一種電子加速器的電子束流控制裝置的製作方法
2023-12-03 20:23:31 2
專利名稱：一種電子加速器的電子束流控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及電子加速器中的電子束流控制技術，具體涉及單個高壓電源帶多個電子加速單元的電子加速器的電子束流控制裝置。
背景技術：
目前，我國電子加速器大多都屬於一個高壓電源帶一個電子加速單元結構，電子束流控制方法多樣，具體包括電位器控制、伺服電機控制等方法。
電位器控制是由一個步進電機連接的絕緣有機玻璃棒與電位器轉動軸相連的連接裝置和電機控制單元、束流控制單元組成。主要是通過電機的轉動控制電位器在束流控制單元的阻值，改變晶間管觸發脈衝角，從而控制電子槍電流有效值改變束流大小。該種電子束流控制方式主要缺點是電位器的使用容易出現抖動、接觸不良等問題，所以使用壽命短，步進電機控制方式導致束流控制精度不高。
伺服電機控制是高壓電源內低壓端的電機通過有機絕緣玻璃棒帶動高壓端發電機，由發電機給電子槍供電。電子束流的大小是低壓端電機的轉速決定的。此控制方式與電位器控制方法有相同之處，都屬於機械傳動控制方法，而機械傳動都有傳動裝置的可靠性與控制精度不高等這樣的缺點。
以上所述電子束流控制都是單電源帶單電子加速單元結構的控制方法。而隨著大功率(大電子束流)電子加速器的出現，繼而又出現了單電源帶多電子加速單元的加速器結構。多電子束流控制採用電位器控制、伺服電機控制等方法，勢必會出現多電子束流值採樣困難、控制系統結構複雜、運行可靠穩定性能低等一系列問題。發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種可靠性和穩定性高的，具有單高壓電源帶多電子加速單元結構的電子加速器的電子束流控制裝置。
為解決上述技術問題，本發明提供了一種單電源帶多電子加速單元結構電子加速器的電子束流控制裝置，包括電子槍供電迴路單元、電子槍供電調壓電路、直流高壓電源、 電子束流取樣電路，其特徵在於，還包括第一電壓頻率調製電路、第一頻率信號傳送通道、 第一頻率電壓解調電路、第二電壓頻率調製電路、第二頻率信號傳送通道、第二頻率電壓解調電路、調壓控制電路、AC-DC電路、電子束流顯示單元，
所述電子束流取樣電路、第一電壓頻率調製電路、第二頻率電壓調製電路、AC-DC 電路、電子槍供電調壓電路、調壓控制電路分別安裝在高壓電源高壓端；所述電子束流顯示單元、第一頻率電壓解調電路、第二電壓頻率解調電路安裝在在高壓電源鋼桶外的低壓端；
所述電子槍供電迴路單元包括第一變壓器、第二變壓器，所述第一變壓器安裝在高壓電源鋼桶內的低壓端，所述第二變壓器安裝在高壓電源的高壓端，所述第一變壓器與第二變壓器通過磁耦合方式將低壓端電能傳送到高壓端作為電子槍供電電源，所述第二變壓器次級設有N個獨立的供電繞組，所述電子槍供電調壓電路的數量為N個，所述N個獨立的供電繞組分別一對一連接N個所述電子槍供電調壓電路，N個所述電子槍供電調壓電路分別連接N個電子加速單元，所述N為自然數；
所述AC-DC電路的輸出端分別連接所述第一電壓頻率調製電路、第二頻率電壓調製電路、調壓控制電路，為其提供直流電源；
