电子束照射装置
阅读：251发布：2020-05-11
专利汇可以提供电子束照射装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 电子 束照射 装置，包括一使从一电子束源发出的电子 加速 而照射一目标的电子加速器和一向该电子加速器供应高压直流电的电源。该电源包括：一把一工业用AC电源输出转变成 电压 可变的一AC电 力 输出的变频装置；一DC电源，该DC电源使该变频装置的AC电力输出升压、把升压后电压整流成DC高压、然后把该DC高压加到电子加速器上；以及一反馈控制 电路 ，该反馈控制电路检测DC高压和一 电流 ，从而控制该变频装置的电力输出。，下面是电子束照射装置专利的具体信息内容。
1.一种电子束照射装置，包括一使从一电子束源发出的电子加速以照射一目标的电子加速器，和一向该电子加速器供应高压直流电的电源，所述电源包括：一把一工业用AC电力输出转变成电压可变的-AC电力输出的采用脉冲宽度调制控制技术的变频装置；一DC电源，用于使所述变频装置的所述AC电力输出升压、把所述升压后的电压整流成一DC高压、然后把所述DC高压加到所述电子加速器上；以及一反馈控制电路，用于通过检测所述DC高压和所述变频装置的输出电流来控制所述变频装置的所述电力输出。
2.按权利要求1所述的电子束照射装置，其特征在于，在所述变频装置与所述DC电源之间还有一LC滤波电路。
3.按权利要求1所述的电子束照射装置，其特征在于，在所述变频装置与一工业用AC电源之间还有一降压变压器，所述降压变压器有一三角形-星形连接和一三角形-三角形连接并与所述变频装置中的一转换器连接。
4.按权利要求1所述的电子束照射装置，其特征在于，所述变频装置根据载频信号每一周期中反馈电压或电流与一设定值的比较结果用脉冲宽度调制来控制电力输出。
电子束照射装置
技术领域
背景技术
由空气污染造成的全球温室效应和酸雨可归因于从热电站等排出的燃烧废气中的SOX和NOX之类成分。除去SOX和NOX之类有害成分的一种方法是用电子束照射燃烧废气而脱硫和脱氮(即除去SOX和NOX之类有害成分)。
图3简示出实行上述方法的一种电子束照射装置。图3所示燃烧废气处理装置主要包括：一电源10，该电源从一工业用AC电源生成一DC高压；一电子加速器11，该电子加速器把高压加到从一电子束源发出的电子上使之加速，然后用这些电子照射一目标；以及一沿一照射窗15放置的燃烧废气通道19，该照射窗用作电子加速器11中的电子束的照射出口。用包括由Ti等制成的薄膜的照射窗15射出的电子束照射燃烧废气中氧气(O2)和水蒸气(H2O)之类分子而生成OH、O和HO2之类高氧化性原子团。这些原子团氧化SOX和NOX之类有害成分而生成中间产物硫酸和硝酸。这些中间产物与预先注入废气中的氨气(NH3)反应生成硫酸铵和硝酸铵，然后回收硫酸铵和硝酸铵用作肥料。因此，这种废气处理系统可除去燃烧废气中SOX和NOX之类有害成分，并同时回收有用副产品硫酸铵和硝酸铵用作肥料。
电子加速器11主要包括：一热电子发生器12，该热电子发生器包括灯丝或类似物；一加速管13，用来加速从热电子发生器12射出的电子；一聚焦电磁铁16，该聚焦电磁铁把磁场加到加速管13中的高能电子束上，从而控制电子束的半径；以及一扫描电磁铁17，该扫描电磁铁把磁场加到其半径受聚焦电磁铁16控制的电子束上，从而偏转电子束。加速管13装在一容器18b中，加速管13内部保持高度真空。由加速管13形成的高能电子束由把磁场加到电子束上的扫描电磁铁17偏转和扫描后经照射窗15射人废气通道19的一定区域。
