[发明专利]电子束熔炼炉高压电源的控制方法及电源装置

说明书

技术领域

本发明涉及电子束电热设备，具体为电子束熔炼炉高压电源的控制方法及电源装置。

背景技术

电子束熔炼炉是利用高速电子轰击炉料时所产生的热能来进行熔炼和加热的一种电热设备，是一种综合了真空物理、材料科学、电子技术、电子光学、高电压技术、计算机和控制技术等多种技术的高科技产品，与其它真空熔炼炉相比，功率密度高，可用于贵重、稀有、难熔金属的熔炼和精练，炉内真空度高，容易制备各种高纯材料或特殊合金以及用于熔炼优质特殊钢和钛废屑回收等，此外还具有无耐火材料对炉料污染的优点。电子束轰击炉的发展方向是大功率、多枪，这类设备的单台功率已达2400kW。特别是近30年电子束冷床熔炼(EBCHM)工艺在优质钛及钛合金锭坯的生产中占据着重要的地位。

目前电子束熔炼炉高压电源控制方法及电源装置的特点为：

1)电子束高压电源为闭环稳压系统，即利用晶闸管移相交流调压自动控制主变压器的输入电压，使加速电源输出电压保持稳定。缺点为：①晶闸管移相交流调压，对电网有污染，EMC指标难以达标，功率因数低；②晶闸管移相交流调压加速电源的升压变压器输入电压波形为含高次谐波的非正弦波；为了保证调节量要求，变压器的容量设计余量较大，利用率低，这些都会增加变压器的损耗，使运行效率下降；③晶闸管移相交流调压供电，直流高压输出纹波较大，对电子束聚焦不利，降低电子束流通率。

2)电子束高压电源为开环控制，即高压电源直接由三相市电供电，经多相全波整流获得，可以克服以上部分缺点，但高压运行过程产生波动无法抑制。

另外电子束熔炼炉运行过程产生放电现象，从而引起电网剧烈的电压波动与闪变，危及本身和其他电气设备的正常运行，而且对电网供电质量带来严重危害。电子束熔炼炉上述两种电源对此“危害”都缺乏有效的抑制能力。

电子束熔炼炉高压电源的设计主要考虑两个问题：

1)提高电源运行效率，降低电源运行时对电网产生的“公害”。

2)电源及其控制系统对运行过程产生放电现象具有快速、有效的抑制能力。

电子束熔炼炉高压电源采用三相全波供电，而高压整流采用12脉波整流电路，便能比较好地解决第一个问题。对于第二个问题，一般采用适当增加高压电源的输出阻抗(主要是升压变压器的漏阻抗)来降低高压放电电流，这样势必影响到高压电源输出特性变软。这样需要增加变压器容量，以牺牲部分效率为代价来抑制放电强度，另外快速抑制放电的问题仍没有解决。

电子束熔炼炉高压电源运行要求输出电压稳定于额定电压，一般不要求改变工作电压值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电子束熔炼炉高压电源的控制方法及电源装置，本发明采用三相近似正弦波电流输入，并基于可控电抗器控制，具有效率高、“公害”小、高压电源放电时能快速地、有效地抑制放电电流的特点。

本发明的基本构思是电子束熔炼炉高压电源采用输出电压闭环控制结构，高压电源由三相市电供电，通过调节可调电抗器的工作状态来调节输入高压变压器的一次侧电压。

本发明所设计的电子束熔炼炉高压电源的控制方法，所述电源采用工频交流输入→三相可调电抗器调压→三相升压变压器升压→高压整流滤波的电流变换方式输出；将上述输出高压的高压取样信号作为负反馈信号，通过电压调节器去控制三相可调电抗器直流控制绕组的电流，进行自动调压，使电子束熔炼炉高压电源输出电压值保持稳定。

所述自动调压的具体方法是将高压给定信号发生器产生的高压给定信号与高压取样信号比较得到高压偏差信号，高压偏差信号送入高压调节器进行比例-积分运算后输出一控制信号，用高压调节器输出的控制信号送入驱动电路去调节三相可调电抗器直流控制绕组的直流供电电源回路中功率管的占空比。

所述三相可调电抗器由3个结构相同的单相可调电抗器组成；每个单相可调电抗器的铁心为三柱结构，左右呈对称结构，左右两侧的铁心柱截面面积与上下两侧的轭铁心截面面积相同，但左右两侧的铁心柱截面面积及上下两侧的轭铁心的截面面积均小于中心的铁心柱截面面积；单相可调电抗器的交流绕组绕在中心的铁心柱上，单相可调电抗器的直流控制绕组对称绕在左右两侧铁心柱上；3个单相可调电抗器的交流绕组分别串接在工频交流输入的三相市电与三相升压变压器的一次侧绕组中，3个单相可调电抗器的直流控制绕组串接后与三相可调电抗器直流控制绕组的直流供电电源相接。