Регулятор тока электронного луча Советский патент 1991 года по МПК B23K15/00 

Изобретение относится к сварке, а именно оборудованию для электронно-лучевой сварки.

Целью изобретения является улучшение стабилизации тока луча во всем диапазоне регулирования.

На фиг. 1 представлена структурная схема регулятора тока электронного луча; на фиг.2 - схемная реализация.

Регулятор тока электронного луча содержит последовательно соединенные датчик тока луча 1. схему сравнения 2, усилитель рассогласования 3, сумматор 4, регулирующий элемент с блоком передачи управляющего сигнала с низкой стороны на высокую 5, подключенный к управляющему электроду электронно-лучевой пушки, а также источник опорного напряжения 6, соединенный через регулируемый делитель 7 со вторым входом схемы сравнения 2, и вычитающее устройство 8, входы которого соединены с входом и выходом регулируемого делителя 7, а выход - через инвертор 9 со вторым входом сумматора 4.

На фиг.2 представлена возможная схемная реализация 1-4, 6-9 блоков устройства, где для исключения влияния паразитных сопротивлений измеряемой цепи на точность контролируемого параметра датчик тока луча выполнен в виде преобразователя тока в напряжение.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии (ток луча 1л равен нулю) электронно-лучевая пушка заперта максимальной величиной напряжения смещения DCM, приложенного между катодом и управляющим электродом пушки, поступающего с выхода регулирующего элемента с блоком передачи управляющего сигнала с низкой стороны на высокую 5.

fe

8:

О

о VI

Регулирование током луча осуществляется изменением с помощью регулируемого делителя 7 величины опорного напряжение Don поступающего с выхода источника опорного напряжения б на вход вычитающего устройства 8 и схему сравнения 2, что приводит к изменению величины напряжения смещения UCM и отпиранию пушки, а следовательно, появлению на выходе датчика тока луча 1 напряжения обратной связи Doc. посылающего на один из входов схемы сравнении 2. На другой вход схемы сравнения 2 duoiyciifii 1, выхода регулируемого делителя 7 напряжение компенсации UK, пропорциональное величине напряжения смещения иси. Вследствие причин, обусловленных особенностями работы электроннолучевой пушки (потер1 змиссии ка.одом, неточности сборки катодного узла и другие), происходит отклонение величины тока луча 1 л, а следовательно, напряжения обратной связи Uor от задаваемой. Поэтому схема сравнения 2 производит промежуточную компенсацию сигнала обратной связи Uoc. Напряженке рассогласования AU - UK - Uoc с выхода схемы сравнения 2 поступает на вход усилителя рассогласования 3, с выхода которого усиленный сигнал подается на сумматор Л. где, складываясь с регулирующим напряжением Up. пропорциональным величине опорного напряжения, поступающим с выхода пычитающего устройства 8 через инвертор 9, приводит к попной компенсации сигнала обратной связи Uoc. За счет этого происходят изменение величины основного упрягающего напряжения Uynp. поступающего с выхода сумматора 4 на регулирую i.mi :) ft л о ком передачи управляющего сигнал. с низкой стороны на высокую 5, э СЛРДОВЗТСЛЬНО. запирание (отпирание) .электронно-лучевой пушки. Таким образом, стабилизируется величина тока луча 1 л относительно заданного значения и замыкается общая отрицательная обратная связь по току луча 1 л.

Для улучшения стабилизации тока луча 1 л во всем диапазоне регулирования в схему регулятора введен сумматор А и вычитающее устройство 8.

Стабилизация тока луча 1 л во всем диапазоне регулирования в предлагаемой схеме достигается. Исходя из структурной схемы фиг.1, можем записать

A U - UK - иос; UK-KI иоп;

Uynp-Up + кз Аи,Up-(UK-Uon) K2. UCM Uynp,

где Ki-K4 - коэффициенты усиления соответственно регулируемого делителя 7, вычитающего устройство 8, усилителя рассогласования 3 и регулирующегося элемента с блоком передачи управляющего сигнала с низкой стороны на высокую 5.