图4简示出图3电子束照射装置中的一种现有电源结构。该电源10的输入端21与例如3300v工业用高压AC电源连接。该3300v工业用AC电压加到电源10的输入端上。该3300vAC电压是通过用装在厂中的一降压变压器对66000v极高压降压而成。电源10的输入端上连接有一谐波抑制滤波电路22抑制由其后AC/DC转换生成的高次谐波。由于滤波电路22的基频为50或60Hz，因此须使用很大的滤波电路22，以便抑制基频的三次、五次和更高次谐波，不致影响工业用AC电源。
供电线路上有电路断路器23响应控制器25发出的信号瞬时断开电路。电路断路器23的下游边有一感应电压调节器(IVR)24。该IVR按照由一电动机驱动的轴向转动改变磁链，从而改变AC输出电压，从而用作一种变压装置。在IVR24中如下调节输出电压：加到加速管13上的DC输出电压V0受一电压检测器29的检测，然后转动该电动机，使得由电压检测器29检测的DC输出电压V0保持不变。如IVR24下游边的电流检测器26检测到过电流，控制器25就打开电路断路器23。从而实现电源10的过电流保护。
一升压变压器27连接在IVR24的下游边上，整流装置28与升压变压器27的输出连接。每一个整流装置28生成约20kv的DC电压。这些整流装置28串联而生成约800kv总DC输出电压。DC输出电压V0由与加速管13中的各加速电极连接的分压电阻30分压。分压的DC输出电压加到各加速电极上，从而加速电子。另一方面，加速管13中有一生成热电子的灯丝31。一AC电源32向灯丝31供应交流电加热灯丝31，使得灯丝发射热电子。从加速管13中的灯丝31发射的热电子由加速管13中的加速电极加速，穿过照射窗15，作为高能电子束E从加速管13发射到外部。
电子束照射装置的这种现有电源存在如下问题。
首先，由于使用IVR调节DC输出电压V0，因此必须控制电动机的转动，使得输出电压V0不随工业用AC电源的输入电压的变动而变动。但是，电动机的转速太慢，无法适应输入电压或负载的急剧变动。因此，输入电压的急剧变动造成输出电压V0变动，从而削弱加速管的透镜作用，使得电子束发生散射，造成电子束照射故障。
其次，当把高压DC电源用作电源时，加速管中的电极之间或整流装置近旁会发生局部放电或短路。当出现局部放电时，电路中的过电流会烧毁二极管之类整流元件。由于整流元件浸没在一高压箱的绝缘油中受到保护，因此一旦烧毁就很难修复或更换，因此修复起来既费钱又费时。因此，一旦电路中出现过电流，就必须打开电路断路器23，断开DC高压，防止整流元件被烧毁。但是，由于从检测到过电流到一般断路器的断电须经历数十毫秒时间，因此元件在断电前就会被烧毁。
再次，由于该电源用作AC/DC转换器，因此在该AC转换电路中生成大量各次谐波。因此，为了抑制这些谐波，必须在工业用AC电源的输入边使用很大的滤波电路22。
为了提高IVR24的速度，该电源可用闸流管取代IVR。这种电源通过控制闸流管的引燃角改变输出电压。使用闸流管的电源可按照输入电压的变动在工业用AC电源的每一周期中改变输出电压。因此较之使用IVR的情况对输入电压变动的响应大大改进。但是，由于闸流管本身改变正弦波电压波形，因此生成更多谐波，因此需要使用更大的滤波电路。
鉴于上述缺点作出本发明。因此本发明的一个目的是提供电子束照射装置中的一种电源，它能瞬时响应输入电压的变动，当在其上加有DC高压的部件出现短路时瞬时断开电路而保护电源。
图3简示出实行上述方法的一种电子束照射装置。图3所示燃烧废气处理装置主要包括：一电源10，该电源从一工业用AC电源生成一DC高压；一电子加速器11，该电子加速器把高压加到从一电子束源发出的电子上使之加速，然后用这些电子照射一目标；以及一沿一照射窗15放置的燃烧废气通道19，该照射窗用作电子加速器11中的电子束的照射出口。用包括由Ti等制成的薄膜的照射窗15射出的电子束照射燃烧废气中氧气(O2)和水蒸气(H2O)之类分子而生成OH、O和HO2之类高氧化性原子团。这些原子团氧化SOX和NOX之类有害成分而生成中间产物硫酸和硝酸。这些中间产物与预先注入废气中的氨气(NH3)反应生成硫酸铵和硝酸铵，然后回收硫酸铵和硝酸铵用作肥料。因此，这种废气处理系统可除去燃烧废气中SOX和NOX之类有害成分，并同时回收有用副产品硫酸铵和硝酸铵用作肥料。
