空间低压电子束焊机电源的研究与实现

摘要

随着世界各国空间探索活动的不断增多，宇宙空间飞船需要更大尺寸以及更长寿命的要求，这就需要我们在空间中对飞船进行大规模的装配、维修和维护等工作，因此空间焊接得到越来越多的关注，而电子束焊这一焊接方式非常适合真空的环境，并且在很早之前就被证明了其具有可行性，作为电子束焊机的核心，电子束焊接电源设备的设计与制造同样得到了许多学者和工程人员的关注。本文首先对空间焊接的背景进行了概述，对空间电子束焊的国内外发展情况进行了整理总结，重点介绍了空间电子束机设备的当前研究进展情况，并着重对电子束焊机电源设备的发展现状进行了总结归纳，并且按照空间电子束焊机电源的技术要求，设计了一台电源原理样机。
　　本论文对空间低压电子束焊机电源的研究具体包括以下几个方面:
　　1、空间电子束焊机电源系统的总体方案设计:按照电源系统的技术参数要求，确定了空间电子束焊机电源系统的总体方案以及控制方式。
　　2、空间电子束焊机电源系统的主电路设计:主要对空间电子束焊机焊机电源硬件系统进行设计，主电路拓扑结构采用LLC谐振变换的方式，对LLC谐振电路以及Buck变换器进行了理论分析，并且确定了电感电容等电器元件的参数，对高压电源、灯丝电源，以及聚焦电源分别进行具体设计。
　　3、空间电子束焊机电源系统的控制系统设计:从硬件和软件两个方面对电源的控制系统做了详细的设计，采用DSP芯片为控制核心，对控制部分的硬件驱动电路、采样电路、以及保护电路做了设计，并且按照设计的软件流程图进行了控制部分软件的设计，采用PI调节实现了本设计电源的闭环控制。
　　4、电源的电磁兼容设计:根据电磁干扰三要素干扰源、耦合途径、以及敏感设备，具体分析了本设计电源产生电磁干扰的原因，并对这些原因进行了逐一解决，主要包括抗干扰硬件设计以及软件设计。
　　5、电源系统的联合试验:根据以上设计搭建了实际的电源原理样机，对电源的主电路、控制系统、保护电路、采样电路等进行了实物搭建。并且通过联合试验，采集了试验数据和波形，基本满足了设计要求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 空间电子束焊机的发展背景

1．2 国内外发展状况

1．3 空间电子束焊机电源工作原理

1．4 论文研究的主要内容

1．5 本课题需要实现的技术指标

1．5．1 高压加速电源技术指标

1．5．2 高压加速电源束流技术指标

1．5．3 阴极灯丝加热电源技术指标

1．5．4 聚焦电源技术指标

2 空间低压电子束焊机电源系统的主电路硬件设计

2．1 电源系统总体方案设计

2．2 主电路的设计

2．2．1 LLC谐振变化逆变器原理分析

2．2．2 Buck电路原理分析

2．2．3 功率开关模块的选择

2．3 灯丝加热电源设计

2．4 聚焦电源设计

2．5 本章小结

3 电源控制系统的设计

3．1 控制系统硬件设计

3．1．1 DSP控制板

3．1．2 信号调理电路

3．1．3 电源保护电路设计

3．1．4 IGBT驱动电路设计

3．2 控制系统软件设计

3．3 本章小结

4 电源系统电磁兼容设计

4．1 影响电磁兼容的因素

4．2 系统硬件抗干扰设计

4．3 系统软件抗干扰设计

4．4 本章小结

5 电源系统联调试验

5．1 电源系统的实物搭建

5．2 高压加速电源试验

5．3 灯丝加热电源试验

5．4 软开关试验

5．5 聚焦电源试验

5．6 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果