Посоветуйте литературу!

Особенно по конструированию катушек, хитрой намотке. Можно ли в чём-то промоделировать поле такой системы?
Электронная пушка для сварки в вакууме. Система отклонения по требованиям очень близка к тем, что применяются в ЭЛТ мониторах. Только угол отклонения в пределах 25 градусов.

По схемотехнике задача выглядит так: есть RL-нагрузка, нужно формировать такое напряжение на ней, чтобы была красивая пила тока частотой около 30кГц. Проц->ЦАПы->усилители. Какой можно получить результат, если делать так?

Область для меня совершенно неизведанная, покажите хотя бы, где копать.

Строчная развертка мониторов и телевизоров с ЭЛТ.
Достигалась хорошая линейность простыми чисто аналоговыми методами.

А вообще двигать лучами можно двумя способами: электростатикой (как в осциллографе) или катушкой (телевизор\монитор).
В телевизорах угол отклонения лучей был 110 град. Для ваших 25 даже и полегче будет.

Берут трансформатор и запитывают его короткими прямоугольными имульсами. Ток в его вторичной обмотке будет пилообразным. Ну еще цепи линеаризации.

Про фокусировку луча не забудьте, все же делали с магнитами постоянными в сочетании с магнитными катушками. А вообще то можете брать аналоговый осцилограф, выпускают до сего дня китайцы, точно. И использовать его ЭЛТ.

Извиняюсь спросить, это как? Ну, для общего развития, так сказать, просто с вакуумным напылением дело имел, а за сварку не слышал

P.S. Нашел, почитал, весьма впечатлен возможностями. Действительно, электростатическое отклонение тут никаким боком не подойдет, только магнитная фокусировка до анода и магнитное же отклонение - после. Такая же примерно система применялась в первых телевизорах, там угол отклонения луча был 30, но и энергия луча, конечно, на порядки меньше. Ну что ж, удачи в решении интересной задачи!

Schultz, Helmut (1993). Electron beam welding

А может, для начала взять и катушки от монитора? Вместе с платой из него же.

Зачем? В осциллографах отклонение электростатическое, не электромагнитное.

Для начала надо запастись вычислительными мощностями, либо арендовать мощности в облаках.
Потом разместить там вычислительный движок COMSOL или ANSYS.
Потом взять из их пакета демок модели фокусирующих катушек. Там есть как раз для фокусировки электронных лучей.
Оттюнинговать модель и начать параметрическую оптимизацию.
Делов не пару недель.

В развётрке телевизора жёстко задана пила, в пушке траектория луча задаётся программно, поэтому ЦАП.


Я уже разобрал один монитор. Может даже посмотрю, какое отклонение дают его катушки. Энергия электронов пушки 30-60кэВ, в ЭЛТ не знаю сколько, надо прикинуть.


Фокусирующие катушки значительно проще по конструкции чем то, что мне требуется (фото).
Можете порекомендовать, какой из этих двух пакетов проще в освоении? 8 Гб ОЗУ+Core i5 думаю хватит, чтобы посчитать такую задачу методом конечных элементов довольно быстро. Хотя конечно интересно увидеть анализ системы во временной области на разных частотах, но тут уже комп на пару дней задумается, да и пока жёсткой необходимости в этом нет.

В черно-белых (телевизионных) 10-15 кЭв, в цветных - 25-35 кЭв.
Так что, по сути, ОС от 90-градусного цветного кинескопа должна бы подойти Вам как она есть.

Если нужна именно пила, т.е. необходимо периодически максимально быстро менять направление тока амплитудой порядка десятка ампер в катушке на противоположное, то этот участок пилы можно сформировать только посредством колебательного процесса с киловольтным импульсом или подключением катушки на этом участке к киловольному же источнику, поэтому на этом участке никакие процы-цапы скорее всего не применить (во всяком случае в схемотехнике мониторов на ЭЛТ применялся колебательный процесс).

