автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.12, диссертация на тему:Исследование и разработка генераторов импульсов тока для накачки твердотельных лазеров

ВВЕДЕНИЕ.

1. ГЕНЕРИРОВАНИЕ ИМПУЛЬСОВ ТОКА С РЕГУЛИРУЕМЫМИ АМПЛИТУДНО-ВРЕМЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ.

1.1 Влияние формы импульса лазерного излучения на технологический процесс.

1.2 Особенности генерирования импульсов сложной формы.

1.3 Обзор существующих способов получения импульсов тока регулируемой формы.

1.4 Зарядные устройства расщепленных емкостных накопителей энергии.

1.5 Постановка задачи исследования.

2. ГЕНЕРАТОРЫ НА ОСНОВЕ РАСЩЕПЛЕННЫХ ЕМКОСТНЫХ НАКОПИТЕЛЕЙ (РЕН) С

ФОРМИРУЮЩИМИ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКАМИ.

2.1 Особенности формирования импульсов генераторами на основе РЕН с формирующими четырехполюсниками.

2.2 Генератор с формирующей индуктивностью.

2.2.1 Методика расчета параметров генератора.

2.2.2 Анализ электромагнитных процессов в генераторе с формирующей индуктивностью.

2.3 Генератор с формирующим Т-образным четырехполюсником.

2.3.1 Электромагнитные процессы в генераторе.

2.3.2 Методика расчета параметров генератора.

2.3.3 Получения импульсов тока требуемой формы.

2.3.4 Сравнительный анализ генераторов импульсов тока регулируемой формы.

2.4 Принципы построения универсальных генераторов импульсов тока регулируемой длительности и формы на основе РЕН с формирующими четырехполюсниками.

Выводы.

3. ИНДУКТИВНЫЕ ЗАРЯДНЫЕ УСТРОЙСТВА ЕМКОСТНЫХ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ.

3.1 Индуктивный заряд емкостных накопителей энергии.

3.2 Регулируемые индуктивные зарядные устройства.

3.2.1 Устройство с повышением уровня зарядного напряжения.

3.2.1.1 Анализ электромагнитных процессов в зарядном устройстве.

3.2.1.2 Методика расчета зарядного устройства формирующих двухполюсников.

3.2.2 Устройства с понижением уровня зарядного напряжения.

3.2.2.1 Исследование процессов резонансного заряда в устройстве с полностью управляемым ключом.

3.2.2.2 Зарядное устройство с цепью рекуперации.

3.3 Регулируемые зарядные устройства РЕН.

3.3.1 Анализ электромагнитных процессов в регулируемом индуктивном зарядном устройстве РЕН.

3.3.2 Алгоритмы управления регулируемым зарядным устройством РЕН.

Выводы.

4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ГЕНЕРАТОРОВ ИМПУЛЬСОВ ТОКА РЕГУЛИРУЕМОЙ ФОРМЫ

ДЛЯ НАКАЧКИ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЛАЗЕРОВ.

4.1 Особенности работы генераторов импульсов тока регулируемой формы (ГИТРФ) на лампы накачки.

4.2 Экспериментальное исследование процессов в ГИТРФ на основе РЕН.

4.3 Исследование зависимости формы импульса лазерного излучения от формы импульса тока накачки.

4.4 Методика инженерного расчета ГИТРФ для накачки твердотельного лазера.

4.4.1 Расчет ГИТРФ, генерирующих регулируемые импульсы тока в рамках базового прямоугольного импульса.

4.4.2 Расчет ГИТРФ, генерирующих регулируемые импульсы тока с превышением амплитуды базового прямоугольного импульса.

Выводы.

На современном этапе развития лазерных технологий широкое распространение получили импульсные режимы, которые позволяют осуществить физические и технологические процессы, труднодостижимые иными способами, причем в большинстве случаев импульсный режим работы повышает эффективность процессов. Особый интерес представляют импульсные твердотельные лазерные технологические установки (ЛТУ) с активным телом из AYG:Nd, применяемые в лазерной сварки, лазерном термоупрочнении, моно- и многоимпульсной прошивке отверстий и размерной обработке (раскрое) листовых материалов - как металлов, так и диэлектриков [9, 10, 50, 60, 61]. Основными технологическими параметрами при этом являются энергия излучения импульсов, их амплитуда, длительность, форма и частота следования.

