УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ЛАМП (ВАРИАНТЫ)

Предполагаемое изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано при создании источников питания импульсных ламп мощных оптических квантовых генераторов.
Известно импульсное лазерное устройство, содержащее зарядные конденсаторы, соединенные с блоком для управления зарядом, разрядные лампы, которые соединены с конденсаторами и разряжаются накопленным на конденсаторах напряжением под действием тригерного сигнала, лазерный генератор, возбуждаемый световыми импульсами накачки от ламп, разрядную схему, которая соединена с конденсаторами и при разряде ламп разряжается напряжением, накопленным конденсаторами [Япония, заявка №58-45838, МКИ H01S 3/092, 1983 г.].
Известен источник питания для лазерного генератора, содержащий источник постоянного тока, который изменяет выходное напряжение путем управления фазой переменного тока, блок для заряда нескольких конденсаторов, соединенных параллельно с источником через соответствующие диоды, блок постоянного опорного напряжения,
фиксирующий требуемое напряжение заряда каждого конденсатора, блоки, которые регистрируют и усиливают соответствующие разностные напряжения между опорным напряжением блока и напряжением на каждом конденсаторе, блок для модуляции полного сопротивления, соединенный параллельно с блоками, блок, формирующий импульсы регулировки фазы для управления фазой тиристоров по сигналу с блока [Япония, заявка №60-26316, МКИ Н01S 3/092, 1985 г.].
Недостатком известных устройств является их низкая эффективность из-за нестабильности процесса заряда емкостных накопителей, наличия мощных коммутирующих элементов, что приводит к малой выходной мощности оптического квантового генератора.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предполагаемому изобретению является устройство для накачки ОКГ, содержащее источник питания переменного тока, выход которого подключен к первой и второй обкладке первого конденсатора, первая обкладка которого соединена с первым выводом элемента из встречно-параллельно включенных тиристоров, второй выход которых соединен с первой обкладкой второго конденсатора, лампу накачки, вход блока управления подключен к источнику питания переменного тока, а первый и второй выходы - к управляющим электродам элемента из встречно-параллельно включенных тиристоров, а также трансформатор поджига, группа встречно-параллельно включенных диодов, включенных между первой обкладкой первого конденсатора и первым выводом лампы накачки, второй вывод которой соединен через первую обмотку трансформатора поджига со вторым выводом первого конденсатора, который через вторую обмотку трансформатора поджига соединен со вторым выводом второго конденсатора [авторское св. СССР №1709876, МКИ Н03К 3/53, 1989 г.].
Недостатком известного устройства является отсутствие возможности его использования в мощных лазерных устройствах из-за невозможности получения стабильного высоковольтного напряжения на лампах, что приводит к снижению кпд устройств и эффективности их использования.
В настоящее время широкое распространение получили мощные твердотельные лазеры, работающие по схеме задающий генератор -усилитель. Электрооптическая накачка в таких лазерах осуществляется импульсными лампами типа ИНП 16/850, у которых рабочее напряжение 4000 В и более, а ток ~2000А. Для накачки такого мощного лазера необходимо несколько ламп, например, 8 шт. Тогда при типовом режиме работы лампы общая энергия в импульсе составит 200000 Дж. Если лазер работает с частотой 10 Гц, то мощность подводимой электросети должна быть, с учетом кпд, более 2 МВт, а при работе лазера с частотой повторения импульсов 50 Гц мощность электросети должна быть более 10 МВт. А это мощное и громоздкое сооружение, которое в условиях одного предприятия создать невозможно.
Предлагаемые технические решения позволяют решить эту проблему. Предлагается создавать батареи молекулярных конденсаторов таким образом, чтобы обеспечить необходимое напряжение и необходимую величину емкости, обеспечивающие требуемый запас энергии.
Так, для достижения напряжения 4 кВ необходимо соединить последовательно 20 конденсаторов МНЭ 3/200, у которых предельное напряжение 200 В, величина емкости 3 Ф, запасаемая энергия ~60 кДж. Следовательно, для обеспечения необходимого запаса энергии необходимо объединить конденсаторы в группы, соединив их параллельно, и подключить эти группы последовательно в батарею. Эта батарея с помощью зарядного устройства заряжается от промышленной сети 3N50Гц380В или от какого-либо другого источника питания мощностью в несколько киловатт.
