Электронные бомбардеры
К.т.н. Марков Виктор Григорьевич
тел. в Москве. 8-916-122-4067
e-mail: tehnolog_neon@mail.ru
Дпя прогрева стекла и электродов газосветных ламп при их изготовления на
вакуумных постах обычно используют мощные высоковольтные трансформаторы
(бомбардеры). Поскольку при проведении этого процесса необходимо менять выходной ток бомбардера в электрических схемах откачных постов используют дополнительные устройства – регуляторы тока. Они вкпючаются последовательно с первичной (низковольтной) обмоткой мощного трансформатора. В качестве регуляторов используют:
- Дроссель с выдвижным сердечником (choke);
- Дроссель насыщения (variabl -controlled choke);
- Тиристорный регулятор мощности.
Дросселями с выдвижным сердечником обычно комплектуются мини-заводы фирмы DACO NEON EQUIPMENT . По физической сути они представляют собой индуктивные сопротивления в цепи переменного тока. Конструктивно эти дроссели состоят из катушки и стального сердечника. Величина индуктивного сопротивления дросселя прямо пропорциональна магнитному потоку и обратно пропорциональна току. Регулирование индуктивного сопротивленния достигается, в данном случае, изменением величины магнитного потока при выдвижении сердечника из катушки. Регулирование требует больших мышечных затрат и сопровождаеся дребезжащим звуком. Кроме того, диапазон регулирования тока ограничен, что создает трудности при прогреве коротких ламп малого диаметра.
Дроссели насыщения так же являются регулируемыми индуктивными сопротивлениями. Принцип действия основан на изменении индуктивности под действием магнитного потока, создаваемого постоянным током в дополнительной (управляющей) обмотке. Ток управления значительно меньше регулируемого. Изменение тока управления осуществляется относительно мапомощными и малогабаритными устройствами, такими как автотрансформаторы, либо тиристорные регуляторы. Дроссели насыщения более удобны в эксплуатации менее шумные и обладают более широким диапазоном регулирования. Подобными регуляторами комплектуются мини-заводы фирмы EGL.
.
Общими недостатками дроссельных регуляторов являются:
- Большой вес и габариты;
- Ограниченный диапазон регулировки тока;
- Повышенный рабочий шум;
- Высокая стоимость;
- Большое энергопотребление;
Необходимость в дополнительных устройствах (автотрансформаторы, тиристорные регуляторы).
Использование мощных электронных (тиристорных) регуляторов вместо регулируемых дросселей снимает многие проблемы. Существенно уменьшаются габариты и вес регуляторов, увеличивается диапазон и плавность регулировки, снижается стоимость. Однако тиристорные регуляторы плохо работают с индуктивной нагрузкой. Наблюдаются большие индуктивные потери в первичной обмотке бомбардера, что ухудшает прогрев стекла и электродов газосветных ламп. Практика показывает, что регулирование тока с помощью тиристорного регулятора эффективно лищь для бомбардеров относительно малой мощности. Тем не менее, регуляторы этого типа используются как в иностранных (Италия), так и в отечественных («Аякс», «Русский свет») откачных постах,
Обзор существующей аппаратуры показывает, что для электровакуумной
обработки газосветных ламп используется не одно, а целый комплекс дорогостоящих,
громоздких, тяжелых и энергоемких устройств. Поскольку все перечисленные устройств
работают на частоте 50-60 Гц, то Ожидать улучшения их характеристик бессмысленная трата времени.
Поэтому три года тому назад была предпринята попытка создания
принципиально нового устройства для проведения злектровакуумных операций –
электронного бомбардера.
В его основу был положен принцип электронного преобразователя
(инвертора). Примерами реализации этого принципа являются высокочастотные
электронные газосветные трансформаторы, электронные сварочные трансформаторы и
многое другое.
При проектировании решались следующие задачи. Электронный
бомбардер должен:
- совмещать функции трансформатора и регулятора тока;
- иметь малые габариты и вес:
- иметь широкий диапазон регулировки выходного тока;
- обеспечивать надежное зажигание обрабатываемых на посту ламп и поддержание
устойчивого разряда в процессе обработки;
- обеспечивать защиту устройства «от дурака»
- обеспечивать защиту персонала от высокого напряжения.
В результате был создан опытный экземпляр со следующими параметрами:
- габариты: 500 х 500 х 600мм
- вес: 30кг
- Напряжение холостого хода- 10KB
- Максимальный ток- 1А.
Конструктивно бомбардер выполнен в виде основного силового блока,
измерителя тока и малогабаритного блока управления. В последнем размещен тумблер
включения высокого напряжения и потенциометр регулятора тока. Силовой блок содержит
источник питания (трехфазный), генератор, инвертор, выходной высокочастотный
повышающий трансформатор и приборный вентилятор охлаждения. При моделировании не ставилась задача оптимизации габаритных и весовых характеристик, поэтому силовой блок содержит большой обьем свободного пространства.
Эксплуатация опытного экземпляра в теченйе трех лет показала следующее.
- Во-первых, прогрев стекла и электродов протекает быстрее, чем при использовании обычных бомбардеров. Связано это с особенностями протекания физико- химических процессов в плазме разряда повышенной частоты. Можно отметить следующие моменты. Напряжение зажигания и напряжеиие горения имеют меньшие значения, чем для разряда частотой 50Гц. В описываемом типе разряда имеют место колебательные движения в такт быстропеременного поля. При таком движении электрон, ускоряемый полем то в одну, то в другую сторону, не просто летит от одного электрода к другому, а описывает в газе длинный путь с многократными поворотами. Большая длина пути, пробегаемая электроном, приводит к повышению вероятности встречи электрона с атомом газа и интенсивной ионизации. Все это приводит к увеличению эрозионной способности плазмы, а значит к улучшению очистки внутренней поверхности стекла и электродов от газовых и органических примесей.
- Во-вторых, токи обработки при обезгаживании стекпа и электродов, а также при активировании электродов оказались на 30-40% ниже, чем при обработке на частоте 50Гц. Максимальный ток обработки ламп с электродами диаметра 18мм не превышал 450- 500 мА.
- В-третьих, не подтвердились опасения, что применение тока повышенной цастоты может привести к пробоям между различными частями ювелирных ламп. Повышенная пробивная способность была успешно скомпенсирована применением пониженных токов обработки.
- B-четвертых, процессы плазменной обработки носят стабильный и
управляемый характер в очень широком диапазоне давлений (0.1- 20 Торр) и токов 30-600 мА.
Опыт трехлетней бесперебойной работы электронного бомбардера, на наш
взгляд должен снизить радус недоверия к электронным устройствам описанного типа.
Схема оказалась вполне надежна как в условиях нормальной работы, так и во внештатных ситуациях (режим холостого хода, внезапная разгерметизация вакуумной системы и т.д.).
Для успешного внедрения нового типа бомбардера в газосветное производство необходимо решить две проблемы
-
Преодолеть инерцию технического мышления;
Организовать продвижение данной разработки на рынок технологического
оборудования.
В конце статьи рад сообщить, что создан и испытан новый улучшенный
вариант электронного бомбардера. Он собран в стандартном компьютерном корпусе,
снабжен несколькими степенями защиты, оснащен системой стабилизации тока разряда,
что делает управление электровакуумным процессом изготовления газосветных ламп
почти идеальным. Эта разработка, на наш взгляд, может стать базовой для создания
серийного технологического оборудования нового поколения.
|
