Высоковольтный источник электропитания электронно-лучевой пушки
Полезная модель относится, к автоматизированному комплексу электронно-лучевой аппаратуры для управления технологическим процессом вакуумной сварки, наплавки, а именно к высоковольтным источникам электропитания электронно-лучевых пушек. Заявляемая полезная модель содержит последовательно соединенные: трехфазный мостовой выпрямитель, импульсный преобразователь понижающего типа, фильтр, инвертор повышенной частоты со схемой управления, блок ограничения тока с системой управления, трансформаторно-выпрямительный блок, и микропроцессорную систему управления. Кроме того, полезная модель содержит два датчика напряжения, датчик тока, систему управления импульсным преобразователем понижающего типа, блок обратной связи и узел сравнения, а также содержит два аналого-цифровых преобразователя, входы которых образуют соответственно ее первый и второй информационные входы, приемопередатчик, образующий канал связи микропроцессорной системы управления с управляющей ЭВМ. Кроме того, микропроцессорная система содержит три узла согласования, выходы которых образуют соответственно три выхода микропроцессорной системы управления. А также содержит три узла хранения заданий, входы которых соединены соответственно с тремя, выходами приемопередатчика; два узла сравнения, входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго узлов хранения задания, а их вторые входы соединены соответственно с выходами первого и второго аналого-цифровых преобразователей и подключены соответственно к входам приемопередатчика. Выход третьего узла хранения задания соединен с входом третьего узла согласования. Технический результат заключается в стабилизации ускоряющего выходного напряжения при изменении напряжения сети и выходного тока нагрузки, а также в сглаживании сетевых пульсаций напряжения и предотвращении развития пробоя в электронно-лучевой пушке при его возникновении.
Полезная модель относится, к автоматизированному комплексу энергоснабжения и управления электронно-лучевой аппаратуры, применяемой для вакуумной сварки, наплавки и других технологических операций с использованием электронно-лучевых пушек, в том числе и с плазменным эмиттером, а именно к высоковольтным источникам электропитания электронно-лучевых пушек.
Известен источник высоковольтного электропитания электроннолучевой пушки, содержащий трансформаторно-выпрямительный узел, емкостной сглаживающий фильтр, электронный балласт со схемой управления, датчик тока и датчик высокого напряжения [1. Назаренко O.K., Кайдалова А.А., Ковбасенко С.Н. и др. Электронно-лучевая сварка. Под ред. Б.Е.Патона. - Киев: Наукова думка, 1987. - 256 С. - см.с.170, рис.88]. Данный высоковольтный источник электропитания с электронной лампой обеспечивает стабилизацию ускоряющего напряжения, сглаживание его пульсаций и подавление развития пробоя в сварочной электронной пушке, что является необходимым требованием для обеспечения стабильности параметров проплавления и качества сварного шва.
Однако этот источник имеет большие массу и габариты за счет использования сетевых низкочастотных трансформаторов на 50 Гц и большую емкость сглаживающих фильтров, что может привести к недопустимому увеличению тока пробоя и повреждению электронно-лучевой пушки и всей ЭЛА. В данном источнике высоковольтного электропитания стабилизация выходного напряжения, сглаживание пульсаций сетевого напряжения и способность подавления развития пробоя в пушке возложены на электронный балласт (электронную лампу, работающую в линейном режиме), поэтому кпд такой системы будет низок, особенно при широком диапазоне изменения напряжения
питающей сети. Кроме того, такая система не позволяет применить ее в современных автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУ ТП) без дополнительного усовершенствования (доработки).
Известен также источник высоковольтного электропитания, работающий на повышенной частоте от инверторных преобразователей напряжения [2. Назаренко O.K., Кайдалова А.А., Ковбасенко С.Н. и др. Электроннолучевая сварка. Под ред. Б.Е.Патона. - Киев: Наукова думка, 1987. - 256 С. - см.с.167, рис.86, в]. Этот источник высоковольтного электропитания содержит последовательно соединенные: источник питания в виде аккумуляторной батареи, инверторный преобразователь со схемой управления и трансформаторно-выпрямительный блок с датчиком тока.
