CS196854B1

CS196854B1 - Connection of the feedback regulation loop

Info

Publication number: CS196854B1
Application number: CS786677A
Authority: CS
Inventors: Jaromir Hustak
Original assignee: Jaromir Hustak
Priority date: 1977-11-29
Filing date: 1977-11-29
Publication date: 1980-04-30

Description

(54) Zapojení zpětnovazební regulační smyčky(54) Feedback control loop wiring

Vynález se týká zapojení zpětnovazební regulační smyčky s vysokofrekvenčním přenosem regulační odchylky v obvodu vysokonapěťového zdroje pro elektronovou trysku elektronové svářečky k řízení svařovacího proudu.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a feedback control loop with high frequency control deviation in a high voltage source circuit for an electron gun of an electron beam welding machine to control the welding current.

U elektronových trysek je velikost proudu vycházejícího svazku elektronů všeobecně řízena velikostí napětí řídicí elektrody — Wehneltova válce, vztaženého k potenciálu katody. Závislost mezi proudem svazku elektronů a řídicím předpětím je jednoznačně dána původní charakteristikou daného systému. Způsob provozu, tj. například různé urychlovací napětí a mnohdy i konstrukce elektronových trysek (po výměně katody není zaručená zcela přesná její poloha vůči Wehneltovu válci), nezajišťuje neměnnost této charakteristiky. Dále jemnost regulace proudu je závislá na strmosti původní charakteristiky, čili na poloze pracovního bodu — velikosti proudu trysky. U elektronových svářeček, kde anoda systému je uzemněna a katoda a Wehneltův válec jsou na vysokém záporném potenciálu, je praktické provedení regulace proudu znesnadněno i touto okolností.In electron guns, the magnitude of the current of the emerging electron beam is generally controlled by the magnitude of the voltage of the control electrode-Wehnelt cylinder, relative to the cathode potential. The dependence between the electron beam current and the control bias is clearly given by the original characteristic of the system. The mode of operation, i.e. the different acceleration voltages and often the design of the electron guns (after replacing the cathode its exact position relative to the Wehnelt cylinder is not guaranteed), does not ensure that this characteristic remains invariant. Furthermore, the fineness of the flow control is dependent on the steepness of the original characteristic, or the position of the operating point - the size of the jet flow. In electron welding machines where the anode of the system is grounded and the cathode and the Wehnelt cylinder are at a high negative potential, the practical implementation of current regulation is also made difficult by this circumstance.

Jeden z dosavadních způsobů regulace bylo zapojení přepínače katodových odporů. Jak již bylo řečeno, pracuje katoda na vysokém záporném potenciálu, je nutno pře2 pínač umístit ve zvláštním vysokonapěťovém dílu a vlastní mechanický ovládací prvek izolovaně vyvést. Kromě mechanické náročnosti konstrukce má tento způsob i další nevýhody: regulace proudu je po skocích, nastavená velikost závisí též na poloze katody a stupni jejího nažhavení, při výbojích v trysce dochází k poškození odporů.One of the previous methods of regulation was the connection of a cathode resistor switch. As already mentioned, the cathode operates at a high negative potential, the switch must be placed in a separate high-voltage part and the mechanical actuator itself must be isolated. In addition to the mechanical difficulty of the design, this method has other disadvantages: current regulation is stepped, the size set also depends on the position of the cathode and the degree of its heating, the discharges in the nozzle damage the resistors.

Jiný způsob regulace používá oddělovací transformátor, kde transformované napětí odvozené ze sítě je na vysokonapěťové straně usměrněno. Nevýhodou je opět závislost proudu na stavu katody, značná časová konstanta usměrňovače a okolnost, že regulace je ovlivněna kolísáním napětí sítě.Another method of control uses a decoupling transformer where the transformed voltage derived from the mains is rectified on the high voltage side. The disadvantage is again the current dependence on the cathode state, a considerable time constant of the rectifier and the fact that the regulation is influenced by fluctuations in the mains voltage.

Tyto dosavadní nevýhody odstraňuje zapojení zpětnovazební regulační smyčky s vysokofrekvenčním přenosem regulační odchylky v obvodu vysokonapěťového zdroje pro elektronovou trysku elektronové svářečky k řízení svařovacího proudu, sestávající ze zdroje žhavícího proudu spojeného s vláknem katody a se zdrojem vysokonapěťového zdroje urychlovacího napětí. Podstatou vynálezu je, že kladná svorka zdroje urychlovacího napětí je spojena jednak přes odpor s nulovým potenciálem a jednak s jedním vstupem rozdílového zesilovače, jehož druhý vstup je spojen s výstupem programátoru, zatímco výstup rozdílového zesilovače je spojen S vysokofrekvenčním ge196 854These prior art drawbacks are eliminated by connecting a feedback control loop with high frequency transmission of control deviation in the high voltage source circuit for the electron gun of the welding machine to control the welding current, consisting of a glow current source coupled to the cathode fiber and a high voltage accelerator voltage source. It is an object of the invention that the positive terminal of the acceleration voltage source is connected both via a zero-potential resistor and on one side with a differential amplifier input, the other input of which is connected to the programmer output, while the differential amplifier output is connected to the high frequency ge196 854

196 854 nerátorem spojeným s oscilátorem a s primárním vinutím oddělovacího transformátoru, jehož sekundární vinutí je spojeno přes usměrňovač, filtr s vláknem katody a s řídicí elektrodou.196 854 by an unconnector connected to the oscillator and to the primary winding of the isolation transformer, the secondary winding of which is connected via a rectifier, a cathode fiber filter and a control electrode.

