ОСОБЛИВОСТІ ПОБУДОВИ СИСТЕМ ЕЛЕКТРОЖИВЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОЇ УСТАНОВКИ БЕЗТИГЕЛЬНОГО ЕЛЕКТРОННО-ПРОМЕНЕВОГО ЗОННОГО ПЕРЕПЛАВУ
It is considered particularities of technological set-up’s supply system for non-crucible electron-beam zone melting. It is showed that for keeping the stable temperature of melting zone it is necessary to provide the stable power being dissipated in the sample. It is proved that under the specific...
Збережено в:
| Дата: | 2014 |
|---|---|
| Автори та афіліації: |
|
| Ключові слова: | keywords |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут електродинаміки НАН України, Київ
2014
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1104 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Technical Electrodynamics |
| Завантажити файл: |
|
Репозитарії
Technical Electrodynamics| _version_ | 1870203760359243776 |
|---|---|
| author | Юрченко , М.М. Спірін , В.М. Сенько , В.І. |
| author_facet | Юрченко , М.М. Спірін , В.М. Сенько , В.І. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": " М.М. Юрченко ",
"institution": "Інститут електродинаміки НАН України, пр. Перемоги, 56, Київ-57, 03680, Україна"
},
{
"author": "В.М. Спірін ",
"institution": "Інститут електродинаміки НАН України, пр. Перемоги, 56, Київ-57, 03680, Україна"
},
{
"author": "В.І. Сенько ",
"institution": "Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», пр. Перемоги, 37, Київ, 03056, Україна"
}
] |
| author_sort | Юрченко , М.М. |
| baseUrl_str | https://techned.org.ua/index.php/techned/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2023-01-10T12:06:36Z |
| description | It is considered particularities of technological set-up’s supply system for non-crucible electron-beam zone melting. It is showed that for keeping the stable temperature of melting zone it is necessary to provide the stable power being dissipated in the sample. It is proved that under the specific correlation between high voltage stage transformer’s reactive parameters and the clock frequency it is being reached stabilization of high voltage transformer’s output power. References 5, figure 3. |
| first_indexed | 2026-06-16T01:18:39Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 4 93
УДК 621.314.1
ОСОБЛИВОСТІ ПОБУДОВИ СИСТЕМ ЕЛЕКТРОЖИВЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОЇ
УСТАНОВКИ БЕЗТИГЕЛЬНОГО ЕЛЕКТРОННО-ПРОМЕНЕВОГО ЗОННОГО ПЕРЕПЛАВУ
М.М. Юрченко1, докт.техн.наук, В.М. Спірін1, докт.техн.наук, В.І. Сенько2, докт.техн.наук
1– Інститут електродинаміки НАН України,
пр. Перемоги, 56, Київ-57, 03680, Україна,
e-mail: yuon@ied.org.ua
2– Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут»,
пр. Перемоги, 37, Київ, 03056, Україна.
Розглянуто особливості побудови системи електроживлення технологічної установки безтигельного електро-
нно-променевого зонного переплаву. Показано, що для підтримання стабільної температури зони розплаву не-
обхідно забезпечити стабільність потужності, яка розсіюється на зразку. Доведено, що при певних співвід-
ношеннях реактивних параметрів трансформатора високовольтного блоку (ВБ) та частоти напруги відбува-
ється стабілізація вихідної потужності трансформатора ВБ. Бібл. 5, рис. 3.
Ключові слова: технологічна установка, реактивні параметри, високовольтний блок.
За останні десятиріччя орієнтація технологічних експериментів в космосі дещо змістилася в бік ви-
вчення можливостей та пошуків шляхів виробництва матеріалів з набагато кращими та принципово новими
властивостями.
Теоретичні та експериментальні дослідження, проведені в Інституті електрозварювання ім. Є.О. Патона
спільно з Інститутом електродинаміки НАН України в наземних умовах, були спрямовані на з’ясування можли-
востей одержання досконалих матеріалів в умовах мікрогравітації методом безтигельної зонної плавки елект-
ронним пучком у вигляді диску і показали хороші перспективи застосування цього процесу.