Что касается участков пилы с относительно медленным изменением тока, то они в мониторах с ЭЛТ формировались подключением к источнику постоянного напряжения с добавлением конденсаторов и индуктивностей, обеспечивающих S-коррекцию. Поскольку у Вас частота развертки одна, то схемотехника развертки в чем-то должна быть проще, чем в мониторах с ЭЛТ (там приходилось поддерживать много различных частот развертки). Скорее всего на этом участке требования к постоянству скорости луча в Вашем случае выше чем в мониторах, поэтому процы-цапы уместны.

Про конструирование катушек ничем помочь не могу.

Вы же в начале написали, что тоже пила.
Если нет - то тогда параметры траектории луча в студию.
(со скоростями изменения углов отклонения луча в процентах от макс. углов)
А то, может быть, придется все же делать электростатическое отклонение.

Разберите лучше телевизор, на вашем фото слишком навороченная ОС.

Какой у Вас ток луча?

А какой габарит вакуумной трубы под катушки? Катушки ведь прйдется снаружи ставить, а то в вакууме они перегреются (хотя иногда и так делают, но технически это сложнеее).
Какова энергия электронов (ускоряющее)? Катушки будут на трубе из зизолятора или из нержавейки?
Предполагается ли самокалибровка отклоняющей системы (например по видеокамере и экрану с люминофором при малом токе пучка)?
Поищите блоки отклонения лт передающих телевизионных трубок- там были как раз малые углы (по сравнению с кинескопами) а у особо древних трубок и подходящий диаметр горловины.

Уточню цифры:
Ускоряющее напряжение 30-60 кВ.
Мощность луча от 6 до 15кВт на разных пушках
Ток луча от 0,5 до 250 мА
Требуемы угол отклонения зависит от тех. процесса, для сварки - это +-15 градусов, есть задачи, где нужен больший угол, до +-45.

В [Назаренко О.К., Истомин Е.И., Локшин В.Е. Электронно-лучевая сварка, 1985] есть формула для оценки числа ампер-витков пары катушек, по ней мне по-максимуму нужно 200 ампер-витков, то есть, например, 4 катушки по 100 витков с током 1А максимум.


Сейчас используется схема с OPA544T на выходе, питание +-24В. На входе сигналы с ЦАПов. Работает, но не очень.


Пила - это тест работы системы, реальный сигнал может быть каким угодно. Например, приводы двигают пушку вдоль шва, а система отклонения пилообразно или по синусоидальному закону задаёт поперечное отклонение с частотой несколько килогерц для исключения подрезов. Угол тут минимальный, т.к. Есть еще технологии плавки, там луч расфокусирован и движется по площади тигеля.


Внешний диаметр может быть до 140-150мм, внутренний 75мм. Насколько большой будет перегрев пока непонятно, но катушки однозначно в вакууме, т.к. есть камера с объёмом больше 10 кубов, пушка подвижная.
Насколько понял, нужно экранировать систему отклонения, чтобы она не влияла на катушку фокусировки. Встречал в описании одной пушки, что там отклоняющие катушки помещают в циллиндрический корпус из стали 10880 или армко-железа.


В упомянутой книге говорится о необходимости разбивки на секции, "косинусной" намотки катушек, и отгибание краёв наружу для создания однородного поля внутри и исключения краевых. Мне интересно именно это, по-прежнему не могу найти литературу. И буду использовать ANSYS Maxwell 3D, так как не могу представить картину поля в той же катушке от монитора с ферритом.

Ну, либо, сделать электростатическую фокусировку

Калантаров и Цейтлин не помогут ? И см., конечно же, библиографию в конце книги:
http://www.toroid.ru/kalantarovPL.html

P.S. Во времена первых телевизоров суперЭВМ не было, но это не помешало разработчикам рассчитать отклоняющую систему. Конечно, сейчас трудно будет найти источники, на которые они опирались, но все же ...

Вам нужна схема не усилителя, а стабилизатора тока, управляемого напряжением.
Он должен поддерживать через катушку заданную величину тока в диапазоне 0 - 1 А.
А вот его выходное напряжение будет зависеть от максимальной скорости изменения тока. Если Вы хотите получить крутые фронты, т. е. быстрое отклонение луча, то из-за самоиндукции при резком изменении тока через катушку, будут получаться импульсы напряжения. Подсчет- по индуктивности, какая максимальная скорость изменения тока доступна с напряжением +-24В.

