Формувач запалювальних імпульсів

1. Формувач запалювальних імпульсів, який складається з послідовно сполучених між собою накопичувача енергії, комутатора, що містить тиристор із зустрічно-паралельно включеним діодом, первинну обмотку трансформатора, намотану разом із зустрічною обмоткою на тороїдальному сердечнику, а також зарядний пристрій, підключений до ємнісного накопичувача, який відрізняється тим, що він забезпечений додатковим індуктивним елементом, включеним в послідовний ланцюг, який є продовженням одного з виводів первинної обмотки трансформатора і виконаний у вигляді циліндрової котушки індуктивності, намотаної на розрізну пружну діелектричну втулк у з зовнішньою U 1 3 35376 Основы лазерной техники, Москва: Советское радио, 1972г. рис.4.13, с.256]. До достоїнств подібних схем слід віднести простоту виконання в складі джерела живлення лазера. Недоліком відомого пристрою є малий внесок енергії в допоміжний розряд в лампах, що приводить до завищених габаритів і ваги відомих пристроїв, оскільки запасена ємнісним накопичувачем енергія витрачається не раціонально. Найбільш близьким по технічній суті до пропонованого пристрою є формувач імпульсів запалювання ламп накачування лазера, що складається з послідовно сполучених між собою накопичувача енергії, комутатора, що містить тиристор із зустрічно-паралельно включеним діодом, первинну обмотку імпульсного трансформатора, намотану разом з вторинною обмоткою на тороідальному сердечнику, а також зарядний пристрій, що підключається до ємнісного накопичувача і дозволяє отримати при частоті проходження 3Гц амплітуду імпульсу 12кВ, забезпечуючи надійний запуск двох імпульсних ламп ІФП 1200 - 4. Ця схема прийнята як прототип і базовий об'єкт. [Приборы и техника эксперимента. Издательство Наука, 1987г., №3, с.138-139]. Недоліком відомого формувача є те, що він не дозволяє використовувати повною мірою енергію ємнісного накопичувача при зміні навантаження. Технічною задачею винаходу є створення такого формувача запалювальних імпульсів, в якому завдяки додатковому індуктивному елементу нового конструктивного виконання досягається підвищення енергетичної ефективності розряду в імпульсних лампах за рахунок зниження напруги запалення і збільшення тривалості попередньої іонізації, що дає можливість збільшити довговічність ламп. Поставлене завдання досягається тим, що у формувачі запалювальних імпульсів що складається з послідовно сполучених між собою накопичувача енергії, комутатора, що містить тиристор із зустрічно-паралельно включеним діодом, первинну обмотку трансформатора, намотану разом із зустрічною обмоткою на тороідальному сердечнику, а також зарядний пристрій, що підключається до ємнісного накопичувача, згідно винаходу, він містить додатковий індуктивний елемент, включений в послідовний ланцюг, який є продовженням одного з виводів первинної обмотки трансформатора і виконаний у вигляді циліндрової котушки індуктивності, намотаної на розрізну пружну діелектричну втулку із зовнішньою циліндричною поверхнею і з вн утрішньою поверхнею у вигляді двох усічених конусів, більші основи яких направлені в протилежні сторони і спряжені з двома конусними вставками з крізними осьовими отворами для гвинта, що проходить через отвори обох вставок, фіксуються притискною гайкою, причому гвинт також забезпечений крізним осьовим отвором усередині якого розміщений латунний циліндричний сердечник з можливістю переміщення уздовж осі втулки, при цьому додатковий індуктивний елемент розташований в діелектричному порожнистому циліндрі в середині трансформатора аксіально сердеч 4 никові, до того ж індуктивний елемент у вигляді додаткової котушки індуктивності виконаний таким чином, що може бути перебудованим в межах від значень власної індуктивності первинної обмотки трансформатора до значень індуктивності вторинної обмотки