Магнитный генератор импульсов накачки лазера на парах меди

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для питания лазеров на парах металлов. Сущность изобретения: устройство содержит 1 блок управления (1), 2 тиристора (2,3), 7 конденсаторов (4,9,14.15.16.28,29), 5 нелинейных дросселей (5,18,19,20,30), 1 реверсивный динистор (6). 2 трансформатора (7,27), 6 диодов (8,12,23-26), 1 индуктивный элемент

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5ц5 Н 03 К 3/53

) ) л92

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4768537/21 (22) 11,12.89 (46) 15.07.92. Бюл, М 26 (71) Ленинградский политехнический институт им. M.È,Êàëèíèíà и Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе (72) Ю.Г.Градобоев, И.В.Грехов, С,В.Коротков, Ю.M.Mîêðóøèí, Р.И.Окунев, А.Г.Петраков и А.Л.Степанянц (53) 621.374(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1465945, кл. Н 03 К 3/53, 1987.

Тучкевич В.М. и др. Новые принципы коммутации больших мощностей полупроводниковыми приборами. Л.: Наука, 1988, с, 98, рис. 1.

„„!Ж„, 1748232 А1 (54) МАГНИТНЫЙ ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬС08 НАКАЧКИ ЛАЗЕРА НА ПАРАХ МЕДИ (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для питания лазеров на парах металлов, Сущность йзобретения: устройство содержит 1 блок управления (1), 2 тиристора (2,3), 7 конденсаторов (4,9,14,15,16,28,29), 5 нелинейных дросселей (5,18,19.20,30), 1 реверсивный динистор (6), 2 трансформатора (7,27), 6 диодов (8,12,23-26), 1 индуктивный элемент

{10). 2 резистора (11,21), 1 источник постоянного напряжения {13), 1 нагрузку (17), 1 генератор тоха (22,, Дроссели выполнены на сердечниках из аморфного сплава с термообработкой в поперечном магнитном поле, 1 ил.

1748232

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

Цель изобретения — повышение КПД при одновременном повышении стабильности работы устройства.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства, Магнитный генератор импульсов накачки лазера на парах меди содержит блок 1 управления, первый выход которого соеди-. нен с управляющим электродом первого тиристора 2, второй выход — с управляющим электродом второго тиристора 3, анод которого соединен с первой обкладкой первого конденсатора 4, первым выводам первого нелинейного дросселя 5, анодом реверсив- на включаемого динистора 6, катод которого соединен с второй обкладкой первого конденсатора 4 и через первичную обмотку первого трансформатора 7 с анодом первого диода 8; катод которого соединен с первой обкладкой второго конденсатора 9, вторая обкладка которого соединена с вторым выводом первого нелинейного дросселя 5, индуктивный элемент 10, первый вывод которого соединен с катодом второго тиристара 3, второй вывод- с первым выводам первого резистора 11, второй диод 12, анод которого соедйнен с катодом первого диода 8, источнйк 13 постоянного йапряжения; вторичная обмотка первого трансформатора 7 йадключена параллельно третьему конденсатору 14, первый вывод которого соединен с первым выводом четвертого и пятого конденсаторов 15 и 16 и первым выводам нагрузки 17, второй вывод которой соединен через второй нелинейный драссель 18 с вторым-выводом ятого конденсатора 16, который через третий нелинейный дроссель 19 соединен с вторым выходом четвертого конденсатора 15 и пеавым выводом четвертого нелинейного дросселя 20, второй резистор

21, генератор 22 тока, третий, четвертый, пятый и шестой диоды 23, 24, 25 и 26, второй

TpBHcAopMGTop 27, шестой и седьмой конденсаторы 28 и 29, пятый нелинейный дроссель 30, вклокоченный между вторым

" выводом второго конденсатора 9 и первым выводом источника 13 постояйного напряжения, второй вывод которого соединен с первым выводом генератора 22 тока и катодом первого тиристора 2, анод которого соединен с катодом второго диода 12 и катодам третьего диода 23, анод которого соединен с вторым выводам генератора 22 тока, первый вывод первой обмотки второго трансформатора 27 соединен с катодом второго тиристора 3, а второй вывод-с анодом четвертага диода 24, катод которого соединен с анодом второго тиристара 3, первый вывод второй обмотки второго трансформатора 27 соединен с катодом первого тири5 стара 2, а второй вывод — с анодом пятого диода 25, катод которого соединен с первым выводом источника 13 постоянного напряжения, второй вывод первого резистора 11 соединен с катодом шестого диода 26, анод