所述電子束流取樣電路包括N個並行採樣電路，所述N個並行採樣電路分別一對一連接在所述N個獨立供電繞組和直流高壓電源之間，每個所述採樣電路將其採樣的電子束流信號轉換為下行電壓信號，所述下行電壓信號分別送到所述電子槍供電調壓控制電路和第一電壓頻率調製電路，所述第一電壓頻率調製電路將所述下行電壓信號轉換為下行頻率信號，並輸出到所述第一頻率信號傳送通道，所述第一頻率信號傳送通道將所述下行頻率信號傳送到高壓電源外的低壓端，所述第一頻率電壓解調電路將該下行頻率信號變換為對應的輸出電壓信號，所述電子束流顯示單元採樣所述第一頻率電壓解調電路的輸出電壓信號，並顯示為電子束流值；同時，所述第二電壓頻率調製電路將所述輸出電壓信號變換為反饋頻率信號，所述反饋頻率信號經所述第二頻率信號傳送通道發送到高壓端的所述第二頻率電壓解調電路，所述第二頻率電壓解調電路將所述反饋頻率信號變換為反饋直流電壓信號，所述反饋直流電壓信號送入所述電子槍供電調壓控制電路，所述電子槍供電調壓控制電路分別連接在N個電子槍供電迴路，分別控制和調節每個電子槍供電迴路電子束流值大小。
所述高壓電源鋼桶內設有金屬盒，所述電子束流取樣電路、第一電壓頻率調製電路、第二頻率電壓調製電路、AC-DC電路、電子槍供電調壓控制電路分別安裝在所述金屬盒內。金屬盒用於屏蔽高壓電源內磁場對電路的幹擾；安裝在金屬盒內的所有弱電電路的供電電路由；電子槍供電迴路中裝設在高壓電源高壓端的變壓器供給交流電源，交流電源經整流、濾波和集成穩壓電路後得到穩定的直流電源(+15V)給金屬盒內弱電電路供電。
所述第一頻率信號傳送通道、第二頻率信號傳送通道的介質為絕緣高壓光纖。
所述調壓控制電路由同步信號電路、移相脈衝電路組成。
每個所述電子槍供電迴路上設有晶閘管，所述電子槍供電調壓電路連接所述晶閘管，通過所述晶間管調節每個所述電子槍供電迴路提供給電子槍的加熱電流。
所述並行採樣電路包括電子束流採樣精密電阻，所述電子束流採樣精密電阻的一端連接所述直流電源高壓端，另一端通過高壓傳輸裝置接到電子加速單元的加速管高壓端。
本發明的原理是將電源鋼桶內高壓端的電子束流信號，經所述電子束流取樣電路進行電壓取樣獲得下行電壓信號，分別輸出到調壓控制電路和第一電壓頻率調製電路。 下行電壓信號經第一電壓頻率調製電路，即第一 V-F電路，轉換為下行頻率信號，下行頻率信號從高壓端通過第一頻率傳輸通道傳送到高壓電源鋼桶外低壓端，在高壓電源鋼桶外低壓端，下行頻率信號經第一頻率電壓解調電路，即第一 F-V電路，被轉變為輸出電壓信號， 束流顯示單元採樣直流電壓信號顯示束流值。在電源鋼桶外，輸出電壓信號經第二電壓頻率調製電路，即第二 V-F電路，轉換為反饋頻率信號後經第二頻率傳輸通道傳送到電源高壓端，高壓端的第二頻率電壓解調電路即第二 F-V電路，轉換為反饋直流電壓信號，送入調壓控制電路，調壓控制電路比較下行電壓信號和反饋直流電壓信號，調節電子槍供電調壓電路的加熱電流，即控制電子槍加熱功率，從而控制電子加速單元的電子束流大小。這樣的電子束控制系統就是能夠實現工業加速器中單個高壓電源帶多個電子加速單元的電子加速結構。
本發明單個高壓電源帶多個電子加速單元結構的電子加速器的電子束流控制裝置具有多項優點，首先是多個電子槍供電只需一個供電電源，高壓電源高壓端到低壓端信號的傳遞是通過光的通路進行的，高壓與低壓端沒有電氣連接，抗幹擾能力強，其次是電子束流採樣顯示與控制的精度高、整套控制系統運行可靠穩定，控制裝置體積小成本低，使用和維護維修方便，可在多種電子束流弓I出系統採用。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明的技術方案作進一步具體說明。
