電抗器直流控制繞組通入電流后產生的磁通由左右兩側的鐵心柱及上下兩側扼鐵心形成回路，不通過中心的鐵心柱。單相可調電抗器交流繞組通入電流后產生的磁通從中心的鐵心柱由上下兩側扼鐵心分別與兩側的鐵心柱形成2個回路。單相可調電抗器的交流繞組通入交流電流后，在正負半周各有一側鐵心柱的磁通得到加強，而另一側鐵心柱的磁通將被減弱，兩直流控制繞組中將分別感應中極性相反的感應電動勢，但由于磁路的非線性兩感應電動勢幅值有差別， 疊加后仍存在部分感應電動勢。3個單相可調電抗器的交流繞組分別串接在工頻交流輸入的三相市電與三相升壓變壓器T的一次側繞組中，3個單相可調電抗器的直流控制繞組串接后與三相可調電抗器 Ll直流控制繞組的直流供電電源相接。三相可調電抗器Ll通過對稱電流時，根據對稱三相電路特性，三相可調電抗器Ll的直流控制繞組總的感應電動勢為0，因此三相可調電抗器 Ll中交流繞組的電流不會影響直流控制繞組的電流變化。改變三相可調電抗器Ll中直流控制繞組的電流，使得三相交流繞組每相等效電抗按同樣的規律變化。額定運行時，直流控制繞組產生一個很強的直流磁場，使鐵芯深度飽和(圖3中Q點)，交流繞組流過的額定交流電流，通過交流繞組所產生的交流磁場不足以使鐵芯退出飽和，磁路呈現出很大的磁阻， 穿過交流繞組的磁通量及交流繞組兩端的感應電動勢都很小，電網電壓幾乎全加在升壓變壓器的一次側繞組上。電子束熔煉爐在運行過程中，一旦產生放電現象，相當于高壓電源發生短路故障， 則較大的短路電流流過三相可調電抗器Ll交流繞組，使得每個單相可調電抗器的兩側鐵芯柱在正負半周交替退出飽和區，三相可調電抗器Ll呈現出很大的電抗，從而限制短路電流，使得三相可調電抗器Ll具有限流特性；如果三相電路不對稱，在三相可調電抗器Ll直流控制繞組中將會感應出交流電，產生變壓器效應，從而降低三相可調電抗器Ll的閃變抑制效果，為了彌補這個缺陷，本發明還在三相可調電抗器Ll的直流控制繞組回路中串聯一個線性電抗器L2。空載或輕載運行時，三相可調電抗器Ll的控制直流較小，鐵芯淺度飽和或工作于線性區(圖3中S點)，交流繞組流過的交流電流較小，通過交流繞組所產生的交流磁場不足以使鐵芯進入深度飽和，磁路呈現出較小的磁阻，穿過交流繞組的磁通量及交流繞組兩端的感應電動勢都較大，電網電壓有部分消耗在三相可調電抗器Ll的交流繞組上。電流變送器TA的輸入端串接在三相可調電抗器與三相升壓變壓器之間，用于檢測三相升壓變壓器T輸入電流，其輸出的直流電壓信號I 即三相升壓變壓器輸入電流取樣信號正比于三相升壓變壓器T輸入電流，檢測直流電壓信號I 送入高壓閉環控制弱電電路的中央控制單元的輸入端，中央控制單元把直流電壓信號I 與其限幅設定值進行比較，如果超過限幅設定值，中央控制單元判斷產生輸入過流故障。三相升壓變壓器T有兩組二次側繞組，分別為三角形接法和星形接法，且兩組二次側繞組的線電壓相同，兩組二次側繞組的輸出分別接入第一高壓整流濾波電路和第二高壓整流濾波電路中高壓整流橋ZL3和ZL4的交流輸入側；兩組高壓整流橋ZL3和ZL4輸出分別經高壓電容Cl和C2濾波后再串聯輸出，輸出的負高壓端接至高壓放電扼流電路的輸入端，低壓端經電子束流取樣電阻R3與大地相接，電子槍的陽極亦與大地相接。扼流電抗器L3和高壓續流二極管D2并聯組成高壓放電扼流電路。高壓續流二極管D2的陽極為輸入端，高壓續流二極管D2的陰極為輸出端，該輸出端接至電子槍的陰極。 扼流電抗器L3的作用是限制高壓電容Cl和C2的放電瞬間電流。高壓續流二極管D2的作用是防止放電電流截止在扼流電抗器L3兩端產生過電壓。高壓降壓電阻Rl和高壓取樣電阻R2串聯組成高壓取樣電路。