Метод безтигельної електронно-променевої зонної плавки (БЕПЗП) дозволяє найбільш повно викорис-
товувати головні відмінні риси космосу – мікрогравітацію і космічний вакуум [5].
Крім зазначених рис даного методу існує ще ряд інших відмінностей:
- висока термічна ефективність (ККД процесу може перевищувати 80 %), у зв’язку з чим споживана на
борту потужність невелика;
- обробка матеріалів може здійснюватися у широкому діапазоні температур (250…3000 0С) і охоплю-
вати широке коло матеріалів і сполук;
- метод дозволяє керувати променем при його безпосередній дії на зразок.
У зв’язку з цим для проведення технологічних експериментів по здійсненню безконтактної електронно-
променевої плавки надчистих напівпровідникових матеріалів виникла необхідність у створенні технологічного
електрообладнання, основною частиною якого є система електроживлення (СЕЖ). Ця система складається з
двох окремих конструктивних блоків – інверторного (ІБ) та високовольтного (ВБ) [4].
Особливістю цієї СЕЖ, на відміну від раніше створених, тривалість роботи яких складала кілька сотень
секунд, є безперервна надійна робота в умовах космосу протягом 8 годин при забезпеченні високої точності (1
%) температури плавлення.
Застосування секціонованою структури силової частини СЕЖ [4] дозволило знизити реактивні опори
вторинної обмотки трансформатора. В цій роботі розглядається реалізація науково-технічної проблеми, що
пов’язана з підтриманням високої стабільності температури розплаву зразку.
При дослідженні вихідної характеристики СЕЖ було встановлено, що крім опору навантаження вели-
кий вплив на неї мають реактивні параметри ВБ.
Аналізуючи еквівалентну схему трансформатора ВБ з секціонованою вторинною обмоткою [3], після
спрощень одержимо еквівалентну схему (рис. 1), де L ,
C , RH – це сумарні індуктивності первинної обмотки
та приведеної до первинної обмотки вторинної обмот-
ки, ємність вторинної обмотки та опір навантаження;
r – активний опір первинної обмотки; e(t) – прямокутна
напруга високої частоти ( 1ω ).
На цій схемі LC-контур (при 1LC 1ω = )можна
розглядати як Г-подібний індуктивно-ємнісний пере-
творювач (ІЄП), який працює на випрямляч [2]. Діюче
значення вихідного струму ІЄП можна визначити по
© Юрченко М.М., Спірін В.М., Сенько В.І., 2014
94 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 4
наступній формулі [1]:
( )
0,5
2
Н пк 21 k
k 1
I U Y
∞
=
⎡ ⎤⎡ ⎤= ⋅ ω⎢ ⎥⎣ ⎦⎣ ⎦
∑ , (1)
де ( )21 kY ω – частотнозалежна функція передачі ІЄП; пк
k 1
4EU
(2k 1)
∞
=
=
− π∑ – діюче значення гармонік напруги жив-
лення.
Для даної схеми ІЄП з урахуванням активного опору первинної обмотки трансформатора було визна-
чено формулу квадрата модуля гармонік функції ( )21 kY ω
( ) ( ) ( ) ( )
22 2 2 22 2
21 k н 1 1 нY R 1 2k 1 LC r 2k 1 L R rC⎡ ⎤⎡ ⎤ω = − − ω + + − ω +⎣ ⎦⎣ ⎦
(2)
і згідно з формулою (1) − діюче значення гармонік вихідного струму ІЄП
( )
23
Н 2 22 2 2 2k 1
н 1 1 н
4E (2k 1)I
R 1 (2k 1) LC r (2k 1) L R rC
−
=
−
=
π ⎡ ⎤⎡ ⎤− − ω + + − ω +⎣ ⎦⎣ ⎦
∑ . (3)
Для розрахунків такої схеми ІЄП достатньо обмежитися першими трьома гармоніками (k=1,2,3) [1].
