автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.12, диссертация на тему:Бестрансформаторные импульсные источники электропитания твердотельных технологических лазеров

шегородския ордена трудового красного знамени политехнический институт '

На правах рукописи

уда 621.314

ГОЛИЦЫН Юрий Валерьевич

бестрансйошторнье импульсные источники электропитания твердотельных технологических.лазеров.

Специальность 05.09.12 Полупроводниковые преобразователи электроэнергии

а в т о р е ш е р а т.

диссертации на - соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород -1992

. Работа выполнена на кафедре " Электропривод и автоматизация промышленных установок " Нижегородского ордена Трудового Красног Знамени политехнического института

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

• С.Н.ШЕВЧУК V

Официальные.оппоненты,. - доктор технических наук, профессор / ; . . Б.П.БОРИСОВ ;

кандидат технических наук, доцент И.В.БЛИНОВ

Ведущее.предприятие - Научно-исследовательский институт

двигателей, г.Москва

Защита состоится "/¿" Лг^рЛ/?1992 г. в \'Питопии ВУл^Т на пяпйпании-'спеттаяияипованноп

/У

часов

в аудитории на заседанииЛшециализированного совета .

К 063.85.06 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Нижегородском, ордена Трудового Красного-Знамени политехни ческом институте (603600, ГСП-41, г.Нижний Новгород, ул.Минина, С диссертацией можно ознакомиться,.,в библиотеке Нижегородско политехнического института.' •"...;•. _.. . . '•

Автореферат разослан "// " М1992 г.

Ученый секретарь ; '

специализированного совета - . ^ - В.В.СОКОЛОВ

канд. техн. наук, с.н.с. •

Подп.к печ. 13.03.92.:'^сгадт~60х84^/16. Бумага шсч.№1,Лечать офсетная. Уч.-изд.л,1,0.-Тираж 100 экз. Заказ 41 , Бесплатно.

Лаборатория офсетной печати КНПИ. 603022, Н.Новгород, пр.Гагарин;

.■ОБЩАЯ. ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В различных областях машиностроения все большее развитие получают лазерные технологии, позволяющие осуществить ранее не возможные или трудновыполнимые операции сварки, термической и размерной'обработки материалов. С их внедрением связаны повышение производительности и улучшение условий труда, возможность автоматизации,-снижение трудоемкости по отношению к традиционным методам обработки материалов.

Интенсивное развитие и массовое: внедрение лазерных технологий в промышленное производство требует повышения эффективности лазерно-технологических установок (ЛГУ).

Повышение точности и качества при размерной обработке различных видов материалов с помощью ЛТУ.на базе импульсных твердотельных технологических лазеров в значительной мере связано .с потребностью оперативного регулирования параметров лазерного излучения. Однако,-регулирование формы, мощности и .длительности импульсов лазерного излучения оптическими методами' (.-.применение светофильтров, диафрагмирование луча ) не эффективно в виду низкого к.п.д. твердотельных лазеров ( менее'-10$!). Поэтому возникает необходимость - -в специальных источниках электропитания (ИЭП) й-широкими возможностями оперативного регулирования фбрмы, амплитуды и длительности, импульсов тока лампы накачки (ЛН), так как-форма-импульсного лазерного излучения практически'повторяет форму .тока в-ЛН»

„ .Серийно выпускаемые в настоящее время ИЭП импульсных, твердотельных технологических лазеров.на базеиндуктивно-емкостных и ди- --одно-конденсаторных преобразователей не. обеспечивают оперативного . регулирования формы и параметров-выходных импульсов тока в требу-, емых пределах. Известные ИЭП обладают невысокими массо-энергети-, ческимй •показатеяяш.'^.";.с--^-' '■•''';••..: ";'-'■'.1' ,' '. '; •.Таким образом,,решение-важной технической и практической задачи, оперативного 'регулирования формы и.параметров лазерного излу- . ченип твердотельных технологических .лазеров непосредственно связа- , •но с необходимостью- разработки, для них эффективных специализированных ИЭП. ■ \' ~ . '■ '* V":

Диссертационная работа выполнялась в;соответствии с одним кз . научных направлений кафедры "Электропривод и автоматизация промыт- , , ленных установок" Нижегородского политехнического института "Импульсные электродинамические системы", в рамках.проводимых госбюд-

, жетных и хоздоговорных. научно-исследовательских работ.