电子加速器11主要包括：一热电子发生器12，该热电子发生器包括灯丝或类似物；一加速管13，用来加速从热电子发生器12射出的电子；一聚焦电磁铁16，该聚焦电磁铁把磁场加到加速管13中的高能电子束上，从而控制电子束的半径；以及一扫描电磁铁17，该扫描电磁铁把磁场加到其半径受聚焦电磁铁16控制的电子束上，从而偏转电子束。加速管13装在一容器18b中，加速管13内部保持高度真空。由加速管13形成的高能电子束由把磁场加到电子束上的扫描电磁铁17偏转和扫描后经照射窗15射人废气通道19的一定区域。
图4简示出图3电子束照射装置中的一种现有电源结构。该电源10的输入端21与例如3300v工业用高压AC电源连接。该3300v工业用AC电压加到电源10的输入端上。该3300vAC电压是通过用装在厂中的一降压变压器对66000v极高压降压而成。电源10的输入端上连接有一谐波抑制滤波电路22抑制由其后AC/DC转换生成的高次谐波。由于滤波电路22的基频为50或60Hz，因此须使用很大的滤波电路22，以便抑制基频的三次、五次和更高次谐波，不致影响工业用AC电源。
供电线路上有电路断路器23响应控制器25发出的信号瞬时断开电路。电路断路器23的下游边有一感应电压调节器(IVR)24。该IVR按照由一电动机驱动的轴向转动改变磁链，从而改变AC输出电压，从而用作一种变压装置。在IVR24中如下调节输出电压：加到加速管13上的DC输出电压V0受一电压检测器29的检测，然后转动该电动机，使得由电压检测器29检测的DC输出电压V0保持不变。如IVR24下游边的电流检测器26检测到过电流，控制器25就打开电路断路器23。从而实现电源10的过电流保护。
一升压变压器27连接在IVR24的下游边上，整流装置28与升压变压器27的输出连接。每一个整流装置28生成约20kv的DC电压。这些整流装置28串联而生成约800kv总DC输出电压。DC输出电压V0由与加速管13中的各加速电极连接的分压电阻30分压。分压的DC输出电压加到各加速电极上，从而加速电子。另一方面，加速管13中有一生成热电子的灯丝31。一AC电源32向灯丝31供应交流电加热灯丝31，使得灯丝发射热电子。从加速管13中的灯丝31发射的热电子由加速管13中的加速电极加速，穿过照射窗15，作为高能电子束E从加速管13发射到外部。
电子束照射装置的这种现有电源存在如下问题。
首先，由于使用IVR调节DC输出电压V0，因此必须控制电动机的转动，使得输出电压V0不随工业用AC电源的输入电压的变动而变动。但是，电动机的转速太慢，无法适应输入电压或负载的急剧变动。因此，输入电压的急剧变动造成输出电压V0变动，从而削弱加速管的透镜作用，使得电子束发生散射，造成电子束照射故障。
其次，当把高压DC电源用作电源时，加速管中的电极之间或整流装置近旁会发生局部放电或短路。当出现局部放电时，电路中的过电流会烧毁二极管之类整流元件。由于整流元件浸没在一高压箱的绝缘油中受到保护，因此一旦烧毁就很难修复或更换，因此修复起来既费钱又费时。因此，一旦电路中出现过电流，就必须打开电路断路器23，断开DC高压，防止整流元件被烧毁。但是，由于从检测到过电流到一般断路器的断电须经历数十毫秒时间，因此元件在断电前就会被烧毁。
再次，由于该电源用作AC/DC转换器，因此在该AC转换电路中生成大量各次谐波。因此，为了抑制这些谐波，必须在工业用AC电源的输入边使用很大的滤波电路22。