圖1為本發明具體實時方式中，單個高壓電源帶三個電子加速單元結構的電子加速器的電子束流控制裝置的電路原理圖。
圖中1.電子束流取樣電路，2.第一 V-F電路，2』.第二 V-F電路，3.第一 F-V電路，3』第二 F-V電路，4. AC-DC電路，5.第一頻率信號傳送通道，5』 .第二頻率信號傳送通道，6.電子束流顯示單元，7.調壓控制電路，8.電子束流採樣精密電阻，9.電子槍，10.電子槍供電調壓電路中的晶閘管，11.直流高壓電源，Tl.第一電子槍供電迴路變壓器，T2.第二電子槍供電迴路變壓器，A、B、C三點是分別為電子束流採樣點。
具體實施方式
如圖1中各組成部分原理及安裝位置
電子槍供電迴路。參閱圖1，本發明是單相交流電輸入，可用市電220V或110V，圖中用L、N表示單相電源輸入，也可用三相交流電中的一根火線一根零線作為輸入，TI與T2 是電子槍供電迴路的變壓器，Tl安裝在高壓電源鋼桶內的低壓端，T2安裝在高壓電源的高壓端，Tl與T2通過磁耦合的方式將低壓端電能傳送到高壓端作為電子槍供電電源，T2次級獨立的三繞組給三個電子槍供電，T2次級還特別繞制了電源高壓端的AC-DC電路的所需的交流電源的繞組，Tl到T2變比是110 1 18，供給電子槍電源的三繞組分別與晶閘管、電子槍是串聯關係，在運用中調節晶閘管觸發脈衝相位角即可調節電子槍的加熱功率， 改變電子槍引出電子束流的大小。
電子束流採樣電阻。電子束流採樣電阻是高精度的電流採樣電阻，圖1中的三個電阻一端連接在一起接在高壓電源的高壓端，另一端分別通過高壓傳送裝置接到加速管高壓端，有電子束流引出時，電阻兩端的電壓除以電阻值既是電子束流的大小，圖1中的A、B、 C三點就是表示採樣的電子束流通過電阻兩端的電壓信號。
電子束流取樣電路。電子束流取樣電路是將電子束採樣電阻兩端的電壓信號通過電感電容的濾波，得到紋波係數小的直流電壓信號，作為後端V-F電路的輸入信號用。
AC-DC電路。供電電路是把圖1中T3輸出的交流電經過全橋整流濾波後，在由集成穩壓晶片將輸出的直流電壓穩定在一個數值，直流迴路的零電位點與直流高壓的高壓端連接，安裝在直流高壓電源高壓端，為高壓端的弱電電路供電。
V-F電路。第一、第二 V-F電路具有相同的結構。V-F電路是專門的集成V/F變換晶片及少數的外圍器件構成，調節外圍器件的參數，可得到輸入直流電壓與輸出頻率較好的線性關係，該電路是安裝在高壓電源的高壓端，它主要是把電子束流採樣的直流電壓信號轉換為頻率信號輸出，0-10V輸入對應O-IOKHz輸出。
頻率信號傳送通道。第一、第二頻率信號傳送通道結構相同，該通道是電源高壓端與低壓端頻率的傳送通道，通道由紅外發射、接收與光纖組成，光纖是紅外的傳輸介質。紅外的發射與接收，把頻率信號在高壓端與低壓端通過光的形式進行傳遞，高壓端和低壓端無電氣連接。
F-V電路。同樣，第一、第二 F-V電路具有相同結構，F-V電路是專門的集成F/V變換晶片及少數的外圍器件構成，調節外圍器件的參數，可得到輸入頻率與輸出直流電壓較好的線性關係，該電路是安裝在高壓電源以外的低壓環境，它主要是把V-F電路變換輸出的頻率信號轉換為對應的電壓信號輸出，O-IOKHz輸入對應0-10V輸出。