Аналізуючи формулу (3), можна зробити висновок, що струм та потужність 2
Н Н НP I R= у навантаженні зале-
жать від величин реактивних параметрів трансформатора, частоти напруги живлення, активного опору первин-
ної обмотки та навантаження. Для підтримання стабільної температури у зоні розплаву необхідно забезпечити
стабільність потужності у навантаженні, опір якого
Н
*R змінюється від 0,1 до 1. Враховуючи реальні параметри
(L=10 мкГн, С=6,366 мкФ, r*=0,01; 0,05; 0,1, RHH = 1 Ом, f1=20 кГц) високовольтного трансформатора (з коефі-
цієнтом трансформації трk 400= ), було розраховано по формулі (3) при E 27 В= залежність
Н Н
* *P f (R )= , де
Н Н Н НК3 Н
* 2 * 2 *P І R І R= ,
Н
*
Н ННR R R= , ННR – значення опору в номінальному режимі, r* = r/RHH, IНКЗ – струм у
режимі короткого замикання.
На рис. 2 показані ці залежності при різних значеннях r*, звідки видно, що ІЄП виконує свою функцію
стабілізації, але характеристика має астатизм, який потрібно ліквідувати. Для цього було введено зворотній
зв'язок по вихідному струму ІЄП і за рахунок зміни частоти інвертора отримано стабільну потужність у наван-
таженні. На рис. 3 наведено залежність потужності навантаження від змінної частоти інвертора при
Н
*R 1= ,
*r 0,05= , яка свідчить, що частотним регулюванням можливо
забезпечити стабільність потужності у навантаженні. В на-
шому випадку при *r 0,05= ,
Н
*R для підвищення потужності
потрібно знизити частоту до ~18 кГц.
Таким чином, розглянута вище властивість високо-
вольтних трансформаторів ВБ може сприяти покращенню ста-
білізації потужності, а отже, поліпшенню основної експлуа-
таційної характеристики електронно-променевої установки
зонного переплаву металів.
1. Милях А.Н., Волков И.В. Системы неизменного тока
на основе индуктивно-емкостных преобразователей. К.: Наукова
думка, 1974. – 216 с.
2. Милях А.Н., Кубышин Б.Е., Волков И.В. Индуктивно-
емкостные преобразователи. − К.: Наукова думка, 1964. – 304 с.
3. Юрченко Н.Н., Пазеев Г.Ф. Высоковольтные транс-
форматорно-выпрямительные блоки электронно-лучевых тех-
нологических установок // Техн. електродинаміка. Спец. випуск.
– 1998. – Т.2. – С. 10–13.
4. Юрченко Н.Н., Юрченко О.Н. Системы электропита-
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 4 95
ния бортовых технологических установок, работающих в космосе. – Киев: Институт электродинамики НАН
Украины, 2001. – 143 с.
5. Патент на винахід № 833148. Установка для електронно-променевої зонної плавки матеріалу в кос-
мосі в умовах мікрогравітації і космічного вакууму / Б.Є.Патон, Ю.А.Асніс, М.М.Юрченко, П.М.Шевченко та
інші. Опубл. – 2008. – Бюл. № 11.
УДК 621.314.1
ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ
УСТАНОВКИ БЕЗТИГЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО ЗОННОГО ПЕРЕПЛАВА
Н.Н. Юрченко1, докт.техн.наук, В.М. Спирин1, докт.техн.наук, В.И. Сенько2, докт.техн.наук
1−Институт электродинамики НАН Украины,
пр. Победы, 56, Киев-57, 03680, Украина,
e-mail: yuon@ied.org.ua
2−Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт»,
пр. Победы, 37, Киев, 03056, Украина.
Рассмотрены особенности построения системы электропитания технологической установки безтигельного
электронно-лучевого зонного переплава. Показано, что для поддержания стабильной температуры зоны рас-
плава необходимо обеспечить стабильную мощность, которая рассеивается на образце. Доказано, что при
определенных соотношениях реактивных параметров трансформатора высоковольтного блока (ВБ) и часто-
ты переключения происходит стабилизация выходной мощности трансформатора ВБ. Библ. 5, рис. 3.
Ключевые слова: технологическая установка, реактивные параметры, высоковольтный блок.
