CN108322062B - 一种电子束轰击炉电源及其可稳压的均压控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电子束轰击炉电源，包括控制柜A，控制柜A依次连接有至少三个电源柜，每个电源柜均单独与控制柜A连接，在各依次连接的电源柜中，位于首端的电源柜和位于末端的电源柜均连接电压霍尔传感器B，电压霍尔传感器B还连接总电压反馈DSP板，总电压反馈DSP板还与控制柜A连接。本发明还公开了基于上述电子束轰击炉电源的可稳压的均压控制方法，本发明解决了目前高压电源柜可靠性低、成本高、器件耐压高的问题。

Description

一种电子束轰击炉电源及其可稳压的均压控制方法
技术领域
本发明属于大功率高压直流电源技术领域，涉及一种电子束轰击炉电源，本发明还涉及上述电源的可稳压的均压控制方法。
背景技术
近年来，随着经济技术的突飞猛进，大功率直流电源在工业领域中的应用也日趋广泛，特别是在难熔金属冶炼、火电厂环境除尘、工业废气处理等领域，常采用单模块直流电源或者多模块分散式直流电源来达到高压输出的目的。但是目前的单模块高压直流电源的可靠性低，器件的耐压高，由于器件耐压高导致设备的成本也很高，而且从控制柜到主电源柜的传输路径及闭环反馈路径均采用铜铝导线传输信号，但是铜铝导线传输信号易受电磁干扰、传输速度较慢且绝缘要求高。因此，基于上述问题，需要设计一种可靠性高、避免器件耐压高及成本低的电源。
此外，对于多模块分散式直流电源来说，一般采用以稳定总输出电压能力为导向的均压控制策略，或者采用以稳定各个模块输出电压能力为导向的均压控制策略，但是，目前这些均压控制策略不能同时满足总输出电压和各个模块输出电压稳压的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种电子束轰击炉电源，解决目前高压电源柜可靠性低、成本高、器件耐压要求高的问题。
本发明的另一个目的是提供一种电子束轰击炉电源可稳压的均压控制方法。
本发明所采用的技术方案是，一种电子束轰击炉电源，包括控制柜A，控制柜A依次连接有至少三个电源柜，每个电源柜均单独与控制柜A连接，在各依次连接的电源柜中，位于首端的电源柜和位于末端的电源柜均连接电压霍尔传感器B，电压霍尔传感器B还连接总电压反馈DSP板，总电压反馈DSP板还与控制柜A连接。
本发明第一种技术方案的特点还在于，
每个电源柜的内部结构为：包括依次连接的端子排、断路器及主接触器，断路器还连接辅助接触器，辅助接触器上并联连接有三个软启动电阻，三个软启动电阻与主接触器均连接在三相整流桥上，三相整流桥的正输出端连接前级直流平波电抗，三相整流桥的负输出端连接输入滤波电容，输入滤波电容连接直流负压导电板，直流负压导电板分别连接两个IGBT开关管输入端的驱动下端子；前级直流平波电抗连接直流正压导电板，直流正压导电板分别连接两个IGBT开关管输入端的驱动上端子，两个IGBT开关管中的驱动端均连接在DSP驱动板上，两个IGBT开关管之间还分别连接有TVS双向管B和压敏电阻B，压敏电阻的上端子连接变压器的原边上端，压敏电阻的下端子连接隔直电容的一端，隔直电容的另一端连接变压器的原边下端；变压器的副边上端连接整流桥输入端的上端子，变压器的副边下端连接整流桥输入端的下端子，整流桥的输出端的上端子连接输出滤波电感的一端，输出滤波电感的另一端连接输出滤波电容的一端，输出滤波电容的另一端连接整流桥的输出端的下端子；输出滤波电容的两端并联负载，负载的两端分别连接电压霍尔传感器A的两端，电压霍尔传感器A的输出端连接DSP反馈板的输入端子，DSP反馈板的反馈端子连接控制柜B。
