Энергия выходной цепи источника ускоряющего напряжения
Рассмотрены вопросы накопления энергии в ёмкостях высоковольтной цепи импульсного источника ускоряющего напряжения нерезонансного типа. Показана взаимосвязь между величиной пульсаций выходного напряжения, сопротивления нагрузки, ёмкости фильтра и индуктивностью рассеяния многообмоточного трансформат...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Технічна електродинаміка |
|---|---|
| Datum: | 2013 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут електродинаміки НАН України
2013
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/62351 |
| 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: | Энергия выходной цепи источника ускоряющего напряжения / В.В. Мартынов, Б.Б. Лебедев // Технічна електродинаміка. — 2013. — № 4. — С. 50–55. — Бібліогр.: 10 назв. — pос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859619927487414272 |
|---|---|
| author | Мартынов, В.В. Лебедев, Б.Б. |
| author_facet | Мартынов, В.В. Лебедев, Б.Б. |
| citation_txt | Энергия выходной цепи источника ускоряющего напряжения / В.В. Мартынов, Б.Б. Лебедев // Технічна електродинаміка. — 2013. — № 4. — С. 50–55. — Бібліогр.: 10 назв. — pос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Технічна електродинаміка |
| description | Рассмотрены вопросы накопления энергии в ёмкостях высоковольтной цепи импульсного источника ускоряющего напряжения нерезонансного типа. Показана взаимосвязь между величиной пульсаций выходного напряжения, сопротивления нагрузки, ёмкости фильтра и индуктивностью рассеяния многообмоточного трансформатора. Предложены аналитические выражения, позволяющие рассчитывать выходные параметры многосекционного преобразователя напряжения прямоугольной формы исходя из величин элементов секции и числа секций. На примере источника напряжением 60 кВ и мощностью 18 кВт показано, что на частоте преобразования 20 кГц и пульсациях менее 2% энергоёмкость выходной цепи не превышает 7 Дж, из которых примерно половина приходится на энергию ёмкости кабеля.
Розглянуто питання накопичення енергії в ємності високовольтного ланцюга імпульсного джерела прискорюючої напруги нерезонансного типу. Показано взаємозв'язок між величиною пульсацій випрямленої вихідної на-пруги, опору навантаження, ємністю фільтра і індуктивністю розсіяння багатообмотувального трансформатора. Запропоновано аналітичні вирази, що дозволяють розраховувати вихідні параметри багатосекційного перетворювача напруги прямокутної форми, виходячи з величин елементів секції та числа секцій. На прикладі джерела напругою 60 кВ потужністю 15 кВт показано, що на частоті перетворення 20 кГц і пульсаціях менше 2% енергоємність вихідного ланцюга зварювальної електронно-променевої установки не перевищує 7 Дж, з яких приблизно половина припадає на енергію ємності кабеля.
Problems of stored energy in high-voltage circuit capasities of the acceleration voltage switching source of nonresonance type are considered. The interrelation between value of the ripple output voltage, load resistance, capacitance filter and leakage inductance of multiwinding transformer are figured. Analytical calculations for output parameters of high-frequency multisectional square-wave voltage converters based on ratio between number and parameters of sections are suggested. By the example of source with 60kV voltage and 15 kW power for electron beam welding installation is shown that on transformation frequency 20 kH and ripple less than 2% stored energy in output circuit does not exceed 7 J, hereof approximately half of it is stored energy in cable capacity.
|
| first_indexed | 2025-11-29T02:57:21Z |
| format | Article |
| fulltext |
50 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2013. № 4
УДК 621.314 + 621.791.72
ЭНЕРГИЯ ВЫХОДНОЙ ЦЕПИ ИСТОЧНИКА УСКОРЯЮЩЕГО НАПРЯЖЕНИЯ
В.В.Мартынов, канд.техн.наук, Б.Б.Лебедев
Институт электродинамики НАН Украины,
пр. Победы, 56, Киев-57, 03680, Украина.
e-mail:mart_v@ied.org.ua
Рассмотрены вопросы накопления энергии в ёмкостях высоковольтной цепи импульсного источника ускоряю-
щего напряжения нерезонансного типа. Показана взаимосвязь между величиной пульсаций выходного напря-
жения, сопротивления нагрузки, ёмкости фильтра и индуктивностью рассеяния многообмоточного транс-
форматора. Предложены аналитические выражения, позволяющие рассчитывать выходные параметры мно-
госекционного преобразователя напряжения прямоугольной формы исходя из величин элементов секции и числа
секций. На примере источника напряжением 60 кВ и мощностью 18 кВт показано, что на частоте преобра-
зования 20 кГц и пульсациях менее 2% энергоёмкость выходной цепи не превышает 7 Дж, из которых пример-
но половина приходится на энергию ёмкости кабеля. Библ. 10, табл. 1, рис. 6.