高壓取樣電路并接于高壓放電扼流電路輸出端與大地之間。高壓取樣電阻R2輸出的高壓取樣信號U分別送入高壓電壓閉環控制弱電電路的比較器及中央控制單元；中央控制單元把高壓取樣信號U 與其限幅設定值進行比較，如果超過限幅設定值，中央控制單元判斷產生高壓過壓故障。電子束流取樣電阻R3上電子束流取樣信號I分別送入電子束流調節信號及中央控制單元；中央控制單元把電子束流取樣信號I與其限幅設定值進行比較，如果超過限幅設定值，中央控制單元判斷產生電子束流過流故障。高壓閉環控制弱電電路包括中央控制單元、比較器、高壓調節器和驅動電路。中央控制單元能夠形成高壓給定信號發生器和故障封鎖信號發生器。中央控制單元通過以下方式形成高壓給定信號發生器高壓給定信號發生器的輸出由中央控制單元數字設定后經數模轉換產生，高壓給定信號發生器的輸出信號作為高壓給定信號送入比較器。中央控制單元通過以下方式形成故障封鎖信號發生器電子束流取樣電阻R3上的電子束流取樣信號和電流變送器TA上的三相升壓變壓器T輸入電流取樣信號送入中央控制單元進行過流故障判別，高壓取樣電路輸出的高壓取樣信號送入中央控制單元進行過壓故障判別。上述任一故障產生，中央控制單元立即輸出故障信號Uer至高壓調節器，立即封鎖高壓調節器的輸出，并通過電子束熔煉爐中央控制單元實現高壓電源的多重保護及整機邏輯連鎖控制。
比較器接收中央控制單元輸出的高壓給定信號『和高壓取樣信號U，進行比較運算，輸出高壓偏差信號AU =『-U，高壓偏差信號ΔU送入高壓調節器的輸入端。高壓調節器為比例-積分調節器結構，高壓調節器對偏差信號Δ U進行比例-積分(PI)運算，輸出一控制信號U。送入驅動單元的輸入端；高壓調節器同時接收中央控制單元輸出的故障封鎖信號Uer，一旦Uer有效，高壓調節器的輸出將被封鎖。驅動單元用于把直流控制信號Uc轉換成占空比與U。成正比的脈沖信號，并把脈沖信號放大隔離后接至三相可調電抗器Ll直流控制繞組的直流供電電源電路功率開關管V 的控制極。功率開關管V和低壓續流二極管Dl組成Buck電壓調節電路。低壓整流橋ZLl和低壓電容C3組成低壓整流濾波電路。Buck電壓調節電路和低壓整流濾波電路組成三相可調電抗器Ll直流控制繞組的直流供電電源電路。三相市電電源經低壓整流濾波電路整形濾波后，輸出平直不可控的直流電源。Buck電壓調節電路輸出占空比可控的直流脈沖電源。三相市電接入低壓整流橋ZLl的交流輸入端，低壓整流橋ZLl的直流輸出側并接在低壓電容C3的兩端。經過上述低壓整流濾波電路整流濾波后的直流電源的正端接入功率開關管V的集電極，負端接入低壓續流二極管Dl的陽極。低壓續流二極管Dl的陽極再與三相可調電抗器Ll直流控制繞組一輸入端相接。功率開關管V的發射極與低壓續流二極管Dl的陰極相接，低壓續流二極管Dl的陰極再與線性電抗器L2的輸入端相接。線性電抗器L2的輸出端與三相可調電抗器Ll直流控制繞組另一輸入端相接。低壓續流二極管Dl 兩端的電壓波形為占空比可控的直流脈沖電壓波，脈沖頻率IOkHz以上，由于線性電抗器 L2和三相可調電抗器Ll直流控制繞組的濾波作用，三相可調電抗器Ll直流控制繞組中的電流波為近似平直電流波。上述實施例中三相可調電抗器Ll由三個結構相同的單相可調電抗器組成，但本發明的保護不限于上述三相可調電抗器Ll，只要電子束熔煉爐高壓電源裝置采用串聯可調電抗器調壓方式，即屬于本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.電子束熔煉爐高壓電源的控制方法，其特征在于所述電源采用工頻交流輸入一三相可調電抗器(Li)調壓一三相升壓變壓器(T)升壓一高壓整流濾波的電流變換方式輸出； 將上述輸出高壓的高壓取樣信號作為負反饋信號，通過電壓調節器去控制三相可調電抗器 (Li)直流控制繞組的電流，進行自動調壓，使電子束熔煉爐高壓電源輸出電壓值保持穩定。