; Цель работы. Разработка и. "исследование высоковольтных импульс ных ИЭП твердотельных технологических .лазеров, с оперативным;peгyлv рованием формы и параметров выходных импульсов тока и улучшенными массо-знергетическими показателями. .

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе ре-• паются следующие задачи: ■ .о - ■ ■"V . .. "" ., , ' ",';/ .'

- анализ разработанных к - настоящему времени схемных решений имцульсных ИЭП твердотельных лазеров и сравнительная оценка их функциональных возможностей и массо-энергетических показателей;

- разработка импульсных ИЭП с регулируемой формой, амплитудой и .длительностью выходных импульсов и улучшенными массо-энергет тическими показателями;

- теоретические и экспериментальные исследования различных;, режимов работы предлагаемых ИЭП; -*..'.;.'

- анализ динамических и энергетических характеристик ИЭП и . разработка инженерной методики расчета их силовых элементов;

- разработка системы микропроцессорного управления ИЭП.'.;'-.

Методы исследований;- Исследование электромагнитных процессов

в ИЭП проведено, с помоцью кусочно-лрипасовочного метода. При "этом на интервалах непрерывности иепользрваш классический метод решеш линейках диф^еретдоальных; уравнений^ -нел»

. нейных, дифференциальных уравнений ( метод Рунге-Кутта-). Расчет •;-динамических и; энергетических, характеристик ИЭП выполнен, с .-помощь! ЗШ. Достоверность научных,положений подтверладена. результатами "эк< периментальных. исследований,'проведенных,на- изготовленном, автором образце ИЭП.;-

Научная новизна..В работе.получены^следующие новые научные . результаты:".;./ - \'.)■■'. --V •;■ .•'■•.

, - обоснована рациональная структура многофункциональных импульсных ИЭП твердотельных технологических лазеров; ' -

- разработана математическая модель каскадных тиристорно-кон-денсаторкых преобразователей.(ТКП) для,исследования и анализа процессов зарядки конденсаторов каскадов с учетом технологического разброса их емкости и реюлов стабилизации напряжения накопительга конденсаторов; ■ ......

- разработана математическая модель генератора импульсов ток; (ГИТ) с перестраиваемым, разрядным контуром секций накопительных № дснсаторов, позволявшая реализовать оперативное регулирование фор!

параметров импульсов тока.

Практическая ценность состоит 'в следующем:

- показана целесообразность применения многофункциональных зстрансформаторных ИЭП для импульсных твердотельных технологичес-ях лазеров, обеспечивающих оперативное регулирование формы импуль-оз тока й параметров лазерного излучения й эффективность ЛГУ для азмерной обработки материалов;

- предложены схемные решения, ловышагацие надежность бестранс-орматоркык ИЭП, стабильность их выходных параметров и качество ехнологического процесса размерной обработки-материалов;

- получены удельные массо-энергетические характеристики дрос-ельного и конденсаторного оборудования, 'позволяющие обоснованно одходить к проектировании дросселей и выбору конденсаторов для спольэования их в качестве силовых элементов ИЭП;

- разработана система микропроцессорного управления НЭП, поводящая автоматизировать процесс,размерной обработки материалов.