Временная структура (или форма) импульсов лазерного излучения, т.е. зависимость мгновенной мощности излучения от времени, которая у промышленных серийных установок обычно представляет собой или полусинусоиду или прямоугольник, определяется параметрами формирующей цепи и в определенной степени повторяет форму импульса тока накачки. Большой объем экспериментальных и теоретических работ показывает, что возможность регулирования формы импульса, как и любого другого технологического параметра, позволяет оптимизировать конкретный технологический процесс, повышая его качество и производительность [1, 2, 6, 7, 8, 14-17]. Влияние формы импульса особенно проявляется в прецизионных технологических операциях, при обработки изделий малых толщин и размеров. При лазерной сварке импульсы излучения различных форм (но одной и той же энергии) позволяют получить большую глубину проплавления, существенно уменьшить газовые включения в зоне расплава и увеличить прочность сварного соединения. В случае лазерного термоупрочнения при изменении формы импульса и сохранении его энергии глубина термоупрочненного слоя может отличаться в 2-3 раза.

Существующие на сегодняшний день серийные импульсно-периодические источники питания ЛТУ не отвечают современным требованиям технологов. Регулировка формы импульса тока накачки в таких источниках отсутствует, а регулировка длительности производится дискретно, путем отключения части емкостей ячеек, что приводит к изменению волнового сопротивления цепи и, соответственно, энергетики процесса при регулировании параметров тока накачки. Наилучшими известными схемными решением, отвечающим современным импульсным лазерным технологиям является генераторы импульсов тока регулируемой формы (ГИТРФ) на основе однородной искусственной линии с ключами (ОИЛК) [4, 32-34]. Однако, такие источники обладают существенным недостатком, который в принципе присущ всем генераторам на основе однородной искусственной линии (ОИЛ), работающим в согласованном режиме - это большие массо-обьемные показатели при необходимости генерирования импульсов большой длительности. В связи с этим задача создания эффективных и надежных систем питания лазеров с улучшенными технико-экономическими показателями, способных работать в им-пульсно-периодическом режиме и обеспечивающих широкий диапазон регулирования основных параметров является важной и актуальной.

Для всех форм цепей, обеспечивающих импульсную накачку лазера и работающих в согласованном режиме величина накопителя является постоянной и определяется только максимальной энергией одиночного импульса, поэтому снижение массо-обьемных показателей генератора в целом может быть произведено за счет снижения массо-обьемных показателей индуктивных элементов. В связи с этим достаточно перспективными представляются схемные решения реактивных многополюсников с неодновременной коммутацией входов (МНКВ) [22-25]. Обязательным условием при синтезе подобных формирующих цепей является отсутствие влияния воздействующего сигнала от одного входа на другие, что приводит к чрезмерно широкому диапазону изменения уровней зарядных напряжений. Выходом из этой ситуации является использование МНКВ с вентильными ключами, формальный синтез которых на сегодняшний день отсутствует, но которые могут быть легко реализованы на практике и обладают рядом существенных преимуществ перед другими схемными решениями ГИТРФ [26, 62, 91].

Целью работы является разработка принципов построения и методики инженерного проектирования импульсных источников питания ЛТУ с регулируемой формой тока накачки на основе расщепленного емкостного накопителя (РЕН) с формирующим четырехполюсником и с ключами с односторонней проводимостью.

В процессе выполнения работы были решены следующие задачи, тесно связанные с целью работы:

• Определение расчетных соотношений необходимых при проектировании и определяющих параметры ГИТРФ на основе расщепленного емкостного накопителя с формирующей индуктивностью и с формирующим Т-образным четырехполюсником, работающими в режиме полного разряда емкостей ячеек.

• Анализ электромагнитных процессов в РЕН с формирующим четырехполюсником с целью создание методики определения уровней зарядных напряжений и моментов коммутации вентильных ключей для формирования импульсов тока требуемой формы.

• Разработка принципов построения регулируемых индуктивных зарядных устройств, методов их расчета и алгоритмов управления ими с учетом возможной нелинейности зарядного дросселя.

