一种电子枪灯丝电源、电子加速器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种电子枪灯丝电源、电子加速器及其控制方法，属于辐照加工领域。包括：三相桥式不控整流电路，用于对三相输入交流电压进行整流，得到直流电压；逆变电路，包括，LLC逆变器用于将三相桥式不控整流电路输出的直流电压转化为频率为150kHz以上的交流电压，高频变压器用于降低LLC逆变器输出的交流电压幅值，降低后的交流电压用于电子枪灯丝的供电；采样电路，用于采样三相桥式不控整流电路的输入电压和输出电压、逆变电路的输出功率；控制电路，用于根据采样到的逆变电路输出功率值，动态调整逆变器工作频率以改变其输出功率，解决了电子枪灯丝电源控制精度低、响应速度慢的问题，结合提出的电子加速器及其控制方法，实现加速器束流稳定输出。

【技术实现步骤摘要】
一种电子枪灯丝电源、电子加速器及其控制方法
本专利技术属于辐照加工设备中电子加速器领域，更具体地，涉及一种电子枪灯丝电源、电子加速器及其控制方法。
技术介绍
电子辐照加速器在辐照工业领域中应用广泛，如用于生产辐照交联电线电缆、热缩管、橡胶硫化处理、工厂“三废”污染物的处理等，具有良好的经济效益。目前，国内辐照产业规模日益扩大，对电子加速器数量和质量的需求逐年提高。绝缘芯变压器作为一种能量利用率高达80％以上，稳定可靠的加速器机型，特别受到低能区辐照加工应用的欢迎。电子辐照加速器的辐照效果与束流大小及稳定性紧密相关，而束流品质和电子枪灯丝电源密切相关，因此提供高精度可控且稳定输出的电子枪灯丝电源对于提升绝缘芯变压器型辐照加速器性能具有重要意义。传统的电子枪灯丝电源为调压器方案，通过控制电机和机械结构带动调压器触头位置变化进而改变电子枪灯丝两端电压从而改变灯丝加热功率。这种电子枪灯丝电源技术成熟，结构简单，但存在以下问题：(1)控制精度低；(2)响应速度慢，使得束流启、停、升、降有一定的延迟；(3)电路反馈信号量较少，造成电子枪灯丝电源故障排查和处理的困难。
技术实现思路
针对现有技术电子枪灯丝电源控制精度低、响应速度慢以及加速器束流输出稳定性较低等问题，本专利技术提供了一种电子枪灯丝电源、电子加速器及其控制方法，其目的在于实现电子枪灯丝电源输出功率的精确控制，提高电子枪灯丝电源的响应速度，降低电子枪灯丝电源负载调整率，减小电子枪灯丝电源体积并提高集成度，降低电子枪灯丝电源的故障排查和处理难度；提高电子加速器装置的紧凑性和稳定性；实现电子加速器束流的稳定输出。为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种电子枪灯丝电源，包括：三相桥式不控整流电路，用于对三相输入交流电压进行整流，得到直流电压；逆变电路，包括LLC逆变器和高频变压器，所述高频变压器是工作频段为150kHz～240kHz的变压器，其中，所述LLC逆变器用于将三相桥式不控整流电路输出的直流电压转化为150kHz频率以上的交流电压，所述高频变压器用于降低LLC逆变器输出的交流电压幅值，所述降低后的交流电压用于电子枪灯丝负载的供电；采样电路，用于采样三相桥式不控整流电路的输入电压和输出电压、逆变电路的输出功率；控制电路，用于根据采样到的逆变电路输出功率值，动态调整逆变器的工作频率，以改变其输出功率。优选地，LLC逆变器中的电感通过磁集成技术集成于所述高频变压器。优选地，所述采样电路为多点采样电路，其包括：电压采样电路，用于采样三相桥式不控整流电路输入的三相交流电压、输出的直流母线电压，采样到的输入三相交流电压用于判断输入三相电压是否满足平衡条件、电压有效值是否在100～150V范围内；采样到的直流母线电压用于判断三相桥式不控整流电路是否正常工作；功率采样电路，用于采样LLC逆变器的输出功率；温度采样电路，用于采样LLC逆变器的温度，采样到的LLC逆变器温度用于判断工作温度是否达到报警值和危险值。优选地，所述控制电路判断采样到的输出功率值是否等于目标功率值，若是，则维持LLC逆变器工作频率不变，否则，根据采样到的输出功率值，动态调整逆变器的工作频率，以改变其输出功率，直至等于目标功率值。