專利名稱：電子束焊接用120kV/12kW中頻高壓直流電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種高壓直流電源。
背景技術(shù)：
電子束焊接技術(shù)作為高能束流加工技術(shù)的ー種，具有能量密度高、焊接深寬比較大、焊接變形小、可控精度高、在真空環(huán)境下焊縫純凈等突出優(yōu)點(diǎn)，是ー種先進(jìn)的焊接方法。因此，電子束焊接技術(shù)在航空、航天、兵器、電子、核エ業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。高壓直流電源是電子束焊接裝置的關(guān)鍵部件之一，它主要為電子束提供加速電壓，其性能好壞直接決定電子束焊接質(zhì)量。目前，電子束焊機(jī)依據(jù)用高壓直流加速電源的輸出電壓與功率一般分為40kV/4kW、60kV/6kW、60kV/8kW、120kV/12kW等幾個(gè)系列，高壓直流電源的技術(shù)要求在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有ー個(gè)統(tǒng)ー的標(biāo)準(zhǔn)，一些廠商提出的技術(shù)指標(biāo)主要為紋波系數(shù)和穩(wěn)定度。高壓電源是焊接裝置的關(guān)鍵部件之一，電源的性能對(duì)焊接質(zhì)量及エ業(yè)生產(chǎn)的可靠性影響較大。目前120kV/12kw中頻高壓直流電源難以解決電子束在束腔內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)的發(fā)散情況與加速電壓性能之間的關(guān)系問(wèn)題，可靠性較差。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了解決以上問(wèn)題而提供一種采用中頻發(fā)電機(jī)供電、多脈波整流技術(shù)，具有可靠性高、紋波成分小、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)的電子束焊接用120kV/12kW中頻高壓直流電源。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣得以實(shí)現(xiàn)的一種電子束焊接用120kV/12kW中頻高壓直流電源，它包括直流9V/30A燈絲電源11、直流1200V柵偏電源12 ;直流9V/30A燈絲電源11包括220V/50HZ輸入電源6、高壓隔離變壓電路7、低壓電源8、抗高壓組件9、扼流圈10 ;其特點(diǎn)是它還包括直流120kV加速電源5 ;直流120kV加速電源5包括由12W/400HZ的中頻發(fā)電機(jī)提供的230V/400HZ中頻交流電輸入1、由扼流電抗器組成的將輸入的中頻交流電過(guò)流抑制的過(guò)流抑制電路2、進(jìn)行升壓的中頻升壓變壓器3、將升壓后進(jìn)行多脈沖整流的多脈沖整流電路4 ;直流120kV加速電源5的正端接地，直流120kV加速電源5的負(fù)端通過(guò)電阻Rl輸出；直流9V/30A燈絲電源11、直流1200V柵偏電源12均浮置于負(fù)120kV之上。本實(shí)用新型本實(shí)用新型解決了電子束在束腔內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)的發(fā)散情況與加速電壓性能之間的關(guān)系問(wèn)題，以及整流變壓器的變比對(duì)功率因數(shù)的影響；可靠性高、紋波成分小、維護(hù)方便。

圖1是本實(shí)用新型的工作原理圖。圖中I——230V/400HZ中頻交流電輸入 2——過(guò)流抑制電路 3——中頻升壓變壓器4——多脈沖整流電路 5——直流120kV加速電源 6——220V/50HZ輸入電源 7—高壓隔離變壓電路8——低壓電源 9——抗高壓組件 10——扼流圈11——直流9V/30A燈絲電源 12——直流1200V柵偏電源Rl、R2、R3、R4——電阻
具體實(shí)施方式
