Блок смещения и питания катода электронно-лучевой сварочной пушки с использованием инверторных преобразователей
Рассмотрен подход к использованию инверторных преобразователей для питания катода и формирования управляющего напряжения электронно-лучевых пушек с целью уменьшения габаритов блока смещения и питания катода. При этом обеспечивается нейтрализация отрицательного воздействия индуктивности рассеяния выс...
Gespeichert in:
| Datum: | 2007 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2007
|
| Schriftenreihe: | Автоматическая сварка |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99461 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Блок смещения и питания катода электронно-лучевой сварочной пушки с использованием инверторных преобразователей / Н.К. Чайка // Автоматическая сварка. — 2007. — № 7 (651). — С. 50-52. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-99461 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-994612016-04-29T03:02:15Z Блок смещения и питания катода электронно-лучевой сварочной пушки с использованием инверторных преобразователей Чайка, Н.К. Краткие сообщения Рассмотрен подход к использованию инверторных преобразователей для питания катода и формирования управляющего напряжения электронно-лучевых пушек с целью уменьшения габаритов блока смещения и питания катода. При этом обеспечивается нейтрализация отрицательного воздействия индуктивности рассеяния высокопотенциального трансформатора, увеличивающейся при введении изоляции между обмотками для обеспечения потенциальной развязки. The paper deals with the approach to application of invertor-type converters for powering the cathode and forming the control voltage of electron beam guns, to reduce the overall dimensions of the module of bias and power of the cathode. This enables neutralizing the negative impact of leakage inductance of high-potential transformer, which increases with introduction of insulation between the windings to ensure the potential decoupling. 2007 Article Блок смещения и питания катода электронно-лучевой сварочной пушки с использованием инверторных преобразователей / Н.К. Чайка // Автоматическая сварка. — 2007. — № 7 (651). — С. 50-52. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99461 621.791.72: [621.314.2: 621.382 2/3] ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Краткие сообщения Краткие сообщения |
| spellingShingle |
Краткие сообщения Краткие сообщения Чайка, Н.К. Блок смещения и питания катода электронно-лучевой сварочной пушки с использованием инверторных преобразователей Автоматическая сварка |
| description |
Рассмотрен подход к использованию инверторных преобразователей для питания катода и формирования управляющего напряжения электронно-лучевых пушек с целью уменьшения габаритов блока смещения и питания катода. При этом обеспечивается нейтрализация отрицательного воздействия индуктивности рассеяния высокопотенциального трансформатора, увеличивающейся при введении изоляции между обмотками для обеспечения потенциальной развязки. |
| format |
Article |
| author |
Чайка, Н.К. |
| author_facet |
Чайка, Н.К. |
| author_sort |
Чайка, Н.К. |
| title |
Блок смещения и питания катода электронно-лучевой сварочной пушки с использованием инверторных преобразователей |
| title_short |
Блок смещения и питания катода электронно-лучевой сварочной пушки с использованием инверторных преобразователей |
| title_full |
Блок смещения и питания катода электронно-лучевой сварочной пушки с использованием инверторных преобразователей |
| title_fullStr |
Блок смещения и питания катода электронно-лучевой сварочной пушки с использованием инверторных преобразователей |
| title_full_unstemmed |
Блок смещения и питания катода электронно-лучевой сварочной пушки с использованием инверторных преобразователей |
| title_sort |
блок смещения и питания катода электронно-лучевой сварочной пушки с использованием инверторных преобразователей |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2007 |
| topic_facet |
Краткие сообщения |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99461 |
| citation_txt |
Блок смещения и питания катода электронно-лучевой сварочной пушки с использованием инверторных преобразователей / Н.К. Чайка // Автоматическая сварка. — 2007. — № 7 (651). — С. 50-52. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT čajkank bloksmeŝeniâipitaniâkatodaélektronnolučevojsvaročnojpuškisispolʹzovanieminvertornyhpreobrazovatelej |
| first_indexed |
2025-07-07T08:01:18Z |
| last_indexed |
2025-07-07T08:01:18Z |
| _version_ |
1836974375857815552 |
| fulltext |
УДК 621.791.72: [621.314.2: 621.382 2/3]
БЛОК СМЕЩЕНИЯ И ПИТАНИЯ КАТОДА
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРОЧНОЙ ПУШКИ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНВЕРТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
Н. К. ЧАЙКА, инж. (ОАО «Selmi», г. Сумы)
Рассмотрен подход к использованию инверторных преобразователей для питания катода и формирования управ-
ляющего напряжения электронно-лучевых пушек с целью уменьшения габаритов блока смещения и питания катода.
При этом обеспечивается нейтрализация отрицательного воздействия индуктивности рассеяния высокопотенциаль-
ного трансформатора, увеличивающейся при введении изоляции между обмотками для обеспечения потенциальной
развязки.