两个IGBT开关管的驱动端子下方安装有水冷母排散热管。
本发明所采用的另一个技术方案是，一种电子束轰击炉电源可稳压的均压控制方法，具体包括如下步骤：
步骤1，设电源柜的个数为n；
步骤2，对n个电源柜内部进行分布式均压调节；
步骤3，对整个电子束轰击炉电源的总电压进行稳压；
步骤4，通过电压霍尔传感器B检测得到整个电子束轰击炉电源的总输出电压Vo，根据总输出电压Vo求各电源柜输出的平均电压，最终使各模块输出的电压相等。
本发明第二种技术方案的特点还在于，
步骤2的具体过程为：
分别将n个电源柜内部的给定电压Vref1、Vref2.......Vrefn输入到相应各电源柜内的DSP反馈板中，通过每个电源柜内的电压霍尔传感器A检测得到每个电源柜的输出电压为Vo1、Vo1...Von，并将Vo1、Vo1...Von传输到每个电源柜内的DSP反馈板中，将Vref1、Vref2.......Vrefn与Vo1、Vo1...Von一一对应做差，得相应得到的各误差电压为Vg1、Vg1...Vgn，将各误差电压Vg1、Vg1...Vgn再乘以
Figure BDA0001562004940000031
将相乘后的结果作为每个电源柜的占空比信号的第一部分，在每个电源柜中，将得到的第一部分的占空比信号通过控制柜B给DSP驱动板来控制两个IGBT开关管的开断，最终使整个电子束轰击炉电源的输出电压稳定在期望电压Vref1、Vref2.......Vrefn。
步骤3的具体过程为：
将整个电子束轰击炉电源中总的给定电压Vref输入到总电压反馈DSP板中，同时通过电压霍尔传感器B检测得到总输出电压Vo，将Vo传输到总电压反馈DSP板中，在总电压反馈DSP板上将总的给定电压Vref与总的输出电压Vo作差，得到的误差电压为Vg，该误差电压乘以传递函数
Figure BDA0001562004940000041
其中，K＝0.2,τ1＝5ms,τ1＝2ms,τ3＝τ4＝0.1ms，相乘后求平均值，得到的平均值作为每个电源柜占空比信号的第二部分，在每个电源柜中，将得到的第二部分的占空比信号通过控制柜B给DSP驱动板来控制两个IGBT开关管的开断，最后使得整个电子束轰击炉电源中每个电源柜串联后输出的总电压稳定在期望的Vref。
步骤4的具体过程为：
将电压霍尔传感器B检测得到的总输出电压Vo传输到总电压反馈DSP板中，在总电压反馈DSP板中将采集到的总输出电压Vo除以电源柜的个数n得到各个电源柜的平均电压，然后通过每个电源柜中的电压霍尔传感器A得到相应每个电源柜的输出电压Vo1、Vo1...Von，将每个电源柜中的电压霍尔传感器A检测得到的电压Vo1、Vo1...Von传输到总电压反馈DSP板中，在总电压反馈DSP板中，将各个电源柜的平均电压分别与Vo1、Vo1...Von作差得到各个电源柜内的误差电压Vc1、Vc2...Vcn，并将误差电压Vc1、Vc2...Vcn乘以
Figure BDA0001562004940000042
得到各个电源柜的增益误差，将各个电源柜的增益误差相加，对相加后的增益误差除以n求平均增益，然后再将平均增益信作为占空比信号的第三部分作为各个电源柜的驱动，将占空比信号的第一部分、占空比信号的第二部分及占空比信号的第三部分通过光纤传输到控制柜A中，通过控制柜A将三部分占空比信号的占空比相加，最终使得各个电源柜的输出电压相等，即为总输出电压Vo的1/n倍。
本发明的有益效果为，本发明中用光纤作为采集控制柜A发出的PWM信号，光纤传输不仅保证了检测高压信号过程中的绝缘要求，而且保证了闭环控制的快速性，提高了PWM信号的EMI抑制能力；本发明不仅增强了多个电源柜(多模块)高压直流电源工作的可靠性，而且降低了元器件的耐压要求和成本。本发明所采用的可稳压的均压控制方法，不同于一般的均压控制方法，可同时满足总输出电压和各个模块输出电压稳压的要求。
