Электронно-лучевая технологическая установка

Электронно-лучевая технологическая установка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ЭЛЕКТРОННО-ДУЧЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, содержащая высоковольтный трансформатор с выпрямительным мостом, отрицательный полюс которого подключен через ключ, выполненный в виде электронно-лучевой лампы с блоком сеточного управления , к катоду электронно-лучевой .-«i-V пушки, установленной через лучевод на заземленной камере-а соде, и датчики тока и напряжения пушки, выходы каждого из которых через пороговые элементы подключены к входам элемента И, связанного выходом с блоком сеточного управления, отличающаяся тем, что, с целью повышения Надежности в работе установки, она снабжена группой дросселей, подключенных одними концами к катодам вентилей катодной группы моста, а другими - соединенных в эвёвду, группой обратных диодов, катоды которых также подключены к катодам вентилей , а анодь соединены в звезду и заземленычерез последовательную СО RC-цепочку, и датчиком ионного тока, установленным в лучеводе и связанным выходом через дополнительный пороговый элeмeнt с блоком сеточного управления ключа.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

Ш

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1120495 A

y g Н 05 В 7/16; Н 01 J 37/305

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3235729/24-07 (22) 16.01.81 (46) 23.10.84. Бюл. Р 39 (72) В.И. Переводчиков, С.В. Покровский, В.Н. Лисин, И.Г. Хомский и N.À. Завьялов (71) Всесоюзный электротехнический институт им. В.И. Ленина (53) 621.365.91:537.533(088.8) (56) 1. Патент США Ф 3609200, кл. 13-31, 1970.

2. Патент Франции 9 1518463, кл. Н 05 В 7/00, 1970..(54) (57) ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ. УСТАНОВКА, содержащая высоковольтный трансформатор с выпрямительным мостом, отрицательный полюс которого подключен через ключ, выполненный в виде электронно-луче.— вой лампы с блоком сеточного управления, к катоду электронно-лучевой пушки, установленной через лучевод на заземленной камере-аноде, и датчики тока и напряжения пушки, выходы каждого из которых через пороговые элементы подключены к входам элемента И, связанного выходом с блоком сеточного управления, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения надежности в работе установкн, она снабжена группой дросселей, подключенных одними концами к катодам вентилей катодной группы моста, а другими — соединенных в звезду, группой обратных диодов, катоды которых также подключены к катодам вентилей, а анодь1 соединены в звезду и заземлены через последовательную

РС-цепочку, и датчиком ионного тока, установленным в лучеводе и связанным выходом через дополнительный пороговый элеменФ с блоком сеточного управления ключа.

1 11204

Изобретение относится к электро-технике, в частности к высовольтным системам питания и управления электронными потоками, применяемым в электротермин. 5

Известен источник питания электронно-лучевой технологической установки, содержащий трехфазный преобраз,звательный трансформатор, в цепь сетевой обмотки которого включены 1О такоограничивающие реакторы и тирис» торный ключевой элемент, а вентильные обмотки подключены к мостовому выпрямителю, положительный полюс которого заземпен, а отрицательный 15 подключен к катоду электронной пуш ки.

Источник снабжен датчиком тока в цепи выпрямителя, связанным с триггерной схемой, формирующей сиг- 2О нал на отключение сетевого тиристорного ключевого элемента. При возникновении технологического КЗ в электронной пушке срабатывает тиристорный ключ, осуществляя прерывание, тока на стороне переменного тока сетевой обмотки трансформатора t,1 ).

Недостатком такого источника питания является высокий коэффициент пульсации выходного напряжения, что ограничивает его диапазон применения в относительно маломощных технологических установках с криволинейным потоком электронов.

Применение мощного сглаживающего . фильтра, разряжающегося после возникновения технологического КЗ через электронную пушку, резко снижает ресурс основного оборудования. Время отключения источника на стороне сетевой обмотки трансформатора составляет не менее половины периода сетевого напряжения, а ток КЗ в цепи пушки достигает ударного значения, что существенно влияет на ресурс работы электронно-лучевого тракта установки.