由圖1可見(jiàn)，本實(shí)用新型包括直流9V/30A燈絲電源11、直流1200V柵偏電源12 ；直流9V/30A燈絲電源11包括220V/50HZ輸入電源6、高壓隔離變壓電路7、低壓電源8、抗高壓組件9、扼流圈10 ;它還包括直流120kV加速電源5 ;直流120kV加速電源5包括由12W/400HZ的中頻發(fā)電機(jī)提供的230V/400HZ中頻交流電輸入1、由扼流電抗器組成的將輸入的中頻交流電過(guò)流抑制的過(guò)流抑制電路2、進(jìn)行升壓的中頻升壓變壓器3、將升壓后進(jìn)行多脈沖整流的多脈沖整流電路4 ;直流120kV加速電源5的正端接地，直流120kV加速電源5的負(fù)端通過(guò)電阻Rl輸出；直流9V/30A燈絲電源11、直流1200V柵偏電源12均浮置于負(fù)120kV之上。直流120kV加速電源5的輸入電源為230V/400HZ中頻交流電輸入1，由12W/400Hz的中頻發(fā)電機(jī)提供，經(jīng)過(guò)流抑制電路2輸入中頻升壓變壓器3經(jīng)升壓、多脈沖整流電路4獲得直流120kV加速電源5。過(guò)流抑制電路2由扼流電抗器組成，如果負(fù)載出現(xiàn)過(guò)流或中頻源由于突然合閘在變壓器內(nèi)引起電磁暫態(tài)過(guò)程而出現(xiàn)大電流等現(xiàn)象時(shí)，過(guò)流抑制電路2能有效限制過(guò)電流，保護(hù)電源不受損壞。除此之外，電路還增設(shè)了阻容電路用來(lái)吸收高壓整流硅堆產(chǎn)生的過(guò)電壓，保護(hù)高壓硅堆不至損壞。直流120kV加速電源5的正端接地，直流9V/30A燈絲電源11、直流1200V柵偏電源12均浮置于負(fù)120kV之上，直流120kV加速電源5的負(fù)端通過(guò)電阻Rl輸出，所以輸出為負(fù)高壓，三個(gè)電源輸出都通過(guò)高壓電纜引出。整個(gè)電路包括變壓器都放在一個(gè)油箱中，油箱內(nèi)充滿變壓器油，保證電源本體在工作時(shí)的絕緣和散熱需要。燈絲電源和柵偏電源都由變壓器輸入再經(jīng)全橋整流輔以電容濾波構(gòu)成，由于輸出電壓較低、功率較小，因此設(shè)計(jì)難度相對(duì)較小。加速電源輸出電壓較高，功率較大，最高達(dá)120kV/12kw。加速電源采用先由變壓器升壓，然后不控整流的方式，不控整流電路采用耐壓值較高的硅堆構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其中升壓變壓器的選取是難點(diǎn)，設(shè)計(jì)需綜合考慮如下幾點(diǎn)要求輸出功率、隔離電壓、功率因數(shù)、輸出電壓。其中前兩點(diǎn)只與變壓器鐵芯截面和幾何體積有關(guān)，通過(guò)計(jì)算即可選取合適的鐵芯，后兩個(gè)因素實(shí)際上是相互關(guān)聯(lián)的，需要綜合權(quán)衡。變壓器存在層、匝間分布電容，繞組匝數(shù)越多，分布電容越大，對(duì)變壓器功率因數(shù)的影響也較大。采用24脈波整流，變壓器一次側(cè)繞組采用A接法，二次側(cè)繞組采用ー組Y接法與ー組A接法，自然形成15°角相差的兩路電源，分別經(jīng)過(guò)三相橋式整流后在直流側(cè)串聯(lián)，在輸入相電壓為230V/400HZ，整流后輸出直流電壓120kV的要求下，變壓器變比分別應(yīng)為A :Y=1:112, A : A =1:194。為方便分析，我們假定二次側(cè)Y繞組與A繞組的分布電容折算到初級(jí)是線性疊加的，則空載電流為I=coU0(CYnAY2+CANAA2)由經(jīng)驗(yàn)可知，次級(jí)的Y與A繞組分布電容大約為200pF與300pF左右，則可以估算，輸入電壓為230V時(shí)變壓器空載電流為I=8A，功率因數(shù)大約54%左右。[0016]這里我們只考慮了分布電容的影響，沒(méi)有考慮到鐵損和銅損，考慮到這些因素后，空載電流會(huì)更大，功率因數(shù)將更低，可能導(dǎo)致中頻發(fā)電機(jī)無(wú)法正常工作。