附图说明
图1是本发明一种电子束轰击炉电源的结构示意图；
图2是本发明一种电子束轰击炉电源中电源柜的结构示意图。
图中，1.端子排，2.断路器，3.主接触器，4.辅助接触器，5.软启动电阻，6.三相整流桥，7.TVS双向管A，8.压敏电阻A，9.前级直流平波电抗，10.输入滤波电容，11.直流正压导电板，12.直流负压导电板，13.无感吸收电容，14.IGBT开关管，15.DSP驱动板，16.TVS双向管B，17.压敏电阻B，18.隔直电容，19.变压器，20.整流桥，21.输出滤波电感，22.输出滤波电容，23.负载，24.电压霍尔传感器A，25.DSP反馈板，26.风扇，27.风扇开关，28.水冷母排散热器，29.控制柜A，30.电源柜，31.电压霍尔传感器B，32.总电压反馈DSP板，33.控制柜B，34.光纤。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种电子束轰击炉电源，结构如图1所示，包括控制柜A29，控制柜A29依次连接有至少三个电源柜30，每个电源柜30均单独与控制柜A29连接，在各依次连接的电源柜30中，位于首端的电源柜30和位于末端的电源柜30均连接电压霍尔传感器B31，电压霍尔传感器B31还连接总电压反馈DSP板32，总电压反馈DSP板32还与控制柜A29连接。
每个电源柜30、总电压反馈DSP板32均通过光纤34与控制柜A29连接。
如图2所示，每个电源柜30的内部结构为：端子排1的进线是采用三相电供电，端子排1的输出连接风扇开关27，风扇开关27的输出端连接在风扇26的供电端子；断路器(空开)2的输入端与端子排1相连接，当电路刚启动时，断路器QA(空开)2的输出端与辅助接触器4的输入端相连接；辅助接触器4的输出端连接三个软启动电阻5的一端，三个软启动电阻5的另一端连接三相整流桥6的输入端；当电路稳定运行时断开断路器QA(空开)2与辅助接触器4的连接，断路器QA(空开)2的输出连接到主接触器3的输入端上；主接触器3的输出连接三相整流桥6的输入端；三相整流桥6的输出端分别连接TVS双向管A7和压敏电阻A8；三相整流桥6的正输出端连接前级直流平波电抗9，三相整流桥6的负输出端连接输入滤波电容10，输入滤波电容10连接直流负压导电板12，直流负压导电板12分别连接两个IGBT开关管14输入端的驱动下端子；前级直流平波电抗9连接直流正压导电板11，直流正压导电板11分别连接两个IGBT开关管14输入端的驱动上端子，两个IGBT开关管14中的驱动端均连接在DSP驱动板15上，两个IGBT开关管14之间还分别连接有TVS双向管B 16和压敏电阻B17，压敏电阻B17的上端子连接变压器19的原边上端，压敏电阻17的下端子连接隔直电容18的一端，隔直电容18的另一端连接变压器19的原边下端；变压器19的副边上端连接整流桥20输入端的上端子，变压器19的副边下端连接整流桥20输入端的下端子，整流桥20的输出端的上端子连接输出滤波电感21的一端，输出滤波电感21的另一端连接输出滤波电容22的一端，输出滤波电容22的另一端连接整流桥20的输出端的下端子；输出滤波电容22的两端并联负载23，负载23的两端分别连接电压霍尔传感器A24的两端，电压霍尔传感器A24的输出端连接DSP反馈板25的输入端子，DSP反馈板25的反馈端子连接控制柜B33。直流负压导电板12与直流正压导电板11之间还设有无感吸收电容13。
两个IGBT开关管14的驱动端子下方安装有水冷母排散热管28。
