Источник питания для электронно-лучевой сварочной установки Советский патент 1988 года по МПК B23K15/00 

tfS

Од Од О Од

i Изобретение относится к электрон- iно-лучевой сварке.

Цель ияоб15етения - подавление повторных пробоев при погасании разряда в сварочной пушке путем исключения перенапряжений и регулирования скорости восстановления ускоряющего напряжения на электронной пушке.

На чертеже представлена схема устройства.

Источник питания для электроннолучевой сварочной установки содержит трансформатор 1, высоковольтный выпрямитель 2, емкостный фильтр 3, дроссель 4 и включенный параллельно ему высоковольтный диод 5, анод которого соединен с выходом выпрямителя, а катод - с высоковольтным кабелем 6, Последний соединяет источник питания с пушкой 7 и имеет собственную распределенную емкость

- К

Источник работает следующим образом.

В рабочем режиме диод 5 заперт отрицательньп-; падением напряжения на активном сопротивлении дросселя 4 и ток через негр не протекает. При про бое в пушке 7 возникает ток разряда, равный сумме двух токов: тока разряда распределенной емкости С кабеля 6 и тока разряда емкости С фильтра 3, величина которого ограничена дросселем 4, Время разр5Зда емкости С(. через закороченный на время пробоя вакуумный промежуток анод-катод пушки 7 во много раз меньше времени разряда емкости Сф через дроссель 4 и равно 1-2 МКС. Поэтому начальньш период развития пробоя носит импульсный характер и сопровождается само- произвольным погасанием разряда по мере расхода энергии, накопленной в емкости С| кабеля 6, Так как минимальный уровень тока самопроизвольного погасания разряда в вакууме значительно превышает величину тока пучка сварочных установок, то разряд в пушке 7 прекращается практически сразу же после разряда емкости Су, т.е. через 1-2 мкс,

За такое короткое время разряд емкости Сф фильтра 3 незначителен и

10

15

20

25

30

35

40

запасенной емкостью С, и индуктивно стью L дросселя 4. Продесс носит колебательный характер, поэтому вре мя восстановления напряжения на емкости CK соответственно и напряжени V -на пушке 7 зависит от выбора пар метров элементов контура, состоящего из емкости Сф, индуктивности L и емкости С .

На этом этапе возможность повтор ния пробоев зависит от соотн ошения скоростей подъема ускоряющего напря жения на пушке и восстановления ее электрической прочности. Если скорость подъема напряжения на пушке больше скорости восстановления элек трической прочности ее вакуумной изоляции, то происходит повторный пробой. Этот процесс периодически повторяется вплоть до отключения источника питания от сети средствами автоматики. Если же скорость подъема напряжения не превьшает ско рости восстановления электрической прочности пушки, то повторные пробои отсутствуют, и технологический процесс сварки продолжается после достижения на пушке ускоряющего напряжения Up и.

Подъем напряжения, происходит по закону Uj, Up (1 - cosu)t), где ш

2l/ f Т) -- - частота колебаний кон

г ж г (

С4 + С«

ная емкость контура, включающего в себя емкость Сф фильтра и собств ен- ную распределительную емкость С ка беля. За четверть периода Т, т,е, Т 1 1Г

тура, а

LC

f

iC( - суммарза время т

i - Yfr 4f 2

напряжение

на пушке достигает Up U,, При отсутствии диода 5 напряжение увели чи вается и за вторую четверть периода

45 достигает двойного значения выходно го напряжения источника питания, т, Un 2Uo.

При подключении диода 5, как тол ко напряжение на пушке превьщ1ает ве

Q личину напряжения на емкости С ж филь ра 3, диод 5 открывается и шунтируе дроссель 4, срьшая тем самым колебательный характер зарядки емкости С| кабеля 6 через дроссель 4, Таким

напряжение на ней сохраняется пример-55 образом, при наличии диода 5 время

но равным выходному напряжению источника питания Up, После погасания разряда начинается процесс повторной зарядки емкости С к за счет энергии.

0

5

0

5

0

5

0

запасенной емкостью С, и индуктивностью L дросселя 4. Продесс носит колебательный характер, поэтому время восстановления напряжения на емкости CK соответственно и напряжения V -на пушке 7 зависит от выбора параметров элементов контура, состоящего из емкости Сф, индуктивности L и емкости С .