Еще внимательно почитал о вакуумной сварке, и смею предположить, что в чистом виде отклоняющая система ЭЛТ с "хитрой намоткой" и подход к ее конструированию для сварки, увы, не подойдут. Почему? Потому что какой бы хитрой не была форма катушек ОС ЭЛТ, во всех таких телевизорах имеются еще дополнительные модули и цепи коррекции растра, которые в зависимости от тока в кадровых катушках корректируют амплитуду и форму тока в строчных.
При том, что обе отклоняющие системы работают на фиксированных частотах.
При том, что энергия электронного луча в ЭЛТ на порядки меньше.
Ведь электронный луч в магнитном поле отклоняющих систем ведет себя примерно как проводник с током, так что, боюсь, без эксперимента не обойтись.
В осциллографических трубках, где применяется электростатическое отклонение, таких проблем в общем-то нет - пластины ровные, каждая пара пластин отклоняет в своей плоскости, никакой специальной формы пластин и взаимной коррекции отклоняющих напряжений нет (ну, в известных мне трубках).
В Вашем случае отклоняющая система уже выходит за рамки потешной задачи "показать кино" и выполняет вполне себе солидную роль "привода мощного электронного луча", соответственно и подход к проектированию я бы выбрал иной - позволю себе пофантазировать
Например, никто не заставляет размещать катушки друг на друге, как это делается в ЭЛТ, ведь колбы никакой нет, верно? Значит, можно сделать как в осциллографических трубках - разместить последовательно.
Первая отклоняющая система "ловит" сфокусированный луч и заставляет его отклоняться в одной плоскости. Вторая система воздействует на луч в другой плоскости.
В этом случае какой-то особой формы для первой системы, думаю, не потребуется. Для второй - возможно, что-то вроде сектора.
Хотя контролировать положение луча, наверное, придется, хотя бы по косвенным признакам - все-таки привод
Очень интересная задача, завидую

Автор озвучил энергию электронов в его пушке - 30-60кэВ. В цветном телевизоре - 25-30 кэВ. Это, далеко не порядки. Учитывая, что ОС для ЭЛТ обычно способна отклонять 25-30 кэВ луч на 90 (+-45) градусов, то, по идее, должна отклонить и 60 кэВ на искомые 25 градусов.

А корректировки токов сделать, управляя им от ЦАП, значительно проще, чем те самые аналоговые конструкции старых телевизоров.


Хм. А может, проще не луч перемещать, а деталь?

А от величины тока луча точно ничего не зависит ? В цветном телевизоре - около 1 мА,в "сварной" пушке не менее ампера

Если это действительно так, то схемотехника мониторов с ЭЛТ скорее всего не подойдет, т.к. для них принципиально жестко заданы прямой (полезный) и обратный ход луча, которые и образуют именно пилообразную форму тока со всеми вытекающими особенностями.
Это имеет место как для развертки по строкам, так и по кадрам. Но в кадровой развертке форма напряжения на ОС практически одинакова с формой тока (за исключением обратного хода) и используется схемотехника обычного усилителя, а в строчной - никакого соответствия форм напряжения и тока, и импульсная схемотехника (применяемая аналоговая коррекция этого принципа не меняет). А угол отклонения луча по строкам и кадрам не сильно отличается. Все эти особенности определяются параметрами отклоняющей катушки, соотношением ее R и L. В строчной катушке оно одно, в кадровой другое, а у Вас скорее всего третье (при некоторой похожести форм катушек).
Да, задача интересная.

не должно. магнитное поле действует на каждый электрон отдельно, сколько бы их там рядом не летело.

Зато электростатическое отталкивание от соседей действует - луч расширяется.

Ну это больше вопрос к фокусировке, нежели к отклоняющей системе. Кстати, под отклоняющей системой он, вполне себе, еще широкий и так.

Да, в схеме уже используется ОС по току. Как будут готовы новые катушки, посмотрим, возможно придётся повысить питание.


Решил прототип сделать и провести испытания. Катушки седловидные, все на одном каркасе все, похожем на ротор двигателя, только катушки шире и с одной концентрической секцией для каждой. С Maxwell намучился, нормально настроить не смог, попробую еще Comsol Multiphysics. Каркас придумал интересный, еще экран нужен, отличный повод освоить пакет. Интересно, да)


Не выйдет. Бывают очень тяжёлые детали, перемещать нужно быстро.