Такая схема источника высоковольтного электропитания позволяет уменьшить массу и габариты трансформатора за счет его работы на повышенной частоте. Так как электропитание в этом источнике осуществляется от аккумуляторной батареи, пульсации на которой отсутствуют, то уменьшается емкость выходного фильтра вплоть до величины паразитной емкости высоковольтного кабеля.
Недостаток этого источника высоковольтного электропитания заключается в том, что в нем не обеспечивается стабилизация выходного напряжения и сглаживание его пульсаций, что особенно важно при питании от сетевого выпрямителя. Так как в этом случае пульсации сетевого выпрямителя будут передаваться на электронно-лучевую пушку, что приведет к снижению качества сварного шва. Для обеспечения стабилизации и уменьшения пульсаций требуется увеличение емкости выходного фильтра, а это увеличивает вероятность развития пробоя в электронной пушке и усложняет его подавление.
Известен также высоковольтный источник электропитания для технологических установок, который может быть использован для питания электронно-лучевой пушки, [3. В.В.Голобородько, В.М.Михальский, Т.В.Мисак,
С.И.Полищук, Э.М.Чехет. Высоковольтный источник питания мощностью 15 кВА на базе IGBT модулей для технологических установок. Технiчна электродинамiка. Тематичний випуск. Проблеми сучасноi електротехнiки. Частина 4. Киiв - 2000. с.92-95, рис.3, 4], взятый за прототип, как наиболее близкий по технической сути к заявляемой полезной модели. Этот высоковольтный источник электропитания содержит последовательно соединенные блоки: трехфазный мостовой выпрямитель, преобразователь напряжения понижающего типа, фильтр, транзисторный инвертор повышенной частоты (рис.3, с.93) со схемой управления (с.92), трансформатор с высоковольтным выпрямителем. Конкретное выполнение высоковольтного выпрямителя показано на (рис.4. с.94). Вторичные обмотки трансформатора выполнены в виде отдельных секций, каждая из которых подключена к соответствующему мостовому выпрямителю с емкостным фильтром. При этом выпрямители соединены последовательно и образуют выходы преобразователя, один из которых заземлен через токоограничивающий элемент, а второй подключен к высоковольтному входу заземленной нагрузки (в нашем случае - к электроннолучевой пушке). Кроме того, этот высоковольтный источник электропитания содержит микропроцессорную систему управления (в источнике 3 с.94-95 она названа как система управления преобразователем). Этот высоковольтный источник электропитания имеет малые массу и габариты, и малую емкость выходного фильтра за счет его работы на повышенной частоте.
Недостатком известного высоковольтного источника электропитания является то, что он не обеспечивает стабилизацию выходного ускоряющего напряжения, которое будет изменяться при изменении, как напряжения питающей сети, так и величины сварочного тока. Сглаживание пульсаций выходного ускоряющего напряжения, необходимое для получения качественного сварного шва, осуществляется в нем за счет увеличения габаритной мощности фильтра на выходе преобразователя напряжения понижающего типа, что приводит также к инерционности регулирования выходного ускоряющего напряжения. Кроме того, при электрических пробоях в электронно-лучевой
пушке, которые неизбежны в процессе ее эксплуатации, возможно развитие неконтролируемого разряда, способного повредить собственно источник электропитания, электронно-лучевую пушку или деталь, подвергаемую технологической обработке, что приводит к понижению эксплуатационной надежности ЭЛА.
Задачей заявляемой полезной модели является создание высоковольтного источника электропитания для электронно-лучевой пушки, обеспечивающего повышение качества сварного шва, а также эксплуатационную надежность ЭЛА в случае возникновения пробоя.
При решении указанной задачи достигается технический результат, заключающийся в стабилизации ускоряющего выходного напряжения при изменении напряжения сети и выходного тока нагрузки, а также в сглаживании сетевых пульсаций напряжения и предотвращении развития пробоя в электронно-лучевой пушке при его возникновении.
Для достижения технического результата заявляемая полезная модель также как и прототип содержит последовательно соединенные: трехфазный мостовой выпрямитель, импульсный преобразователь понижающего типа, фильтр, инвертор повышенной частоты с системой управления, трансформаторно-выпрямительный блок, и микропроцессорную систему управления.