为了提高IVR24的速度，该电源可用闸流管取代IVR。这种电源通过控制闸流管的引燃角改变输出电压。使用闸流管的电源可按照输入电压的变动在工业用AC电源的每一周期中改变输出电压。因此较之使用IVR的情况对输入电压变动的响应大大改进。但是，由于闸流管本身改变正弦波电压波形，因此生成更多谐波，因此需要使用更大的滤波电路。
鉴于上述缺点作出本发明。因此本发明的一个目的是提供电子束照射装置中的一种电源，它能瞬时响应输入电压的变动，当在其上加有DC高压的部件出现短路时瞬时断开电路而保护电源。
发明内容
按照本发明的一个方面，提供一种电子束照射装置，该电子束照射装置包括一使从一电子束源发出的电子加速而照射一目标的电子加速器和一向该电子加速器供应高压直流电的电源，该电源包括：一将工业用AC电力输出转变成电压可变的AC电力输出的采用脉冲宽度调制控制技术的变频装置；一DC电源，该DC电源使该变频装置的AC电力输出升压、将升压后的电压整流成DC高压、然后将该DC高压加到电子加速器上；以及一反馈控制电路，该反馈通过控制电路检测DC高压和该变频装置的输出电流来控制该变频装置的电力输出。
在上述结构下，由于变频装置的电压可变的电力输出升压后整流成DC高压，然后加到电子加速器上，因此，即使电源的输入电压变动，变频装置的输出也可瞬时改变。因此，该输出电源可稳定工作，使得电子束的照射稳定。此外，如果其上加有高压的部件中发生放电，由于变频装置可在载频信号的作为一个单位的每一周期中停止其输出，因此变频装置的输出可在检测到放电电流后下一周期中被瞬时切断。因此可防止二极管元件或分压电阻元件被烧毁，因此可获得极安全的电源。
按照本发明一优选方面，该电子束照射装置在变频装置与DC电源之间还有一LC滤波电路。
使用上述结构，可防止由变频装置生成的载频信号传到DC电源。
按照本发明一优选方面，该电子束照射装置在变频装置与工业用AC电源之间还有一降压变压器，该降压变压器有一三角形-星形连接和一三角形-三角形连接并与该变频装置中的一转换器连接。
使用上述结构，可防止谐波漏入工业用电源。因此该电源无需使用大滤波器。
按照本发明一优选方面，该变频装置根据载频信号每一周期中反馈电压或电流与一设定值的比较结果进行脉冲宽度调制控制。
使用上述结构，可实现快速响应。
从结合例示出本发明优选实施例的附图的下述详细说明中可清楚看出本发明的上述和其他目的、特征和优点。
在上述结构下，由于变频装置的电压可变的电力输出升压后整流成DC高压，然后加到电子加速器上，因此，即使电源的输入电压变动，变频装置的输出也可瞬时改变。因此，该输出电源可稳定工作，使得电子束的照射稳定。此外，如果其上加有高压的部件中发生放电，由于变频装置可在载频信号的作为一个单位的每一周期中停止其输出，因此变频装置的输出可在检测到放电电流后下一周期中被瞬时切断。因此可防止二极管元件或分压电阻元件被烧毁，因此可获得极安全的电源。
按照本发明一优选方面，该电子束照射装置在变频装置与DC电源之间还有一LC滤波电路。
使用上述结构，可防止由变频装置生成的载频信号传到DC电源。
按照本发明一优选方面，该电子束照射装置在变频装置与工业用AC电源之间还有一降压变压器，该降压变压器有一三角形-星形连接和一三角形-三角形连接并与该变频装置中的一转换器连接。
使用上述结构，可防止谐波漏入工业用电源。因此该电源无需使用大滤波器。
按照本发明一优选方面，该变频装置根据载频信号每一周期中反馈电压或电流与一设定值的比较结果进行脉冲宽度调制控制。
使用上述结构，可实现快速响应。
从结合例示出本发明优选实施例的附图的下述详细说明中可清楚看出本发明的上述和其他目的、特征和优点。
附图说明
图1为本发明一实施例的电源的电路图；图2电路图示出本发明一实施例的一变压器与一变频装置之间的电连接；图3简示出一电子束照射装置；以及图4为一现有电源结构的电路图。