органично включиться в общий технологический"процесс промышленного роизводства.- ' . , -

• Реализация результатов работы. Результаты диссертационной рабо-ы нашли свое применение в практике проектирования и ^разработок ЯТУ азмерной обработки материалов, проводимых в НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬ-, КОМ ИНСТИТУТЕ ДВИГАТЕЛЕЙ (.г.Москва ) и ИНСТИТУТЕ ПРИКЛАДНОЙ' ФИЗИКИ г.И.Новгород ). .' : ■

Апробация работы. По основным теоретическим положениям и резуль-атам диссертационной работы автором сделано 16 докладов: на У Все-, оюзной научно-технической конференции, г.Уфа, IS84 г., 1У,У Всесо-зных научно-технических конференциях "Проблема преобразовательной . ехники", г.Киев, 1987, 1991 гг.».Всесоюзной,научно-технической ' v онференции "Современное-состояние, проблемы.и перспективы энергетики и, технологии в энергостроении"- („1У Бенардосовские чтения ), .Иваново, 1989 г.-; Республиканских школах-семинарах молодых ученых специалистовj г.Алушта, 1988,,1989, 1990 гг.; областных научно-ехнических конференциях. :

Публикации. Основное содержание работы представлено в 9 печатях работах, имеется одно авторское свидетельство и два решения о ыдаче авторских свидетельств. ■ . ; , ■Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из' ведения, четырех глав, заключения, списка литературы и пяти положений; содержит 115 стр. основного текста, 45 стр. иллюстраций,

117 наименований используемой литературы, 24 стр. приложений. '

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и сформулирована ц исследований, перечислены основные научные и .практические, резуль ты работы, степень их реализации, приведены положения, выносимые автором, на защиту. ■

В первой главе сформулирован комплекс требований к повышени .эффективности ИЭД;импульсных твердотельных технологических лазер для размерной обработки материалов, проведен сравнительный анали существующих схемотехнических решений ИЭП и определены рациональ силовые схемы требуемых ИЭП, выполненные на базе бестрансформато ных ТКП каскадного типа и ГИТ с перестраиваемым разрядным контур секций накопительных конденсаторов..

Для получения требуемых форм выходных импульсов при моноимп сном методе обработки в составе ИЭП (рисЛ) используется ГИТ,, об спечивагоций как дискретную, так и непрерывную амплитудную модуля импульсов тока в ЛН на интервале их длительности..; , . При этом глубина модуляции импульсов тока ' • ' :, ;

■ ~гн -' ^-Да* г1и»>и ■ - (X)

('•а ~ г . ,. . "'*.,.'.'.

■ т т • 1тах+1пнп '

где , 1)П1П - максимальное и минимальное значения тока на инт

вале длительности имцульса, соответственно, находится в пределах пу-0...0,5. :. . ;

.Сравнительный анализ,ГИТ, используемых для-питания'ЛН, пока что осуществить оперативное регулирование при дискретной и.непре ней амплитудной .'модуляции', выходных 'импульсов, тока позволяют гене торы с перестраиваемым.разрядным контуром, предварительно заряже ных до требуемых уровней напряжений, секций Накопительных конден торов. •'. "' '

Диапазон изменения напряжения зарядки секций накопительных денсаторов для питания ЛН находится^ пределах 0,5...3 кВ, поэго при использовании промышленной'сети 380 В, 50 Гц в составе ИЭП л жен быть специализированный зарядный преобразователь, обеспечива щий согласование режимов работы ЛН и первичной сети.

Показано, что при получении требуемого уровня выходного наг женкя ИЭП целесообразно применять беетрансформаторные ТИП каскад; го типа, обеспечивающие дозированную зарядку накопительных конде

Принципиальная схема ИЭП с регулируемой формой и параметрам» выходных импульсов

Рис.1

' саторов.: •■•••• ■ ' . • . • . ' .;

При многоимпудьсном методе, обработки материалов., когда требу ется-серия импульсов с высокой частотой следования, возможна рабо - ТШ1 непосредственно на JIH. Если требуется частота следования выхо ных импульсов,.представляющая собой ряд дискретных значений, совп дающих со значениями, /определяемыми в, соответствии с выражением .

i 3оо , "-; . (2)

Jp г + а » ;

где П. =0,1.»; то целесообразно использовать .ТКП с непосредс венной связью,с сетью (рис.2). Синхронизированная зарядка конденсаторов каскадов, позволяет, исключить в. этом случае из ТКП входные фильтр и дроссель. . -Л; ;

• Во вторбй главе проведены теоретические и экспериментальные исследования различных режимов работы предлагаемых ИЭП.