Ключевые слова: источник ускоряющего напряжения, импульсный преобразователь, многообмоточный транс-
форматор, индуктивность рассеяния, электронно-лучевое технологическое оборудование.
Введение. Источники ускоряющего напряжения (ИУН) в установках электронно-лучевой
сварки выполняют несколько важнейших функций: придают электронному лучу (пучку) энергию, не-
обходимую для осуществления технологии сварки, и защищают электронно-лучевую пушку, ее элек-
троды и саму мишень (обрабатываемую деталь) от негативных последствий высоковольтных пробо-
ев, возникающих при этой технологии. В настоящее время широко применяют низкочастотные ИУН,
выполненные на основе низкочастотного трехфазного трансформатора. Примеры исполнения и тех-
нические параметры ряда ИУН с диапазоном ускоряющих высоких напряжений (ВН) 30−120 кВ и
выходной мощностью 15−120 кВт для сварочных установок приведены в [2]. Необходимая ста-
бильность ВН, высокие электрические и динамические показатели достигаются у низкочастотных
ИУН за счет специальной электронной лампы, рассчитанной на полное ускоряющее напряжение, на-
пример, ПП-2 [2, 3]. Однако такое построение ИУН, кроме больших габаритов и массы, требует спе-
циальных мер по отводу тепла от электронной лампы.
Альтернативными решениями являются ИУН на основе высокочастотных импульсных пре-
образователей [1, 7, 9, 10]. Благодаря высокой частоте преобразования, обычно 10−30 кГц, эти пре-
образователи имеют малые габариты, меньшие постоянные времени и хорошие динамические харак-
теристики при переходных процессах. С их помощью защита от пробоев может обеспечиваться без
применения специальных высоковольтных электронных ламп.
Энергоёмкость выходной цепи источника высокого напряжения определяется совокупностью
энергий, накапливаемых в её реактивных элементах в рабочих или переходных режимах. При про-
боях в выходной цепи ИУН накопленная энергия высвобождается и может приводить к отказам эле-
ментов или к появлению технологических дефектов в сварном шве. Вопросы энергоёмкости ИУН в
научно-технической литературе освещены недостаточно, что потребовало проведения дополнитель-
ных исследований.
Цель статьи состоит в определении энергии, запасаемой в электрическом поле ёмкостей выходной
цепи импульсного источника ускоряющего напряжения для сварочной электронно-лучевой установки.
Для выявления составляющих накопленной энергии рассмотрим упрощенную схему устрой-
ства электропитания сварочной электронно-лучевой установки [2] на рис. 1, где показаны ИУН, блок
питания электронной пушки (БПП), кабель высоковольтный (КБВ) и электронно-лучевая установка
(ЭЛУ) с эмиссионной системой – электронной пушкой (ЭП).
Источник ускоряющего напряжения ИУН образован силовым инвертором (СИ), формирую-
щим двухполярные импульсы прямоугольной формы с частотой следования 20 кГц и регулируемой
амплитудой, и высоковольтным преобразователем напряжения (ВП). Основу ВП составляет много-
обмоточный трансформатор Т1 с ячейками Я1…ЯN, которые объединены в единую многосекцион-
ную конструкцию. Каждая ячейка, например Я1, представляет собой выпрямитель на диодах D1…D4
с конденсатором фильтра Cf, служащим для ослабления пульсаций выпрямленного напряжения.
© Мартынов В.В., Лебедев Б.Б., 2013
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2013. № 4 51
БПП содержит три им-
пульсных высокочастотных уст-
ройства для питания постоянным
током электродов ЭП: И1, Т1, В1 –
напряжением бомбардировки ка-
тода (К); И2, Т2, В2 – током накала
катода (НК); И3, Т3, В3 – напря-
жением смещения для управля-
ющего электрода (УЭ). Инверторы
И1−И3 находятся на стороне низ-
кого потенциала и генерируют
двухполярные импульсы прямо-
угольной формы, которые через
изолирующие трансформаторы
Т1–Т3 поступают к выпрямителям
В1–В3, находящимся на стороне
высокого потенциала.