На этом этапе возможность повторения пробоев зависит от соотн ошения скоростей подъема ускоряющего напряжения на пушке и восстановления ее электрической прочности. Если скорость подъема напряжения на пушке больше скорости восстановления электрической прочности ее вакуумной изоляции, то происходит повторный пробой. Этот процесс периодически повторяется вплоть до отключения источника питания от сети средствами автоматики. Если же скорость подъема напряжения не превьшает скорости восстановления электрической прочности пушки, то повторные пробои отсутствуют, и технологический процесс сварки продолжается после достижения на пушке ускоряющего напряжения Up и.

Подъем напряжения, происходит по закону Uj, Up (1 - cosu)t), где ш

2l/ f Т) -- - частота колебаний конг ж г (

С4 + С«

ная емкость контура, включающего в себя емкость Сф фильтра и собств ен- ную распределительную емкость С кабеля. За четверть периода Т, т,е, Т 1 1Г

тура, а

LC

f

iC( - суммарза время т

i - Yfr 4f 2

напряжение

на пушке достигает Up U,, При отсутствии диода 5 напряжение увели чи- вается и за вторую четверть периода

достигает двойного значения выходного напряжения источника питания, т,е. Un 2Uo.

При подключении диода 5, как только напряжение на пушке превьщ1ает величину напряжения на емкости С ж фильтра 3, диод 5 открывается и шунтирует дроссель 4, срьшая тем самым колебательный характер зарядки емкости С| кабеля 6 через дроссель 4, Таким

восстановления напряжения на пушке 7 составляет только четверть периода колебательного процесса, а величина напряжения U не превышает напряжеНИИ источника питания U, что исключает возможность появления перенапряжений на его элементах и повторных пробоев электронной пушки.

Экспериментально установлено, что скорость восстановления электрической прочности пушек промьштенных сварочных установок не превышает 200 В/МКС, Следовательно, после пробоя ускоряющее напряжение на пушке должно,восстанавливаться за время

t f-io-ec.

Это время равно четверти периода колебательного процесса, т.е.

Т

А

ffl:i - s,io- c

irVLC и 10

Распределенная (погонная) емкость высоковольтных кабелей, например, типа АКВЭЛ-160, равна 150 пФ/м, поэтому, в зависимости от длины емкость

кабеля 150-1

ю- Ч.

Используя эти данные, по формуле (1) выбирает необходимую величину индуктивности дросселя L 7/ 7. 10

I- г„.

Указанная схема с применением высоковольтного диода испытана на высоковольтных источниках питания типа УЛ 140 с ускоряющим напряжением до

80 кВ и типа У 250А с напряжением до 30 кВ.

Предлагаемая схема источника питания по сравнению с прототипом обладает рядом преимуществ, повышаюощх его надежность при пробоях пушки во время сварки. Это, в свою очередь, исключает время аварийного простоя сварочного оборудования при выходе из строя высоковольтных элементов источника питания.

Формула изобретения

15- Источник питания для электроннолучевой сварочной установки, содержащий высоковольтный трансформатор, вьтрямитель с емкостным фильтром и дроссель, включенный в цепь высоко20 го напряжения между выходом источника питания и сварочной пушкой, отличающийся тем, что, : целью подавления повторных пробоев при погасании разряда в пушке,

5 параллельно дросселю включен высоковольтный диод, анод которого соединен с источником питания, а катод - с высоковольтньсм кабелем, соединяющим источник питания с пушкой, при

30 этом величина индуктивнос ти дросселя

у2 L 7 -10 т- Гн, где U - ускоряющее

напряжение, 1 - длина высоковольтного кабеля, м.

Изобретение относится к области электронно-лучевой сварки, а именно к высок)вольтным источникам питания для сварочных электронно-лучевых установок. Цель изобретения - подавление повторных пробоев при погасании разряда в сварочной пушке. Источник питания состоит из трансформатора 1, высоковольтного выпрямителя 2, емкостного фильтра 3, дросселя 4 и включенного параллельно ему высоковольтного диода 5. Выход источника питания соединяется с электронной пушкой 7 с помощью кабеля 6. При превышении напряжения на пушке напряжения на емкости фильтра 3 диод 5 открывается и шунтирует дроссель 4. Колебательный характер заряда емкости кабеля 6 прекращается и напряжение на пушке не превьшгает напряжения источника питания. 1 ил.