电子束焊机高压电源的研究与设计

发布时间：2017-08-05 22:05

  本文关键词：电子束焊机高压电源的研究与设计

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【摘要】：电子束焊机电源系统是电子束焊机焊接设备的重要组成部分,电源系统包括高压加速电源、阴极灯丝电源以及栅偏电源。电源系统的主要工作方式是由灯丝电源输出一个较大的电流,对电子束焊机内部的阴极灯丝加热使之溢出电子；由高压加速电源输出一个为负压的高电压,使溢出的电子在高压电场内有一个很高的加速度,使电子得以快速注入工件达到焊接的目的；栅偏电源的作用则是输出一个高电压以调整溢出电子的偏转角度。 在高频高压电源中,升压变压器为其核心部分,而由于其工作在高频情况下,且变压器匝数比很大,会呈现出较大的分布参数如分布电容与漏感,对电源质量造成影响。而在本课题所采用的LCC串并联谐振式高压高频电源中,高压变压器不仅承担着传递能量,隔离升压的作用,其漏感与寄生电容也直接参与了电路谐振,因而变压器的参数特性直接决定了电路的工作状态。同时由于变压器工作在高频、高压的情况下,其绕组结构与绕制方法与传统变压器相比十分复杂。 本文基于规格为-60kV/2kW的高压电源,对其升压部分即高压油箱部分进行了理论分析与实际设计,并实物绕制了一个高压变压器,为LCC串并联谐振变换器与升压变压器一体化设计提供了硬件平台。同时,本文采用LLC串并联谐振软开关技术对阴极灯丝电源进行了改良,提高了工作效率。 高压电源的硬件部分由前级功率板、辅助电源板、控制板以及后级升压油箱组成。控制部分中,以DSP28335为运算处理以及通信联接的核心,CPLD主要负责信号综合和保护信号。高压油箱部分以非晶材料作为高频高压变压器的铁芯,采用倍压整流电路对输出高压进行进一步升压整流。灯丝电源部分采用SG3525作为控制芯片,采用脉冲频率调制(PFM)调制方式。最后各样机实验表明研制的高压油箱部分能够满足实验指标的要求,将逆变器输出电压升至期望的标准电压,且未发生打火击穿现象,且与前级功率板联合实现了LCC软开关谐振。阴极灯丝电源则实现了开关管的零电压开关与零电流开启,实现了LLC软开关谐振,达到了预期目标。
【关键词】：高电压 高频率 变压器 寄生电容 灯丝电源
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG439.3
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1. 绪论8-16
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 课题研究现状9-15
• 1.2.1 高频高压变压器的寄生参数分析9-11
• 1.2.2 逆变电路拓扑的选择11-15
• 1.3 本文的主要工作15-16
• 2 电子束焊机高压电源系统硬件设计16-21
• 2.1 高压主回路设计16-18
• 2.2 辅助电源设计18-19
• 2.3 灯丝电源设计19
• 2.4 人机界面设计19-20
• 2.5 本章小结20-21
• 3 电子束焊机高压电源升压部分的设计与搭建21-41
• 3.1 高频高压变压器21-30
• 3.1.1 变压器铁芯的选取22-23
• 3.1.2 高频高压变压器的设计与制作23-30
• 3.2 升压系统平台搭建30-36
• 3.2.1 倍压整流电路的设计30-35
• 3.2.2 高压油箱整体结构的设计35-36
• 3.3 高压变压器分布电容的计算36-40
• 3.3.1 静态分布电容模型36-37
• 3.3.2 考虑绕组电压分布的分布电容计算37-39
• 3.3.3 高压变压器分布电容的计算39-40
• 3.4 本章小结40-41
• 4 灯丝电源软开关的实现41-53
• 4.1 LLC串并联谐振的工作模态41-45
• 4.2 参数设计及仿真45-49
• 4.2.1 LLC谐振网络参数设计45-49
• 4.2.2 Saber仿真结果分析49
• 4.3 控制电路设计49-51
• 4.3.1 SG3525简介49-50
• 4.3.2 控制电路设计50-51
• 4.4 灯丝电源控的制方案及实验结果分析51-52
• 4.4.1 控制方案51
• 4.4.2 实验结果分析51-52
• 4.5 本章小结52-53
• 5 电子束焊机高压电源实验调试53-56
• 5.1 实验平台的搭建53-54
• 5.2 实验波形分析54-55
• 5.3 本章小结55-56
• 总结与展望56-57
• 参考文献57-61
• 附录61-62
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文62-63
• 致谢63

【参考文献】

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 刘军;LCC-SPRC高压高频大功率电除尘电源的理论分析与功率参数设计[D];浙江大学;2010年

2 王延安;大功率高频高压ESP电源及其监控系统的研究[D];上海交通大学;2010年

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本文编号：627111