Тиристорный ключ в цепи переменного тока работает в тяжелых условиях отключения тока КЗ, содержащего намагничивающую апериодическую составляющую, что в мощных установках приводит к отказам и быстрому выходу из строя ключевого элемента.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является электронно-лучевая технологическая установка, содержащая высоковольтный

95 2 трансформатор с выпрямительным мостом, отрицательный полюс которого подключен через ключ, выполненный в виде электронно-лучевой лампы с блоком сеточного управления, к катоду электронно-лучевой пушки, установленной через лучевод на заземленной камере-аноде, и датчики тока и напряжения пушки, выходы каждого из которых через пороговые элементы подключены к входам элемента И, связанного выходом с блоком сеточного управления.

При увеличении тока в электронной пушке вследствие развития дугового разряда возрастает ток в цепи трансформаторно-выпрямительного блока и сигнал от схемы сравнения запускает блок управления электронной лампой, который запирает ее по сетке.

Б стационарном режиме при флуктуациях проводимости лучевого тракта лампа в цепи пушки поддерживает постоянство тока (2 j.

Недостатком известного технического решения является динамическая несовместимость медленных переходных электромагнитных процессов в цепи трансформаторно-выпрямительного блока и быстрых процессов в цепи электронно-лучевого тракта, приводящая к ограничению уровня мощности и снижению надежности устройства. Характерное время пробоя в пушке составляет менее одной микросекунды, а коммутационные интервалы в лампе — единицы и десятки микросекунд. Электромагнитная энергия, запасаемая в реактивных звеньях источника питания, не успевает рассеяться и в процессе ее преобразования возникают перенапряжения, опасные для выпрямителя и элементов элек-, тронно-лучевого тракта.

Кроме того, использование электрон ной лампы для стабилизации тока при значительных изменениях проводимости пушки приводит к увеличению потерь в лампе, снижая тем самым ее надежность и ресурс, Цель изобретения — повышение надежности источника питания в стационарном режиме и при технологических

КЗ и увеличение уровня мощности установки.

Для достижения поставленной цели электронно-лучевая установка, содер95 4

24 напряжения пушки, и вход 25, связанный с зондовым датчиком 26 ионного тока, установленным у входа в технологическую камеру в лучеводе.

В цепи датчика ионного тока включены пороговое устройство 27, источник 28 отрицательного потенциала н электронное реле 29. В контур обратных диодов введен защитный резистор 30.

Блок 20 управления лампой может содержать источник 3t постоянного напряжения, соединенный последовательно с управляющим ключом 32 (например, маломощной электронной лампой). Сигналы 33 управления подаются на вход управляемого ключа 34 че" рез промежуточный развязывающий трансформатор 35 и выпрямитель 36.

Блок 20 управления содержит также источник 37 смещения и балластные резисторы 38 и 39. При отсутствии входного сигнала 33 ключ 32 и соответственно мощная лампа 5 открыты. Блок 19 сравнения еодержит два пороговых устройства 40 и 41, на входы которых поступают соответственно сигналы 22 и 23. Далее сигналы поступают на логический элемент И 42, .триггер 43, управляе- . мый ключ 44 и высокочастотный генератор 45. Сигнал от датчика 26 ионного тока поступает в блок 19 на вход 46 и после элемента И вЂ” непосредственно на вход триггера 43, связанного с устройством 47 автоматического повторного включения (лпв).

Устройство работает следующим образом.

При отпирании электронной лампы

5, в качестве которой используется электронно-лучевой вентиль (ЭЛВ), в промежутке катод 4 — сетка 5 происходит ускорение электронного пото ка с последующим глубоким его торможением на аноде. При этом происхо-,, дит быстрое включение трансфориатор-: но-выпрямительного блока 1,2 на элекютронную пушку 6. Дроссели 15, введенные в контур вентильной коммутации мостового выпрямителя 2 и одновременно в цепь анодного тока пушки, обеспечивают плавное нарастание тока .в электронно-лучевом тракте и ,выход на рабочий режим, задаваемый сеиейством регулировочных характерис" тик мощного ЭЛВ (фиг. 2)., Катодяая группа вентилей 13 мостового выпрямителя соединена с группой обратных диодов 10, соединенных в звезду, и группой дросселей 15, также соединенных В звезду ° Общая точка обратный диодов заземлена через 56 резистор 16 и конденсатор 17.