2.根據權利要求1所述的電子束熔煉爐高壓電源的控制方法，其特征在于上述自動調壓的具體方法是將高壓給定信號發生器產生的高壓給定信號與高壓取樣信號比較得到高壓偏差信號，高壓偏差信號送入高壓調節器進行比例-積分運算后輸出一控制信號，用高壓調節器輸出的控制信號送入驅動電路去調節三相可調電抗器(Li)直流控制繞組的直流供電電源回路中功率管的占空比。
3.根據權利要求1所述的電子束熔煉爐高壓電源的控制方法，其特征在于所述三相可調電抗器(Li)由3個結構相同的單相可調電抗器組成；每個單相可調電抗器的鐵心為三柱結構，左右呈對稱結構，左右兩側的鐵心柱截面面積與上下側的軛鐵心截面面積相同，但左右兩側的鐵心柱截面面積及上下兩側的軛鐵心的截面面積均小于中心的鐵心柱截面面積；單相可調電抗器的交流繞組繞在中心的鐵心柱上，單相可調電抗器的直流控制繞組對稱繞在左右兩側鐵心柱上；3個單相可調電抗器的交流繞組分別串接在工頻交流輸入的三相市電與三相升壓變壓器(T)的一次側繞組中，3個單相可調電抗器的直流控制繞組串接后與三相可調電抗器(Li)直流控制繞組的直流供電電源相接。
4.根據權利要求1所述的電子束熔煉爐高壓電源的控制方法，其特征在于還進一步包括有故障保護控制；即對高壓電源控制過程中的高壓取樣信號進行過壓故障判別、對電子束流取樣信號和三相升壓變壓器(T)輸入電流取樣信號分別進行過流故障判別，上述任一故障產生，立即封鎖高壓調節器的輸出，并通過電子束熔煉爐中央控制單元實現高壓電源的多重保護及整機邏輯連鎖控制。
5.電子束熔煉爐高壓電源裝置，其特征在于主要由三相可調電抗器(Li)、三相升壓變壓器(T)、兩組高壓整流濾波電路、高壓放電扼流電路、高壓取樣電路、三相可調電抗器 (Li)直流控制繞組的直流供電電源電路、以及高壓閉環控制弱電電路組成；三相可調電抗器(Li)交流繞組的輸入端與輸入的三相市電相接，三相可調電抗器 (Li)交流繞組的輸出端送入三相升壓變壓器(T) 一次側繞組；三相可調電抗器(Li)直流控制繞組與三相可調電抗器(Li)直流控制繞組的直流供電電源電路相接；三相升壓變壓器(T)有兩組二次側繞組，分別為三角形接法和星形接法，且兩組二次側繞組的線電壓相同；三相升壓變壓器(T)的兩組二次側繞組的輸出分別接入兩組高壓整流濾波電路；每組高壓整流濾波電路由一高壓整流橋(ZL3和ZL4)和一高壓電容(以和以)組成，高壓電容(Cl和以)并接于高壓整流橋(ZL3和ZL4)輸出端上；兩組高壓整流濾波電路的高壓整流橋(ZL3和ZL4)的交流輸入側分別與三相升壓變壓器(T)的兩組二次側繞組相接， 兩組高壓整流濾波電路的高壓電容(Cl和C2)串聯后輸出；高壓整流濾波電路輸出的高壓端經由高壓放電扼流電路與電子槍的陰極相接，高壓整流濾波電路輸出的低壓端與大地及電子槍的陽極相接；高壓取樣電路并接于高壓放電扼流電路輸出端與大地之間，高壓取樣電路輸出的高壓取樣信號送入電壓閉環控制弱電電路的輸入端；高壓閉環控制弱電電路的輸出端與三相可調電抗器(Li)直流控制繞組的直流供電電源電路相接。
