一种120kV电子束焊机用的高压直流电源装置

系统框图如图1所示，电网电压经过流抑制电路进入高压升压整流变压器的一次，二次升压到100kV左右。此交流高压再经12相整流滤波获得160kV左右的直流高压，加到高压真空电子管和电子枪上，其中高压电子管在工作时承受的电压为40kV，这样加在电子枪上的高压为120kV。高压真空电子管是用来调节和稳定高压输出的。根据图1设计的主电路原理图见图2，由图2知本电源为典型的串联型直接在高压侧调节的高压直流稳压电源，其主电路主要由过流抑制电路、高压升压整流变压器、高压整流电路、高压滤波及阻容和过压、过流保护电路、高压真空电子管调节电路等组成。高压升压整流变压器、高压整流电路、高压滤波及阻容和过压、过流保护电路都放在油箱内，油箱内充满变压器油，保证电源本体在工作时的绝缘和散热需要。由于高压电源需连续工作，为确保工作时的热量能及时散出，油箱内部还设计了水冷却系统。

电源各电路的组成和作用如下：过流抑制电路由三相桥式整流电路和扼流电感器组成，如果负载出现过流或电源由于突然合闸在变压器内引起电磁暂态过程而出现大电流等现象时，过流抑制电路能有效限制电源内部出现过电流，以保护电源不受损坏。其原理主要是利用电感电流不能突变的特性限制过电流，确保高压变压器不损坏。正常时，三相电流平衡，流入过

流抑制电路的电流很小。整流变压器二次为四线圈分别接成星型和三角型各2组，各组整流后串联获得12相直流脉动电压，有利于降低谐波电流对电网的污染、减少滤波电容量和减小电源的纹波系数，提高电源本身性能。整流电路由高压硅堆和阻容元件组成，阻容电路主要防止高压硅堆产生的过电压，保证高压硅堆不致损坏。限流电阻和保护电阻分别用来限制电源内部的过电流、过电压，保证电源的正常工作，要求电阻耐压水平较高、承受发热功率较大。当电源外部短路时，保护电路能在尽可能短的时间内动作，使得各有关元器件不致损坏。高压滤波电容器滤除直流输出中的交流脉动成份，保证加在电子枪和调整管上的电压平直。电容芯子直接放置在高压油箱内，能减小电源本体的体积。调整管为一多极高压真空电子管，其工作耐压水平达160kV，主要有阳极、控制极、第一、二、三阳极等组成，调整管的阳极接在高压整流器的正极，调整管阴极通过束流取样电阻连接到大地。调整管能在控制电路的作用下自动调节和稳定高压输出。高压调整管由于工作电压高，在工作时会产生大量的热量，为此设计了特殊的散热装置，即把整个调整管放在一装绝缘油的油箱中，以确保冷却和绝缘需要，油箱内部还装有专用散热的水冷系统，以保证调整管能长期可靠工作。调整管的辅助电源很多，考虑到散热和布局需要也放在油箱内。调整管的调节原理是其阴极由于加热而发射电子。电子在阳极高压的加速下，分别到达第二阳极和阳极，如果第二阳极的电压很高，受加速的电子就会全部到达第二阳极，此时电子管处于高阻状态，电源上的电压全加在调整管上。只要调节第二阳极电压的大小，调整管上的电压也得以调节，这样加在电子枪上的高压也得以调节，最终实现对高压输出的稳定调节。

4电源的控制电路

电源的控制电路如图3所示，由图3知，控制电路由反馈信号隔离电路、PI给定调节电路、自动重加高压电路、功率放大电路及其附属电路等组成，各电路的组成及工作原理如下：

4.1反馈电路

反馈电路由高压电阻分压器、信号隔离电路、过压过流抑制元件等组成。高压电阻分压器由2路相互独立的精密金属膜电阻制成，1路用来测量高压，1路提供反馈信号给控制电路用以控制和调节高压。高压电阻分压器放置在由有机玻璃制成的支架上，考虑到绝缘和散热的需要将其放在高压油箱里，以保证电源工作时电阻值的稳定，最终保证取样信号的稳定。高压电源在工作时，由于电子枪放电或外部其它原因，电源内部会产生过电压，为防止过电压窜入控制电路损坏低压电子元器件，在取样电阻两端并联高压放电管、压敏电阻及电容吸收电路，同时取样电阻都放在电磁屏蔽盒里，能有效地防止各种电磁干扰信号进入控制电路。高压分压器的取样信号在进入控制电路以前还设置了信号隔离电路使得反馈信号与控制电路相互隔离，并同时转化为标准电平信号给控制电路，以上措施确保了控制电路中的反馈信号的准确性。

图3高压电源控制电路电原理图

4.2PI调节电路

PI调节电路[4]由运算放大器及外接电阻、电容元件组成，它把给定信号与反馈信号进行比较，其差值经放大后给预放大管，以控制放大管的输出。在PI调节电路中还设置了调试给定电路，其目的是为了高压电源调试用。