大功率电子束焊机高压电源控制策略研究.pdf

第50卷第12期
电力电子技术
Vol 50. No12
2016年12月
Power Electronics
December 2016
大功率电子束焊机高压电源控制策略研究
王泽庭,杨旭,樊生文
(1.北京市变频技术工程技术研究中心,北京100144;
2.北京市电力节能关键技术协同新中心,北京100144;3.北京电动车辆协同创新中心,北京100144)
摘要:电子束焊机高压电源普遍采用脉冲宽度调制(PWM)或脉冲频率调制(PM)控制策略。PWM属硬开关技
术,对高频电源而言,存在很大的开关损耗,难以提高电源系统效率。PM属软开关技术,解决了开关损耗大的
问题,但电源启动时诸振腔电流大,对功率器件冲击破坏性强;电源还存在轻載输出电压难控制问题,尤其对
大功率电源,难以提升电源系统稳定性。大功率电子束焊机高压电源采用LCC谐振变换器作为逆变器,采用
PWM和PFM相结合的控制策略,克服单一控制策略弊端。仿真与实验证明:该混合策略有效提高了电源系统
效率,减少了不必要的损耗,进一步提升了电源系统稳定度。
关键词:变换器;混合控制策略;大功率高压电源
中图分类号:TM46
文獻标识码:A
文章编号:1000-100X(2016)12-0023-03
Research on High Voltage Power Supply Control Strategy for
High Power Electron Beam Welder
WANG Ze-ting, YANG Xu, FAN Sheng-wen
(1. Inverter Technologies Engineering Research Center of Bejing, Beijing 100144, China
Abstract: The high voltage power supply of the electron beam welder is mainly used PWM or pulse frequency mod
ulation PFM ) control strategy. PWM is a hard switching technology For high frequency power supply, there are a lot
of switching losses so that it is ifficult to improve the efficiency of the power supply system. PFM is soft switching
technology, which solves the problems of large switching loss, but the resonant current is large, and the impact of the
power device is strong; The power supply also has the problem that the output voltage of the light load control is dif-
ficult o control, especially for high power supply, it is difficult to improve the stability of the power supply system
High voltage power supply of high power electron beam welding adopts LCG resonant converter as inverter, the com
bination of PWM and PFM control strategy is used to overcome the drawbacks of a single control strategy Simulation
and experimental results show ha the hyrid strategy can effectively improve the efficiency of the power system, re
duce unnecessary losses, and further enhance the stability of power supply system
Keywords: converter; hybrid control strategy; high power high voltage power supply
引言
大功率电子東焊机高压电源系统采用工CC谐
电子束焊机工作原理是电子枪中的阴极因加
振变换器,采用PWM和PFM相结合的控制策略
热而发射电子,该电子在高压静电场的加速下通有效提升了电源系统的稳定性及电源效率。通过
过电磁场的聚焦形成能量密度极高的电子束,用对C谐振腔数学模型的分析,从理论上阐述了
此电子束轰击工件,巨大的动能转化为热能,使焊
PFM控制下存在的相关问题。通过 Saber仿真,对
接处工件熔化,形成熔池,从而实现对工件的焊
控制策略下关键问题进行了研究。最后提出混合
接。此焊机技术具有不用焊条、不易氧化、工艺重控制策略,并建立一台-60kV/6kW电子束焊机高
复性好及热变形量小的优点,被应用于众多高精压电源样机。
尖行业。因此,对电子東焊机高压电源提出很高的2原理与设计
稳定性和输出电压精度要求。
图1为大功率电子束焊机高压电源系统主电
路。其工作原理是让功率器件产生的电压方波工
作在谐振电路,尽可能将谐振电路中循环的能量
定稿日期:2016-10-08
大部分或全部用于提供输出。PWM通过改变方波
作者简介:王泽庭(1985-),男,北京人,硕士,讲师,研究占空比调节输出电压;PFM通过改变驱动方波的
方向为高压、特高压电源及特种电源。
频率,即改变谐振电路阻抗大小调节输出电压。