• Разработка методики инженерного проектирования ГИТРФ на основе РЕН с формирующим четырехполюсником для питания твердотельных лазеров.

• Анализ особенностей формирования импульсов лазерного излучения регулируемой формы и экспериментальные исследования зависимости формы импульса лазерного излучения от формы импульса тока накачки.

Основными научными результатами диссертационной работы являются следующие положения, выносимые на защиту:

1. Методы расчета РЕН с формирующим четырехполюсником и ключами с вентильной проводимостью.

2. Оригинальные схемные решения регулируемых индуктивных зарядных устройств, методики их расчета и алгоритмы управления ими с учетом нелинейности зарядного дросселя.

3. Результаты экспериментальных исследований и практические рекомендации по повышению эффективности процесса накачки и точности регулирования формы импульса лазерного излучения путем регулирования формы импульса тока накачки.

4. Методика инженерного проектирования ГИТРФ на основе РЕН с формирующим четырехполюсником для питания твердотельных лазеров.

5. Принципы построения универсальных ГИТР формы и длительности на основе РЕН, работающих в циклическом режиме.

Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Получены расчетные соотношения ГИТРФ с формирующей индуктивностью и Т-образным четырехполюсником, обеспечивающих генерирование базового прямоугольного импульса тока в активной линейной нагрузке с заданными параметрами в режиме полного разряда РЕН.

2. Проведен теоретический анализ электромагнитных процессов в ГИТРФ с формирующим четырехполюсником. Разработана методика определения уровней зарядных напряжений и моментов коммутации вентилей при генерировании импульсов тока различных форм.

3. Предложены принципы построения и схемные решения универсальных ГИТР формы и длительности на основе РЕН, работающих в циклическом режиме.

4. Определен алгоритм управления процессом индуктивного заряда емкостного накопителя с полностью управляемым ключом в цепи заряда, обеспечивающий заданную величину напряжения при нелинейной зарядной индуктивности.

5. Предложен ряд новых схемных решений регулируемых индуктивных ЗУ, обеспечивающих регулирование уровня зарядного напряжения накопителя от нуля и до значений, превышающих удвоенное напряжение основного источника питания. Выполнен теоретический анализ электромагнитных процессов в них, разработаны методики их расчета.

6. Проведены экспериментальные исследования, подтвердившие основные положения данной работы, а также показавшие принципиальную возможность получения импульсов тока со значительно уменьшенными осцилляциями, а также пачек импульсов, промодулированных по амплитуде.

7. Проведены экспериментальные исследования зависимости формы импульса лазерного излучения от формы импульса тока накачки, позволившие сформулировать практические рекомендации по повышению эффективности процесса накачки и точности регулирования импульса лазерного излучения путем регулирования формы импульса тока накачки.

8. Разработана методика инженерного расчета ГИТРФ на основе РЕН для питания твердотельных лазеров. Методика базируется на полученных в работе экспериментальных результатах, аналитических и эмпирических зависимостях и учитывает особенности генерирования импульсов лазерного излучения регулируемой формы.

9. По результатам диссертационной работы была создана им-пульсно-периодическая система питания ЛТУ, экспериментальная установка ГИТРФ на основе пятизвенного РЕН с формирующим четырехполюсником была использована в учебном процессе каф. ЭТПТ (СПб ГЭТУ "ЛЭТИ"), а предложенная методика проектирования была использована при проведении сравнительного анализа импульсно-периодических систем питания твердотельных лазеров, с целью оценки их стоимости и мас-со-обьемных показателей.

1. Гейнрихс И.Н., Баранов М.С., Гуревич В.И. О влиянии формы и энергии импульса лазерного излучения на характер проплавления металла // Сварочное производство.- 1973.- № 9- С.1-2.

2. Лебедев В.К., Граница В.Т., Гаращук В.П. Влияние формы импульса излучения на глубину зоны проплавления при лазерной сварке металла // Автоматическая сварка. 1973. -№ 10-С.10-12.

3. Гиллемин Е.А. Синтез пассивных цепей: Пер. с англ. под ред. М.М. Айзинова. М.: Связь, 1970. - 720 с.