Датчик 18 тока пушки в цепи мостового выпрямителя через блок 19 сравнения связан с блоком 20 сеточного управления электронно-лучевой лаи- 55 пы 21.

Кроме входа 22 блок 19 сравнения имеет вход 23, связанный с датчиком з 11204 жащая высоковольтный трансформатор с Эыпрямительным мостом, отрицатель° ный полюс которого подключен через ключ, выполненный в виде электроннолучевой лампы с блоком сеточного управления, к катоду электронно-лучевой пушки, установленной через лучевод на заземленной камере-аноде, и датчики тока и напряжения пушки, выходы каждого из которых через 10 пороговые элементы подключены к входам элемента И, связанного выходом с блоком сеточного. управления, снабжена группой дросселей, подключенных одними концаии к катодам 15 вентилей катодной группы моста, а другиии - соединенных в звезду, группой обратных диодов, катоды которых также подключены к катодам вентилей, а аноды соединены в 20 звезду и заземлены через последовательную RC-цепочку, я .датчиком ионного тока, установленным в лучеводе и связанным выходом через дополнительный пороговый элеиеит с 25 блоком сеточного управления ключа.

Иа фиг. 1 изображена блок-схема установки, .яа фиг. 2 - семейство

1характеристик электронно-лучевой лампы; на фиг. 3 - характеристики ионного тока; на фиг. 4 - один из вариантов блока управления лампой и блока сравнения.

Устройство содержит высоковольтный траясформатор t и мостовой выпрямитель 2, отрицательный полюс 3 которого соединен с катодом 4 элек..тронно-лучевой лампы 5. Электронная пушка 6, содержащая катод 7 я заземленный анод 8, формирует аксиально сииметричный пучок 9, проходящий через систему tO дифференциальной от- качки в технологическую камеру 11 через лучевод t2.

1120495

На фиг. 2 приняты обозначения:

3 — - анодный ток вентиля 5, U „- анодное напряжение Uó — ускоряющее напря жение в цепи сетки, создаваемое блоком 20. Уровень тока в цепи пушки 5 задается уровнем .ускоряющего напряжения Оу.между катодом 4 и сеткой 5

ЭЛВ, причем О, > О,„ О,„

В квазистатическом режйме устрой. ство работает как мостовой выпря- 10 митель с фильтрацией высших гармо-. ник дросселями 15, что обеспечивает стабильность кроссовера пучка 9 в электронно-лучевом тракте и низкий уровень потерь тока пучка на аноде и диафрагмах системы промежуточной откачки. При этом сигналы от датчика 18 и датчика 24 в блоке

19 сравнения заблокированы, а на датчик 26 ионного тока подан отри" 20 цательный потенциал от источника 28.

Одной из наиболее вероятных причин развития технологического К3 в мощной электронно-лучевой установ-. ке является взрывной процесс освобождения примесей на поверхности металла, бомбарднруемого пучком электронов. В этом случае пары примесей движутся от объекта нагрева вдоль дифференциально откачиваемого тракта пучка и попадают в рабочий объем пушки 6. Датчик 26 ионного тока регистрирует этот процесс и при превышении некоторого уровня ионного тока, заданного поро35 говым устройством 27, срабатывает электронное реле 29, формируя сигнал, который запускает источник saпирающего потенциала, входящий в блок 20. Характеристики тока в цепи

40 датчика 26 (фиг. 3).имеют участок плавного роста Э„ f (Р), где Эд„зондовый ионный ток, P — локальное давление у входа в лучевод 12. При

45 некоторых критических значениях плотности и скорбсти движения примесей (паров) ионный ток на зонд (датчик 26) начинает резко возрастать, что позволяет с опережением зафиксировать начало процесса, при водящего к развитию дуги в промежутке катод 7 - анод 8 электронной пушки..Запаздывание пробоя в пушке 6 по отношению к моменту фиксации датчиком 26 роста ионного тока зави- 55 сит от длины электронно-лучевого тракта, количества и мощности промежуточных откачных систем и др. и составляет для мощных установок величину порядка ста и более микросекунд. Таким образом, осуществляется профилактическое гашение ускоряющего поля в пушке,6 путем быст-рого запирания ЭПВ 5. Цепь источни- ка питания из режима номинального рабочего тока за время порядка 2030 мкс переводится в режим холостого хода. При этом в дросселях 15 наводится ЭДС самоиндукции обратного знака и происходит отпирание группы обратных диодов 14, соединенных в звезду.