В отличие от прототипа заявляемая полезная модель дополнительно содержит первый и второй датчики напряжения, систему управления импульсным преобразователем понижающего типа, блок обратной связи, блок ограничения тока, систему управления блоком ограничения тока, датчик тока, узел сравнения. Вход первого датчика напряжения соединен с выходом фильтра, а его выход соединен с входом блока обратной связи, выход которого соединен с первым входом узла сравнения, выход которого соединен с входом системы управления импульсным преобразователем понижающего типа, выход которой соединен с управляющим входом импульсного преобразователя понижающего типа. При этом второй вход названного узла сравнения образует задающий вход и соединен с первым выходом микропроцессорной
системы управления, кроме того, второй вход системы управления импульсным преобразователем понижающего типа соединен со вторым выходом микропроцессорной системы управления, который в свою очередь соединен с входом системы управления инвертором повышенной частоты. Третий выход микропроцессорной системы управления соединен с входом системы управления блоком ограничения тока. Силовой вход блока ограничения тока соединен с выходом инвертора повышенной частоты, силовой выход этого блока соединен с первичной обмоткой трансформаторно-выпрямительного блока, а управляющий вход блока ограничения тока соединен с выходом системы управления блоком ограничения тока. Второй датчик напряжения соединен с первым выходом трансформаторно-выпрямительного блока и землей, а его выход соединен с первым входом микропроцессорной системы управления, образуя ее первый информационный вход. Первый вход датчика тока соединен с землей, его второй вход соединен со вторым выходом трансформаторно-выпрямительного блока, а выход датчика тока соединен со вторым входом микропроцессорной системы управления, образуя ее второй информационный вход.
При этом микропроцессорная система управления содержит первый и второй аналого-цифровые преобразователи, входы которых образуют соответственно первый и второй информационные входы микропроцессорной системы управления, приемопередатчик с первым, вторым входами и первым, вторым, третьим выходами и с каналом связи, образующим канал связи микропроцессорной системы управления с управляющей ЭВМ. Кроме того, микропроцессорная система содержит первый, второй, третий узлы согласования, выходы которых образуют соответственно первый, второй и третий выходы микропроцессорной системы управления. А также содержит первый, второй, третий узлы хранения заданий, входы которых соединены соответственно с первым, вторым, третьим выходами приемопередатчика; первый и второй узлы сравнения, каждый из которых имеет первый и второй входы и выход. При этом первые входы обоих узлов сравнения соединены
соответственно с выходами первого и второго узлов хранения задания, а их вторые входы соединены соответственно с выходами первого и второго аналого-цифровых преобразователей и подключены соответственно к первому и второму входам приемопередатчика. Выход третьего узла хранения задания соединен с входом третьего узла согласования.
Кроме того, вторичные обмотки трансформатора трансформаторно-выпрямительного блока выполнены в виде отдельных секций, каждая из которых подключена к собственному мостовому выпрямителю с емкостным фильтром, при этом емкостные фильтры соединены между собой последовательно, а их крайние выводы образуют выход трансформаторно-выпрямительного блока.
Кроме того, блок ограничения тока выполнен в виде двух дросселей насыщения и линейного дросселя; первичные обмотки дросселей насыщения соединены согласно, последовательно между собой, а их вторичные обмотки соединены встречно и последовательно между собой и линейным дросселем, при этом первый вывод линейного дросселя и второй вывод вторичной обмотки второго дросселя насыщения образуют управляющий вход блока ограничения тока, соединенный с выходом системы управления блоком ограничения тока.
Кроме того, система управления блоком ограничения тока выполнена в виде управляемого источника напряжения.
Совокупность существенных признаков высоковольтного источника электропитания электронно-лучевой пушки, заявляемого в качестве полезной модели, не известна заявителю из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» полезной модели.