4. Опре В.М. Генераторы мощных импульсов тока регулируемой длительности и формы: Автореф. док. техн. наук: № 05.09.03 Л.: ЛЭТИ, 1993.-16 с.

5. Бенедиктов В.Л., Михайлов Н.И. Особенности получения мощных световых импульсов сложной формы // Приборы и техника эксперимента. 1971. - №4. - С. 187-189.

6. Рыкалин H.H., Углов A.A. Расчет процессов нагрева при сварке металлов лучем лазера // Сварочное производство.- 1967.- № 6. С. 8-9

7. Рыкалин H.H., Углов A.A. Некоторые особенности тепловых источников при сварке лазером // Сварочное производство.- 1969.- № 11. С.4-6

8. Действие излучения большой мощности на металлы / Анисимов С.И., Имас Я.А., Романов Г.С., Ходько Ю.В. -М., Наука,-1970. -218 с.

9. Лазеры в технологии / Водоватов Ф.Ф., Чельный A.A., Вейко В.П., Ли-бенсон М.Н.; Под ред. М.Ф.Стельмаха. М.: Энергия, 1975. - 216 с.

10. Вейко В.П., Либенсон М.Н. Лазерная обработка.- Л.: Лениздат, 1973. -94 с.

11. Кочергин К.А. Контактная сварка. -Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. -240 с.

12. Технология и оборудование контактной сварки: Под. ред. Б.Д. Орлова М.Машиностроение, 1986. -352 с.

13. Белов А.Б. Конденсаторные машины для контактной сварки.- JL: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1984. -112 с. (Электросварочное оборудование).

14. Исследование зависимости глубины упрочненного слоя от формы им-пулса лазерного излучения / В.П. Гончаренко, В.С.Картавцев, Е.Ю.Касьянов и др. // Электронная техника. Серия 7 ТОПО.- 1984.-Вып.З.- С.25-26.

15. Гуреев Д.М. Влияние временной формы лазерного излучения на толщину лазерно-упрочненного слоя // Квантовая электроника.- 1986.-Т.13, №8.- С. 17161-1718.

16. Панкова М.Б., Савинич B.C. Влияние формы теплового импульса на плавление металла // Физика и химия обработки материалов.- 1975. -№2.- С.146-150.

17. Бояркин К.Е., Федоров A.B., Влияние формы и длительности на качество резки авиационных конструкционных материалов // Вестник Ам-ГУ. -1990. -№6. -С.21-24.

18. Herbert S. Haynes. Патент США, №3, 051, 906, по кл. 328-14.

19. Егоров A.A., Панасюк B.C., Юдин Л.И., Острейко Г.Н., Генератор мощных импульсов сложной формы // Приборы и техника эксперимента- 1966.- №5 -С.28-30.

20. Иванонов А. Б., Сосновкин Л.М. Импульсные передатчики СВЧ, М.: Советское радио, 1956.- 615 с.

21. Вицинский С.А. Формирование импульсов тока реактивными цепями с емкостными и индуктивно-емкостными накопителями энергии: Дис. канд. техн. наук.- Л.: 1981.- 190 с.

22. Данилов JI.B., Золтницкий В.М. Импульсные модуляторы на пассивных цепях с регулируемой формой выходного импульса // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Техника радиосвязи.- 1970.- Вып. 5.- С.3-9.

23. Данилов Л.В., Золтницкий В.М. Реализация передоточных функций реактивных многополюсников // Электросвязь.- 1970.-№1.- С. 14-19.

24. Золтницкий В.М. Формирующие многополюсники с несколькими одновременно коммутируемыми входами // Изв. ЛЭТИ.- 1969.- Вып.84.-С.174-178.

25. Золтницкий В.М. Синтез реактивных многополюсников, формирующих мощные импульсные сигналы: Авторефер. дисс. канд. техн. наук.-Л.: ЛЭТИ, 1972.- 13 с.

26. Вицинский С.А., Никитин A.M., Опре В.М. Синтез реактивных многополюсников с неодновременной коммутацией входов управляемыми вентилями // Изв. Вузов. Радиоэлектроника.- 1984.- Т. 27, -№8,- С.88-89.

