Магнитотиристорный формирователь импульсов для накачки лазера на парах металлов

 

.Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для питания лазеров на парах металлов. Целью изобретения является повышение крутизны фронта импуль 3 f сов в нагрузке при одновременном повьпиении стабильности работы, снижение массы и габаритов формирователя импульсов. Формирователь импульсов содержит тиристорный генератор 1 с импульсным трансформатором 2, п магнитных звеньев (3-1)-(3-п) сжатия, соединенных последовательно, газоразрядную трубку 4. Каждое звено сжатия содержит конденсатор 5, нелинейный дроссель 6, дополнительньй конденсатор 7, резистор 8. Тиристорньй генератор 1 выполнен на основе двух коммутационных блоков, каждый из которых содержит дроссели, три тиристора и конденсатор. Схема генератора приводится в описании изобретения . Дроссели 6 и трансформатор 2 вьтолнены на сердечниках из аморфных сплавов, что позволяет существенно снизить потери на перемагничивание. 3 ил. 2 & (Л Ъ 2 Ъ П а ел ;о 4 О1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН цр4 H 03 К 3/53

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И д BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

З.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЖЗБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4209972/24-21 (22) 06.02.87 (46) 15.03.89. Бюл. Ь . 10 (71) Ленинградский политехнический институт им. H..И.Калинина (72) P.È.Îêóíåâ, Л.Н.Пахомов, А.Г.Петраков, В.Ю.Петрунькин и А.Л.Степанянц (53) 621.374 (088.8) (56) Гарбер И.С. Магнитные импульсные модуляторы, 1964, с. 71, рис. 2.7.

Авторское свидетельство СССР

N- 1290992, кл. H 03 К 3/53, 1983. (54) МАГНИТОТИРИСТОРНЫЙ ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСОВ ДЛЯ НАКАЧКИ ЛАЗЕРА

НА ПАРАХ МЕТАЛЛОВ (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для питания лазеров на парах металлов. Целью изобретения являет-. ся повышение крутизны фронта импуль„„SU„„1465945 А1 сов в нагрузке при одновременном повьглении стабильности работы, снижение массы и габаритов формирователя импульсов. Формирователь импульсов содержит тиристорный генератор 1 с импульсным трансформатором 2, и магнитных звеньев (3-1)-(3-и) сжатия, соединенных последовательно, газоразрядную трубку 4. Каждое звено сжатия содержит конденсатор 5, нелинейный дроссель 6, дополнительный конденсатор 7, резистор 8. Тиристорный генератор 1 выполнен на основе двух коммутационных блоков, каждый из которых содержит дроссели, три тиристора и конденсатор. Схема генератора приводится в описании изобретения. Дроссели 6 и трансформатор 2 выполнены на сердечниках из аморфных сплавов, что позволяет сущестЭ венно снизить потери на перемагничивание ° 3 ил.

146.594 5

Изобретение относится к импульсной технике.и может быть использовано для питания лазеров на парах металлов

Цель изобретения — повышение крутизны фронта импульса в нагрузке о при одновременном повышении стабильности работы, снижение массы и габа ритов магнитотиристорного формирователя импульсов.

На фиг.1 изображена структурная лектрическая схема предлагаемого агнитотиристорного формирователя мпульсов; на фиг.2 — пример выполения тиристорного генератора; на иг.3 — кривые перемагничивания морфного сплава и пермаплоя.!

Магнитотиристорный формирова1тель импульсов для накачки лазера на парах металлов содержит тиристорный генератор 1 с импульсным трансформатором 2 на его выходе, и магнитных звеньев 3-1 — 3-п сжатия по1 следовательно соединенных„ вход первого из которых соединен с повышаю цей обмоткой импульсного трансформатора 2, выход последнего соединен с ( потенциальным выводом газоразрядной трубки 4, причем каждый из п магнит »»ых звеньев 3-1 — 3-п сжатия содер( сит конденсатор 5 и нелинейный дроссель 6, дополнительный конденсатор

7, резисторы 8, дополнительный кьненсатор 7 подключен параллельно азоразрядной трубке 4, в каждом з и магнитных звеньев 3-1 — 3-и сжатия параллельно конденсатору 5 »одключен резистор 8, причем нели»»ейные дроссели 6 в каждом из и маг »итных звеньев сжатия и Импульсный грансформатор 2 выполнены на сердечниках из аморфных сплавов, а емкость ,цополнительного конденсатора 7 равИа емкости конденсатора 5 и магнитных звеньев 3-1 — 3-п сжатия.