К л ю ч е в ы е с л о в а : электронно-лучевая сварка, элект-
ронная пушка, питание катода, напряжение смещения, ин-
вертор, потенциальная развязка
Поскольку в электронно-лучевых сварочных ус-
тановках катод пушки находится по отношению
к корпусу установки под потенциалом, равным
ускоряющему напряжению, то в цепях, обеспечи-
вающих питание катода и напряжение смещения,
необходимо предусмотреть потенциальную раз-
вязку. В энергокомплексах ЭЛА-15, ЭЛА-30,
ЭЛА-60 потенциальная развязка осуществляется
специальным высокопотенциальным развязываю-
щим трансформатором, который работает на час-
тоте 50 Гц [1]. При переходе на инверторный ис-
точник ускоряющего напряжения габариты блока
смещения и питания катода сравнимы с размерами
самого источника ускоряющего напряжения. В
связи с этим возникла необходимость уменьшить
размеры блока, для чего в цепях передачи энергии
использовали переход на повышенную частоту.
Однако при этом высоковольтная изоляция между
обмотками высокочастотного высокопотенциаль-
ного трансформатора отличается достаточно боль-
шим объемом по сравнению со значительно
уменьшившимися объемами сердечника и обмо-
ток. Увеличение относительного объема, занима-
емого высоковольтной изоляцией между обмот-
ками высокопотенциального развязывающего
трансформатора, приводит к росту индуктивности
рассеяния LS1, LS2 соответственно первичной и
вторичной обмоток. Причем, чем выше потенци-
ал, на который рассчитан развязывающий высо-
копотенциальный трансформатор, тем больше
объем, занимаемый изоляцией и больше индук-
тивность рассеяния, которая является для транс-
форматора паразитным параметром. Индуктив-
ность рассеяния создает индуктивное сопро-
тивление, включенное последовательно с нагруз-
кой (Т-образная схема замещения трансформато-
ра [2]):
XL = 2πFLS [Ом],
где F — частота, Гц; LS = LS1 + LS2 — суммарная
индуктивность рассеяния, Гн; LS1 — индук-
тивность первичной обмотки, LS2 — вторичной,
причем LS2 приведена к LS1.
Из приведенного выражения следует, что, чем
выше частота, на которой работает трансформа-
тор, тем больше индуктивное сопротивление, пос-
ледовательно включенное с нагрузкой, и меньше
эффективность такой системы передачи энергии.
Чтобы выйти из этой ситуации, решено исполь-
зовать преобразователь постоянного напряжения
в переменное с последовательным резонансным
контуром на выходе, в котором индуктивность
рассеяния будет играть роль индуктивности кон-
тура. При совпадении частоты преобразования с
частотой контура ток последнего, согласно век-
торной диаграмме токов и напряжений, приведен-
ной на рис. 1, будет составлять IR = U/Rn [3], где
Rn — приведенное к первичной обмотке сопро-
© Н. К. Чайка, 2007
Рис. 1. Векторная диаграмма напряжений и токов контура при
частоте, равной резонансной: U — напряжение генератора пита-
ющего контура; UС — напряжение на емкости контура; UR —
напряжение на нагрузке, приведенной к первичной обмотке; Lk —
внешняя индуктивность контура; ULk + LS — напряжение на сум-
марной индуктивности контура
50 7/2007
тивление нагрузки, т. е. напряжение генератора
полностью приложено к нагрузке.
Это решение защищено патентом Украины [4].
На рис. 2 представлена схема устройства для реа-
лизации этого решения, имеющая вид полумос-
тового преобразователя с резонансной нагрузкой.
Для управления выходным напряжением исполь-
зуется широтно-импульсная модуляция управля-
ющих импульсов. В качестве широтно-импуль-
сного модулятора можно применять микросхему
КР1114ЕУ4 или ее аналог, а в качестве ключей —
полевые транзисторы IRFP 460.
Трансформатор может иметь две и больше вто-
ричных обмоток и два экрана, которые располо-
жены на низкой и высокой стороне и предназна-
чены для защиты элементов при пробоях в элек-
тронно-лучевой пушке. Экран, находящийся на
высокой стороне, соединен с общей частью источ-
ника ускоряющего напряжения, которая в свою
очередь соединена с катодом пушки. Ключевой ин-
вертор имеет широтно-импульсное регулирование
[5] для управления выходным напряжением. Час-
тота преобразования ключевого инвертора равна ре-
зонансной частоте последовательного контура, об-
разованного конденсатором 2, индуктивностью 3, а
также индуктивностью рассеяния трансформатора
4. При достаточно высокой частоте преобразования
можно обойтись без внешней индуктивности 3, ис-
пользовав в качестве индуктивности контура ин-
дуктивность рассеяния трансформатора.
На основе рассмотренного подхода передачи
энергии с высокопотенциальной развязкой разра-
ботан блок смещения и питания катода, предназ-
наченный для энергоблоков сварочных установок
с инверторным источником ускоряющего напря-
жения. Блок включает три канала — питания на-
кала, напряжения бомбардировки катода и напря-
жения смещения. Основным элементом в каждом
канале является унифицированный по конс-
трукции высокопотенциальный развязывающий
трансформатор, имеющий различное количество
витков во вторичных обмотках каналов.