6.根據權利要求5所述的電子束熔煉爐高壓電源裝置，其特征在于高壓閉環控制弱電電路包括高壓給定信號發生器、比較器、高壓調節器和驅動電路；高壓給定信號發生器的輸出由中央控制單元數字設定后經數模轉換產生，高壓給定信號發生器的輸出信號作為高壓給定信號送入比較器；比較器同時接收高壓取樣電路輸出的高壓取樣信號，將高壓給定信號與高壓取樣信號比較得到的高壓偏差信號送入高壓調節器；高壓調節器為比例-積分調節器結構，將接收的高壓偏差信號進行比例-積分運算后輸出控制信號至驅動電路去調節三相可調電抗器(Li)直流控制繞組的直流供電電源電路輸出電壓波的占空比。
7.根據權利要求5所述的電子束熔煉爐高壓電源裝置，其特征在于所述三相可調電抗器(Li)由3個結構相同的單相可調電抗器組成；每個單相可調電抗器的鐵心為三柱結構，左右呈對稱結構，左右兩側的鐵心柱截面面積與上下兩側的軛鐵心截面面積相同，但左右兩側的鐵心柱截面面積及上下兩側的軛鐵心的截面面積均小于中心的鐵心柱截面面積； 單相可調電抗器的交流繞組繞在中心的鐵心柱上，單相可調電抗器的直流控制繞組對稱繞在左右兩側鐵心柱上；3個單相可調電抗器的交流繞組分別串接在工頻交流輸入的三相市電與三相升壓變壓器(T)的一次側繞組中，3個單相可調電抗器的直流控制繞組串接后與三相可調電抗器(Li)直流控制繞組的直流供電電源相接。
8.根據權利要求7所述的電子束熔煉爐高壓電源裝置，其特征在于3個單相可調電抗器的直流控制繞組串接后再與一個線性電抗器(U)串聯，最后接到三相可調電抗器(Li) 直流控制繞組的直流供電電源的輸出端。
9.根據權利要求5所述的電子束熔煉爐高壓電源裝置，其特征在于還進一步包括電子束流取樣電阻0 )和電流變送器(TA)；其中電子束流取樣電阻0 )串接在高壓整流濾波電路輸出的低壓端與大地之間，電流變送器(TA)輸入端串接在三相可調電抗器(Li) 與三相升壓變壓器(T)之間，電子束流取樣電阻(舊)上的電子束流取樣信號、電流變送器 (TA)上的三相升壓變壓器(T)輸入電流取樣信號、以及高壓取樣電路輸出的高壓取樣信號送入高壓閉環控制弱電電路的中央控制單元內的故障封鎖信號發生器的輸入端，故障封鎖信號發生器的輸出端與高壓調節器相連。
10.根據權利要求5所述的電子束熔煉爐高壓電源裝置，其特征在于所述三相可調電抗器(Li)直流控制繞組的直流供電電源電路包括Buck電壓調節電路和低壓整流濾波電路；其中低壓整流濾波電路包括低壓整流橋(ZLl)和低壓電容(O) ；Buck電壓調節電路包括功率開關管(V)和低壓續流二極管(Dl)；三相市電接入低壓整流橋(ZLl)的交流輸入端，低壓整流橋(ZLl)的直流輸出側并接在低壓電容(O)的兩端；經過上述低壓整流濾波電路整流濾波后的直流電源的正端接入功率開關管(V)的集電極，負端接入低壓續流二極管(Dl)的陽極；低壓續流二極管(Dl)的陰極與功率開關管(V)的發射極相接；功率開關管 (V)的基極與高壓閉環控制弱電電路的輸出端相接；低壓續流二極管(Dl)的陽極與陰極分別接在三相可調電抗器(Li)直流控制繞組的兩端上。
全文摘要
本發明公開一種電子束熔煉爐高壓電源的控制方法及電源裝置，其電源采用工頻交流輸入→三相可調電抗器調壓→三相升壓變壓器升壓→高壓整流濾波的電流變換方式輸出；將上述輸出高壓的高壓取樣信號作為負反饋信號，通過電壓調節器去控制三相可調電抗器直流控制繞組的電流，進行自動調壓，使電子束熔煉爐高壓電源輸出電壓值保持穩定。本發明基于可控電抗器控制，具有效率高、“公害”小、高壓電源放電時能快速地、有效地抑制放電電流的特點。
文檔編號H05B7/148GK102573163SQ20121001581
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月18日 優先權日2012年1月18日
發明者何磊, 李震, 王斌, 韋壽祺 申請人:桂林電子科技大學