优选地，所述根据采样到的输出功率值，动态调整逆变器的工作频率，具体如下：控制电路计算目标功率值与采样到的输出功率值的差值，并根据该差值计算得到当前采样时刻工作频率改变量；LLC逆变器上一采样时刻工作频率叠加当前采样时刻工作频率改变量后，作为LLC逆变器当前工作频率，进而改变电子枪灯丝电源的输出功率；调整LLC逆变器的工作频率直至采样到的输出功率值等于目标功率值后，维持LLC逆变器工作频率不变。为实现上述目的，按照本专利技术的第二方面，提供了一种电子加速器，所述电子加速器包括如第一方面所述的电子枪灯丝电源。优选地，所述电子加速器包括：绝缘芯变压器型直流高压电源，其顶部三个副方线圈呈中心旋转对称分布，且使用三角形连接，所述顶部三个副方线圈仅用于为电子枪灯丝电源供电；电子枪灯丝电源，其输入端分别与所述绝缘芯变压器型直流高压电源顶部的三个副方线圈一一连接；束流采样电路，用于采样电子加速器输出束流值；束流控制器，用于根据采样束流值和束流与电子枪灯丝功率间的关系，动态调整电子枪灯丝功率目标值，以实现束流的稳定输出。优选地，绝缘芯变压器型直流高压电源顶部的高压电极作为所述三相桥式不控整流电路输出的参考电位点。为实现上述目的，按照本专利技术的第三方面，提供了一种如第二方面所述的电子加速器的控制方法，其特征在于，包括：S1.判断绝缘芯变压器型直流高压电源顶部三个副方线圈输出的三相电压是否满足平衡条件，并确定电压有效值是否在100～150V范围内，若两者皆满足，则进入步骤S2，否则，结束；S2.将目标束流值送入束流控制器，根据电子加速器束流和电子枪灯丝功率的对应关系，计算目标束流值对应的电子枪灯丝功率值，并将该功率值发送至电子枪灯丝电源的控制电路，作为目标功率值；S3.待采样电路采样到的输出功率值等于目标功率值，判断采样束流值是否等于目标束流值，若是，维持，否则，束流控制器计算目标束流值与采样束流值的差值，并根据该差值计算目标功率值改变量，将该目标功率值改变量叠加上一采样时刻的目标功率值作为当前目标功率值发送至控制电路；S4.若运行过程中采样温度值超过设定报警值，进一步判断是否超过危险值，若是，则立即将电子加速器断电；否则，逐步降低电子加速器目标束流值至0，当束流采样值为0时，将电子加速器断电。优选地，步骤S1中三相电压平衡的判断标准为：其中，ε为三相电压不平衡度，L为中间变量，Va、Vb、Vc为三相输入电压有效值，εlimit为预设三相电压不平衡度限值。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：(1)相对于现有技术，本专利技术提出的电子枪灯丝电源，根据采样电路得到的输出功率值，动态调整逆变器的工作频率，构成了以电子枪灯丝电源输出功率为控制变量的闭环控制系统，实现了电子枪灯丝电源功率的精确控制；通过使用电力电子方式取代了传统的调压器方式，提高了电子枪灯丝电源的响应速度；通过使用LLC逆变器拓扑结构，降低了电子枪灯丝电源负载调整率；通过使LLC逆变器工作在150kHz以上，高频变压器工作在150～240kHz，可以减小变压器磁芯截面积，由于变压器在电子枪灯丝电源体积中占比较大，因此减小了电子枪灯丝电源体积；通过将LLC逆变器的两个电感集成于高频变压器上，提高了电子枪灯丝电源的集成度；通过使用多点采样电路，采样三相输入电压，直流母线电压和逆变器输出功率值，降低了电子枪灯丝电源的故障排查和处理难度。(2)相对于现有技术，本专利技术提出的电子加速器，使用本专利技术中的灯丝电源，提高了装置的紧凑性；通过使用顶部三个副方线圈作为灯丝电源三相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子枪灯丝电源，其特征在于，包括：/n三相桥式不控整流电路，用于对三相输入交流电压进行整流，得到直流电压；/n逆变电路，包括LLC逆变器和高频变压器，所述高频变压器是工作频段为150kHz～240kHz的变压器，其中，所述LLC逆变器用于将三相桥式不控整流电路输出的直流电压转化为150kHz频率以上的交流电压，所述高频变压器用于降低LLC逆变器输出的交流电压幅值，所述降低后的交流电压用于电子枪灯丝负载的供电；/n采样电路，用于采样三相桥式不控整流电路的输入电压和输出电压、逆变电路的输出功率；/n控制电路，用于根据采样到的逆变电路输出功率值，动态调整逆变器的工作频率，以改变其输出功率。/n