具体实施方式
下面结合图1和2说明具有本发明一实施例的电源的一电子束照射装置。图1和2中与图3和4中相同的部件用同一标号表示。
除了电源，该电子束照射装置的结构与图3所示相同。图1和2所示电源包括一把6600v工业用电源AC电压降到3300v的降压变压器36、一把工业用AC电源的降压后电压转变成具有所需频率的所需AC电压的变频装置37、一与变频装置37的下游边连接的LC滤波器38、一使变频装置37输出的AC电压升压的变压器27以及对升压后AC电压进行整流的整流装置28。DC高压V0由串联的多个整流装置28生成。每一整流装置生成20kv电压，从而这些整流装置28总的生成约800kv的高压。该DC高压V0经各分压电阻30加到加速管13中各加速电极上。
该变频装置37采取所谓的脉冲宽度调制控制，控制载频信号的接通脉冲宽度和切断脉冲宽度而生成AC输出电压的所需波形。在该控制中，载频信号的一个周期可作为一控制单位。因此，AC输出电压可在载频信号的作为一个单位的每一周期中接通和切断。例如，如果载频为2kHz，载频信号的周期就为0.5毫秒，因此输出电压可在作为一个单位的0.5毫秒周期中调节。确切说，当命令变频装置37在某一周期中停止输出时，该变频装置37可在下一周期中输出0电压。
LC滤波器38连接在变频装置37的下游边，用来防止高频载频信号传入升压变压器27。
DC输出电压V0由一电压检测器29检测，然后电压检测器29的信号传入变频装置37中的一控制器。在变频装置37的该控制器中，DC输出电压V0调节到某一设定值，例如800kv。确切说，在变频装置37中的载频信号的每一周期中把输出电压与该设定值作比较，然后靠反馈控制使得输出电压与设定值之间的差为0。因此，即使工业用AC电源的输入电压发生变动，也可在载频信号的一个周期中控制输出电压，使之适应输入电压的变动。
变频装置37的下游边有电流检测器26、26a。这些电流检测器的检测结果反馈给变频装置37中的控制器。因此，如果该电源中其上有高压的部件中、加速管13中的加速电极发生放电或短路，电流检测器26、26a就能检测到由放电或短路造成的异常电流。然后，电流检测器26、26a的信号传入变频装置37中的控制器。如上所述，由于可在变频装置37中载频信号的每一周期中控制输出电压，因此电流检测器26、26a一旦检测到异常电流，变频器37就可切断输出。具体地，可以在检测到异常电流后一个或两个周期中切断输出。例如，如果载频为2kHz，则可在1毫秒中切断输出。因此，本发明电源可防止二极管之类整流装置被烧毁。
降压变压器36的原边与6600v工业用AC供电连接。降压变压器36的副边把供电电压降到3300v后向变频装置供电。变压器36的原边为三角形连接，副边为并联的一星形连接和一三角形连接。如图2所示，变频装置中有两个各有一个转换器的整流电路与一DC输出装置连接，从而形成一DC电源。该DC电源向一单个变频器供应直流电。由于变频装置37中把大量半导体元件用作整流元件和开关元件，因此由于容许电压范围较小而最好使用约3300v的电压。由于降压变压器36为并联的三角形-星形连接和三角形-三角形连接，因此可完全抑制在工业用AC电源一边生成谐波。因此，本发明电源无需使用在现有系统中使用的图4所示谐波抑制滤波器22。如上所述，现有谐波抑制滤波器22用来抑制例如23次或更低次谐波，因此占用很大空间和成本。由于不再使用滤波器，因此电子束照射装置的成本降低、体积减小。
如上所述，按照本发明，电子束照射装置中的一种电源包括一变频装置。因此，可以脉冲宽度调制控制在载频信号的每一周期中控制输出，瞬时切断输出，从而确保该电源的稳定性和安全性。因此，该电子束照射装置可稳定、安全地工作尽管以上示出、详细说明了本发明的一些优选实施例，但应看到，可在后附权利要求的范围内作出种种改动和修正。