本发明还提供了基于上述电子束轰击炉电源的可稳压的均压控制方法，具体包括如下步骤：
步骤1，设电源柜30的个数为n；
步骤2，对n个电源柜30内部进行分布式均压调节；
步骤2的具体过程为：
分别将n个电源柜30内部的给定电压Vref1、Vref2.......Vrefn输入到相应各电源柜30内的DSP反馈板25中，通过每个电源柜30内的电压霍尔传感器A24检测得到每个电源柜30的输出电压为Vo1、Vo1...Von，并将Vo1、Vo1...Von传输到每个电源柜30内的DSP反馈板25中，将Vref1、Vref2.......Vrefn与Vo1、Vo1...Von一一对应做差，得相应得到的各误差电压为Vg1、Vg1...Vgn，将各误差电压Vg1、Vg1...Vgn再乘以
Figure BDA0001562004940000071
将相乘后的结果作为每个电源柜30的占空比信号的第一部分，在每个电源柜30中，将得到的第一部分的占空比信号通过控制柜B33给DSP驱动板15来控制两个IGBT开关管14的开断，最终使整个电子束轰击炉电源的输出电压稳定在期望电压Vref1、Vref2.......Vrefn。
若误差电压Vg1、Vg1...Vgn大于0，则输出电压小于给定电压，占空比信号增加，两个IGBT开关管14开通的时间增加，电源柜30的输出电压就慢慢增大，直到二者电压相等(输出电压和给定电压)；若误差电压Vg1、Vg1...Vgn等于0，则输出电压等于给定电压，占空比信号不变，开关管开通的时间不变，模块的输出电压不变；若误差信号Vg1、Vg1...Vgn小于0，则输出电压大于给定电压，占空比信号减小，开关管关断的时间增加，电源柜30的输出电压慢慢降低，直到二者电压相等(输出电压和给定电压)；
步骤3，对整个电子束轰击炉电源的总电压进行稳压；
步骤3的具体过程为：
将整个电子束轰击炉电源中总的给定电压Vref输入到总电压反馈DSP板32中，同时通过电压霍尔传感器B31检测得到总输出电压Vo，将Vo传输到总电压反馈DSP板32中，在总电压反馈DSP板32上将总的给定电压Vref与总的输出电压Vo作差，得到的误差电压为Vg，该误差电压乘以传递函数
Figure BDA0001562004940000081
其中，K＝0.2,τ1＝5ms,τ1＝2ms,τ3＝τ4＝0.1ms，相乘后求平均值，得到的平均值作为每个电源柜30占空比信号的第二部分，在每个电源柜30中，将得到的第二部分的占空比信号通过控制柜B33给DSP驱动板15来控制两个IGBT开关管14的开断，最后使得整个电子束轰击炉电源中每个电源柜30串联后输出的总电压稳定在期望的Vref。
若误差电压Vg大于0，则总输出电压小于给定电压，每个电源柜30的占空比信号都增加，两个IGBT开关管14开通的时间增加，每个电源柜30的输出电压就慢慢增大，直到二者电压相等；若误差电压Vg等于0，则总输出电压等于给定电压，每个电源柜30占空比信号不变，两个IGBT开关管14开通的时间不变，电源柜30的输出电压不变；若误差电压Vg小于0，则输出电压大于给定电压，占空比信号减小，两个IGBT开关管14开通的时间减小，电源柜30的输出电压慢慢降低，直到二者电压相等；
步骤4，通过电压霍尔传感器B31检测得到整个电子束轰击炉电源的总输出电压Vo，根据总输出电压Vo求各电源柜30输出的平均电压，最终使各模块输出的电压相等。
步骤4的具体过程为：