; При рассмотрении процессов резонансной и синхронизированной зарядки конденсаторов'каскадов TKÍI учитывалось, что потенциалы о; поименных обкладок конденсаторов.к началу очередного периода их с .рядки в общем.случае различны. Это различие объясняется.падением . напряжения на ¡тиристорах и диодах цепей зарядки конденсаторов кас кадов и в большей,степени^технологическим разбросом величин емко< тей одного номинала до 5—10%. ' , t. V"'.'

Исследования проведейы. в схемах замещения ТИП,', представлент ка рис.3..- ''„-;•.;"••.";'■'. ; "'.'- •"-•'•'■',",'"'•'.''.••■:■'■'.'''''■■.."

Полученные математические,модели ТКП позволили выявить.спец! фические особенности, каскадных схе?/. и рассчитать динамическиё, и . интегральные характеристики каскадных TKÎ1.. Различные начальные m пряжения конденсаторов каскадов приводят к их. неодновременной зарядке и 'фазовым задержкам протекания зарядного тока. по ;каскадам, прячем существует определенный ;Закон. распрёделения начальных ,нап] жений конденсаторов яабкадов, ,;при -котором - фазовая .задержка макси мальна. ;Д/. -".' Vv,"7a"'-''"'i -: .-л • ■

Для резонансной зарядки конденсаторов каскадов при условии

лП ûU-t.i -,_ ДUи _ _ й UI.(m-I) , •: foi

¿V- — - -------f <3) v

где д1)1Л= UtíKH~UIK ,Ufi(K*i) , U-i. k - начальные напряжения конден торов каскадов, максимальная, фазовая задержка • равна

Принципиальная схема ТКП с непосредственной связью.с сетью

Ш..У7£

• V

ш тг ■■ ш •:, шм

3803, 50 Гщ

/V о-

'- - Рис.2 . 'М-ч: Схемы замещения .ТКП"-'ч'•' _

•г . . и ий С','/ и,

Ш

и

4.1

- о-

1.Г

С Г. К У,у

41

б) ^ £ ¡¿пи./

// ^ № ' Оа . Г/У

(

си ,

4/.

/77

'¿С

4

'¿л-

ш су

Ш

а) - при резонансной зарядке конденсаторов каскадов;

б) - при синхронизированной зарядке конденсаторов каскадов.

"Рис.З - '

где - . Г " , , ¡_ i • ■

. (5) ; V.

'," Для синхронизированной зарядки конденсаторов каскадов

Vmax ~ aicsiíL aus¿n Ü*-< ,

при условии где ~ начальные напряжения' первого

и последнего конденсаторов каскадов.

Фазовая задержка может • достигать значений "/з , поэтому' ее необходимо учитывать при:построений.системы-управления ИЭП. Длительность импульсов .управления- тиристорами,, обеспечивающими: заря, ку конденсаторов каскадов,-долота'быть увеличена как минимум на величину.. этой задержи' bó избежание продусков зарядного "тока и н . рушения нормальной работы'устройства,-:Зкспериментальные исследов 'ния ТЮ1 подтверждают это .'положение. - ' ' , , у

..'Особенность, дозированной зарядки накопительных конденсаторэ определяется-дискретностью изменения выходного напряжения от пер ода к периоду^.причем .в,зависимости от уровня' выходного "напряжен его приращение' -различно./-Для. размерной" обработки/материалов треб . емая-стабильность- выходного' напряжения. ИЭП ..составляет 0,11,0$ 3 данной главе определена зависимость относительного пр;: ранения напряжения..накопительного конденсатора A Uz.n, щ " Л- " периоде работы'ТКП, которая..графически представлена на рис.4. - •

