新型电子束焊机高压电源的设计与实现

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1、2017年2月北京航空航天大学学报February2017第43卷第2期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．43No．2http：∥bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2016．0072新型电子束焊机高压电源的设计与实现范霁康，齐铂金4，刘方军，张伟，齐秦，王海涛(北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100083)摘要：传统的电子束焊机高压电源电路结构复杂、体积庞大，为此

2、研发了一种新型60kV／100mA逆变式电子束焊机高压电源，电路结构简单、电压输出稳定。电源调压电路采用脉宽调制(PWM)技术控制的全桥变换器，使三相整流后的约540V电压转化为0～500V幅值可调的稳压直流电，然后经全桥逆变电路逆变为频率为20kHz方波交流电；升压电路采用变压器串联与倍压整流的方式，将前级20kHz方波交流电转变为60kV的直流高压；控制电路采用基于比例积分微分(PID)调节的电压双闭环控制策略，能够使电源实现稳定的高压输出。搭建了高压测试平台对所研制的高压电源进行了测试，结果表明电源高压输出稳定、控制精度高，高压输出纹

3、波与稳定度均能稳定在1％范围内，能够满足电子束焊机的要求。关键词：电子束焊接；高压电源；全桥逆变；倍压整流；双闭环控制中图分类号：TG439．3文献标识码：A文章编号：1001．5965(2017)02-0293-08电子柬焊是利用加速和聚焦的电子束流轰击置于真空或非真空中的焊件，将电子的动能转化为热能，使被焊金属熔化形成焊缝的一种焊接方式。电子束焊是高能束焊的一种，因其具有能量密度高、焊缝深宽比大、焊接变形小、可控精度高、在真空环境下焊缝纯净等优点，在航空航天、汽车、电子和核工业等领域得到了广泛的应用¨。21。电子束焊接设备由焊接电源、电

4、子枪、真空室及其他附属设备构成。其中焊接电源包括阴极加热电源、高压电源和栅极偏压电源，阴极加热电源用来加热灯丝使电子溢出，高压电源可以为溢出的电子提供加速电压，栅极偏压电源是用来提供偏置电压控制束流。高压电源的性能直接决定电子束焊接工艺和焊接质量，传统的高压电源有发电机组调压、可控硅调压和高压真空管调压。采用中频发电机组调压时，电网的电压波动干扰容易滤除，滤波电容相对较小，纹波系数小，稳压精度适中，但是响应调节时间较长，发电机噪声较大。可控硅调压采用6相12脉波整流，功率传输效率相对较低，电网谐波干扰较难滤除，纹波较大，稳压精度较差。高压真

5、空管调压是在高压侧直接用真空电子管调整高压输出，滤波电路简单，稳压精度高，动态性能好，但是传输效率低，电子管辅助电路复杂∞引。国外电子束焊机多采用具有高精度稳压特性的真空管调压模式，可是由于真空电子管价格昂贵、制造工艺复杂、工作寿命有限，在国内则很少得到应用。随着高频逆变开关电源技术的发展，高频逆变电子束焊机高压电源的研制及应用越来越受到重视。与传统的工频电源相比，高频逆变电源的重量和体积均能大幅度减少，并且能够实现高压的自动控制和调节，使高压稳定性和可靠性得到显著提高∞41。收稿日期：2016-01-20；录用日期：2016-03·11；

6、网络出版时间：2016-04—1516：56网络出版地址：WWW．cnki．net／kems／detail／11．2625．V．20160415．1656．002．html基金项目：工业与信息化部科技重大专项(2010ZX04007-041)}通讯作者：E-mail：qbj@buaa．edu．en；f用格式：范霁康，齐铂金，刘方军，等．新型电子菜焊机高压电源的设计与实现ⅣJ．北京航空航天大学学撮，2017，43但)：293．300．FANjK，QIBJ，LIUFJ，eta1．Designandimplementationofanovelhi

7、曲一voltagepowersupplyinelectronbeamweldingmachineCJ]．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2017，43Q)：293—300(inChinese)．294北京航空航天大学学报2017年本文基于先进的高频逆变开关电源技术，研制了一套新型的60kV／100mA逆变式电子束焊机高压电源，能够实现最高一60kV的直流高压输出，最大负载电流为100mA。本文详细分析了高压电源的设计过程，讨论了电路拓扑和控制策略。测试结果表明此高

8、压电源能够实现稳定可靠的高压输出，满足电子束焊接的需求。1整体结构与控制策略高压电源整体结构与控制策略设计方案如图1所示，电源包含前级调压电路、后级升压电路和控制电路3个部分，其