Тиристорный генератор 1 выполнен

Иа основе двух коммутационных блоков

9 и 10, каждый из которых содержит дроссели 11 и 12, тиристоры 13 и 14

:И конденсатор 15.

Магнитотиристорный формирователь

Импульсов работает следующим об разом.

Тиристорный генератор 1 формирует

1»мпульсы, длительность которых оп.ределяется областью допустимых режимов использованных в нем тиристоров.

Через импуньсньп» трансформатор 2 эти импульсы поступают на вход пмагнитных звеньев 3-1 — 3-и сжатия.. При заряде конденсатора 5 каждого из звеньев значение магнитной индукции в сердечнике дросселя 6 этого звена начинает возрастать и через некоторое время достигает индукции насыще10 ния. После этого индуктивность дросселя резко уменьшается и через дроссель протекает импульс тока, приводящий к перезаряду конденсаторов 5 звеньев, далее процесс повторяется в следующем звене генератора. Дли. тельность процессов в каждом звене определяется количеством витков обмотки соответствующего дросселя, так как емкости конденсаторов звень 20 ев равны, а сердечники дросселей по размерам. Число витков уменьшается от звена к звену, что приводит к сжатию импульса тока во времени, в результате чего длительность импуль25 са тока на выходе цепочки может быть во много раэ меньше, чем на входе.

В исходном состоянии, когда импульс поступает на вход цепочки сжатия, напряжения на всех конденсаторах равны нулю, а токи и индукция в сердечниках дросселей определяются положением рабочей точки на петле перемагничивания ферромагнитного сердечника.

На фиг.3 показаны кривые а и б перемагничивания соответственно аморфного сплава и пермаллоя. Различная форма этих кривых определяет различные режимы работы предлагаемого генератора и прототипа. После насыщения сердечника каждого из дросселей через него протекает импульс тока, приводящий к перезаряду конденсаторов звеньев. При выходе

45 из насыщения пермаллоевыи сердечник в прототипе оказывается в состоянии с нулевым током и индукцией, близкой к индукции насыщения. При выходе иэ насыщения сердечника из

50 аморфного сплава в генераторе ток через дроссель 6 не равен нулю, а соответствует значению напряженности магнитного поля в точке перегиба кривой намагничивания.

Энергия, запасенная при этом в дросселях, приводит к возникновению в цепях генератора затухающих

Ф колебательных или апериодических процессов„ скорость затухания кото65945 4 з 14 рых определяется индуктивностью Ь„ц 1 дросселей в ненасыщенном состоянии, емкостью конденсаторов звеньев н величиной сопротивлений резисторов

8, подключенных параллельно этим конденсаторам. Режим работы генератора зависит от того успеет ли ток через дроссель 6 уменьшиться до нуля в течение межимпульсного интервала.

В этом случае перемагничивание сердечника происходит по частной петле с перепадом индукции В -В„ (кривая ь на фиг.З). Если ток через дрос.сель к началу очередного цикла работы не равен нулю, а значение начальной индукции превышает В,, то рабочий перепад индукции уменьшается до В -В, (кривая z на фиг.3). Если эта разность меньше, чем В—

Б <н эад.л — В ((U — амплитуда наи и пряжения; д „ — время заряда конденсатора и-го звена; N „ - число витков $ „ — площадь сечения сердечника), то насыщение и-го сердечника происходит раньше, чем закончится полный заряд конденсатора звена,что является нарушением нормального режима работы. Вследствие этого первоначально происходит уменьшение амплитуды напряжения в нагрузке, а затем (при существенном нарушении указанного неравенства) срыв работы генератора.