В описанной схеме можно
выделить три группы ёмкостных
накопителей энергии, подключен-
ных к ускоряющему напряжению
Ua выходной высоковольтной цепи ВП, как показано на эквивалентной схеме рис. 2. Первая группа
образована последовательной цепочкой конденсаторов фильтров ячеек ВП Cf1…CfN, вторая –
параллельным соединением ёмкостей изоляции развязывающих трансформаторов Cit1…Cit3, а третья –
распределённой ёмкостью высоковольтного кабеля КВВ. Последняя показана на рис. 2 в виде
сосредоточенной ёмкости Ccab. Рассмотрим энергию электрического поля, накапливаемую в ёмкостях
каждой группы.
Энергия ёмкости фильтра. С целью унифи-
кации все секции или ячейки ВП выполняются
одинаковыми. При этом вторичные обмотки много-
обмоточного трансформатора имеют одно и то же
число витков (w2=w3…wN) с одинаковыми амплиту-
дами переменного напряжения на них
(Uac1=Uac1…UacN=Uac), а конденсаторы фильтра
имеют равные ёмкости (Cf1=Cf2…CfN=Cf) и равные
выходные напряжения (Udc1=Udc1…UdcN=Udc). Таким
образом, эквивалентная ёмкость фильтра ВП равна
ёмкости последовательно соединённых конденса-
торов фильтра ячеек (Cfe=Cf / N), а ускоряющее
напряжение Ua – произведению числа ячеек N и
выходного напряжения ячейки (Ua= N⋅Udc).
Энергию, накопленную в электрическом поле конденсаторов фильтра многоячеечного высо-
ковольтного преобразователя, можно определить из выражения
2 20,5 0,5fe fe a f c NW C U C U= = . (1)
Выходное напряжение ячейки и число ячеек конкретного высоковольтного преобразователя
являются константами и для расчета накопленной энергии в них достаточно определить только ём-
кость конденсатора фильтра. Одним из критериев выбора ёмкости фильтра может служить харак-
теристика качества выходного напряжения ячейки – его пульсации. Ниже используются приведённые
относительные пульсации, равные отношению разности амплитуд наибольшего Uamax и наименьшего
Uamin значений ускоряющего напряжения (от пика до пика) к его наибольшему значению (их часто
указывают в процентах)
ama x amin amaxa ( ) /U U U= −δ . (2)
Ток нагрузки сварочных установок имеет вид импульсов, амплитуда которых может изменяться в
широких пределах с частотой в единицы килогерц. А так как использование LC-фильтров при
Рис. 2
Рис. 1
52 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2013. № 4
импульсном и прерывистом токе нагрузки чревато возникновением нежелательных перенапряжений, то
на выходе выпрямителя высоковольтного преобразователя используют только ёмкостный фильтр.
Благодаря тому, что выходы ячеек соединены последовательно, высокое ускоряющее напря-
жение ВП равно сумме выходных напряжений всех ячеек. Поэтому вторичные обмотки трансфор-
матора и элементы ячеек находятся под разными потенциалами постоянного тока относительно друг
друга. Для обеспечения их развязки по высокому напряжению многообмоточный трансформатор вы-
соковольтного преобразователя выполняют с изоляционными зазорами как между обмотками, так и
между элементами его конструкции. Вследствие этого такой трансформатор имеет повышенную ин-
дуктивность рассеяния, значительно большую, чем у низковольтных трансформаторов, что помимо
увеличения реактивной энергии, циркулирующей между инвертором и высоковольтным преобразо-
вателем, существенно влияет на уровень пульсаций выходного напряжения ячеек.
С целью выявления величин, влияющих на уровень пульсаций выходного напряжения высо-
ковольтного преобразователя, исследуем электромагнитные процессы в одной его ячейке, упрощен-
ная схема которой показана на рис. 3. Схема содержит источник Е двухполярных импульсов, ин-
дуктивность рассеяния Ls, мостовой выпрямитель на диодах D1…D4, а также конденсатор фильтра
ёмкостью С и резистор нагрузки сопротивлением R.