【技术特征摘要】
1.一种电子枪灯丝电源，其特征在于，包括：
三相桥式不控整流电路，用于对三相输入交流电压进行整流，得到直流电压；
逆变电路，包括LLC逆变器和高频变压器，所述高频变压器是工作频段为150kHz～240kHz的变压器，其中，所述LLC逆变器用于将三相桥式不控整流电路输出的直流电压转化为150kHz频率以上的交流电压，所述高频变压器用于降低LLC逆变器输出的交流电压幅值，所述降低后的交流电压用于电子枪灯丝负载的供电；
采样电路，用于采样三相桥式不控整流电路的输入电压和输出电压、逆变电路的输出功率；
控制电路，用于根据采样到的逆变电路输出功率值，动态调整逆变器的工作频率，以改变其输出功率。


2.如权利要求1所述的电子枪灯丝电源，其特征在于，LLC逆变器中的电感通过磁集成技术集成于所述高频变压器。


3.如权利要求1或2所述的电子枪灯丝电源，其特征在于，所述采样电路为多点采样电路，其包括：
电压采样电路，用于采样三相桥式不控整流电路输入的三相交流电压、输出的直流母线电压，采样到的输入三相交流电压用于判断输入三相电压是否满足平衡条件、电压有效值是否在100～150V范围内；采样到的直流母线电压用于判断三相桥式不控整流电路是否正常工作；
功率采样电路，用于采样LLC逆变器的输出功率；
温度采样电路，用于采样LLC逆变器的温度，采样到的LLC逆变器温度用于判断工作温度是否达到报警值和危险值。


4.如权利要求1至3任一项所述的电子枪灯丝电源，其特征在于，所述控制电路判断采样到的输出功率值是否等于目标功率值，若是，则维持LLC逆变器工作频率不变，否则，根据采样到的输出功率值，动态调整逆变器的工作频率，以改变其输出功率，直至等于目标功率值。


5.如权利要求4所述的电子枪灯丝电源，其特征在于，所述根据采样到的输出功率值，动态调整逆变器的工作频率，具体如下：
控制电路计算目标功率值与采样到的输出功率值的差值，并根据该差值计算得到当前采样时刻工作频率改变量；
LLC逆变器上一采样时刻工作频率叠加当前采样时刻工作频率改变量后，作为LLC逆变器当前工作频率，进而改变电子枪灯丝电源的输出功率；
调整LLC逆变器的工作频率直至采样到的输出功率值等于目标功率值后...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨军，席成，余调琴，姜灿，唐坤，叶加权，黄江，左晨，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42