電子束流顯示單元。電子束流顯示單元可以是由PLC與MHI組成的加速器控制系統採樣F-V輸出的電壓信號，對應比例的顯示束流值，也可以是加速器的其它控制系統對其測量顯示。
電子槍調壓控制電路。電子槍調壓控制電路是由專設的壓控脈衝移相晶片與外圍電路組成，實現0-10V直流電壓輸入，脈衝輸出在0° -180°範圍內移相，調壓電路還包括了電子束流的反饋控制電路，反饋信號來自電子束流採樣電路，反饋電路是電子束流控制信號與反饋信號的一個減法電路，即實現這樣一個過程電子束流因某種原因增大，反饋信號增大，由於此時的控制信號是一個定值，那麼控制信號減去反饋信號就使控制移相脈衝輸入的直流電壓信號減小，對應的輸出脈衝相位也就減小，串接在電子槍供電迴路的晶閘管導通角減小，電子槍端電壓有效值減小加熱功率變低，輸出電子束流減小，穩定電子束流輸出值，反之。電子槍調壓控制電路中的信號同步電路，把驅動脈衝信號與每支電子槍供電電源同步。
圖1中的電子束流取樣電路1、第一 V-F電路2、第二 F-V電路3』、第一 V-F和第二 F-V電路的供電電路4、調壓控制電路7、束流採樣大功率精密電阻8、電子槍供電調壓電路中的晶閘管10，都是集成在一個密閉的金屬盒內，金屬盒安裝在高壓電源高壓端。金屬盒用於屏蔽高壓電源內磁場對電路的幹擾；安裝在金屬盒內的所有弱電電路的供電電路由；電子槍供電迴路中裝設在高壓電源高壓端的變壓器供給交流電源，交流電源經整流、濾波和集成穩壓電路後得到穩定的直流電源(+15V)給金屬盒內弱電電路供電。電子束流顯示單元6、第一 F-V電路3、第二 V-F電路2』分別在高壓電源鋼桶外的加速器控制系統中。
綜上，單電源帶三個電子束控制系統是這樣實現的電源高壓端的高精度電子束流採樣電阻8把流過高壓線的電流轉變為電阻兩端A、B、C三個採樣點的直流電壓，三個直流電壓即是電子束流在電阻上的壓降，根據歐姆定律，電子束流等於直流電壓分別除以採樣電阻R1、R2、R3的阻值。第一 V-F電路1把ABC通過濾波後的直流電壓作為輸入，頻率作為輸出，電路實現0-10V輸入直流電壓對應O-IOKHz輸出頻率，電路驅動頻率傳輸通道5把頻率信號傳遞到電源鋼桶外的第一F-V電路3，第一F-V電路3把接收到的頻率信號轉換為直流電壓信號輸出，電路實現O-IOKHz頻率輸入對應0-10V直流電壓輸出，第一 V-F電路1 與第一 F-V電路3是對應1 1比例關係，即第一 F-V電路3輸出的直流電壓信號就是第一 V-F電路1輸入的直流電壓信號，第一 F-V電路3輸出的直流電壓除以採樣電阻值就是實際的電子束流值，第一 F-V電路3輸出的直流電壓可以是PLC與MHI組成的加速器控制系統或其它類型的加速器控制系統採樣顯示電子束流值。在高壓電源鋼桶外的第二 V-F電路2』把電子束流控制信號轉換為頻率信號輸出，第二 V-F電路2』也是實現0-10V輸入直流電壓對應O-IOKHz輸出頻率。其中0-10V輸入的控制直流電壓可以是電位器輸入，也可是加速器控制系統控制模塊輸入，即可有手動與自動控制電子束流方式。