На рис. 4 показаны
эпюры напряжения и тока
схемы рис. 3 для случая,
когда конденсатор филь-
тра отсутствует, т.е. С=0, и
сопротивление нагрузки
значительно больше со-
противления индуктивно-
сти рассеяния на частоте
преобразования. Если им-
пульсы напряжения ис-
точника Е имеют прямоугольную форму с амплитудой Um, то импульсы тока ILs, протекающего через
индуктивность рассеяния, имеют характерное "затягивание" фронта и среза. С момента изменения
полярности напряжения источника Е напряжение Uвых на сопротивлении нагрузки R спадает до нуля в
течение времени t1, а затем поднимается от нуля до амплитудного значения на интервале t2. Это
приводит к тому, что в выходном напряжении Uвых ячейки, показанном на нижнем графике рис. 3,
образуются провалы напряжения пилообразной формы. В таких режимах пульсации выходного
напряжения могут достигать 100%. Установка конденсатора фильтра С на выходе выпрямителя
позволяет получить сглаженное выходное напряжение Uвых, показанное пунктиром на диаграмме рис. 4.
Для вывода соотношений величины пульсаций и параметров схемы ячейки воспользуемся
операторным методом. Считая источник и
элементы схемы рис. 3 идеальными, про-
цесс выпрямления каждого полупериода
импульсного напряжения можно разде-
лить на две стадии, представленные экви-
валентными схемами рис. 5. На первой
стадии (рис. 5, а) к индуктивности рассе-
яния Ls приложена сумма входного напря-
жения E и напряжения на конденсаторе
Uc. Ток I1 через индуктивность Ls
изменяется от амплитудного значения до
нуля за очень малое время в сравнении с длительностью полупериода входного напряжения. Поэтому
изменением напряжения на конденсаторе фильтра на первой стадии можно пренебречь и считать, что
пульсации напряжения на нём определяются процессами, происходящими в продолжительности только
второй стадии.
Для второй стадии рис. 5, б имеем следующие изображения для токов:
( ) 1/ , / , /( ) ( ).s C cL c R L Ci E p U pL i i R i pC E pU U−= − = = −
По первому закону Киргофа iL=iR+iC . Отсюда по второму закону Киргофа
Рис. 5
Рис. 3 Рис. 4
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2013. № 4 53
( ) ( )1/ / /( ) s cc cpLE p U U R pC U E p−− = + − .
Решая это уравнение относительно Uc, получим для изображений
( ) ( ) 11 21 s s sc p p pU C CER L R L L Rp
−−= + + + .
Переходя от изображений к оригиналам, получим выражение для мгновенного значения на-
пряжения на емкости
( )( )2 21 2 / 4 1 exp( / 2 ) sin 4 1 2( )c k t RC t k RCU t E − − ⋅ − ⋅ −= , (3)
где k R ρ= – коэффициент отношения сопротивления нагрузки ячейки и волнового сопротивления
контура, а Ls Cρ = – волновое сопротивление контура, образованного ёмкостью фильтра и индук-
тивностью рассеяния.
В момент времени t=0 синусоидальная функция в выражении (3) становится равной нулю,
амплитуды мгновенного напряжения на ёмкости и напряжения источника Е становятся равными
(Ucmax=Е) и в силу этого напряжение на ёмкости фильтра достигает своего экстремального и наи-
большего значения.
Второй экстремум функция Uc(t) имеет при значении времени t, равном
( ) 1
2 22 4 1 arctg 4 1t RC k k
−
= − − , (4)
когда напряжение на конденсаторе фильтра принимает наименьшее значение
( ) 1
1 2 2
cmin 1 exp[ 4 1 arctg 4 1]E k k kU
−
−⎛ ⎞= − − − −⎜ ⎟
⎝ ⎠
. (5)
Подставляя в уравнение (2) выражения для экстремальных значений Ucmin и Ucmax, получим
уравнение для приведённых относительных пульсаций δUc напряжения на конденсаторе фильтра
( ) ( ) 1
1 1 2 2
cmax min max exp[ 4 1 arctg 4 1]Uc c cU U U k k k
−
− −− − − −= =δ . (6)
На рис. 6 показан график пульсаций δUc в зависимости от переменной k. Если учесть, что
пульсации ускоряющего напряжения электронно-лучевых сварочных установок δa допускаются
стандартом ISO 14744-1:2008 на уровне не более 2% [8], то практически значимым пульсациям менее
2% на рис. 6 соответствует область значений переменной k>50. Для этой области с достаточной
точностью уравнение (6) сводится к выражению 1 1 /Uc sk R L C− −≈ =δ , (7)
откуда получим простую формулу для расчета ёмкости конденсатора фильтра Cf ячейки импульсного
ИУН для сварочных электронно-лучевых установок в виде
22
s afC L R δ= , (8)
где δa – заданные техническими условиями относительные пульсации ускоряющего напряжения.