трансформатора, приведеної до первинної, що дозволяє підвисити енергетичну ефективність розряду в імпульсних лампах за рахунок зниження напруги запалення і збільшення тривалості попередньої іонізації, що дає можливість збільшити довговічність ламп. У технічного рішення, що заявляється, з'являються властивості, не співпадаючі з властивостями відомих рішень, отже, воно на думку заявника володіє істотними відмінностями. На Фіг.1 приведена принципова схема пропонованого пристрою. На Фіг.2 приведено конструктивне виконання додаткового індуктивного елементу. На Фіг.3 приведена залежність напруги запалення основного заряду Uз від величини додаткової індуктивності. На Фіг.4 представлена залежність тривалості попередньої іонізації pпі від величини додаткової індуктивності. Кривими 1 показані залежності, зняті для відомого пристрою, кривими 2 представлені залежності для пропонованого пристрою. Формувач складається з послідовно сполучених між собою ємкісного накопичувача енергії 1, комутатора, що містить тиристор 2 із зустрічнопаралельним включеним діодом 3, додатковий індуктивний елемент 4, первинну обмотку трансформатора 5, намотану разом з вторинною обмоткою на тороїдальному сердечнику, до ємнісного накопичувача енергії підключається зарядний пристрій 6. Додатковий індуктивний елемент 4 містить котушку індуктивності 7, намотану на розрізну діелектричну пружну втулку 8 із зовнішньою циліндричною поверхнею і з внутрішньою поверхнею у вигляді усічених конусів більші основи яких направлені у протилежні сторони і зв'язані з двома конусними вставками 9, 10 з крізними осьовими отворами для діелектричного гвинта 11, що проходить через отвори обох вставок і фіксується притискною гайкою 12, причому цей гвинт 11 забезпечений крізним осьовим отвором, усередині якого розміщений латунний циліндричний сердечник 13 з можливістю переміщення уздовж осі втулки, при цьому додатковий індуктивний елемент розташований в порожнистому діелектричному циліндрі 14 в середині трансформатора аксіально сердечникові. Пристрій працює таким чином. У початковому стані відбувається заряд ємнісного накопичувача 1 від зарядного пристрою 6. Зарядний пристрій є високовольтний випрямляч, що не відрізняється від поширених схем [Б.Р.Белостоцкий, Ю.В.Любовский, В.М.Овчинников Основы лазерной техники, Москва: Советское радио, 1972г., с.239-241]. При надходженні на управляючий електрод тиристора 2 запускаючого сигнала відбувається заряд ємнісного накопичувача 1 через додатковий індуктивний елемент 4 на первинну обмотку імпу 5 35376 льсного трансформатора 5. На вторинній обмотці трансформатора 5 формується запалювальний імпульс. Діод 3 служить для пропускання зворотної півхвилі струму через первинну обмотку трансформатора, що дозволяє збільшити потужність запалювального імпульсу. Використання додаткового індуктивного елементу, який має можливість регулювання, дозволяє в широких межах змінювати значення безрозмірного коефіцієнта загасання d . Ця задача має місце при зміні числа імпульсних ламп, що включаються, або ж, що є найбільш важливим, при формуванні світлового імпульсу складної форми. Виконання подібного завдання забезпечується збільшенням тривалості попередньої іонізації tну , яка залежить від d , яка є величиною, що визначається величиною додатковій індуктивності L дод . Необхідність підтримки tну тривалий час, зокрема, використовується при формуванні світлового імпульсу у вигляді, так званої, «гребінки». Діапазон зміни значень додаткової індуктивності вибраний з урахуванням забезпечення оптимальних умов розряду в лампах і передачі максимальної кількості енергії, яка накопичується ємнісним накопичувачем, в навантаження. Згідно цим умовам мінімальна величина додаткової індуктивності відповідає значенню власної індуктивності первинної обмотки трансформатора. Максимальне значення додаткової індуктивності вибране