电子束焊机用高压电源的应用及发展趋势

升压，再通过十二相整流（也有六相全波整流、单相全波整流等）和滤波后获得直流高压加到电子枪上，所不同的是调节控制电路的形式。国外有代表性的制造公司有法国的Sciaky公司、Techmeta公司，英国的CVE公司、Wantgate公司，德国的PTR公司（以前的L?B公司）、M?G公司（igm公司），乌克兰的Paton焊接研究所等，这些制造商代表了目前国际电子束焊机制造的水平，现就一些典型的高压电源应用实例进行介绍。

3.1Techmeta公司电子束焊机用高压电源[3]

Techmeta公司电子束焊机用高压电源的控制原理框图如图1所示。控制和调节反馈信号由高压电阻分压器的低压臂获得，PI调节器在给定信号和反馈信号的作用下输出一直流信号给电压频率转换电路，转换成一定频率的脉冲，此脉冲送入驱动电源驱动步进电机，步进电机带动调压器手柄来调节其输出电压，从而实现对高压输出的稳定和调节。输出电压的变化反映到调压器的手柄调压位置，依靠一套高精度的伺服系统来完成。由于主电路中的调压元件为接触调压器，稳定性和可靠性高，没有谐波对电网的干扰，比较适用于中小功率的高压电源使用。这种电源由于采用工频供电，滤波电容较大，直接影响到系统的响应时间，不易实现快速调节和对高压打火的快速保护，在大功率时接触调压器易发热影响电源的长期工作，高精度的伺服系统调试和维修相对困难。

3.2PTR公司的电子束焊机用高压电源[4]

PTR公司的电子束焊机用高压电源的控制原理框图如图2所示。PI调节器在给定信号和从高压分压器取得的反馈信号作用下，输出一直流电压信号控制晶闸管的导通角，从而实现高压的稳定和调节。德国igm公司、英国CVE、Wantgate公司、国产HDZ系列电子束焊机均采用这种形式的高压电源，适用于各种功率及电压等级，应用范围广，工作比较可靠。但移相控制电路相对复杂，对电网有谐波污染，要求高压滤波电容量较大，电源的体积相对较大，效率较低。由于滤波电容量较大，控制系统的响应时间较长，不易实现高压打火的快速保护。

图2PTR公司焊机用高压电源的系统框图

3.3乌克兰Paton焊接研究所的电子束焊机用

高压电源[5]

乌克兰Paton焊接研究所的电子束焊机用高压电源的控制原理框图如图3所示。它的典型特点是高压的稳定和调节直接在高压侧，具有自动再加高压系统，即在高压打火时通过高压真空管快速切断和恢复高压而不停机，不影响设备的正常焊接。PI调节器在给定信号和从高压分压器获得的反馈信号作用下，输出一直流电压信号到功率放大电路，经放大的调节信号输出到真空管的第二阳极以调节真空管的导通程度，输出直流高压便得到稳定和调节。这种电源的优点是在高压打火时滤波电容器上的能量由于真空管的隔离而不能泄放到工件上，确保工件不至于因高压打火而损坏。另外在产生过电压时，高压反馈信号反馈到自动再加高压系统上快速切断高压，一旦过压消失，系统快速恢复高压，整个作用时间在ms级内。这种高压电源还具有调制功能，非常适合于电子束打孔用，稳定度高、纹波系数小。由于采用高压真空管直接调节高压，其附加电源多，电路结构复杂，体积加大（两台油箱），电子管在工作时散发大量的热量，需加散热装置，电源效率相对较低，不适宜用于电网电压波动较大的地区，另外电子管还存在着寿命问题。

3.4国产HDZ系列电子束焊机用高压电源[6]

国产HDZ系列电子束焊机用高压电源的控制原理框图如图4所示，是桂林电器科学研究所于上世纪90年代推出的一种电子束焊机用的高可靠性高压电源。它采用电动中频发电机组供电，依靠调节发电机的励磁电流实现高压的稳定和调节。PI调节器在给定信号和反馈信号的作用下输出到控制功率放大电路，以调节发电机的励磁电流，实现高压的稳定和调节。给定信号实现了数字化控制，可编程逻辑控制器（PLC）的程序通过D/A特殊模块转变为模拟量给PI调节器，能较容易实现高压的软起动和软关机。由于中频机组与电网隔离，故电网电压的波动对电源影响较小。采用中频供电，电源的纹波小，滤波电容量小，能相对减小电源本体的体积。不足之处是发电机的噪声较大，中频机组也增大了整个电源的占地面积。控制系统响应时间相对较长，较适宜于30kW及以下的应用场合。

4电子束焊机用高压电源的发展方向

综上所述可知电子束焊机用高压电源主要存在两个问题：体积大和效率低。为此在高压电源的研究方面主要应从电源本体和控制技术等几个方面进行。

4.1绝缘介质合理应用和结构的优化设计

研究表明：采用高强度的绝缘介质能有效地减小电源的体积和重量，特别是SF6高强度绝缘气体