由上述討論可知，為了提高功率因數(shù)，要盡量降低變壓器變比，同時(shí)又要滿足輸出直流電壓要求，因此考慮采用24脈波整流的方式。但是變壓器一次側(cè)采用兩臺(tái)相同容量軸向雙分裂式牽引整流變壓器，每臺(tái)的二次側(cè)繞組分別接成Y接法和A接法，形成15°角相差，經(jīng)橋式整流后，在直流側(cè)進(jìn)行串聯(lián)，形成24脈波整流系統(tǒng)。因變比減小，取二次側(cè)Y繞組與A繞組分布電容分別為IOOpF與200pF，此時(shí)，副邊有四個(gè)繞組。在輸入230 V實(shí)現(xiàn)輸出直流120kV的要求下，其變比分別應(yīng)為A : Y=1:56. ,A : A =1:97，則可以算出空載電流為1=2. 6A，變壓器功率因數(shù)約為85%。可以看出采用軸向雙分裂式整流變壓器，并采用24脈波整流后，變壓器功率因數(shù)大大提高，同時(shí)，變壓器二次側(cè)單線包輸出電壓降低，從而相對(duì)增加了電氣絕緣強(qiáng)度。由此可見(jiàn)，電子束在束腔內(nèi)加速后的分散度受加速電壓影響不大，說(shuō)明電子束加速電源的設(shè)計(jì)只需要考慮為達(dá)到必要的焊接深度而需要的加速電壓、電源效率等因素。將中頻電壓升壓后采用24波整流的方式獲得高壓直流電源能較好地滿足要求，采用中頻輸入源，可以減小變壓器的體積；多重化整流技術(shù)可以有效地降低變壓器的空載漏電流，提高功率因數(shù)，同時(shí)相對(duì)提高了變壓器繞組的絕緣強(qiáng)度。采用中頻升壓、多脈波整流獲得直流高壓的技術(shù)成熟，工作可靠，性能穩(wěn)定，在中大功率的電子束焊接裝置中具有一定的推廣價(jià)值。
權(quán)利要求1.一種電子束焊接用120kV/12kW中頻高壓直流電源，它包括直流9V/30A燈絲電源 (11)、直流1200V柵偏電源(12);直流9V/30A燈絲電源(11)包括220V/50Hz輸入電源(6)、 高壓隔離變壓電路(7)、低壓電源(8)、抗高壓組件(9)、扼流圈(10);其特征在于它還包括直流120kV加速電源(5);直流120kV加速電源(5)包括由12W/400Hz的中頻發(fā)電機(jī)提供的 230V/400HZ中頻交流電輸入(I)、由扼流電抗器組成的將輸入的中頻交流電過(guò)流抑制的過(guò)流抑制電路(2)、進(jìn)行升壓的中頻升壓變壓器(3)、將升壓后進(jìn)行多脈沖整流的多脈沖整流電路(4);直流120kV加速電源(5)的正端接地，直流120kV加速電源(5)的負(fù)端通過(guò)電阻 (Rl)輸出；直流9V/30A燈絲電源(11)、直流1200V柵偏電源(12)均浮置于負(fù)120kV之上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子束焊接用120kV/12kW中頻高壓直流電源，其特征在于所述的多脈沖整流電路(4)采用24脈波整流。
專利摘要一種電子束焊接用120kV/12kW中頻高壓直流電源，它包括直流9V/30A燈絲電源、直流1200V柵偏電源；它還包括直流120kV加速電源；直流120kV加速電源包括由12W/400Hz的中頻發(fā)電機(jī)提供的230V/400Hz中頻交流電輸入、由扼流電抗器組成的將輸入的中頻交流電過(guò)流抑制的過(guò)流抑制電路、進(jìn)行升壓的中頻升壓變壓器、將升壓后進(jìn)行多脈沖整流的多脈沖整流電路；直流120kV加速電源的正端接地，直流120kV加速電源的負(fù)端通過(guò)電阻R1輸出；直流9V/30A燈絲電源、直流1200V柵偏電源均浮置于負(fù)120kV之上。本實(shí)用新型本實(shí)用新型可靠性高、紋波成分小、維護(hù)方便。
文檔編號(hào)H02M7/04GK202889225SQ20122058166
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月7日
發(fā)明者丁鑫龍, 馮德仁, 趙衛(wèi)東 申請(qǐng)人:丁鑫龍