Zapojení podle vynálezu má tyto hlavní výhody: regulace proudu je praktický zcela lineární. Velikost nastavovaného proudu je nezávislá na urychlovacím napětí, na poloze katody (uvnitř regulačního rozsahu), na teplotě katody, pokud je emisní schopnost ještě dostatečná. Rychlá regulace zabraňuje při přeskocích vysokého napětí v trysce nárůstů proudu elektronového svazku. Zapojení umožňuje doplnit svářečku elektronickým programovým vybavením.The wiring according to the invention has the following main advantages: current regulation is practically completely linear. The magnitude of the set current is independent of the acceleration voltage, the position of the cathode (within the control range), and the cathode temperature if the emission capability is still sufficient. Quick regulation prevents the electron beam current from rising in high voltage jumps. The wiring enables to supplement the welder with electronic software.

Vynález blíže objasní výkres, na kterém je uveden příklad zapojení podle vynálezu.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention is illustrated in greater detail in the drawing.

Na přiloženém výkresu je schematicky znázorněna vakuová komora 15 elektronové svářečky se svařovaným předmětem 16. Ve zúžené části vakuové komory 15 je umístěna anoda 14, za ní řídicí elektroda 13 a katoda 12, jejíž vlákno je spojeno se sekundárním vinutím žhavícího transformátoru 11 ve vysokonapěťovém obvodu 10. Se sekundárním vinutím žhavícího transformátoru 11 je spojen jeden vývod vysokonapěťového zdroje 1 urychlovacího napětí. Jeho druhý vývod je spojen přes odpor 2 s nulovým potenciálem a ještě s jedním vstupem rozdílového zesilovače 3. Jeho druhý vstup Je spojen s programátorem 4, který je druhým výstupem spojen se zemí. Vysokofrekvenční generátor 5 je spojen s výstupem rozdílového zesilovače 3 a dále s oscilátorem 6. Výstup vysokofrekvenčního generátoru je spojen s primárním vinutím oddělovacího transformátoru 7, jehož sekundární vinutí je spojeno se vstupem usměrňovače 8. Výstup usměrňovače je spojen přes filtr 9 do uzlu s vláknem katody 12 a druhým vývodem s řídicí elektrodou 13.The attached drawing shows schematically the vacuum chamber 15 of the electron welder with the welded object 16. In the narrowed portion of the vacuum chamber 15 an anode 14 is placed, followed by a control electrode 13 and a cathode 12 whose fiber is connected to the secondary winding of the heater transformer 11 in the high voltage circuit 10. One outlet of the high-voltage acceleration voltage source 1 is connected to the secondary winding of the heating transformer 11. Its second terminal is connected via a resistor 2 with zero potential and with another input of the differential amplifier 3. Its second input is connected to the programmer 4, which is connected to ground by the second output. The high-frequency generator 5 is connected to the output of the differential amplifier 3 and further to the oscillator 6. The high-frequency generator output is connected to the primary winding of the isolation transformer 7, the secondary winding of which is connected to the rectifier input. 12 and a second terminal with a control electrode 13.

Zapojení pracuje za provozu svářečky takto: přímožhavená katoda 12 emituje proud svazku elektronů, který dopadá na svařovaný předmět 16 ve vakuové komoře 15 elek-The wiring works in operation of the welder as follows: the red-hot cathode 12 emits an electron beam current which strikes the workpiece 16 in the vacuum chamber 15 of the electrode.

Claims

SUBJECT

Feedback control loop with high frequency control deviation in high voltage source circuit for electron gun welding electron gun for welding current control, consisting of a glow current source connected to the cathode fiber and a high voltage acceleration voltage source, characterized in that the positive terminal of the source (1) The acceleration voltage is connected both via a resistor (2) with zero potential and partly with throne welding machines. The energy to the electron beam is supplied by a high voltage acceleration voltage source 1 UV. Current of the same value flows through the resistor 2 and on which creates a voltage drop U. This voltage is compared with a differential amplifier 3 the voltage U _ref supplied from the programmer 4. Output voltage of the differential amplifier 3 is proportional to the control deviation U-U _re f selectively modulates a high frequency generator 5, which is excited by the harmonic oscillations from the oscillator 6. The generated high-frequency voltage is fed to the high-frequency tuned decoupling transformer 7. The decoupling transformer 7 is located in the high voltage circuit 10 and its windings must be reliably isolated to the acceleration voltage U »n. The AC voltage from the secondary winding of the isolation transformer 7 is rectified by the rectifier 8, smoothed by the filter 9, and the DC voltage thus obtained is applied to the control electrode 13 of the nozzle. If the condition is that open loop transmission F _o = AkpTsRn> 1, where A is the gain of the differential amplifier 3, k is the ratio of the oscillation amplitude of the high-frequency generator 5 to the modulation voltage, p is the isolation transformer 7, τ is the rectifier 8 and filter 9, s is the nozzle steepness at a given operating point; and ¹

Rn is the magnitude of resistor 2, rj then holds for a steady-state value: I = - ^ _ ·

The stability of this feedback loop is given by the frequency response F _o (&>) according to the Nyquist criterion, for example, and also the speed of the loop control depends on F ₀ (<y). The adjustment of F ₀ (<w) can be done by changing the frequency response, in particular by differential amplifier 3 and filter 9.

Output voltage U _re t of programmer 4 can have different time course and magnitude, so that we can to some extent automate the welding process.

OF THE INVENTION one input of a differential amplifier (3), the other input of which is connected to the output of the programmer (4), while the output of the differential amplifier (3J) is connected to a high frequency generator (5) connected to both the oscillator (6) and the primary winding 7J, the secondary winding of which is connected via a rectifier (8J, a filter (9) to the cathode fiber (12) and to the control electrode (13).