27. Михайлов Н.И. Генерация мощных импульсов тока произвольной формы // Болгарский физический журнал.- 1981.- Т.8.- №1.- С.94-99.

28. Булатов О.Г., Иванов B.C., Панфилов Д.И. Тиристорные схемы включения высокоинтенсивных источников света.- М.: Энергия, 1975.-С.162-163.

29. Иванов Л.П. Мощный генератор с регулируемой формой импульсов для питания газоразрядных ламп накачки лазеров // Электротехника.-1985.-№3.- С.21-22.

30. Исследование способов регулирования длительности и формы импульсов светолучевых установок / Ивахнов С.Д., Матвеев В.А., Раймов Г.Г и др.// Использрвание оптических квантовых генераторов в современной технике и медицине: Сб.ст.- Л.: ЛДНТП, 1971.-С.3-8.

31. Кибакин В.М. Основы ключевых методов усиления.- М.: Энергия, 1980.- 232 с.

32. A.c. СССР 1648681 МКИ В23 К 11/26. Конденсаторная сварочная машина с регулируемым импульсом сварочного тока / Никитин A.M., Опре В.М., Коротаев Н.В. и др. //1991, Б.И. №18.

33. Опре В.М. Генераторы импульсов тока регулируемой формы для накачки лазерных технологических установок // Электротехника.- 1989.-№9.- С.68-71.

34. A.c. СССР № 1709501 МКИ НОЗК 3/53. Генератор импульсов тока регулируемой формы / Герасев О.С., Никитин A.M., Опре В.М., Свиридов В.А.// 1992.- Б.И. №4.

35. Милях А.Н., Кубышин Б.Е., Волков И.В. Индуктивно-емкостные преобразователи. -Киев: Наукова думка, 1964. -124 с.

36. Волков И.В., Вакуленко В.М. Источники электропитания лазеров.-Киев: Техника, 1976. -104 с.

37. Пентегов И.В. Основы теории зарядных цепей емкостных накопителей энергии.- Киев: Наукова думка, 1982.-424 с.

38. Кныш В.А. Полупроводниковые преобразователи в системах заряда накопительных конденсаторов.- Л.: Энергоиздат, 1981.-156 с.

39. Чиженко И.М., Берлинских Г.С. Зарядные устройства емкостных накопителей энергии.- Киев: Наукова думка, 1980.- 152 с.

40. Энергетика процессов резистивного заряда расщепленного емкостного накопителя / И.Ю.Красноперова, А.Е. Овчаренко, В.М. Опре, А.В.Федоров // Изв. ГЭТУ.- 1997.- вып 511,.- С. 24-26.

41. Ворончев Т.А. Импульсные тиратроны. М.: Советское радио, 1958-164 с.

42. Фугефиров М.И. Электрические схемы с газоразрядными лампами.-М.: Энергия, 1974.-386 с.

43. Импульсные трубчатые лампы как элемент электрической цепи / Ю.А. Ананьев, Е.Г. Бордачев, В.М. Иртуганов и др. // Квантовая электроника.- 1974. №5.- С. 1195-1200.

44. Королев Е.А., Хазов Л.Д. Расчет схем питания импульсных ламп для накачки тверлотельных ОКГ // Журнал прикладной спектроскопии.-1967.- Т.6, Вып.4.- С.467-470.

45. Перльман Д.Е. Предельные нагрузки прямых трубчатых импульсных ламп, наполненных ксеноном // Приборы для научных исследований.-1967.- Т.38, №1,- С.72-76.

46. Импульсные источники света / Под ред. И.С. Маршака.- М.: Энергия, 1978.-472 с.

47. Иванов В.В., Никифоров В.Г., Разанов А.Г. Предельные нагрузочные характеристики импульсных ламп в различных электрических режимах // Электронная техника. Сер. 4.-1975.- Вып.6.-С.23-26.

48. Райзер Ю.П. Физика газового разряда.- М.:Наука, 1987.-591 с.

49. Шмелев К.Д., Королев Г.В. Источники электропитания лазеров / Под ред. В.М. Вакуленко.- М.: Энергоиздат, 1968. -168 с.