А не сгорят они в вакууме?

А почему не рассматривается электростатическое отклонение луча? Вроде бы, с ним проблем в сумме должно быть меньше. Не надо резко менять токи в индуктивностях, греться там нечему, катушки хитровыделанные мотать не надо...

Похоже оценили роль производительности.
С Core i5 тут нечего делать, тем более в 3D.

Maxwell вообще заточен на применение сторонних серверов как видно из их рекламы.

Я тоже предлагал электростатику.
Но тут пришла новая идея: сделать одну откл. катушку и крутить ее сервоприводом вокруг оси луча.

И питание на катушку (скорее всего речь про амперы) подавать через скользящие контакты

Зачем? Ее же на +-180 крутить надо. А не на 720 или 1440

И, дополнительно к одной сложной задаче - сделать катушку со сложной конфигурацией и непростым электронным управлением, дополнительно решать задачу по прецизионному управлению электромеханического привода. Полагаю, исходная задача несколько сложнее, чем просто попасть в глаз лазером на расстоянии пары метров. Да и одной катушкой тут не обойтись.

Здраствуйте работаю над подобной установкой !
нарыл кое какие сведения:

http://metallicheckiy-portal.ru/articles/s...ronnie_pushki/4



таким образом ток луча зависит от мощности эмитера
грубо говоря разогрев фольфрамовую проволоку можно получить очень мощный поток электронов
прилагая при этом не так много энергии....

но встает вопрос:

обычный строчник и умножитель ЭЛТ развивает мощность около 25-30 ват(100-200мкА)
при этом напряжение анода (разность между конечным анодом и катодом) 20кв

смотрим мощность сварочной пушки (
http://metallicheckiy-portal.ru/articles/s...tronnie_pushki) = минимум 3кватт!

телевизор потребляет максимум 70 ватт
както не соотносится....

дополнительно посмотрел на источники питания для лучевых пушек
там ящики метр на метр! и мощностью по 6 кВт!
я понимаю что там на вакум еще требуется пару киловат но куда останое девать?

правильно ли я понимаю что нужно не только иметь мощный эмитер (стержень диаметром 0,6 мм нагретый до 2000град.) но и такой же мощный источник высокого напряжения(20кв\40мА)?

или достаточно разогреть вальфрам до 2000град относительно слабым низковольтным источником(300ватт) и приложить ускоряющее напряжение с малым колвом ампер как в элт?

Дорогой infoman!
Перечитайте Правила. Кроме выделенных ошибок хотелось бы напомить, что в русском языке некоторые зануды используют еще и знаки препинания. Что и Вам рекомендую.

Абсолютно правильно понимаете. Потому что эмитированные электроны даже при высокой температуре сами по себе имеют ничтожную энергию, соответствующую долям вольта. Их надо ускорять приложением высокого напряжения.




Причем высоковольтный источник должен обеспечивать соответствующий ток. Если он по току будет слабым, то не сможет ускорить все электроны, испущенные эмиттером.

Кстати, сейчас пошло новое веяние- прямонакальный катод с индукционным нагревом. Вольфрамовый стержень заостренный (катод) , вокруг которого находится катушка ВЧ индуктора, возможно даже не в вакууме, а например снаружи на высоковольтном изоляторе.

Какой же он тогда прямонакальный? Самый что ни на есть косвенно

А как его называть? Прямонакальный токами высокой частоты. Никакого теплопереноса от грелки нет, поэтому и косвенного накала назвать нельзя. Индуктор если правильно расположить, легко развязать по питанию от высокого напряжения- отпадает проблема плавающего под ВВ потенциалом схемы накала. А высоковольтный каскадный трансформатор-выпрямителя типа ТДКС интегрировать прямо в конструкцию катодного изолятора, избавившись от высоковольтных проводов. Питание ТДКС от импульсного источника резко уменьшает габариты- древние монстры с ВВ трансформаторами на 50 Гц для самостроя малореальны.
Мне нечто подобное сейчас понадобилось в качестве системы экспозиции для электронной литографии. Сначала смотерл на студенческий электронный микроскоп Hitachi Analytical TableTop SEM / Benchtop SEM TM3030 http://www.hht-eu.com/cms/19823.html но не все что надо лезет в такие габариты- прийдется самому разрабатывать. Если кроме режима SEM он и экспонировать электронорезист, и варить пучком металл сможет- будет прикольно :-)

Попытаться использовать автоэлектронную эмиссию не думали?