Отличительные признаки полезной модели в совокупности с известными признаками обеспечивают технический результат, заключающийся в стабилизации ускоряющего выходного напряжения при изменении напряжения сети и выходного тока нагрузки, а также сглаживание сетевых пульсаций
напряжения и предотвращение развития пробоев в электронно-лучевой пушке при их возникновении.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором приведена структурно-функциональная схема высоковольтного источника электропитания электронно-лучевой пушки. Высоковольтный источник электропитания электронно-лучевой пушки содержит: трехфазный сетевой выпрямитель 1, импульсный преобразователь 2 понижающего типа, систему управления 3 импульсным преобразователем понижающего типа, фильтр 4, инвертор 5 повышенной частоты, с системой управления 9; датчик напряжения 6, блок обратной связи 7, узел сравнения 8, блок 10 ограничения тока с линейным дросселем 26, и системой управления 27 блоком ограничения тока; трансформаторно-выпрямительный блок 11, датчик 12 тока, датчик 13 ускоряющего напряжения, микропроцессорную систему управления 19, имеющую первый вход 18, и второй вход 29. Микропроцессорная система управления 19 содержит первый 20 и второй 30 аналого-цифровые преобразователи; первый и второй узлы сравнения 21 и 31 соответственно; первый, второй и третий узлы согласования соответственно 22, 33, 34; канал связи 23, приемопередатчик 24; первый, второй и третий узлы хранения задания соответственно ускоряющего напряжения 25, тока пучка и характерного времени деионизации 32 электронно-лучевой пушки и тока ограничения 28.
На чертеже также показаны электронно-лучевая пушка 15 с катодом 14, системой фокусировки луча - СФ, системой отклонения луча - СО; дополнительным электродом накала 17 для термоэмиссионного катода (или электрода для поддержания разряда в плазменной пушке) и деталь 16, подвергаемая какой-либо технологической операции. На чертеже также использованы обозначения: К1 - транзисторный ключ преобразователя понижающего типа, D1 - диод преобразователя понижающего типа; W1, W2 - первичные обмотки дросселя насыщения, W3, W4 - вторичные обмотки дросселя насыщения; К2, К3, К4, К5 - ключи нерегулируемого однофазного инвертора.
При этом трехфазный сетевой выпрямитель 1, импульсный преобразователь 2 понижающего типа, фильтр 4, датчик 6 напряжения, инвертор 5 повышенной частоты, блок 10 ограничения тока и трансформаторно-выпрямительный блок 11 соединены последовательно. Выход системы управления 3 соединен с управляющим входом импульсного преобразователя 2 понижающего типа, при этом первый вход системы управления 3 соединен с выходом узла сравнения 8. Датчик напряжения 6 через блок обратной связи 7 соединен с первым входом узла сравнения 8, образуя отрицательную обратную связь по напряжению фильтра 4. Выходы системы управления 9 соединены соответственно с управляющими входами ключей К2, К3, К4, К5, которые и образуют мостовой инвертор 5 повышенной частоты. При этом выход инвертора 5, образованный упомянутыми ключами, соединен с входом блока 10 ограничения тока, выход которого подключен к первичной обмотке трансформаторно-выпрямительного блока 11. А управляющий вход блока 10 ограничения тока, образованный последовательно соединенными вторичными обмотками W3, W4 и линейным дросселем 26, соединен с выходом системы управления 27 блоком ограничения тока. Вторичные обмотки трансформаторно-выпрямительного блока 11 выполнены в виде отдельных секций, каждая из которых подключена к собственному выпрямителю с емкостным фильтром. Причем упомянутые фильтры соединены последовательно, а их крайние выводы образуют выход трансформаторно-выпрямительного блока 11. Отрицательный вывод (первый вывод) трансформаторно-выпрямительного блока 11 соединен с датчиком 13 напряжения и катодом 14 электронно-лучевой пушки 15. Положительный вывод (второй вывод) трансформаторно-выпрямительного блока 11 через датчик 12 тока соединен с землей. Датчик 13 ускоряющего напряжения и датчик 12 тока соединены соответственно с первым и вторым информационными входами 18 и 29 микропроцессорной системы управления 19.