Т.к. конденсаторы выпускаются с определённым шагом номинальных значений ёмкости, то для
установки в схему выбирают конденсатор с ближайшим большим значением ёмкости.
Ёмкость высоковольтного кабеля. В работе [4] приве-
дены характеристики и особенности применения нескольких
типов высоковольтных кабелей, предназначенных для передачи
энергии от ИУН к потребителю – сварочной электронно-лучевой
установке. Зачастую, это кабели высоковольтные, коаксиальные,
типа 3КВЭЛ или 4КВЭЛ, разработанные специально для
совместного применения с электронно-лучевыми установками на
ускоряющие напряжения 60, 110 или 165 кВ. Они имеют погон-
ную ёмкость высоковольтной изоляции 150 пФ/м [6]. Длина
применяемого кабеля зависит от габаритов свариваемых изделий
и может колебаться от 10 до 50 метров. Пропорционально длине
изменяется и эквивалентная ёмкость изоляции кабеля. Для опре-
делённости ниже в таблице представлены результаты расчета
Рис. 6
54 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2013. № 4
ёмкости Cc и накопленной в ней энергии для кабеля типа 4КВЭЛ-110 длиной 10 м.
Паразитная ёмкость блока питания электронной пушки. Блок питания электронной пуш-
ки, показанный на рис. 1, имеет в своём составе несколько узлов, которые находятся на стороне
высокого потенциала. Гальваническая развязка по ускоряющему напряжению постоянного тока в пе-
речисленных устройствах обеспечивается при помощи высокочастотного изолирующего трансфор-
матора [5]. Изоляция между обмотками и элементами конструкции каждого из изолирующих транс-
форматоров выдерживает с необходимым запасом выходное напряжение ИУН. Так как выходная
мощность изолирующего трансформатора не превышает 150 ватт, а тепловыделение его сердечника и
обмоток незначительно, то главную изоляцию его высокопотенциальных обмоток относительно пер-
вичной обмотки выполняют в виде твёрдого диэлектрика – отверждённого эпоксидного компаунда,
органического стекла или фторопласта. Измеренная межобмоточная паразитная ёмкость таких изоли-
рующих трансформаторов, используемых в источнике питания электронной пушки комплексов типа
ЭЛА [2], с твёрдой главной изоляцией в виде органического стекла не превышает Cit =10 пФ. При
ускоряющем напряжении Ua=60 кВ накопленная в трёх трансформаторах энергия Wit составит 0,054
Дж, что на два порядка меньше энергоёмкости конденсаторов фильтра.
Баланс энергий. Полную энергию WCsum, накопленную в выходной цепи ИУН, определим как
сумму энергий, накопленных в ёмкостях конденсаторов фильтра Wfe, межобмоточных ёмкостях изо-
лирующих трансформаторов БПП Wit и в паразитной ёмкости высоковольтного кабеля Wcab
Csum fe it cabW W W W= + + . (9)
В Институте электродинамики НАН Украины (г. Киев) разработан источник ускоряющего
напряжения ИУН60-18 по схеме, аналогичной рис. 1, с параметрами выхода Ua =60 кВ, Pa =18 кВт,
Ia=0,3 A. Результаты расчетов параметров ячейки, эквивалентных параметров схемы ИУН и энергии,
накопленной в его выходной цепи, сведены в таблице.
Анализ таблицы показывает, что при длине кабеля до 10 м энергии,
накапливаемые в ёмкостях конденсаторов фильтра высоковольтного преоб-
разователя и в паразитной ёмкости высоковольтного кабеля, примерно равны.
При большей длине кабеля энергия его ёмкости становится превалирующей.
Пути снижения энергии, накопленной в выходной цепи ИУН.