10 которого соединен с вторым выводом первого конденсатора 4, и через шестой конденсатор 28 соединен с вторым выводом индуктивнага элемента 10, параллельно соединенные седьмой конденсатор 29 и второй резистор 21 включены между вторым

15 выводам третьего конденсатора 14 и вторым выводом четвертого нелинейного дросселя 20, причем первый, третий, четвертый и пятый нелинейные дроссели выполнены на сердечниках из аморфного сплава с термообработкой в поперечном магнитном по-

20 ле.

Устройство работает следующим образом.

Тиристор 2 запускается один раз в начале работы устройства и в дальнейшем под25 держивается в открытом состоянии с помощью источйика тока удержания. Тиристор 2 необходим для обеспечения резойанснога заряда конденсатора 9 реверсивно вкаачаемаго перед первым запускам дини30 стара (РБД) 6. При отсутствии тиристора 2 конденсаторы 9 и 4 перед первым запуском

РЯД 6 оказались бы заряженными до напряжения источника 13 постоянного напряже-. ния (без удвоения), что сделало бы

35 невозможным отпирание реверсивно включаемого динистора 6 ввиду недостатка энергии в конденсатор 4;

Конденсаторы 9 и 4 заряжаются через тиристор 2 до напряжения Uto, равного:

40 Uco.=- 2Uo+ I Онач, t где )науч — напряжение на конденсаторе 9 перед началом очередного цикла работы;

0нач = (-50). — (-150) В в установившемся режиме.

45 Нелинейный драссель 30 обеспечивает необходимую задержку около 40 мкс между моментом разряда конденсатора 9 через

РВД 6 и началом нового цикла заряда конденсатора 9, что обеспечивает восстановле50 ние РВД.6 и тиристора 3 к новому циклу рабаты.

Запуск РВД 6 происходит следующим образом, Блок 1 управления вырабатывает им55 пульс,.открывающий тиристор 3, после чего начинается перезаряд конденсатора 4 по цепочке: конденсатор 4; тиристор 3: дрос-. сель 10; конденсатор 28до напряжения про1748232

25

30 ра, после чего отрытое состояние этого 35

40 ля и фильтра, а также последовательна 45 удержания тиристора 2 в открытом состоя- 50 линейные дроссели 20, 19, 18, Сердечники 55 дросселей первых двух звеньев 20, 19 изготовлены из ленты аморфного сплава с тертивоположной полярности (так как

Сгз = 5С4). При этом конденсатор 28 заряжается до положительного напряжения около 0,4 Ос, Напряжение обратной полярности на конденсатоое 4 инициирует процесс отпирания РВД 6. Прямой ток через открывшийся РВД первоначально поступает от конденсатора 28 по цепи: конденсатор 28; дроссель 10; первичная обмотка трансформатора 27, диод 24, что значительно расширяетдиапазон работы РВД при изменениях напряжения питания. Разряд накопительного конденсатора 9 начинается с некоторой задержкой, определяемой нелинейным дросселем 5. Схема, содер>кащая трансформатор 27 и диоды 24 и 25, позволяет перекачать часть энергии, запасенной в конденсаторе 28, обратно в источник 13 питания, что повышает КПД генератора. Цепочка, состоящая из диода 26 и резистора

11, позволяет фиксировать напряжение на конденсаторе 28 равным нулю в начале очередного цикла работы генератора, повышая стабильность его работы, Потери мощности на резисторе 11 незначительны.

Блок 1 управления представляет собой генератор запускающих импульсов тиристоров 2 и 3, Параметры этих импульсов следующие; амплитуда напряжения 5-10 В; амплитуда тока — не менее 3 А, длительность импульсов 3-5 мкс. Частота повторения импульсов запуска тиристора 3 регулируется в пределах от 0 до 10 кГц при номинальной частоте 8 кГц. На тиристор 2 подается оди ночный импульс в начале работы генератотиристора поддерживается генератором 22 тока. Блок 1 управления содержит задающий генератор с возможностью регулировки частоты и генератор одиночных импульсов, собранные на логических микросхемах, и два транзисторных усилителя импульсов.