V-F電路2』輸出頻率經頻率傳輸通道5，到電源高壓端的第二 F-V電路3，，實現O-IOKHz頻率輸入對應0-10V 直流電壓輸出，第二 F-V電路3』輸出直流電壓與電子束流取樣電路1採樣的直流電壓作為調壓控制電路7的輸入，兩路信號進入調壓控制電路的減法電路即反饋迴路，控制信號減去電子束流採樣信號的輸出電壓信號作為脈衝移相電路的輸入控制信號，脈衝移相電路接收0-10V直流電壓對應脈衝相移0° -180°。脈衝相位角決定電子槍的加熱功率。某時刻因某種原因電子束流增大採樣信號就增大，而控制信號不變，控制信號減去採樣信號的輸出控制脈衝相位角的電壓信號減小，繼而驅動晶閘管的導通角減小，電子槍加熱功率降低電子束流減小，因某種原因電子束流減小，則反之，如此穩定電子束流引出值。調壓控制電路中的同步信號電路是把電子槍供電電源與驅動脈衝同步。所述原理，實現三個電子束流值採樣與顯示，電子束流引出可手自動控制，電子束流引出值具有自動穩定功能。
三個電子束流控制系統在電子加速器中運用實施例
加速器是單電源帶三個電子加速單元的電子加速器結構，高壓電源額定高壓 200KV，電子束流額定300mA。電子束流控制系統如前面所述安裝連接，如圖1。
圖1中L、N輸入IlOV工頻交流電，電子槍供電迴路變壓器T2次級端輸出18. 5V 交流電壓，T2變壓器容量1KVA，AC-DC電路4輸出直流電壓+15V，電子束流控制直流電壓信號0-10V，束流採樣精密電阻Rl、R2、R3阻值100 Ω、功率5W，晶閘管Jl、J2、J3額定電流 40Α。
定義三個電子束流控制信號分別為ΚΙ、Κ2、Κ3，第一 F-V電路3的三路輸出直流電壓信號折合為束流表示VI、V2、V3。
現有的單電子束單元弓I出電子束流的加速器系統中，電子束流的採樣是在電源的低壓端串接電阻進行採樣測量的，測量數據能真實的反映電子束流值，測量精度高。我們把此種測量方法與上述測量方法測量到的束流值進行對比測試。低壓端串聯電阻測量電子束流用符號D表示。
測試對比數據表
Kl(V)2. 543. 354. 014. 625. 135. 435. 665. 83K2(V)2. 573. 384. 044. 655. 165. 465. 685. 85K3(V)2. 533. 313. 964. 605. 115. 415. 635. 80Vl(mA)1020304050607080V2 (mA)1020304050607080
權利要求
1. 一種電子加速器的電子束流控制裝置，包括電子槍供電迴路單元、電子槍供電調壓電路、直流高壓電源、電子束流取樣電路，其特徵在於，還包括第一電壓頻率調製電路、第一頻率信號傳送通道、第一頻率電壓解調電路、第二電壓頻率調製電路、第二頻率信號傳送通道、第二頻率電壓解調電路、調壓控制電路、AC-DC電路、電子束流顯示單元，所述電子束流取樣電路、第一電壓頻率調製電路、第二頻率電壓調製電路、AC-DC電路、 電子槍供電調壓電路、調壓控制電路分別安裝在高壓電源高壓端；所述電子束流顯示單元、 第一頻率電壓解調電路、第二電壓頻率解調電路安裝在在高壓電源鋼桶外的低壓端；所述電子槍供電迴路單元包括第一變壓器、第二變壓器，所述第一變壓器安裝在高壓電源鋼桶內的低壓端，所述第二變壓器安裝在高壓電源的高壓端，所述第一變壓器與第二變壓器通過磁耦合方式將低壓端電能傳送到高壓端作為電子槍供電電源，所述第二變壓器次級設有N個獨立的供電繞組，所述電子槍供電調壓電路的數量為N個，所述N個獨立的供電繞組分別一對一連接N個所述電子槍供電調壓電路，N個所述電子槍供電調壓電路分別連接N個