Из-за малости энергии изолирующих трансформаторов (таблица) в урав-
нении (9) остаются только две величины, изменение которых позволяет
уменьшить полную энергию выходной цепи. Одна из них – энергия кабе-
ля, может быть минимизирована за счет сокращения его длины, а другая –
энергия эквивалентной ёмкости фильтра ВП – за счет снижения требуе-
мой ёмкости фильтра ячейки, например, путём уменьшения индуктив-
ности рассеяния обмоток многообмоточного трансформатора. Действи-
тельно, подставляя в уравнение (1) вместо ёмкости фильтра её выражение
из (8), получим 2 2 220,5 0,5 sfe f c c aW C U N U NL R −−= = δ . (10)
Учитывая, что индуктивность рассеяния обмоток трансформатора
пропорциональна квадрату числа их витков, эта составляющая энергии ИУН
может быть минимизирована, например, путём увеличения частоты преобра-
зования, выбором материала магнитопровода с большим значением рабочей
индукции, увеличением сечения магнитопровода или при сочетании перечисленных способов.
Выводы. Проанализированы составляющие полной энергии высоковольтной цепи установки
для электронно-лучевой сварки. Установлено, что величина пульсаций ускоряющего напряжения вы-
соковольтного преобразователя зависит от отношения сопротивления нагрузки ячейки и ёмкости кон-
денсатора фильтра ячейки. Показано, что ёмкость фильтра ячейки пропорциональна индуктивности
рассеяния вторичной обмотки многообмоточного трансформатора.
1. Мартынов В.В., Монжеран Ю.П., Можаровский А.Г., Лебедев Б.Б., Смитюк Г.Е., Чайка Н.В., Иванов А.М.
Высоковольтный источник питания для электронно-лучевого нагрева // Современная электрометаллургия. – 2010. –
№2. – С. 57–59.
2. Мощные электронно-лучевые сварочные установки // Каталог: Технологии, материалы, оборудова-
ние. Киев, ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины. – 2005. – 246 с. Доступнен на сайте: www.ies.pdf
3. Назаренко О.К., Локшин В.Е. Динамические характеристики высоковольтных источников питания
для электронно-лучевой сварки // Автоматическая сварка. – 2005. – № 1. – С. 36–38.
Параметры Значение
Ua, кВ 60
Ia, мА 300
Pa, кВт 18
fin, кГц 20
δa, % < 2,0
Uс, кВ 500
R, кОм 1,6667
Ls, мкГн 175
ρ, Ом 33.333
k=R/ρ 50
Cf, мкФ 0,22
Cfe, пФ 1833
Cit, нФ 30
Ccab , пФ 1500
Wfe, Дж 3,3
Wit, Дж 0,054
Дж 3,42
WCsum, Дж 6,774
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2013. № 4 55
4. Назаренко О.К., Матвейчук В.А., Галушка В.В. Моделирование влияния высоковольтных кабелей на
пульсации тока в сварочных пушках с автоматическим смещением // Автоматическая сварка. – 2011. – № 5. – С. 32–35.
5. Чайка Н.К. Блок смещения и питания катода электронно-лучевой сварочной пушки с использовани-
ем инверторных преобразователей // Автоматическая сварка. – 2007. – № 7. – С. 50–52.
6. Электрические кабели, провода и шнуры: Справочник / Н.И.Белоруссов, А.Е.Саакян, А.И.Яковлева.
Под ред. Н.И.Белоруссова. 5-е изд. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 536 с.
7. High Voltage Generator model SR60-N-6.000-EBW. User’s Guide, Technix, France, 2003.
8. ISO 14744-1:2008 Welding – Acceptance inspection of electron beam welding machines – Part 1: Principles
and acceptance conditions.
9. Komarov N., Podoltsev A., Kucheriavaia I., Lebedev B. High-Frequency Hiqh-Voltage DC Isolation Transformer-
Rectfiyng Module for Power Supply of Technological Equipment // EPE Journal. – 2001. – Vol.11. – № 1. – Pp. 33–44.
10. Pat. USA 5,610,562. Mar, 11, 1997. Int.Cl6. - H02M 7/537, US CL. - 307/89. Daniel W. Shimer and
Arnold C. Lange. E-Beam High Votage Switching Power Supply.