При этом микропроцессорная система управления 19 содержит первый 20 и второй 30 аналого-цифровые преобразователи, входы которых образуют
соответственно первый и второй информационные входы микропроцессорной системы управления. Приемопередатчик 24 имеет первый, второй входы и первый, второй, третий выходы и канал связи 23, образующий канал связи микропроцессорной системы управления с управляющей ЭВМ. Первый 22, второй 33, третий 34 узлы согласования, выходы которых образуют соответственно первый, второй и третий выходы микропроцессорной системы управления 19; первый 25, второй 32, третий 28 узлы хранения заданий, входы которых соединены соответственно с первым, вторым, третьим выходами приемопередатчика. Первый 21 и второй 31 узлы сравнения, каждый из которых имеет первый и второй входы и выход. При этом первые входы обоих узлов сравнения 21 и 31 соединены соответственно с выходами первого 25 и второго 32 узлов хранения задания. Вторые входы узлов сравнения 21 и 31 соединены соответственно с выходами первого 20 и второго 30 аналого-цифровых преобразователей и подключены соответственно к первому и второму входам приемопередатчика 24. Выход третьего узла хранения задания 28 соединен с входом третьего узла 34 согласования. При этом первый выход микропроцессорной системы управления 19 соединен со вторым входом узла сравнения 8. Второй выход микропроцессорной системы управления 19 соединен с управляющим входом системы 9 управления инвертором 5 и со вторым управляющим входом системы 3 управления импульсным преобразователем 2 понижающего типа. Третий выход микропроцессорной системы управления 19 соединен с управляющим входом системы 27 управления блоком 10 ограничения тока.
Работа рассмотрена на конкретном примере выполнения высоковольтного источника электропитания электронно-лучевой пушки, в которой трехфазный сетевой выпрямитель 1 выполнен, например, по мостовой схеме. Импульсный преобразователь 2 понижающего типа выполнен по классической схеме транзисторного преобразователя с ключом К1 и диодом D1. Фильтр 4 выполнен в виде LC - фильтра. Система управления 3 выполнена по схеме широтно-импульсного модулятора и предназначена для задания алгоритма
работы ключа К1, путем преобразования управляющего сигнала с выхода узла сравнения 8 в широтно-импульсно-модулированный сигнал. Инвертор 5 выполнен по классической мостовой схеме нерегулируемого однофазного инвертора напряжения на транзисторных ключах К2, К3, К4, К5, алгоритм управления которыми задается системой управления 9. Эта система 9 представляет собой электронное устройство, генерирующее импульсы управления с повышенной частотой, которая будет определять частоту выходного напряжения инвертора 5. По входному сигналу система управления 9 включается (генерирует импульсы) или выключается (не генерирует). Блок ограничения тока 10 содержит дроссели насыщения с первичными обмотками W1, и W2, вторичными обмотками W3 и W4 и линейный дроссель 26, задающий дросселям насыщения режим вынужденного намагничивания и ограничивающий ток первичной обмотки трансформаторно-выпрямительного блока 11. Схема соединения обмоток дросселя насыщения классическая, но поскольку он включен в звено повышенной частоты, образованное инвертором 5, то его масса и габариты будут много меньше, чем на частоте напряжения сети. Трансформаторно-выпрямительный блок 11 выполнен также как в прототипе. Датчик 12 тока выполнен, например, в виде резистора или может быть выполнен как любое специальное устройство «датчик тока». Датчик 13 напряжения выполнен, например, в виде делителя напряжения, или может быть выполнен как любое специальное устройство «датчик напряжения». Система управления 27 блоком ограничения тока 10 выполнена в виде управляемого источника напряжения, поддерживающего ток, заданный в узле хранения задания 28 тока ограничения. Микропроцессорная система управления 19 может быть выполнена на любом микропроцессоре, имеющем достаточное быстродействие и ресурсы памяти. Блоки 20 и 30 являются аналого-цифровыми преобразователями и могут быть, например, встроены в микроконтроллер. Остальные узлы и блоки системы управления 19 могут быть выполнены как аппаратно, так и программно.