50. Григорьянц А.Г., Софонов А.Н. Лазерная техника и технология: В 7 кн. Кн.З Методы поверхностной лазерной обработки /; Под ред. А.Г. Григорьянца,- М.: Высш.шк., 1987.- 191 с.

51. Матханов Н.П. Синтез реактивных четырехполюсников по временным функциям.- М.: Энергия, 1970. 134 с.

52. Ицхоки Я.С., Овчинников Н.И. Импульсные и цифровые устройства, -М.: Советское радио, 1972.- 592 с.

53. Меерович Л.А., Зеличенко Л.Г. Импульсная техника.- М.: Советское радио, 1954.-760 с.

54. Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей.- Л.: Энерго-атомиздат, 1986.-488 с.

55. В.М. Громовенко, В.М. Опре, H.A. Щеголева Зарядные устройства расщепленных емкостных накопителей // Электротехника.- 1997.-№3.- С.45-48.

56. Новиков О .Я. Устойчивость электрической дуги.-JI. ¡Энергия, 1978. -160 с.

57. Никитин А. М. Разработка и исследование импульсных источников питания твердотельных лазерных технологических установок: Авто-реф.дисс.канд.техн.наук: № 05.09.03. Л.: 1988. - 197 с.

58. Лазеры на аллюмоитриевом гранате с неодимом / Г.М. Зверев, Ю.Д.Голяев, Е.А. Шалаев и др.- М.: Радио и связь, 1985.- 144 с.

59. Моравский В.Э., Гаращук В.П., Величко O.A. Технология и оборудование импульсной лазерной сварки и резки.- М.: Машиностроение, 1976. -56 с.

60. Вицинский С.А., Кулаков В.И., Опре В.М. Генератор импульсов тока регулируемой формы и длительности для питания газоразрядных ламп // Приборы и техника эксперимента.- 1980.- №1.- С.123-124.

61. Справочник по импульсной технике / Под ред. В.Н. Яковлева.- Киев: Техника, 1970.- 656 с.

62. Лившиц А.Л. Otto М.А. Импульсная техника.- М.: Энергоатомиздат, 1983.-352 с.

63. Данилов Л.В. Синтез реактивных четырехполюсников, формирующих импульс произвольной формы // Вопросы радиоэлектроники. Сер.Техника радиосвязи.- 1961.- Вып. 3.- С.32-45.

64. Справочник по электрическим конденсаторам / Под ред. И.И. Четверт-кова и В.Ф. Смирнова.- М.: Радио и связь, 1983.- 576 с.

65. Основные технические предпосылки к созданию лазерных установок для резки металлических листов / Герасев O.A., Котиков В.Н., Лазаревский А.Н., Опре В.М., Титков Ю.С., Шабаршин В.П. // Технология судостроения. -1988. №8. с. 21-24. ДСП.

66. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник / О.Г. Чебовский, Л.Г. Моисеев, Р.П. Недошивин и др.- М.: Энергоатомиздат, 1985.-400 с.

67. Справочник по технологии лазерной обработки / Под ред. Коваленко B.C.- Киев: Техника, 1985.- 167 с.

68. Спрвочник по электрическим конденсаторам / Под общ. ред. В.В. Ер-муратского.- Кишинев: ИСТИННЦА, 1982.- 309 с.

69. Белостоцкий Б.Р. Любавский Ю.В. Овчинников В.М. Основы лазерной техники, М., Советское радио, 1972. 408 с.

70. Кочанов Н.С. Основы синтеза линейных электрических цепей во временной области. М.: Связь, 1967. -200 с.

71. Атанассопулос П., Шеффлер П., Уорен А. Оптимальный синтез во временной области. ТИИЭР.- 1966.- Т.54, №12.- С. 359-361.

72. Ланнэ A.A. Оптимальный синтез линейных электрических цепей.- М.: Связь, 1969. -292 с.

73. Unbehauem R. Synthese von Reak-tanzvierpolen mit vorgeschriebenem Zeitverhalten // Archiv der elektrischen Übertragung.- 1967.- B.21 H.4.- P. 161-169.

74. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования Micro-Cap5. M.: Солон, 1997.-273 с.77.3велто О. Физика лазеров: Пер с англ./ Под.ред. Т. А. Шмаснова.- М.: Мир, 1979.- 373 с.