除了电源，该电子束照射装置的结构与图3所示相同。图1和2所示电源包括一把6600v工业用电源AC电压降到3300v的降压变压器36、一把工业用AC电源的降压后电压转变成具有所需频率的所需AC电压的变频装置37、一与变频装置37的下游边连接的LC滤波器38、一使变频装置37输出的AC电压升压的变压器27以及对升压后AC电压进行整流的整流装置28。DC高压V0由串联的多个整流装置28生成。每一整流装置生成20kv电压，从而这些整流装置28总的生成约800kv的高压。该DC高压V0经各分压电阻30加到加速管13中各加速电极上。
该变频装置37采取所谓的脉冲宽度调制控制，控制载频信号的接通脉冲宽度和切断脉冲宽度而生成AC输出电压的所需波形。在该控制中，载频信号的一个周期可作为一控制单位。因此，AC输出电压可在载频信号的作为一个单位的每一周期中接通和切断。例如，如果载频为2kHz，载频信号的周期就为0.5毫秒，因此输出电压可在作为一个单位的0.5毫秒周期中调节。确切说，当命令变频装置37在某一周期中停止输出时，该变频装置37可在下一周期中输出0电压。
LC滤波器38连接在变频装置37的下游边，用来防止高频载频信号传入升压变压器27。
DC输出电压V0由一电压检测器29检测，然后电压检测器29的信号传入变频装置37中的一控制器。在变频装置37的该控制器中，DC输出电压V0调节到某一设定值，例如800kv。确切说，在变频装置37中的载频信号的每一周期中把输出电压与该设定值作比较，然后靠反馈控制使得输出电压与设定值之间的差为0。因此，即使工业用AC电源的输入电压发生变动，也可在载频信号的一个周期中控制输出电压，使之适应输入电压的变动。
变频装置37的下游边有电流检测器26、26a。这些电流检测器的检测结果反馈给变频装置37中的控制器。因此，如果该电源中其上有高压的部件中、加速管13中的加速电极发生放电或短路，电流检测器26、26a就能检测到由放电或短路造成的异常电流。然后，电流检测器26、26a的信号传入变频装置37中的控制器。如上所述，由于可在变频装置37中载频信号的每一周期中控制输出电压，因此电流检测器26、26a一旦检测到异常电流，变频器37就可切断输出。具体地，可以在检测到异常电流后一个或两个周期中切断输出。例如，如果载频为2kHz，则可在1毫秒中切断输出。因此，本发明电源可防止二极管之类整流装置被烧毁。
降压变压器36的原边与6600v工业用AC供电连接。降压变压器36的副边把供电电压降到3300v后向变频装置供电。变压器36的原边为三角形连接，副边为并联的一星形连接和一三角形连接。如图2所示，变频装置中有两个各有一个转换器的整流电路与一DC输出装置连接，从而形成一DC电源。该DC电源向一单个变频器供应直流电。由于变频装置37中把大量半导体元件用作整流元件和开关元件，因此由于容许电压范围较小而最好使用约3300v的电压。由于降压变压器36为并联的三角形-星形连接和三角形-三角形连接，因此可完全抑制在工业用AC电源一边生成谐波。因此，本发明电源无需使用在现有系统中使用的图4所示谐波抑制滤波器22。如上所述，现有谐波抑制滤波器22用来抑制例如23次或更低次谐波，因此占用很大空间和成本。由于不再使用滤波器，因此电子束照射装置的成本降低、体积减小。
如上所述，按照本发明，电子束照射装置中的一种电源包括一变频装置。因此，可以脉冲宽度调制控制在载频信号的每一周期中控制输出，瞬时切断输出，从而确保该电源的稳定性和安全性。因此，该电子束照射装置可稳定、安全地工作尽管以上示出、详细说明了本发明的一些优选实施例，但应看到，可在后附权利要求的范围内作出种种改动和修正。
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