中频逆变高频PWM电子束焊机高压电源_黄小东

中频逆变高频PWM电子束焊机高压电源

EquipmentManufactringTechnologyNo.8，2012

中频逆变高频ＰＷＭ电子束焊机高压电源

黄小东，费翔，陆思恒，郭华艳

（桂林狮达机电技术工程有限公司，广西

桂林

５４１００４）

摘要：设计一种中频逆变高频ＰＷＭ电子束焊机高压电源装置，装置将由高频ＰＷＭ脉冲驱动的逆变器产生的中频交流电送入中频高压变压器，通过高压整流滤波器、高压放电扼流电路后得到纹波系数小、运行稳定的高压输出，同时这是一种调节速度快、效率较故障判别电路对高压电源实时监控，当出现异常时，实现快速截止保护。实验结果表明，高的电子束焊机高压逆变电源装置。

关键词：电子束焊机；高压电源；高频ＰＷＭ；开关电源中图分类号：ＴＧ４５６．３

文献标识码：Ｂ

文章编号：１６７２－５４５Ｘ（２０１２）０８－００７４－０３

电子束焊机电源，用于为电子枪提供加速电压。其性能的好坏，直接决定着电子束焊接工艺和焊接

品质。常用的电子束焊机电源控制方法及电源装置，主要有下列５种类型：

（１）工频交流输入→自偶变压器交流调压→工频隔离变压器升压→高压整流滤波输出。其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。其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。其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，且中频发电机组价格较高，噪音很大。为目前国内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。其特点是高压滤波电容值小，对电网谐波干扰小，系统调节速度最快，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。其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。

以下介绍了一种中频逆变高频ＰＷＭ电子束焊机高压电源的设计。

１电源结构及其工作原理

电源结构如图１所示。

３

３准３８０Ｖ

１

２

７

Ib

１３

Uerr

８９Ua

＊－Ua＋１０

４

５

６

１２

△Ua

１１

１．电网滤波器２．输入整流滤波器３．逆变器４．中频高压变压器５．高压整流滤波器６．高压放电扼流电路７．高压取样电路

８．电子束流取样电阻９．故障判别电路１０．高压设定信号发生器１１．高压调节器１２．逆变器驱动电路１３．霍尔电流传感器

图１电源结构示意图

电源由三相市电供电，通过ＡＣ→ＤＣ→ＡＣ→ＤＣ电流变换后，由中频变压器实现能量的传递、电压值的变换和高压绝缘；同时将高压取样信号和电子束

收稿日期：２０１２－０５－１２基金项目：国家火炬计划项目（２００９ＧＨ０４０１８１）；科技型中小企业技术创新基金（国科发计字［２０１０］２８０号１０Ｃ２６２２４５０２８２１）。作者简介：黄小东（１９８４—），男，广西贵港人，助理工程师，学士，主要从事电子束加工设备的研发工作。

74

中频逆变高频PWM电子束焊机高压电源

《装备制造技术》２０１２年第８期

流信号的取样信号，作为负反馈信号，去控制脉宽调

制输出波的占空比，为电子束焊机提供稳定的电子束功率。

由于实现的是中频能量传递，因而不仅高压变压器的制造工艺更简单，而且在高压整流输出的直流电的脉动频率，是高频脉宽调制频率的数倍（倍数等于单元组个数）。

当整流波在脉宽调制的占空比大于５０％时（由中频变压器设计参数保证），无过零点，这样选用较小的高压滤波电容值，就能滤掉交流成分，满足纹波有利于提高控制系统调节速系数指标要求。一方面，度；另一方面，由于其贮能小，高压放电产生的冲击自然小，有利于提高电源系统运行可靠性。１．１逆变器

逆变器的电路结构如图２所示。

３－１３－３３－５

输出波的占空比；在故障判别电路有信号输出时，调节器的输出被封锁，其用于加速电压的精度控制，并保证加速电源稳定运行。

ＰＩ参数的整定，一般是先整定Ｐ，再根据Ｐ整定Ｉ。之后结合实际作调整［１］。

１．３逆变器驱动电路

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。各逆变桥的逆变相序和脉宽调制波相序，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

“与”逻辑运算信号为中频方波和高频脉宽调制波相

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，如图３所示。

ＣＬ

１２３４５６７８９１０１１１２１３１４１５１６１７

ttttttttt

Ａ１Ａ３Ｂ１Ｂ３

Ａ２

３－６

Ａ４Ｂ２

Ｂ４

３－１－Ａ组左上桥臂开关功率管；３－２－Ａ组左下桥臂开关功率管；

３－３－Ａ组左上桥臂续流二极管；３－４－Ａ组左下桥臂续流二极管；３－５－Ａ组左桥臂缓冲电路；３－６－Ａ组中频高压变压器一次侧绕组；３－７－Ａ组右桥电路；３－８－Ｂ组逆变器电路

Ｂ４Ｂ３Ｂ２

３－２３－４３－７３－８

Ｂ１Ａ４Ａ３Ａ２Ａ１

图２逆变器电路结构图３开关功率管驱动信号波形图

逆变器，由A、B两组逆变桥并联而成。每组逆变桥包括对称的左桥电路和右桥电路。左右桥电路各包括２个开关功率管、２个续流二极管和１个缓冲电路。上桥臂开关功率管与下桥臂开关功率管串联、上桥臂续流二极管与下桥臂续流二极管串联，并同时与桥臂缓冲电路并联地接于输入整流滤波器的输出端。左、右桥电路上的２个开关功率管和２个续流二极管间的导线，各自相互连接，并分别与中频高压变压器的一侧绕组的两端相连。

每个逆变桥输出的经高频脉宽调制后的中频交流电，送入对应的中频高压变压器的一次侧绕组，用于将直流电逆变成中频交流电，同时用于高频脉宽调制调压。１．２高压调节器

高压调节器，采用比例－积分（ＰＩ）调节器结构，在正常工作时，其接收高压设定信号和反馈信号的偏差信号，输出送入逆变器驱动电路调节脉宽调制

１．４故障判别电路

故障判别电路，在检测电子束流取样电阻上的电子束流信号时，如果超过设定的上限值，就判为电子束流过流故障；在检测高压取样电路的输出信号时，如果超过设定的上限值，就判为加速电压过压故障；在检测高压取样电路的输出信号时，如果产生负突跳变化，就判为加速电源产生高压放电故障；在检测逆变器驱 …… 此处隐藏：3031字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……