УДК 621.314 + 621.791.72
ЕНЕРГІЯ У ВИХІДНОМУ ЛАНЦЮЗІ ДЖЕРЕЛА ПРИСКОРЮЮЧОЇ НАПРУГИ
В.В.Мартинов, канд.техн.наук, Б.Б.Лебедев
Інститут електродинаміки НАН України,
пр. Перемоги, 56, Київ-57, 03680, Україна. e-mail: mart_v@ied.org.ua
Розглянуто питання накопичення енергії в ємності високовольтного ланцюга імпульсного джерела прискорюючої напруги
нерезонансного типу. Показано взаємозв'язок між величиною пульсацій випрямленої вихідної на-пруги, опору
навантаження, ємністю фільтра і індуктивністю розсіяння багатообмотувального трансформатора. Запропоновано
аналітичні вирази, що дозволяють розраховувати вихідні параметри багатосекційного перетворювача напруги
прямокутної форми, виходячи з величин елементів секції та числа секцій. На прикладі джерела напругою 60 кВ
потужністю 15 кВт показано, що на частоті перетворення 20 кГц і пульсаціях менше 2% енергоємність вихідного
ланцюга зварювальної електронно-променевої установки не перевищує 7 Дж, з яких приблизно половина припадає на
енергію ємності кабеля. Бібл. 10, табл. 1, рис. 6.
Ключові слова: джерело прискорюючої напруги, високочастотний перетворювач, багатообмотувальний транс-форматор,
індуктивність розсіяння, електронно-променеве технологічне устаткування.
STORED OUTPUT ENERGY OF THE ACCELERATION VOLTAGE SOURCE
V.V.Martynov, B.B.Lebedev
Institute of Electrodynamics National Academy of Science of Ukraine,
Peremohy pr., 56, Kyiv-57, 03680, Ukraine. e-mail: mart_v@ied.org.ua
Problems of stored energy in high-voltage circuit capasities of the acceleration voltage switching source of nonresonance type are
considered. The interrelation between value of the ripple output voltage, load resistance, capacitance filter and leakage inductance of
multiwinding transformer are figured. Analytical calculations for output parameters of high-frequency multisectional square-wave
voltage converters based on ratio between number and parameters of sections are suggested. By the example of source with 60kV
voltage and 15 kW power for electron beam welding installation is shown that on transformation frequency 20 kH and ripple less than
2% stored energy in output circuit does not exceed 7 J, hereof approximately half of it is stored energy in cable capacity. References
10, table 1, figures 6.
Keywords: acceleration voltage source, high-frequency switching power supply, multi-winding transformer, leakage inductance, the
electron-beam equipment.
1. Martynov V.V., Monzheran Yu.P., Mozharovskii A.G., Lebedev B.B., Smetiuk G.E. Chaika N.W., Ivanov A.M. High
Voltage Supply for E-Beam Heating // Sovremennaia elektrometallurgiia. – 2010. – №2. – Рp. 57–59. (Rus)
2. High Power E-Beam Weldings Equipment // Catalog: tekhnologii, materialy, oborudovanie. – Kiev, Institut elektrosvarki
imeni E.O. Patona NAS of Ukraine, 2005. – 246 р. (Rus)
3. Nazarenko O.K, Lokshin V.E. Dynamic characteristics of high-voltage power supplies for electron beam welding
//Avtomaticheskaia svarka. – 2005. – № 1. – Рp. 36–38.
4. Nazarenko O.K, Matveichuk V.A., Galushka V.V. Modeling of influence of high-voltage cables on a current pulsation in
welding guns with automatic displacement //Avtomaticheskaia svarka. – 2011. – № 5. – Рp. 32–35.
5. Chaika N.K. Block of displacement and feed of cathode of an electron beam welding gun with use of pulse converters
//Avtomaticheskaia svarka. – 2007. – № 7. – Рp. 50–52.
6. Electric cables, wires and cords: Reference Boock / N.I.Belorussov, A.E.Saakian, A.I.Jakovleva. Under the editorship of
N.I.Belorussova. 5 izd. – Мoskva: Energoatomizdat, 1988. – 536 p. (Rus)
7. High Voltage Generator model SR60-N-6.000-EBW. User’s Guide, Technix, France, 2003.
8. ISO 14744-1:2008 Welding – Acceptance inspection of electron beam welding machines – Part 1: Principles and
acceptance conditions.
9. Komarov N., Podoltsev A., Kucheriavaia I., Lebedev B. High-Frequency Hiqh-Voltage DC Isolation Transformer-Rectfiyng
Module for Power Supply of Technological Equipment // EPE Journal. – 2001. – Vol. 11. – № 1. – Pp. 33–44.
10. Pat. USA 5,610,562. Mar, 11, 1997. Int.Cl6. - H02M 7/537, US CL. - 307/89. Daniel W. Shimer and Arnold C. Lange.
E-Beam High Votage Switching Power Supply.