Технический результат от использования предлагаемых технических решений заключается в повышении эффективности использования устройства для питания импульсных ламп ОКГ за счет повышения его надежности, кпд и увеличения накапливаемой энергии.
В соответствии с предполагаемым изобретением, указанный технический результат достигается тем, что устройство для питания импульсных ламп, содержащее зарядное устройство, подключенное к электрической сети и выполненное в виде силового трансформатора с выпрямительным блоком, дополнительно содержит n прямых диодов, n обратных диодов, n разделяющих диодов, емкостной накопитель, состоящий из n заряжаемых секционных элементов, (n-1) коммутирующих устройств, при этом первый выход зарядного устройства соединен со входами каждого из n прямых диодов, а второй выход зарядного устройства соединен с выходами каждого из n обратных диодов, кроме того, выход каждого предыдущего прямого диода подключен к выходу последующего прямого диода через параллельно связанные соответствующий разделяющий диод и последовательно соединенные соответствующие заряжаемый секционный элемент и выход коммутирующего устройства, выход каждого предыдущего обратного диода связан со входом каждого последующего обратного диода через последовательно подключенные соответствующие коммутирующее устройство и последующий заряжаемый секционный элемент, n заряжаемых секционных элементов емкостного накопителя соединены последовательно через (n-1) соответствующих коммутирующих устройств, подключены к n последовательно соединенным разделяющим диодам и к нагрузке.
Кроме того, коммутирующее устройство выполнено в виде управляемого тиристора, выход которого подключен к соответствующему заряжаемому секционному элементу, а выход - к последующему заряжаемому секционному элементу емкостного накопителя.
Кроме того, заряжаемый секционный элемент емкостного накопителя выполнен в виде группы молекулярных конденсаторов.
В варианте исполнения устройство для питания импульсных ламп, содержит зарядное устройство, подключенное к электрической сети и выполненное в виде силового трансформатора с выпрямительным блоком, коммутатор, емкостной накопитель, состоящий из n последовательно соединенных заряжаемых секционных элементов, (n+1) коммутационных устройств, при этом первый выход зарядного устройства подключен через коммутатор ко входам коммутационных устройств с нечетными номерами, а второй выход - через коммутатор к коммутационным устройствам с четными номерами, выход каждого из n коммутационных устройств подключен между заряжаемым секционным элементом с соответствующим номером и заряжаемым секционным элементом с предыдущим номером, последовательно соединенные заряжаемые секционные элементы подключены к нагрузке.
Кроме того, коммутационное устройство выполнено в виде контактора.
Кроме того, коммутатор выполнен в виде двух контакторов, подключенных обратно-параллельно и работающих поочередно.
В варианте исполнения устройство для питания импульсных ламп, содержит преобразователь напряжения, подключенный к источнику переменного тока, емкостной накопитель, состоящий из n заряжаемых секционных элементов, n секционных выпрямителей, при этом n выходов преобразователя напряжения подключены ко входам соответствующих секционных выпрямителей, выходы которых соединены ко входам соответствующих заряжаемых элементов емкостного накопителя, а выходы их объединены и подключены к нагрузке.
Кроме того, преобразователь напряжения выполнен в виде трехфазного трансформатора, первичная обмотка которого подключена к
источнику переменного тока, а вторичная обмотка выполнена в виде п секций.
Кроме того, секционный выпрямитель выполнен в виде мостового выпрямителя, состоящего из четырех диодов.
Кроме того, заряжаемый элемент емкостного накопителя выполнен в виде группы молекулярных конденсаторов.
На фиг.1 представлено устройство для питания импульсных ламп; на фиг.2 - то же, вариант исполнения; на фиг.3 - то же, вариант исполнения.
i
i
i
Устройство для питания импульсных ламп на фиг.1 содержит зарядное устройство 1, подключенное к промышленной электросети 3М50Гц380В и состоящее из силового трансформатора 2 и выпрямительного блока 3, n прямых диодов 4, n обратных диодов 5, n разделяющих диодов 6, емкостной накопитель 7, состоящий из n заряжаемых секционных элементов 8, (n-1) коммутирующих устройств 9. При такой схеме построения устройства заряд каждого заряжаемого секционного элемента 8 емкостного накопителя 7 осуществляется одновременно и независимо друг от друга. Каждый заряжаемый секционный элемент 8 заряжается от зарядного устройства 1 через соответствующие прямой 4 и обратный 5 диоды. Электрическую развязку одной зарядной группы от другой осуществляют разделяющие диоды 6, исключая короткое замыкание в зарядной цепи. Коммутирующие устройства 9, выполненные в виде управляющих тиристоров, осуществляют разделение заряжаемых секционных элементов 8 при их заряде и соединяют последовательно все заряжаемые элементы после заряда при работе их на нагрузку (импульсную лампу).