Система высоковольтного электропитания работает следующим образом. Переменное напряжение сети Uc выпрямляется трехфазным выпрямителем 1 и подается на импульсный преобразователь 2 понижающего типа, который подвергает его широтно-импульсной модуляции с помощью системы управления 3. Затем это напряжение фильтруется LC - фильтром 4 и подается на вход нерегулируемого инвертора 5 повышенной частоты. На выходе LC - фильтра 4 установлен датчик напряжения 6, сигнал с которого через блок обратной связи 7 поступает на узел сравнения 8, где сравнивается с задающим сигналом, и разностный сигнал поступает на вход системы управления 3 преобразователем 2 понижающего типа, замыкая контур местной отрицательной обратной связи по напряжению. За счет этой отрицательной обратной связи напряжение на выходе LC - фильтра 4 стабилизируется и сглаживается от низкочастотных (300 Гц) пульсаций сетевого трехфазного выпрямителя 1. То есть пульсации сглаживаются не за счет увеличения фильтра, а за счет отрицательной обратной связи, что увеличивает быстродействие регулирования. Стабильное и сглаженное напряжение с выхода LC - фильтра 4 поступает на вход нерегулируемого инвертора 5, который преобразует его в напряжение повышенной частоты, которая задается системой управления инвертором 9. Переменное напряжение повышенной частоты с выхода инвертора 5 поступает через блок ограничения тока 10 на первичную обмотку трансформаторно-выпрямительного блока 11. Под действием этого напряжения электроны ускоряются до энергии Uвых (ЭВ) и выделяют свою энергию в рабочей детали 16, подвергая ее нагреву и сварке или какой-то другой технологической операции. Система фокусировки СФ луча и система отклонения СО луча воздействует на пучок электронов, фокусируя и отклоняя его в соответствии с технологическими операциями. Если ускоряющее напряжение будет стабильно, то и энергия, выделяющаяся в детали, будет стабильна, а значит, будет стабильна и технологическая операция, и как следствие качество сварного шва, т.е. сварной шов будет одинаков от детали к детали. Регулирование тока электронного пучка в электронно-лучевой пушке 15 происходит
за счет регулирования тока накала (катод 14 - дополнительный электрод накала 17) в термоэмиссионном катоде или за счет регулирования тока разряда (условно это те же электроды 14, 17) в электронно-лучевой пушке с плазменным эмиттером (катодом). При регулировании тока пучка и соответственно мощности, выходное напряжение трансформаторно-выпрямительного блока 11 за счет внутреннего сопротивления начнет изменяться, т.е. напряжение на катоде 14 электронно-лучевой пушки 15 не будет стабильным. Для того чтобы застабилизировать ускоряющее напряжение аналоговый сигнал с делителя напряжения 13 (он же второй датчик напряжения) поступает на первый вход 18 системы управления 19, преобразуется в цифровой сигнал аналого-цифровым преобразователем 20, сравнивается с цифровым задающим сигналом в узле сравнения 21-и через согласующий узел 22 поступает на узел сравнения 8 в качестве задающего сигнала. Этот задающий сигнал корректируется так, что выходное ускоряющее напряжение восстанавливается по величине. Уровень выходного ускоряющего напряжения задается по каналу связи 23 микропроцессорной системы управления 19 с управляющей ЭВМ (или пульта управления) через приемопередатчик 24 и записывается в узел 25 хранения задания ускоряющего напряжения. Приемопередатчик 24 обеспечивает двухстороннюю связь с управляющей ЭВМ (на чертеже не показана), поэтому при необходимости параметры технологического процесса (ток пучка с датчика 12 тока и ускоряющее напряжение с датчика 13 напряжения) через приеме-передатчик 24 и канал связи 23 передаются на управляющую ЭВМ.
