题目：电子束高压电源关键技术研究

 

电子束焊接能量密度高，具有焊缝深宽比较大，焊接热影响区小，变形小等特点，所以已经迅速推广应用到精密技术、汽车工业和航空航天等机械制造业领域。而电子束高压电源作为关键动力装置，其性能好坏将决定是否产生稳定可靠的电子束流输出。目前国内电子束焊接电源普遍采用中频机组配套升压变压器的方式进行调压，其装置体积大、工作效率低，电源输出性能不甚满意。

本文研制了一套电子束逆变式高压逆变电源样机，主要由加速电源、阴极加热电源和偏压电源三部分组成。其主要性能参数为：加速电源功率达到30kW，工作电压达到150kV，电压调节范围为90~150kV；最大电子束流为200mA；偏压电源输出电压范围100V~2000V，最大电流300mA；灯丝电源输出电流0~50A可调，输出电压15V；具备高压放电保护功能，电源连续工作的稳定性好、可靠性高。

由于加速电压参数要求达到输出高压150kV，故采用常规升压方式将增加高压变压器的设计难度，并加大了对开关器件的参数要求，使电源整体性能较差。故本文所研制电源基于IGBT逆变技术，采用高压变压器和倍压整流电路相结合的方式产生所需高压。在研制和调试过程中，对电子束高压电源的关键技术进行了深入研究，包括高压电源低压部分电路拓扑设计、高压电源高压部分设计、反馈控制电路设计、高压放电保护技术等，主要结论有：

（1）高压电源主电路拓扑采用逆变式设计，有输出电压纹波小、工作噪音小、调节精度高等优点，输出特性优良。

（2）加速电源选择高压变压器与倍压整流电路结合的方式进行升压，科克罗夫特沃尔顿倍压整流电路为最优方案，可以实现150kV高压输出。

（3）电源采用双闭环控制策略，可以实现加速高压和电子束流的稳定输出。

（4）高压电源的放电问题比较棘手，需要采取措施不断改善，包括及时清理电子枪、增加器件绝缘强度、合理设计结构布局、与前级间串接电感保证逆变电路的安全等。