PARTICULARITIES OF TECHNOLOGICAL SET-UP’S SUPPLY SYSTEM FOR NON-CRUCIBLE
ELECTRON-BEAM ZONE MELTING
M.M.Yurchenko1, V.M.Spіrіn1, V.I.Senko2
1−Institute of Electrodinamic of National Academy of Sciencies of Ukraine,
pr. Peremohy, 56, Kyiv-57, 03680, Ukraine,
e-mail: yuon@ied.org.ua
2−National Technical University of Ukraine “Kyiv Politechnichny Institute”,
pr. Peremohy, 37, Kyiv, 03056, Ukraine.
It is considered particularities of technological set-up’s supply system for non-crucible electron-beam zone melting. It
is showed that for keeping the stable temperature of melting zone it is necessary to provide the stable power being
dissipated in the sample. It is proved that under the specific correlation between high voltage stage transformer’s
reactive parameters and the clock frequency it is being reached stabilization of high voltage transformer’s output
power. References 5, figure 3.
Keywords: technological set-up, reactive parameters, high voltage unit.
1. Мiliakh А.N., Volkov I.V. Systems based on the constant current inductively capacitive transducers. – Кyiv:
Naukova dumka, 1974. – 216 p. (Rus)
2. Мiliakh А.N., Кubyshin B.Е., Vоlkov I.V. Inductive-capacitant converters. – Кyiv: Naukova dumka, 1964. –
304 p. (Rus)
3. Yurchenko N.N., Pazeev G.F. High voltage transformer-rectifying units of electron-beam technological set-
ups // Tekhnichna elektrodynamika. Spetsialnyi vypusk. – 1998. – Vol .2. – Pp. 10–13. (Rus)
4. Yurchenko N.N., Yurchenko O.N. Supply systems of on-board technological set-ups working in space. –
Kiev: Institut Elektrodynamiky Natsionalnoi Akademii Nauk Ukrainy, 2001. – 143 p. (Rus)
5. Patent № 833148. The set-up for electron-beam zone melting in space under micro-gravitation and cosmic
vacuum / B.Ye.Paton, Yu.А.Аsnis, М.М.Yurchenko, P.M.Shevchenko et al. – 2008. – Bull. № 11. (Ukr)
Надійшла 30.01.2014
|
| id | techned_org_ua-article-1104 |
| institution | Technical Electrodynamics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-16T01:18:39Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут електродинаміки НАН України, Київ |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | technedorgua/27/1399da8bdf791a5e7d0d1b8c28e4b227.pdf |
| spelling | techned_org_ua-article-11042023-01-10T12:06:36Z PARTICULARITIES OF TECHNOLOGICAL SET-UP’S SUPPLY SYSTEM FOR NON-CRUCIBLE ELECTRON-BEAM ZONE MELTING ОСОБЛИВОСТІ ПОБУДОВИ СИСТЕМ ЕЛЕКТРОЖИВЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОЇ УСТАНОВКИ БЕЗТИГЕЛЬНОГО ЕЛЕКТРОННО-ПРОМЕНЕВОГО ЗОННОГО ПЕРЕПЛАВУ Юрченко , М.М. Спірін , В.М. Сенько , В.І. technological set-up reactive parameters high voltage unit технологічна установка реактивні параметри високовольтний блок It is considered particularities of technological set-up’s supply system for non-crucible electron-beam zone melting. It is showed that for keeping the stable temperature of melting zone it is necessary to provide the stable power being dissipated in the sample. It is proved that under the specific correlation between high voltage stage transformer’s reactive parameters and the clock frequency it is being reached stabilization of high voltage transformer’s output power. References 5, figure 3. Розглянуто особливості побудови системи електроживлення технологічної установки безтигельного