Генератор 22 тока состоит из понижающего сетевого трансформатора, выпрямитевключенных линейного дросселя и балластного сопротивления. Генератор 22 тока обеспечивает протекание через тиристор 2 тока, превышающего минимальный ток нии.

Сжатие высоковольтного импульса происходит в цепочке из трех звеньев сжатия, содержащих конденсаторы 14, 15, 16 и немообработкой в поперечном магнитном поле. Это обеспечивает высокий коэффици10

15 ент сжатия звеньев при относительно небольших размерах сердечников и минимально возможных для ферромагнитных материалов потерях на перемагничивание.

Цепочка из параллельно включенных конденсатора 29 и резистора 21 принудительно обеспечивает полное размагничивание сердечника дросселя 20 к началу очередного цикла работы генератора. Это стабилизирует работу цепочки звеньев сжатия при изменении напряжения питания генератора и параметров нагрузки. Выбор емкости конденсатора 29 определяется необходимостью поиска компромисса между повышением стабильности работы генератора и ростом потерь на резисторе 21 при уменьшении емкости конденсатора 29..

Для дросселя 18 последнего звена цепочки с>катия наиболее важным является минимально возможное значение его индуктивности в насыщенном состоянии, что непосредственно влияет на длительность фронта импульса тока через нагрузку и, следовательно, нэ мощность лазерного излучения. Поэтому дроссель 18 выполнен в виде отрезка провода с надетыми на него ферритовыми кольцами и расположен рядом с газоразрядной трубкой лазера на парах меди, Формула изобретения

Магнитный генератор импульсов накачки лазера на парах меди, содержащий блок управления, первый выход которого соединен с управляющим электродом первого тиристора, второй выход — с управляющим электродом второго тиристора, анод которого соединен с первой обкладкой первого конденсатора, первым выводом первого нелинейного дросселя, анодом реверсивно включаемого динистора, катод которого соединен с второй обкладкой первого конденсатора и через первичную. обмотку первого трансформатора с анодом первого диода, катод которого соединен с первой обкладкой второго конденсатора, вторая обкладка которого соединена с вторым выводом первого нелинейного дросселя, индуктивный элемент, первый вывод которого соединен с катодом второго тиристора, второй вывод

-с первым выводом первого резистора, второй диод, анод которого соединен с катодом первого диода, источник постоянного напряжения, вторичная обмотка nepaOio трансформатора подключена параллельно третьему конденсатору, первый вывод которого соединен с первым выводом четвертогэ и пятого конденсаторов, первым выводом нагрузки, второй вывод которой соединен через второй нелинейный дроссель с. вторым выводом пятого конденсатора, который

1748232

Составитель А.Горбачев

Редактор А.Лежнина Техред М.Моргентал . Корректор С.Черни

Заказ 2510 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат ";Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 через третий нелинейный дроссель соединен с вторым выводом четвертого конденсатора и первым выводом четвертого нелинейного дросселя, второй резистор, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения КПД при одновременном повышении стабильности работы магнитного генератора, в него введены генератор тока, третий, четвертый, пятый, шестой диоды, второй трансформатор, шестой, седьмой конденсаторы, пятый нелинейный дроссель, включенный между вторым выводом второго конденсатора и первым выводом источника постоянного напряжения, второй вывод которого соединен с первым выводом генератора тока, катодом первого тиристора, анод которого соединен с катодом второго диода, катодом третьего диода, анод которого соединен с вторым выводом генератора тока, первый вывод первой обмотки второго трансформатора соединен с катодом второго тиристора, а второй вывод — с анодом четвертого диода, катод которого соединен с анодом второго тиристора, первый вывод второй обмотки второго трансформатора соединен с катодом первого

5 тиристора, второй вывод — с анодом пятого диода, катод которого соединен с первым выводом источника постоянного напряжения, второй вывод первого резистора соеди. нен с катодом шестого диода, анод которого

10 соединен с вторым выводом первого конденсатора, и через шестой конденсатор соединен с вторым выводом индуктивного элемента, параллельно соединенные седьмой конденсатор и второй резистор включе15 ны между вторым выводом третьего конденсатора и вторым выводом четвертого нелинейного дросселя, причем первый, третий, четвертый и пятый нелинейные дроссели выполнены на сердечниках из аморфного

20 сплава с термообработкой в поперечном магнитном поле,