При высоковольтных пробоях в электронно-лучевой пушке 15, которые неизбежно случаются в процессе работы, последовательно соединенные конденсаторы трансформаторно-выпрямительного блока 11 мгновенно разряжаются на закороченную электронно-лучевую пушку 15, ток разряда мгновенно возрастает. И если не принять мер к ограничению тока разряда, то разряд приведет к повреждению электронно-лучевой пушки 15, выпрямителей трансформаторно-выпрямительного блока 11, транзисторных ключей инвертора
5 и т.д. Ограничение тока пробоя электронно-лучевой пушки 15 осуществляется следующими мерами. Во-первых, емкость выходного фильтра трансформаторно-выпрямительного модуля мала из-за того, что инвертор 5 работает на повышенной частоте, что ограничивает ток пробоя по длительности и соответственно уменьшает негативное влияние пробоя. Во-вторых, блок 10 ограничения тока, выполнен в виде двух последовательно включенных высокочастотных дросселей насыщения, первичные обмотки которых соединены последовательно согласно между собой и с первичной обмоткой трансформаторно-выпрямительного блока 11. Вторичные обмотки дросселей насыщения блока 10 ограничения тока соединены последовательно встречно между собой и линейным дросселем 26 и подключены к схеме управления 27 блоком 10 ограничения тока. Схема управления 27 изменяет ток подмагничивания дросселей насыщения, а тем самым и ток ограничения. Уровень тока ограничения задается управляющей ЭВМ по каналу связи 23 через приемопередатчик 24 и хранится в узле 28 задания тока ограничения. В нормальном режиме работы электронно-лучевой пушки 15 ток первичной обмотки трансформаторно-выпрямительного блока 11 меньше тока ограничения заданного оператором от управляющей ЭВМ или пульта управления. Дроссель блока 10 ограничения тока находится в насыщенном состоянии, и все выходное напряжение инвертора 5 прикладывается к первичной обмотке трансформаторно-выпрямительного блока 11. На катоде 14 электронно-лучевой пушки 15 действует стабильное ускоряющее напряжение, заданное оператором. В случае возникновения электрического пробоя проводимость электронно-лучевой пушки 15 увеличивается, и ток разряда конденсаторов выходного фильтра трансформаторно-выпрямительного блока 11 мгновенно возрастает. В этом случае разряд может перейти в дуговой, если емкость фильтра велика или ток будет поддерживаться за счет увеличения тока инвертора 5. И действительно при разряде конденсаторов ток инвертора 5 возрастает, но как только он достигнет значения тока ограничения в блоке 10 дроссель насыщения выйдет из насыщения и выходное напряжение инвертоpa
5 разделится между первичной обмоткой трансформатора и дросселем насыщения блока 10 ограничения тока, уменьшаясь при пробое до нуля на первичной обмотке. При этом естественно до нуля уменьшается и напряжение на выходе трансформаторно-выпрямительного блока 11. Ток в первичной обмотке трансформаторно-выпрямительного блока 11 будет равен току ограничения, а в электронно-лучевой пушке 15 соответственно чуть больше рабочего. Поскольку напряжение на электронно-лучевой пушке 15 упадет, то электрический пробой в электронно-лучевой пушке 15 с большой степенью вероятности не перейдет в дуговой и аномальный нестационарный процесс прекратится, напряжение на электронно-лучевой пушке 15 восстановится, и будет продолжаться рабочий режим. Ток электронно-лучевой пушки 15 через датчик 12 тока поступает на второй вход 29 микропроцессорной системы управления 19 и через аналого-цифровой преобразователь 30 поступает на узел сравнения 31, где сравнивается с задающим сигналом, записанным в узле 32 хранения задания тока пучка и характерного времени оператором с управляющей ЭВМ. Если ток пучка превышает сигнал задания в течение некоторого времени (характерного для конкретной электронно-лучевой пушки), то узел 33 согласования и управления выдает сигнал отключения на систему 9 управления инвертором 5 и систему управления 3 преобразователем 2. Весь источник выключается на время порядка 10 мс, которое достаточно для деионизации электронно-лучевой пушки 15 и прекращения аномального нестационарного процесса (пробоя). После прохождения этого времени источник опять включается, происходит его выход на рабочий режим - стабилизации напряжения на электронно-лучевой пушке 15 на уровне заданного, до возникновения следующего пробоя.
Приведенный пример выполнения заявляемого высоковольтного источника электропитания электронно-лучевой пушки не ограничивает другие возможные примеры реализации данного источника электропитания и его блоков.
Полезная модель промышленно применима и может быть многократно реализована различными общеизвестными в электронной технике схемными решениями и выполнена на известной элементной базе (например, IGBT-транзисторах). Заявляемая полезная модель может быть также использована в автоматизированном комплексе энергоснабжения и управления электронно-лучевой аппаратуры, применяемой в технологии электронно-лучевого упрочнения поверхностей износостойких деталей, а также может найти самостоятельное применение, например, в высоковольтных источниках питания с ограничением тока короткого замыкания в нагрузке.