Учитывая, что напряжение смещения UCM пропорционально току электронного луча 1 л, можем записать

0исм Ks Uoc,

где КБ - коэффициент пропорциональности. Для упрощения вычислений примем, что Ks 1 и Кз 1. Следовательно,

UCM Uoc K4 Uynp

5 Тогда зависимость сигнала рассогласования Ди от опорного напряжения U0n примет вид:

Л U UK - Uoc UK - К4 Uynp UK - К4 (Up

-I- Л U) UK - K4 (K2 (UK - Uon) + Д U) UK - «4

0 K2 UK - K4 (-K2 Uon +uU) UK (1 - K4 K2) + K4

(K2 Uon - Д U) Kl (1 - K4 K2) Uon + «4 (K2

U0n- AU)(3)

AU + K4 Д U (K4 (1 - K4 К2) + «4 К2) Uon (1 + М Д U (Ki (1 - К4 К2) + К4 Кг) Uon, 5 а их отношение записывается как

(1-K4 К2) + К4-К2 . (4) Ш1 +К4

Приравнивая 1-К4- К2 0, имеем К4 1 /К2, а следовательно, 0ди 1

ИГ

5

0

const

1 +K4

Таким образом, сигнал рассогласования Д U не зависит от изменения величины регулируемого опорного напряжения Uon. которое осуществляется путем изменения значения коэффициента усиления регулируемого делителя 7. В то же время для прототипа данное отношение имеет вид

A U Ki

Uc

1 +К4

где Ди , Uon - соответственно напряжения рассогласования и опорное. Учитывая, что Ki величина, регулируемая для каждого нового значения тока луча 1 л, данное отношение (5) будет величиной переменной.

Кроме того, введение в схему устройства инвертора 9 позволяет увеличить точность регулирования выходного

напряжения смещения UCM, пропорционального току луча 1 л. Для данного случая выражение (2) примет вид

Up -Kz (UK - Uon) K2 (Uon - UK) Подставляя его в формулу (3), имеем

ди ик-К4 (Ка (иоп-UK) + Ди) ик +

К4 К2 UK - К4 (К2 Uon + AU) UK (1 + «4 К2) - К4 (К2 Uon + Д U) Ki (1 + К4 К2) Uon - «4 (К2

Uon + AU)

AU + «4 AU Uon (1 + К4 К2) К1 - К4 «2 Don (1 + «4) Л U Uon (Kl (1 + К4 К2) - К4 К2) (6)

ДЦ Ki (1 +К2 К4)-К2 К4

Ш1 + К4

Ki - К2 К4 ( 1 - Ki )

1 + К4

Сравнивая полученное выражение (6) с выражением для прототипа (5), получим, что

Uon таккакК1-К2 К4 (1 -Ki) Ki

-К2 К4 (1 - Ki) 0(7)

Учитывая, что К2 1 и К4 1. а 0 Ki 1, получим, что неравенство (7) выполняется при любых значениях Ki, К2, К4. Таким образом, уровень сигнала ошибки в предлагаемой схеме будет ниже, чем в прототипе.

Реализация предлагаемого устройства может быть произведена на базе аналоговых интегральных микросхем серий К140, К157, К544 и им подобных.

Работа устройства предполагается на электронно-лучевых установках, укомплектованных энергокомплексами ЭЛА 60/60, ЭЛА 60/15. а также У 250.

По сравнению с прототипом была получена высокая стабильность тока луча во всем диапазоне регулирования.

Формула изобретения

Регулятор тока электронного луча, содержащий последовательно соединенные датчик тока луча, схему сравнения и усилитель рассогласования, а также регулирующий элемент с блоком передачи управляющего сигнала к управляющему электроду электронно-лучевой пушки и источник опорного напряжения, соединенный через регулируемый делитель с вторым входом схемы сравнения, отличающийся тем, что, с целью улучшения стабилизации тока луча во всем диапазоне регулирования, в него введены вычитающее устройство, сумматор и инвертор, причем входы вычитающего устройства соединены с выходом и входом регулируемого делителя, выход вычитающего устройства через инвертор соединен с входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу усилителя рассогласования, а выход сумматора соединен с входом регулирующего элемента.

Изобретение относится к сварке, а именно к оборудованию электронно-лучевой сварки. Цель изобретения - улучшение стабилизации тока луча во всем диапазоне регулирования. Регулятор содержит последовательно соединенные датчик тока луча, схему сравнения и усилитель рассогласования. На вход сумматора поступают сигналы с выходов усилителя рассогласования и инвертора. Выход сумматора подключен к регулирующему элементу с блоком передачи управляющего сигнала к управляющему электроду электронно-лучевой пушки. Источник опорного напряжения соединен через регулируемый делитель со вторым входом схемы сравнения, а через вычитающее устройство - с инвертором. Включение вычитающего устройства, сумматора и инвертора позволяет добиться независимости сигнала рассогласования между напряжением обратной связи, пропорциональным току луча, и задающим напряжением от величины опорного напряжения. 2 ил.

Фиг.1

4

w

Фиг. 2