75. Тарасов Л.В. Физика процессов в генераторах когерентного оптического излучения.- М.: Радио и связь, 1981.- 439 с.

76. Пантел Р., Путхоф Г. Основы квантовой электроники: Пер. с англ./ Под ред. Ю.А. Ильинского.- М.:Мир, 1972.- 384 с.

77. Микаэлян A. JL, Тер-Микаэлян М.Л., Турков Ю.Г. Оптические генераторы на твердом теле.- М.: Советское радио, 1967.- 384 с.

78. Спрвочник по лазерам: Пер с англ./ Под ред. А.М. Прохорова.- М.: Сов. радио, 1978.- Т.1- 504 с.

79. Качмарек Ф. Введение в физику лазеров Пер. с польск. / Под ред. М.Ф. Бухенского.- М.: Мир, 1981.- 540 с.

80. Ханин Я.И. Динамика квантовых генераторов.- М.: Сов. радио, 1975.-423 с.

81. Фолин К.Г., Гайнер А.В. Динамика свободной генерации твердотельных лазеров,- Новосибирск: Наука, 1979.- 264 с.

82. Шумы излучения лазеров на твердом теле / В.В. Азарова, Н.М. Галактионов, А.А. Мак и др. Квантовая электроника.- 1979.- Т.6.,№11.- С. 2339-2348

83. Волновые и флуктационные процессы в лазерах / С.Г. Зейгер, Ю.Л. Климонтович, П.С. Ланда и др./ под ред. Ю.Л. Климонтовича.- М.: Наука, 1974.-415 с.

84. Mathcad 6.0 Plus. Финансовые, инженерные и научные расчеты в среде Windows 95. -2-е изд. стереотип. М.: Информационно издательский дом "Филинъ", 1997.- 712 с.

85. Громовенко А. В., Опре В. М., Федоров А. В. Генераторы импульсов тока регулируемой формы / СПбГЭТУ. СПб., 1999. -23 С. Деп. в ВИНИТИ 27.10.99, №3175-В99.

86. Allas А.А., Gromovenko A.V., Opre V.M., Fedorov A.V. Pump systems of solid-state lasers with adjustable peak-temporary structure of radiation impulses / Proceedings of SPIE The International Society for optical engineering. 2000. Volume 4751 - p.53-56.

87. Свидетельство на полезную модель №13125. Зарядное устройство / Громовенко А. В., Опре В. М., Федоров А. В.- №99123578; Заявл. 09.11.99; Опубл. 20.03.00, Бюл. №8.

88. Свидетельство на полезную модель №13733. Зарядное устройство расщепленного емкостного накопителя / Громовенко А. В., Опре В. М., Федоров А. В. -№2000101470; Заявл. 05.01.00; Опубл. 10.05.00, Бюл. №13.

89. Свидетельство на полезную модель №15060. Генератор импульсов тока / Аллас А. А., Громовенко А. В., Коротков А. Ю., ОпреВ. М., Федоров А. В. №2000110979; Заявл. 28.04.00; Опубл. 10.092000 Бюл. №25.

90. Методика расчета эпюры зарядных напряжений и моментов коммутации вентилей для получения в активной нагрузке импульсов тока заданнойформы.

91. Ввод данных для расчета очередного шага.

92. Задание начальных условий для расчета:• ток индуктивности Ь1: Ю1 :=0• ток индуктивности Ь2 (ток нагрузки): 102:=0• напряжение на фильтровой емкости: и1:=0

93. Задание интервала расчетного времени: I := 0,0.1 .6 1.2 Задание требуемого тока нагрузки к моментуполного разряда ячейки РЕН: 12:=12. Расчет очередного шага.