у порядку значень індуктивності вторинної обмотки, приведеної до первинної. Розміщення додаткового індуктивного елементу в порожнині трансформатора аксіально сердечникові дозволяє за рахунок магнітопровода сердечника збільшити її власну індуктивність і таким чином розширити межі регулювання додаткової індуктивності при мінімальних втратах в розрядному ланцюзі ємнісного накопичувана енергії для низькочастотної складової запалювального імпульсу в режимі, близькому до короткого замикання. Це дозволяє збільшити енергетичний внесок в допоміжний розряд в лампах. Для запобігання зсуву котушки індуктивності щодо свого початкового положення під час проходження імпульсу розрядного струму, застосована конструкція, представлена на Фіг.2. Гвинт 11 при затягуванні його притискною гайкою 12 розширює розрізну втулку 8 завдяки зустрічному руху конусних вставок 9, 10. При цьому котушка індуктивності 7 притиснута до внутрішньої поверхні полого діелектричного циліндра 14, і таким чином жорстко фіксується її положення в порожнині трансформатора щодо його сердечника. Переміщення латунного сердечника 13 в отворі гвинта 11 дозволяє змінювати величину індуктивності додаткового індуктивного елементу. Приклад застосування формувача. 6 У лабораторії лазерних систем проведені випробування експериментального зразка формувача запалювальних імпульсів. Як накопичувач енергії використовувалися конденсатори типу К75-4ІХ загальною ємністю 2мкФ, які заряджали до напруги 600В, комутатор складався з тиристора типу ТЧІ-100 із зустрічно-паралельним включеним діодом КД203Г. Сердечник імпульсного трансформатора містив 4 кільця М1000 до 80x50x6. Первинна обмотка трансформатора містила 2 витки дроту БПВЛ-2, а вторинна обмотка - 50 витків цим же дротом. В процесі випробувань визначалася напруга запалення основного розряду в лампах і тривалість попередньої іонізації наповнення ламп, а також можливості роботи пристрою при зміні числа підключених ламп. Під час дослідження отримані експериментальні залежності величини напруги запалення (Фіг.3) і тривалості попередньої іонізації (Фіг.4) від значень включеної додаткової індуктивності. Ці залежності представлені кривими 1 на обох малюнках. Для порівняння були використані характеристики відомо формувача, виконаного відповідно до [Приборы и техника эксперимента. Издательство Наука, 1978г., №3, с.138-139]. На Фіг.3 і 4 вони представлені кривими 2. Згідно приведеним даним з'ясовано, що додатковий індуктивний елемент запропонованого конструктивного виконання дозволяє знизити напругу запалення U3 в 1,5 рази в порівнянні з відомим пристроєм, що свідчить про більший внесок енергії накопичувача запалювального пристрою в допоміжний розряд. Експлуатація імпульсних ламп в такому режимі дозволяє наблизити умови розряду в лампі до умов, що характеризують використання ламп в режимі «чергової дуги», що дає можливість збільшити довговічність ламп [А.Г.Розанов Предельные энергетические нагрузки импульсных газоразрядных источников оптического излучения для накачки лазеров. - М.: ЦНИИ электроника. Обзоры по электронной технике. Сер. 1У. Электровакуумные и газоразрядные приборы, 1979, вып.3, с.25]. При цьому запропонований пристрій дозволяє здійснювати надійне запалювання чотирьох ламп ЦФП-8000 при менших вагогабаритних показниках і збільшенні частоти проходження запалювальних імпульсів до 10Гц. Технічною перевагою запропонованого формувача запалювальних імпульсів перед відомими пристроями є підвищення енергетичної ефективності розряду в імпульсних лампах за рахунок зниження напруги запалення і збільшення тривалості попередньої іонізації. Пропонований пристрій може бути використаним для запалювання ламп накачування імпульсних лазерів, зокрема, з багатоламповою системою накачування. 7 Комп’ютерна в ерстка Н. Лисенко 35376 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601