将电压霍尔传感器B31检测得到的总输出电压Vo传输到总电压反馈DSP板中，在总电压反馈DSP板32中将采集到的总输出电压Vo除以电源柜30的个数n得到各个电源柜30的平均电压，然后通过每个电源柜30中的电压霍尔传感器A24得到相应每个电源柜30的输出电压Vo1、Vo1...Von，将每个电源柜30中的电压霍尔传感器A24得到的电压Vo1、Vo1...Von传输到总电压反馈DSP板32中，在总电压反馈DSP板32中，将各个电源柜30的平均电压分别与Vo1、Vo1...Von作差得到各个电源柜30内的误差电压Vc1、Vc2...Vcn，并将误差电压Vc1、Vc2...Vcn乘以
Figure BDA0001562004940000091
得到各个电源柜30的增益误差，将各个电源柜30的增益误差相加，对相加后的增益误差除以n求平均增益，然后再将平均增益信作为占空比信号的第三部分作为各个电源柜30的驱动，将占空比信号的第一部分、占空比信号的第二部分及占空比信号的第三部分通过光纤传输到控制柜A29中，通过控制柜A29将三部分占空比信号的占空比相加，最终使得各个电源柜30的输出电压相等，即为总输出电压Vo的1/n倍。最终实现可同时满足总输出电压和各个模块输出电压稳压的要求。

Claims (3)

1.一种电子束轰击炉电源的可稳压的均压控制方法，其特征在于：所述一种电子束轰击炉电源，包括控制柜A(29)，所述控制柜A(29)依次连接有至少三个电源柜(30)，每个电源柜(30)均单独与所述控制柜A(29)连接，在各依次连接的电源柜(30)中，位于首端的电源柜(30)和位于末端的电源柜(30)均连接电压霍尔传感器B(31)，电压霍尔传感器B(31)还连接总电压反馈DSP板(32)，总电压反馈DSP板(32)还与所述控制柜A(29)连接；
每个所述电源柜(30)的内部结构为：包括依次连接的端子排(1)、断路器(2)及主接触器(3)，断路器(2)还连接辅助接触器(4)，辅助接触器(4)上并联连接有三个软启动电阻(5)，三个软启动电阻(5)与主接触器(3)均连接在三相整流桥(6)上，三相整流桥(6)的正输出端连接前级直流平波电抗(9)，三相整流桥(6)的负输出端连接输入滤波电容(10)，输入滤波电容(10)连接直流负压导电板(12)，直流负压导电板(12)分别连接两个IGBT开关管(14)输入端的驱动下端子；前级直流平波电抗(9)连接直流正压导电板(11)，直流正压导电板(11)分别连接两个IGBT开关管(14)输入端的驱动上端子，两个IGBT开关管(14)中的驱动端均连接在DSP驱动板(15)上，两个IGBT开关管(14)之间还分别连接有TVS双向管B(16)和压敏电阻B(17)，压敏电阻(17)的上端子连接变压器(19)的原边上端，压敏电阻(17)的下端子连接隔直电容(18)的一端，隔直电容(18)的另一端连接变压器(19)的原边下端；变压器(19)的副边上端连接整流桥(20)输入端的上端子，变压器(19)的副边下端连接整流桥(20)输入端的下端子，整流桥(20)的输出端的上端子连接输出滤波电感(21)的一端，输出滤波电感(21)的另一端连接输出滤波电容(22)的一端，输出滤波电容(22)的另一端连接整流桥(20)的输出端的下端子；输出滤波电容(22)的两端并联负载(23)，负载(23)的两端分别连接电压霍尔传感器A(24)的两端，电压霍尔传感器A(24)的输出端连接DSP反馈板(25)的输入端子，DSP反馈板(25)的反馈端子连接控制柜B(33)；
所述两个IGBT开关管(14)的驱动端子下方安装有水冷母排散热管(28)；
具体包括如下步骤：
步骤1，设电源柜(30)的个数为n；
步骤2，对n个电源柜(30)内部进行分布式均压调节；
步骤3，对整个电子束轰击炉电源的总电压进行稳压；
步骤4，通过电压霍尔传感器B(31)检测得到整个电子束轰击炉电源的总输出电压Vo，根据总输出电压Vo求各电源柜(30)输出的平均电压，最终使各模块输出的电压相等；