Вариант устройства для питания импульсных ламп, представленный на фиг.2, содержит зарядное устройство 1, подключенное к промышленной электросети 3М50Гц380В и состоящее из силового трансформатора 2 и выпрямительного блока 3, коммутатор 10, емкостной накопитель 7,
состоящий из n заряжаемых секционных элементов 8, (n+1) коммутационных устройств 13. Коммутатор 10 содержит два управляемых контактора 11 и 12, работающие поочередно и, если контакты первого контактора 11 замкнуты, то контакты второго контактора 12 разомкнуты, и наоборот. Коммутационные устройства 13 могут быть выполнены в виде контакторов или управляемых ключей, что позволяет повышать зарядный ток и уменьшать время заряда (по сравнению с использованием тиристоров). Заряд емкостного накопителя 7 осуществляется в два этапа. Во-первых, осуществляется заряд заряжаемых секционных элементов 8 емкостного накопителя 7 с четными номерами, при этом в коммутаторе 10 первый контактор 11 имеет разомкнутые контакты а второй контактор 12 - замкнутые. Включая поочередно коммутационные устройства 13 с четными номерами, осуществляется поочередный заряд заряжаемых секционных элементов 8. Далее коммутатор 10 переводит первый контактор 11 в замкнутое состояние, а второй контактор 12 - в разомкнутое состояние, осуществляя поочередным включением коммутационных устройств 13 с нечетными номерами заряд заряжаемых секционных элементов емкостного накопителя 8 с нечетными номерами. Каждый заряжаемый секционный элемент емкостного накопителя 8 осуществляет свой заряд независимо от остальных. Суммарный заряд емкостного накопителя 7 прикладывается к нагрузке (импульсной лампе). Данная схема построения устройства для питания импульсных ламп в результате отсутствия тиристоров обладает высокими мощностными характеристиками, а также высокой надежностью из-за небольшого количества коммутирующих элементов и отсутствия сложных схем управления.
Вариант устройства для питания импульсных ламп, представленный на фиг.3, содержит преобразователь напряжения 14, выполненный в виде трехфазного трансформатора, первичная обмотка которого подключена к промышленной электросети 3М50Гц380В, а вторичная обмотка выполнена в
виде n секций, каждая из которых через соответствующий секционный выпрямитель подключена к соответствующему заряжаемому секционному элементу 8. Каждый из n секционных выпрямителей выполнен в виде мостового выпрямителя, состоящего из четырех диодов. Заряд каждого из n заряжаемых секционных элементов 8 емкостного накопителя 7 происходит одновременно и независимо друг от друга. Последовательно соединенные n заряжаемые секционные элементы 8 составляют емкостной накопитель 7, который подключен к нагрузке (импульсной лампе). Данная схема построения устройства для питания импульсных ламп исключает необходимость использования высоковольтной вторичной обмотки трансформатора.
Предложенные варианты построения устройств для питания импульсных ламп не требуют наличия сверхмощной электрической сети и мощных коммутирующих устройств, позволяют заряжать каждый заряжаемый секционный элемент емкостного накопителя до максимального напряжения независимо от степени заряда соседних элементов и разброса величины емкости от элемента к элементу, что приводит к получению максимально возможной величины суммарного выходного напряжения емкостного накопителя, питающего импульсную лампу. Кроме того, предложенные варианты исключают возможность перенапряжения на заряжаемых секционных элементах из-за разброса величин их емкостей, что повышает надежность источника питания импульсных ламп и его срок службы.
Таким образом, предлагаемое техническое решение при использовании дает положительный технический результат, заключающийся в повышении эффективности использования устройства для питания импульсных ламп ОКГ за счет повышения его надежности, кпд и увеличения накапливаемой энергии.