електронно-променевого зонного переплаву. Показано, що для підтримання стабільної температури зони розплаву необхідно забезпечити стабільність потужності, яка розсіюється на зразку. Доведено, що при певних співвідношеннях реактивних параметрів трансформатора високовольтного блоку (ВБ) та частоти напруги відбувається стабілізація вихідної потужності трансформатора ВБ. Бібл. 5, рис. 3. Інститут електродинаміки НАН України, Київ 2014-06-25 Article Article application/pdf https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1104 Tekhnichna Elektrodynamika; No. 4 (2014): TEKHNICHNA ELEKTRODYNAMIKA; 093 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; № 4 (2014): ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; 093 2218-1903 1607-7970 uk https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1104/979 Авторське право (c) 2023 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | технологічна установка реактивні параметри високовольтний блок Юрченко , М.М. Спірін , В.М. Сенько , В.І. ОСОБЛИВОСТІ ПОБУДОВИ СИСТЕМ ЕЛЕКТРОЖИВЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОЇ УСТАНОВКИ БЕЗТИГЕЛЬНОГО ЕЛЕКТРОННО-ПРОМЕНЕВОГО ЗОННОГО ПЕРЕПЛАВУ |
| title | ОСОБЛИВОСТІ ПОБУДОВИ СИСТЕМ ЕЛЕКТРОЖИВЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОЇ УСТАНОВКИ БЕЗТИГЕЛЬНОГО ЕЛЕКТРОННО-ПРОМЕНЕВОГО ЗОННОГО ПЕРЕПЛАВУ |
| title_alt | PARTICULARITIES OF TECHNOLOGICAL SET-UP’S SUPPLY SYSTEM FOR NON-CRUCIBLE ELECTRON-BEAM ZONE MELTING |
| title_full | ОСОБЛИВОСТІ ПОБУДОВИ СИСТЕМ ЕЛЕКТРОЖИВЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОЇ УСТАНОВКИ БЕЗТИГЕЛЬНОГО ЕЛЕКТРОННО-ПРОМЕНЕВОГО ЗОННОГО ПЕРЕПЛАВУ |
| title_fullStr | ОСОБЛИВОСТІ ПОБУДОВИ СИСТЕМ ЕЛЕКТРОЖИВЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОЇ УСТАНОВКИ БЕЗТИГЕЛЬНОГО ЕЛЕКТРОННО-ПРОМЕНЕВОГО ЗОННОГО ПЕРЕПЛАВУ |
| title_full_unstemmed | ОСОБЛИВОСТІ ПОБУДОВИ СИСТЕМ ЕЛЕКТРОЖИВЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОЇ УСТАНОВКИ БЕЗТИГЕЛЬНОГО ЕЛЕКТРОННО-ПРОМЕНЕВОГО ЗОННОГО ПЕРЕПЛАВУ |
| title_short | ОСОБЛИВОСТІ ПОБУДОВИ СИСТЕМ ЕЛЕКТРОЖИВЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОЇ УСТАНОВКИ БЕЗТИГЕЛЬНОГО ЕЛЕКТРОННО-ПРОМЕНЕВОГО ЗОННОГО ПЕРЕПЛАВУ |
| title_sort | особливості побудови систем електроживлення технологічної установки безтигельного електронно-променевого зонного переплаву |
| topic | технологічна установка реактивні параметри високовольтний блок |
| topic_facet | technological set-up reactive parameters high voltage unit технологічна установка реактивні параметри високовольтний блок |
| url | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1104 |
| work_keys_str_mv | AT ûrčenkomm particularitiesoftechnologicalsetupssupplysystemfornoncrucibleelectronbeamzonemelting AT spírínvm particularitiesoftechnologicalsetupssupplysystemfornoncrucibleelectronbeamzonemelting AT senʹkoví particularitiesoftechnologicalsetupssupplysystemfornoncrucibleelectronbeamzonemelting AT ûrčenkomm osoblivostípobudovisistemelektroživlennâtehnologíčnoíustanovkibeztigelʹnogoelektronnopromenevogozonnogopereplavu AT spírínvm osoblivostípobudovisistemelektroživlennâtehnologíčnoíustanovkibeztigelʹnogoelektronnopromenevogozonnogopereplavu AT senʹkoví osoblivostípobudovisistemelektroživlennâtehnologíčnoíustanovkibeztigelʹnogoelektronnopromenevogozonnogopereplavu |