94. Расчет значений токов и напряжений к моменту коммутации последующего вентиля, необходимых для расчета следующего шага:1.:= 0.2 у(1) = 1.099 т := у(1) и := Е(г)

95. Задание требуемого тока индуктивности Ь1, определяющего момент окончания работы демпфирующего вентиля и соответственно момент коммутации следующего разрядного вентиля: 1Ы:=0.274

96. Определение времени работы вентиля т:у(\) := гос*((.71-П .58-и+.49-12) ехр(-1.63^) + (.29-11 + .58и- .49-12)-схр(-1.18-0ххсо8(2.3б-0 + 2.-(.32-П .Зб-и + .05-12)-езф(-1.18-0-яп(2.3б-0 - Ш,0 I := 0.2 у(0 = 0.426

97. Индикация полученных результатов:• время полного разряда ячейки РЕН: 1=0.426• напряжение на Сф в момент т: ис(1)=0.759• ток индуктивности Ь2 в момент т: 1Ь2(1;)=0.955

98. Пример расчета ГИТРФ на основе РЕН для накачки твердотельного лазера.

99. Техническое задание. В качестве исходных данных будем рассматривать следующие параметры:

100. Нагрузка две последовательно соединенные импульсные лампы накачки ИФП-800.

101. Длительность импульса лазерного излучения: хш = 1мс.

102. Длительность фронта импульса лазерного излучения: тфрЛ < 10% = =0.1мс.

103. Длительность среза импульса лазерного излучения: тСрЛ < 10% = =0.1 мс.

104. Максимальная энергия в импульсе = 8 Дж.1..Максимальную частоту следования импульсов 1"тах =30 Гц.

105. Амплитудное значение базового прямоугольного импульса тока равно:w ^2/3 ( «1п =И1. Чтил^с J1пот> = I---I + 85 = 369.85A « 370A.пор I 0.001-1.664 J

106. Уровень заряда ячеек будет равен:

107. Uc = 2.0121п11л = 2.012 • 370 • 1.3 = 967.7В.13 Число ячеек равно:па1/хфр-0.012 1/10-0.012 0.015 0.0151/тср-0.011 1/12-0.011 г„0п >---=-= 5.28.0.0137 0.0137

108. Принимаем число ячеек п равным 6.

109. Номинальные значения элементов генератора будут равны:1. T1 0.7Rth 0.7-1.3-0.001 .1. =---=-= 134мкГн,0.998п +0.784 0.998-6 + 0.7840.25RtH 0.25-1.3-0.001 ,,1. =--— =-= 48мкГн,0.998п +0.784 0.998-6 + 0.784^ 0.5ти 0.5-0.001

110. Ся = Са =т---г-= т-г-= 57мкФ.я ф (0.998n + 0.784)R (0.998-6 +0.784)-1.3

111. Действующие значения тока катушек индуктивности будут равны:1.18Imax 1.18-370

112. Максимальное значение тока разрядного вентиля равно:1.p =1.18-Imax = 1.18-370 = 436.6A.

113. Значение среднего тока разрядного вентиля 1Ср равно:ср =сяис^ах = 57-10"6-967.7-30 = 1.65А.

114. Номинальное значение емкости рекуперации будет равно:п-Ся-Е2 6-57 10"6-5002 Л1 Л Ср =-^-=---= 91мкФ.и;967.7'

115. Величина зарядной индуктивности будет равна:1127мГн.302 ^3.14-б757-10"6 +2-3.14л/9М0"6^ 2.3 Максимально возможная величина зарядного тока будет равна:1тз=Е^ = 50057.Ю-6 -627.10-356.27А.

116. Среднее значение тока зарядного вентиля равно:1СЗ =Ся\.^тах = 57-10~6- 967.7 -30 = 1.65А. Максимальное значение тока вентиля рекуперации определяется как:Iтрек11. Е2с/П

117. С 1 р 5002-57- 10"6 г 91 -Ю-61т! 27-10" -3 v 1 v 57 •10~6.63.ЗА.,

118. Максимально возможное остаточное напряжение в емкости рекуперации будет равно:

119. U0CT(TP) = E-Ee Q = 500-500-2.7ГЗЛ4/10 =135В. Величина дополнительной индуктивности определиться как:и2стСРСя 134.72 -91-10~6 -57-Ю"61. = —-;-=-----— = 7.1мкГн.1^(СР+СЯ) 300 (91-10 + 57-10 )

120. Минимально допустимый уровень заряда ячеек РЕН будет равен:тт wbocc 56.27-50-10"6 и min ~ ~ iL ~чуяв.1. Ся 57-10"