1. Высоковольтный источник электропитания электронно-лучевой пушки, содержащий последовательно соединенные: трехфазный мостовой выпрямитель, импульсный преобразователь понижающего типа, фильтр, инвертор повышенной частоты с системой управления, трансформаторно-выпрямительный блок и микропроцессорную систему управления, отличающийся тем, что дополнительно содержит первый и второй датчики напряжения, систему управления импульсным преобразователем понижающего типа, блок обратной связи, блок ограничения тока, систему управления блоком ограничения тока, датчик тока, узел сравнения; вход первого датчика напряжения соединен с выходом фильтра, а его выход соединен с входом блока обратной связи, выход которого соединен с первым входом узла сравнения, выход которого соединен с входом системы управления импульсным преобразователем понижающего типа, выход которой соединен с управляющим входом импульсного преобразователя понижающего типа, при этом второй вход названного узла сравнения образует задающий вход и соединен с первым выходом микропроцессорной системы управления, кроме того, второй вход системы управления импульсным преобразователем понижающего типа соединен со вторым выходом микропроцессорной системы управления, который в свою очередь соединен с входом системы управления инвертором повышенной частоты, а третий выход микропроцессорной системы управления соединен с входом системы управления блоком ограничения тока; силовой вход блока ограничения тока соединен с выходом инвертора повышенной частоты, силовой выход этого блока соединен с первичной обмоткой трансформаторно-выпрямительного блока, а управляющий вход блока ограничения тока соединен с выходом системы управления блоком ограничения тока; второй датчик напряжения соединен с первым выходом трансформаторно-выпрямительного блока и землей, а его выход соединен с первым входом микропроцессорной системы управления, образуя ее первый информационный вход; первый вход датчика тока соединен с землей, его второй вход соединен со вторым выходом трансформаторно-выпрямительного блока, а выход датчика тока соединен со вторым входом микропроцессорной системы управления, образуя ее второй информационный вход.
2. Высоковольтный источник электропитания по п.1, отличающийся тем, что микропроцессорная система управления содержит первый и второй аналого-цифровые преобразователи, входы которых образуют соответственно первый и второй информационные входы микропроцессорной системы управления; приемопередатчик, образующий канал связи микропроцессорной системы управления с управляющей ЭВМ; первый, второй, третий узлы согласования, выходы которых образуют соответственно первый, второй и третий выходы микропроцессорной системы управления; первый, второй, третий узлы хранения заданий, входы которых соединены соответственно с первым, вторым, третьим выходами приемопередатчика; первый и второй узлы сравнения, каждый из которых имеет первый и второй входы и выход, при этом первые входы обоих узлов сравнения соединены соответственно с выходами первого и второго узлов хранения задания, а их вторые выходы соединены соответственно с выходами первого и второго аналого-цифровых преобразователей и подключены соответственно к первому и второму входам приемопередатчика, а выход третьего узла хранения задания соединен с входом третьего узла согласования.
3. Высоковольтный источник электропитания по п.1, отличающийся тем, что вторичные обмотки трансформатора трансформаторно-выпрямительного блока выполнены в виде отдельных секций, каждая из которых подключена к собственному мостовому выпрямителю с емкостным фильтром, при этом емкостные фильтры соединены между собой последовательно, а их крайние выводы образуют выход трансформаторно-выпрямительного блока.
4. Высоковольтный источник электропитания по п.1, отличающийся тем, что блок ограничения тока выполнен в виде двух дросселей насыщения и линейного дросселя; первичные обмотки дросселей насыщения соединены согласно, последовательно между собой, а их вторичные обмотки соединены встречно и последовательно между собой и линейным дросселем, при этом первый вывод линейного дросселя и второй вывод вторичной обмотки второго дросселя насыщения образуют управляющий вход блока ограничения тока, соединенный с выходом системы управления блоком ограничения тока.
5. Высоковольтный источник электропитания по п.1, отличающийся тем, что система управления блоком ограничения тока выполнена в виде управляемого источника напряжения.