所述步骤2的具体过程为：
分别将n个电源柜(30)内部的给定电压Vref1、Vref2.......Vrefn输入到相应各电源柜(30)内的DSP反馈板(25)中，通过每个电源柜(30) 内的电压霍尔传感器A(24)检测得到每个电源柜(30)的输出电压为Vo1、Vo1...Von，并将Vo1、Vo1...Von传输到每个电源柜(30)内的DSP反馈板(25)中，将Vref1、Vref2.......Vrefn与Vo1、Vo1...Von一一对应做差，得相应得到的各误差电压为Vg1、Vg1...Vgn，将各误差电压Vg1、Vg1...Vgn再乘以
Figure FDA0002454126820000031
将相乘后的结果作为每个电源柜(30)的占空比信号的第一部分，在每个电源柜(30)中，将得到的第一部分的占空比信号通过控制柜B(33)给DSP驱动板(15)来控制两个IGBT开关管(14)的开断，最终使整个电子束轰击炉电源的输出电压稳定在期望电压Vref1、Vref2.......Vrefn。
2.根据权利要求1所述的一种电子束轰击炉电源的 可稳压的均压控制方法，其特征在于：所述步骤3的具体过程为：
将整个电子束轰击炉电源中总的给定电压Vref输入到总电压反馈DSP板(32)中，同时通过电压霍尔传感器B(31)检测得到总输出电压Vo，将Vo传输到总电压反馈DSP板(32)中，在总电压反馈DSP板(32)上将总的给定电压Vref与总的输出电压Vo作差，得到的误差电压为Vg，该误差电压乘以传递函数
Figure FDA0002454126820000032
其中，K＝0.2,τ1＝5ms,τ1＝2ms,τ3＝τ4＝0.1ms，相乘后求平均值，得到的平均值作为每个电源柜(30)占空比信号的第二部分，在每个电源柜(30)中，将得到的第二部分的占空比信号通过控制柜B(33)给DSP驱动板(15)来控制两个IGBT开关管(14)的开断，最后使得整个电子束轰击炉电源中每个电源柜(30)串联后输出的总电压稳定在期望的Vref。
3.根据权利要求2所述的一种电子束轰击炉电源的 可稳压的均压控制方法，其特征在于：所述步骤4的具体过程为：
将电压霍尔传感器B(31)检测得到的总输出电压Vo传输到总电压反馈DSP板中，在总电压反馈DSP板(32)中将采集到的总输出电压Vo除以电源柜(30)的个数n得到各个电源柜(30)的平均电压，然后通过每个电源柜(30)中的电压霍尔传感器A(24)得到相应每个电源柜(30)的输出电压Vo1、Vo1...Von，将每个电源柜(30)中的电压霍尔传感器A(24)检测得到的电压Vo1、Vo1...Von传输到总电压反馈DSP板(32)中，在总电压反馈DSP板(32)中，将各个电源柜(30)的平均电压分别与Vo1、Vo1...Von作差得到各个电源柜(30)内的误差电压Vc1、Vc2...Vcn，并将误差电压Vc1、Vc2...Vcn乘以
Figure FDA0002454126820000041
得到各个电源柜(30)的增益误差，将各个电源柜(30)的增益误差相加，对相加后的增益误差除以n求平均增益，然后再将平均增益信作为占空比信号的第三部分作为各个电源柜(30)的驱动，将占空比信号的第一部分、占空比信号的第二部分及占空比信号的第三部分通过光纤传输到控制柜A(29)中，通过控制柜A(29)将三部分占空比信号的占空比相加，最终使得各个电源柜(30)的输出电压相等，即为总输出电压Vo的1/n倍。
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