как ни крути а мощность хотябы в 350-600ват прилагать нужно
это луч мощностью 0.8-3мА
а мощность предполагает габариты....

например
смотрите в сторону ВВ источников от неоновых ламп
там блоки питания в 350 ватт уже достаточно габаритные...

з.ы. есть у кого расчеты мощности умножителей?
мож кто посчитает?


допустим диоды можно использовать КЦ202е
а вот конденсаторы посчитать нужно...

советские схемы маломощных ип для пушек
http://metallicheckiy-portal.ru/articles/s...ronnix_pushek/3
думаю все это можно заменить на полупроводники
однако стоит ли овчинка выделки?
КЦ202е стоит в районе 250р\шт
готовый генератор неоновой лампы (восе в сборе) в районе 150$
отень мощная штука
http://www.alibaba.com/product-detail/NT-O..._313750857.html

вот цена на ибее
http://www.ebay.com/itm/NEW-Franceformer-1...n-/121030219757

думаю идеально подойдет для маленькой пушки
400ватт
15кв
30мА

собственно вот зарубежный опыт так сказать в железе:
http://www.instructables.com/id/DIY-Electr...Ray-Tube-in-a-/

там использовали именно готовый неоновый генератор

но так как мужик не откачал весь газ, получилась холодная неонка
полетят ли запитанные от такого источника вв, нужной мощности электроны не понятно....

в русской литературе еще и особые требования к импульсам описаны

Сейчас проще начинать строить сварочный источник с инвертора от СВЧ печки. Обвесить умножителем на тех же ВЧ высоковольтных диодах (кстати, может кто подскажет их марку).
Накал перемотать или проводом в очень тостой изоляции, или переходить на косвенный накал.
По поводу ТДКС- конечно имелся вииду не телевизионный ТДКС, а каскадный трансформатор-выпрямитель с использованием собственных емкостей обмоток для умножения. Выглядит как катодный изолятор на котором находятся катушки и диоды. Там вся хитрость в магнитопроводе, ктороый одновременно работает магнитным экраном для электронной пушки, чтобы трансформатор не влиял на пучек. Может кто встречал чертех в разрезе- было в каком-то американском патенте.

С умножителями лучше не связываться более 4 - 5 ступеней.

Я экспериментировал: нужен был источник 30кВ, микроамперного тока. Взял трансф. 220/1000В, и после него 40 ступеней умножения на 50Гц, с диодами.
Нифига не получилось. Весь заряд стекал через коронирование. Залил всё парафином - не помогло: 15кВ и баста! - дальше начинается проводимость. Воздух работает как стабилитрон на 15кВ. А мощность умножителя очень маленькая. Ее можно оптимизировать, если емкости на первых ступенях брать больше (поскольку они питают и нагрузку, и последующие ступени).
Но все равно длинный умножитель - для токов незначительных.

Еще был опыт: взял ТВС от старинного лампового ТВ, и запитал его от "электронного трансформатора" для галогенок. (То есть "родной" понижающий ВЧ трансф. на колечке отпаял, а вместо него включил первичную обмотку ТВС).
Если не в резонансе, то генератор не запускается. Нужно подобрать, на каких из многих выводов первички запустится. Когда запустился, мощность получилась для ТВС очень большой. Дуга перекрывала сантиметра четыре, потом высоковольтную катушку пробило.
Дальше экспериментировал с другими вариантами (не нужна была такая мощность), но думаю, что для больших мощностей это подходящий путь.
И не такой дорогой, как на Алибабе.