Наиболее сложно выполнить указанное условие затухания тока в первом звене генератора, так как индуктивность Ь „„, первого дросселя в кенасиценном состоянии максимальна:

Ь щ„, I. „„,,... Ь „„„. При отсутствии резистора 8, т.е. при R =, возникающий медленно затухающий колеба-". тельный процесс не дает возможности обеспечить стабильную работу генератора. Таким образом, подключение резисторов параллельно конденсаторам .звеньев сжатия позволяет стабилизировать работу генератора в широком диапазоне частот повторения импульсов. Скорость затухания токов . в этом случае достаточна для тогр чтобы обеспечить необходимый минимальный перепад индукции.

После насыщения дросселя последнего звена происходит формирование импульса тока через нагрузку. Форма этого импульса существенным образом зависит от соотношения:емкостей обо.5

55 стряющего конденсатора 7, подключенного параллельно нагрузке, и конденсатора 5 последнего звена.

Для оптимальной накачки лазера на парах меди необходимо, чтобы энергия импульса накачки была возможно большей при возможно меньшей длительности фронта импульса тока.

При равенстве емкостей конденсато ров 5 и 7 происходит сначала полный перезаряд конденсатора 5 на конденсатор 7, а затем (после развития пробоя газоразрядной трубки лазера) разряд конденсатора ? на нагрузку. Длительность фронта определяется только скоростью пробоя трубки и не зависит от индуктивности дросселя последнего звена. В случае отсутствия конденсатора 7, энергия, передаваемая в нагрузку, также равна полной энергии исходного импульса с учетом потерь в цепочке, однако длительность фронта импульса тока реально здесь примерно в два раза больше, так как индуктивность насыщенного последнего дросселя, включенного последовательно с нагрузкой, удлиняет этот фронт. В промежуточных случаях имеет место неполная передача энергии из конденсатора 5 в конденсатор 7 и раздвоение импульса тока через нагрузку. Первый импульс тока формируется при разряде конденсатора 7 носле пробоя газоразрядной трубки, второй — при разряде конденсатора 5 после повторного насыщения последнего дросселя 6. Второй Импульс тока не дает полезного вклада в генерацию лазера ввиду специфики работы лазера на парах меди, связанной с заселением метастабнльного уровня атомов меди в течение первого импульса тока.

Подключение конденсатора параллельно нагрузке в генераторе позволяет существенно укоротить фронт импульса тока через нагрузку, что приводит к увеличению мощности генерации лазера.

Еще одним важным следствием применения сердечников из аморфных сплавов является значительное снижение потерь на перемагничивание. Эксперименты показали, что для охлаждения сердечников из аморфного сплава

2НСР в генераторе, работающем в режиме, необходимом для получения генерации в лазере на парах меди, 14659ч5 достаточно воздушного охлаждения (вентилятор), причем температура их поверхности через 1 ч работы не превьппает 70 С.

Формула изобретения

Иагнитотиристориый формирователь импульсов для накачки лазера на парах металлов, содержащий тиристорный генератор с импульсным трансформа тором на его выходе, и магнитных ! звеньев сжатия, последовательно сое, ииненных, вход первого иэ которых соединен с повышающей обмоткой импульсного трансформатора, выход по ; следнего соединен с потенциальным выВодом гаэоразрядной трубки, причем ! каждый из п магнитных звеньев сжатия содержит конденсатор и нелинейный дроссель, дополнительный конденсатор, отличающийся тем, что, с целью повышения крутизны фронта выходного импульса при одновременном повьппении стабильности работы, снижения массы и габаритов, дополнительный конденсатор подключен параллельно гаэоразрядной трубке, в каждом из и магнитных звеньев сжатия параллельно конденсатору подключен резистор, причем нелинейные дроссели в каждом иэ и магнитных звеньев сжатия и импульсный трансформатор выполнены на сердечниках из аморфных сплавов, а емкость дополнительного конденсатора равна емкости конденса.тора и магнитных звеньев сжатия.

Составитель А.Горбачев

Редактор А.Ревин Техред M.Дидик Корректор Н. Король

Заказ 954/53 Тираж 879 Подписное

ВНИИЛИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35» Раушская наб., д. 4/5

Производственно-иэдательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина,101