Энергия, накопленная в реактивных звеньях 15 источника питания, с6расывается в контур, замкнутый на резистор 16 и конденсатор 17, в ходе колебательного процесса длительность которого определяется соотношением величин индуктивности и емкости .звеньев 15 и 17. После изменения знака напряжения диоды 14 запираются и цепь источника питания готова к повторному включению на пушку 6 вакуум в которой быстро восстанавливается, поскольку аварийная ситуация не сопровождалась появлением дуги, а также нагревом и распылением материала электродов.

Блоки 19 и 20 взаимодействуют следующим. образом. При увеличении ионного тока в технологической камере 11 сигнал с датчика 26 поступает на вход триггера 43, вызывая .

его опрокидывание, в результате чего открывается ключ 44, подающий питание на высокочастотный генератор

45. При этом высокочастотный сиг« нал по каналу 33 через развязывающий трансформатор 35 поступает на выпрямитель 36 и ключевой элемент

34 запирается, что приводит к снятию ускоряющего напряжения на сетке мощной лампы 5 и ее запиранию.

В момент прихода сигнала с датчика

26 на вход триггера 43 запускается блок АПВ 47, который может быть собран по схеме одновибратора. Через заданный интервал времени блок АПВ переводит триггер в исхоДное состояние, в результате чего лампа 5 снова выводится на рабочий режим.

Если в пушке произошло все же технологическое К3, .шеханизм которого связан с увеличением ионного тока в технологической камере, то датчики 18 и 24 тока и напряжения выдают сигналы, которые, проходя че2120495

7 рез пороговые устройства 40 и 41 и элемент И 42, запускают триггер 43, в результате чего происходит быстрое е отключение лампы 5. Использование двух сигналов, пропорциональных увеличению тока.и уменьшению напряжения на нагрузке, позволяет отстроиться от частичных разрядов и искровых пробоев в электронно-лучевом тракте, когда имеет место толь" !

О ко падение напряжения бев уменьшения рабочего тока. Такие .режимы являются самовосстаиавливаюшимися и не подлежат отключению с помощью лампы 5.

Сигнал с датчика 26 поступает в элек 15 тронное реле 29 (мультивибратор, блокинг-генератор и т.д.), которое вырабатывает импульс напряжения каждый раз когда амплитуда ионного

У

20 тока превышает уровень, заданныи пороговым устройством 27.

Положительный эффект от применения! изобретения обусловлен согласованием быстрых переходных процессов в цепи электронно-лучевого тракта и медлен ен- 25 ных электромагнитных процессов в трансформаторно-выпрямительном блоке. Профилактическое гашение ускоряющего поля в пушке с помощью мощного бшстродействующего вентиля, Zg

°, сопровождаемое сбросом избыточной электромагнитной энергии в цепи преобразователя, позволяет избежать в большинстве случаев режима технологического КЗ, существенно влияющего на ресурс и надежность мощных технологических установок.

Кроме того, в предлагаемом устройстве расширяются функциональные возможности электронной лампы в цепи постоянного тока, поскольку пентод— ные характеристики прибора с электрокинетическим типом преобразования энергии согласованы с введением инерциальных дросселей в контур вентильных обмоток силового трансформатора, осуществляющих ограничейие тока в интервалах вентильной коммутации и сглаживание. пульсаций напряжения в цепи пушки.

Предлагаемое техническое решени ие позволяет увеличить надежность и ресурс работы основного оборудования технологической установки и увеличить допустимый потолок мощности установки, применяемой для плавки тугоплавких металлов и сплавов, покой лучения фасонных отливок, глубоко рафинировки сверхчистых металлов идр.

Ф У

1120495

ll20495

Составитель О. Турпак

Редактор С. Пекарь Техред М.Кузьма . Корректор А. Зимокосов

Заказ 7762/45 Тираж 782 Подписное

ВНИИПИ Государственного. комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4