電子加速單元，所述N為自然數；所述AC-DC電路的輸出端分別連接所述第一電壓頻率調製電路、第二頻率電壓調製電路、調壓控制電路，為其提供直流電源；所述電子束流取樣電路包括N個並行採樣電路，所述N個並行採樣電路分別一對一連接在所述N個獨立供電繞組和直流高壓電源之間，每個所述採樣電路將其採樣的電子束流信號轉換為下行電壓信號，所述下行電壓信號分別送到所述電子槍供電調壓控制電路和第一電壓頻率調製電路，所述第一電壓頻率調製電路將所述下行電壓信號轉換為下行頻率信號，並輸出到所述第一頻率信號傳送通道，所述第一頻率信號傳送通道將所述下行頻率信號傳送到高壓電源外的低壓端，所述第一頻率電壓解調電路將該下行頻率信號變換為對應的輸出電壓信號，所述電子束流顯示單元採樣所述第一頻率電壓解調電路的輸出電壓信號，並顯示為電子束流值；同時，所述第二電壓頻率調製電路將所述輸出電壓信號變換為反饋頻率信號，所述反饋頻率信號經所述第二頻率信號傳送通道發送到高壓端的所述第二頻率電壓解調電路，所述第二頻率電壓解調電路將所述反饋頻率信號變換為反饋直流電壓信號，所述反饋直流電壓信號送入所述電子槍供電調壓控制電路，所述電子槍供電調壓控制電路分別連接在N個電子槍供電迴路，分別控制和調節每個電子槍供電迴路電子束流值大
2.根據權利要求1的電子加速器的電子束流控制裝置，其特徵在於所述高壓電源鋼桶內設有金屬盒，所述電子束流取樣電路、第一電壓頻率調製電路、第二頻率電壓調製電路、 AC-DC電路、電子槍供電調壓控制電路分別安裝在所述金屬盒內。
3.根據權利要求1或2所述電子加速器的電子束流控制裝置，其特徵在於，所述第一頻率信號傳送通道、第二頻率信號傳送通道的介質為絕緣高壓光纖。
4.根據權利要求3所述電子加速器的電子束流控制裝置，其特徵在於，所述調壓控制電路由同步信號電路、移相脈衝電路組成。
5.根據權利要求4所述電子加速器的電子束流控制裝置，其特徵在於，每個所述電子槍供電迴路上設有晶閘管，所述電子槍供電調壓電路連接所述晶閘管。
6.根據權利要求5所述的電子加速器的電子束流控制裝置，其特徵在於，所述並行採樣電路包括電子束流採樣精密電阻，所述電子束流採樣精密電阻的一端連接所述直流電源高壓端，另一端通過高壓傳輸裝置接到電子加速單元的加速管高壓端。
全文摘要
本發明涉及一種電子加速器的電子束流控制裝置，主要包括電子槍供電迴路單元、電子槍供電調壓電路、直流高壓電源、電子束流取樣電路，第一、第二電壓頻率調製電路、第一、第二頻率信號傳送通道、第一、第二頻率電壓解調電路、調壓控制電路、AC-DC電路、電子束流顯示單元，所述電子束流取樣電路、第一電壓頻率調製電路、第二頻率電壓調製電路、AC-DC電路、電子槍供電調壓電路、調壓控制電路分別安裝在高壓電源高壓端；電子束流顯示單元、第一頻率電壓解調電路、第二電壓頻率解調電路安裝在在高壓電源鋼桶外的低壓端；本發明為單高壓電源帶多電子加速單元結構，且輸出電子束流穩定性能高，安全可靠，電路集成度高，佔用空間小，使用和維護維修方便。
文檔編號H05H5/00GK102510655SQ201110282400
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月22日 優先權日2011年9月22日
發明者曾利, 李琦, 賈朝偉, 鄢春松 申請人:湖北久瑞核技術股份有限公司