Просто надо правильно умножители делать. Трансформатор брать на 4-5 кв- еще не так страшно по изоляции, а ступеней умножения меньше. И частота 50 гц- это прошлый век, уходим на килогерцы, возможно резонансно, но там настраивать все каскады на одну общую частоту- искусство.
Вот гляньте http://www.glassmanhv.com/ByWattage/os_series.shtml
Но это без интерграции в колонну электронной пушки.

диоды КЦ202 и выше...



а какие емкости до 15 кv нужно?
есть подробная схемка с номиналами кондюшников?
диоды планирую кц202

судя по внешнему виду коробы генераторов неоновых ламп заливают компаудом
и если большой мощности генераторы то разводят выходные рога по разные стороны короба на вв изоляторах
читай зазор порядка 300мм

а вот маломощный неоновый генератор

судя по внешнему виду там вообще нет трансформатора
только высокочатотный генератор и умножитель

http://cds.cern.ch/record/555733/files/foaa012.pdf

Ну не было у меня такого, а мотать было влом))))
Я знаю. Но трансформатор такой - был! И диодов низкочастотных - много))))

Напряжение определяется количеством ступеней умножения. А емкости определят максимальный ток, который можно получить в нагрузке.
Их надо выбирать такими, чтобы при номинальном токе, на них напряжение не падало бы сильно.


Я делал вот по этой схеме

и так далее продолжая ее в длину, всего- 40 мостов было. Обмотку трансформатора лучше подключать непосредственно к первому мосту, конденсаторы С1 и С5 не нужны.

Емкости Вам придется выбирать под свою частоту и ток.
Те, которые по краям, питают мост, в начальных ступенях должны быть больше. В идеале - равномерно убывать, но это замучаешься подбирать.
Я брал так:
первые 10 ступеней - 0.1 мкф, вторые 10 ступеней - 47н, третьи 10 - 22н последние 10 - 4.7н
т.е. приблизительно в два раза меньше.
Те, которые в середине (в диагоналях мостов) - все одинаковые, равные последней ступени, 4.7н (поскольку ток через них одинаков).

а конденсаторы ближе к выходу должны быть равны выходному напряжению ступени(максимальное поддерживаемое напряжение)?
или они все должны поддерживать максимальное напряжение на которое расчитан умножитель?

требуется как минимум 15кв\30mA а лучше 15кв\100мА

основа МОТ микроволновки 1квт выход 2000в 50 герц

там уже есть одна ступень до 4кв

В указанной мною схеме все конденсаторы заряжаются до одного и того же напряжения - амплитудное с транса. Т.е. у Вас - до 2829 В. Диоды должны выдерживать удвоенное амплитудное.

В других схемах умножителей конденсаторы заряжаются до удвоенного амплитудного, но у них меньше ток и хуже пульсации, потому что выпрямление однополупериодное, зато конденсаторов меньше на треть, а диодов меньше вдвое.

В указанной мною схеме больше конденсаторов и она дает больший ток.
Для вашего случая в ней должно быть 6 ступеней:
1-я ступень - два конд. 1.5 мкф
2-я - 2 х 0.82 мкФ
3-я - 2 х 0.47 мкФ
4-я - 2 х 0.22 мкФ
5-я - 2 х 0.1 мкФ
6-я - 2 х 47 н
в диагоналях мостов - 6 конд. по 47н
ВСЕ - на напряжение не меньше 3 кV (и это будут габариты - ого-го)

Все диоды на напряжение не меньше 6 кV, и ток 50 mA (половинный от общего).

Для транса от микроволновки первую ступень нельзя подключить без конденсаторов, потому что один вывод высоковольтной обмотки такого транса уже заземлен внутри на сердечник. С этим вообще говоря проблема, и надо бы получше подумать, как подключать. У меня оба конца обмотки были свободны.

Короткое замыкание или пробой в нагрузке диоды не выдержат, потому что пройдет мощный импульс разряда конденсаторов. Для защиты, на выходе умножителя ставят последовательно цепочку двухваттных резисторов по килоому. Цепочку - это потому что один будет легко перекрыт разрядом.

неее посмотрел цены это золотой вв получается....


может повысить частоту?
блин потери в мощности будут....




диаганали это с2 с4? по схеме

все точно 6, туплю

Да.

Повышение частоты не проблема, но диоды тогда тоже должны быть высокочастотными.