Первичные обмотки трансформаторов нахо-
дятся под низким потенциалом, а магнитопроводы
и вторичные обмотки — под высоким. Высоко-
потенциальная развязка обеспечивается за счет
изоляции первичной обмотки с помощью капсулы
из полиэтилена, имеющей форму цилиндра с осе-
вым каналом для магнитопровода. Толщина по-
лиэтилена выбрана исходя из значений рабочего
и испытательного напряжений. Капсула состоит
из верхней и нижней половинок, которые сочле-
няются между собой при помощи лабиринта для
увеличения расстояния перекрытия по поверхнос-
ти. От боковой поверхности нижней половинки
капсулы на уровне ее основания отходит носик,
по внутреннему каналу которого проходят выводы
от первичной обмотки и экрана. Длина носика
выбрана такой, чтобы трансформатор мог выдер-
жать испытательное напряжение (в данном случае
90 кВ). В качестве магнитопровода использован
сердечник М2000 НМС-IП-110А.
Внешний вид высокопотенциального развязы-
вающего трансформатора представлен на рис. 3,
а внешний вид блока смещения — на рис. 4. Га-
бариты блока без выступающих носиков транс-
форматоров составляют 288 245 86 мм, анало-
гичный блок в энергокомплексе ЭЛА-6, выпуска-
емый ОАО «Selmi» (г. Сумы) и разработанный
по традиционной схеме с высокопотенциальны-
ми развязывающими трансформаторами, рабо-
тающими на частоте 50 Гц, имеет габариты
450 250 440 мм.
На рис. 5 приведены осциллограммы напря-
жения исток–сток верхнего ключа и тока контура,
полуволны которого являются токами ключей,
Рис. 2. Схема устройства передачи энергии с
высокопотенциальной развязкой: 1 — ключе-
вой инвертор; 2 — конденсатор; 3 — индук-
тивность; 4 — трансформатор с высоко-
потенциальной изоляцией между обмотками;
5 — выпрямитель с фильтром; 6 — нагрузка
Рис. 3. Внешний вид высокопотенциального развязывающего
трансформатора
7/2007 51
при максимальной длительности импульсов пре-
образователя канала бомбардировки как наиболее
энергоемкого.
Преобразователь работает на частоте 16…20 кГц,
и при постоянном токе и напряжении 200 В обес-
печивает на нагрузке с сопротивлением 12 кОм
ток 80 мА при напряжении 1000 В, что соответ-
ствует мощности 80 Вт.
Блок испытан на макете энергоблока ЭЛА-6ВЧ
и имеет следующие выходные параметры:
ток накала на нагрузке 0,5 Ом, А ................................10
напряжение смещения, кВ .............................................5
ток бомбардировки при напряжении 1 кВ, мА .........80
рабочий потенциал блока по отношению
к корпусу энергоблока, кВ ..........................................60
Приведенные достигнутые результаты не яв-
ляются предельными. При разработке источника
бомбардировки разогрева вольфрамового катода
на том же трансформаторе получена мощность
более 150 Вт при КПД, равном 90 %.
Следует отметить, что устройства, выпол-
ненные по предложенной схеме, не подвержены
коротким замыканиям в нагрузке, поскольку при
этом ток ключей уменьшается.
1. А. с. 1494052 СССР, Н 01 F 27/28, 27/36. Разделительный
трансформатор / Е. М. Варашин, М. Е. Тыщук. — Опубл.
15.07.80; Бюл. № 26.
2. Рычина Г. А. Электрорадиоэлементы. — М.: Сов. радио,
1976. — 336 с.
3. Доброневский О. В. Справочник по радиоэлектронике. —
Киев: Вища шк., 1971. — 292 с.
4. Пат. 74594 UA, H 02 М 3/28, H 01 J 37/06, B 23 K 15/00.
Пристрій перетворення енергії постійного струму на вході
в енергію постійного струму на виході з високо по-
тенціальною розвозкою / М. К. Чайка. — Опубл.
16.01.2006; Бюл. № 1.
5. Костиков В. Г., Никитин И. Е. Источники электропитания
высокого напряжения РЭА. — М.: Радио и связь, 1986. —
200 с.
The paper deals with the approach to application of invertor-type converters for powering the cathode and forming the
control voltage of electron beam guns, to reduce the overall dimensions of the module of bias and power of the cathode.
This enables neutralizing the negative impact of leakage inductance of high-potential transformer, which increases with
introduction of insulation between the windings to ensure the potential decoupling.
Поступила в редакцию 24.11.2006
Рис. 4. Внешний вид блока смещения и питания катода со снятой
передней крышкой
Рис. 5. Осциллограммы напряжения исток–сток верхнего ключа
(а) и напряжения на измерительном резисторе Rизм = 1 Ом тока
контура при максимальной длительности управляющего импульса
(б)
52 7/2007
|