Надійшла 20.07.2012
Received 20.07.2012
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-62351 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-7970 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-29T02:57:21Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут електродинаміки НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Мартынов, В.В. Лебедев, Б.Б. 2014-05-20T07:40:04Z 2014-05-20T07:40:04Z 2013 Энергия выходной цепи источника ускоряющего напряжения / В.В. Мартынов, Б.Б. Лебедев // Технічна електродинаміка. — 2013. — № 4. — С. 50–55. — Бібліогр.: 10 назв. — pос. 1607-7970 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/62351 621.314 + 621.791.72 Рассмотрены вопросы накопления энергии в ёмкостях высоковольтной цепи импульсного источника ускоряющего напряжения нерезонансного типа. Показана взаимосвязь между величиной пульсаций выходного напряжения, сопротивления нагрузки, ёмкости фильтра и индуктивностью рассеяния многообмоточного трансформатора. Предложены аналитические выражения, позволяющие рассчитывать выходные параметры многосекционного преобразователя напряжения прямоугольной формы исходя из величин элементов секции и числа секций. На примере источника напряжением 60 кВ и мощностью 18 кВт показано, что на частоте преобразования 20 кГц и пульсациях менее 2% энергоёмкость выходной цепи не превышает 7 Дж, из которых примерно половина приходится на энергию ёмкости кабеля. Розглянуто питання накопичення енергії в ємності високовольтного ланцюга імпульсного джерела прискорюючої напруги нерезонансного типу. Показано взаємозв'язок між величиною пульсацій випрямленої вихідної на-пруги, опору навантаження, ємністю фільтра і індуктивністю розсіяння багатообмотувального трансформатора. Запропоновано аналітичні вирази, що дозволяють розраховувати вихідні параметри багатосекційного перетворювача напруги прямокутної форми, виходячи з величин елементів секції та числа секцій. На прикладі джерела напругою 60 кВ потужністю 15 кВт показано, що на частоті перетворення 20 кГц і пульсаціях менше 2% енергоємність вихідного ланцюга зварювальної електронно-променевої установки не перевищує 7 Дж, з яких приблизно половина припадає на енергію ємності кабеля. Problems of stored energy in high-voltage circuit capasities of the acceleration voltage switching source of nonresonance type are considered. The interrelation between value of the ripple output voltage, load resistance, capacitance filter and leakage inductance of multiwinding transformer are figured. Analytical calculations for output parameters of high-frequency multisectional square-wave voltage converters based on ratio between number and parameters of sections are suggested. By the example of source with 60kV voltage and 15 kW power for electron beam welding installation is shown that on transformation frequency 20 kH and ripple less than 2% stored energy in output circuit does not exceed 7 J, hereof approximately half of it is stored energy in cable capacity. ru Інститут електродинаміки НАН України Технічна електродинаміка Перетворення параметрів електричної енергії Энергия выходной цепи источника ускоряющего напряжения Енергія у вихідному ланцюзі джерела прискорюючої напруги Stored output energy of the acceleration voltage source Article published earlier |
| spellingShingle | Энергия выходной цепи источника ускоряющего напряжения Мартынов, В.В. Лебедев, Б.Б. Перетворення параметрів електричної енергії |
| title | Энергия выходной цепи источника ускоряющего напряжения |
| title_alt | Енергія у вихідному ланцюзі джерела прискорюючої напруги Stored output energy of the acceleration voltage source |
| title_full | Энергия выходной цепи источника ускоряющего напряжения |
| title_fullStr | Энергия выходной цепи источника ускоряющего напряжения |
| title_full_unstemmed | Энергия выходной цепи источника ускоряющего напряжения |
| title_short | Энергия выходной цепи источника ускоряющего напряжения |
| title_sort | энергия выходной цепи источника ускоряющего напряжения |
| topic | Перетворення параметрів електричної енергії |
| topic_facet | Перетворення параметрів електричної енергії |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/62351 |
| work_keys_str_mv | AT martynovvv énergiâvyhodnoicepiistočnikauskorâûŝegonaprâženiâ AT lebedevbb énergiâvyhodnoicepiistočnikauskorâûŝegonaprâženiâ AT martynovvv energíâuvihídnomulancûzídžerelapriskorûûčoínaprugi AT lebedevbb energíâuvihídnomulancûzídžerelapriskorûûčoínaprugi AT martynovvv storedoutputenergyoftheaccelerationvoltagesource AT lebedevbb storedoutputenergyoftheaccelerationvoltagesource |