Требуемая точность' выходного напряжения ИЭП при глубоком ет регулировании,.достижи,vía при.рабочей' частоте ТКП десятки' кГц. На. более низких рабочих частотах возникает необходимость в дополнительных устройствах обеспечения, стабильности выходного напряжен-, поэтому с-.'у частием -автора.'радработан' ряд схемныхрешений' по . стабилизации напряжения зарядки накопительньпе. конденсаторов. ■ .',' - Наиболее эф|>ективноУ,и прЬстое устройство, стабилизации, 3ai . ¡ценное авторским свидетельством, приведено на рис.5. Принцип eri действия состоит . в том,- чта в" моментдостижения;напряжения нако: тельного. конденсатора' заданного, значения ток накопительного, конденсатора/ Си переводится .в конденсатор фильтра. Сер; при;подаче ш пульса управления,.:® тирлбтор УТ2. Экспериментальные исследования подтвердили, эффективность: разработанного устройства стабили.

ЦИИ. ' ; '.- / í- ; ',:■.>: .•":■ '.-/■-, - -, . . • '":/'■' - ;

Сопротивление ЛН как-электрической -нагрузки имеет нелинеГш: . характер и'-'зависит'от величины мгновенного тока ЛН. Элек'тромагн

Ю ' ',-; " - ' ■''.-'■""' 'г. '.."..

?косительноз-приращение напряжения накопительного конденсатора на .V- ' . последнем периоде зарядки .

& 150 Гц

•д' 100Гц. - .'-

. о 2 : .л:

, . Устройство • стабилизации' выходного напряжения'. ИЭП;

У о-*

(•'А? ; "I

'; Каскады-' ' • конденсаторов ,

Ж

№

• №2 '

Сн

Рис.5

ные процессы при таком,-характере нагрузки описываются нелинейным . • дифференциальными .уравнениями. Одаак'о, большой объем вычислений решении нелинейных дифференциальных уравнений затрудняет органиэ цию системы управления ИЭП. . . \ ..'

: При колебательном характере разряда накопительного конденса ра на ЛН, . используемом при размерной обработке материалов, сопро тивление лампы можно принять равным -',' - ,,--

Р - ко В Л'.,-: -V ■■ . (7)

- Л"л/тт -

гдё^ - коэффициент пропорциональности, С • - расстояние мевду с тродами лампы, сI, - поперечное, сечение газоразрядного промежутка - Гт - амплитудное значение тока лампы. Показано, что расхождение . , результатов 'расчета йд в зависимости от мгновенного и амплитуда значений тока ЛН находится в пределах 0...20Й и учитывается в мз матичеоксй модели поправочным коэффициентом. -

: С учетга сопротивления;^ -по выражению (7),

работана математическая модели ЛЯ', позволяющая оперативно рассс тывать для'заданной формы импуЙсов уровни напряжения зарядки се ций ;накошт,ельных. конденсаторов и временные интервалы'проводимое коммутирующих тиристоров. Исходными данными для расчета уровней пряжения-.'зарядки секций накопительных конденсаторов и временных терталов'праводашости..коммутирующих тиристоров-являются амплитуд .- • значенця ;!шщьс08 ^ участков с одинаковой амг

I. тудой. Кроме того, математическая модель ГИТ. позволяет .определит требуемоечисло.; сек'дай .'нак.оште льных - конденсат оров для обе спечет : задора

Переходные процессы в ГИТ при изменении.структуры"разряднох . контура, -^еты' при'с.ледата^ ,Ш и напряжения сег

ций накопительных 'конденсаторов на интервале..коммутации тиристор /'■ неизменны,,'что позвф(яо.«ш?ат^|(аме}1ею(е'убков секций накопите них кокденсат9ров. по линейному закону и. значительно-упростить ш тематическур; модель.'.Экспериментальные исследования процессов кс . мутации-вГИТ.доказывает, от допущений не

превышает. 5%.' Рассчитанные "с помощью. математической, модели (рис. и реальные импульсы тока .Ж. отличаются не более, .чем на 1055.

Третья глава посвящена ангишзу массо-энергетических характг ■ так разработанных ИЭП и оптимизации режимов их работы. ,

В условия*.широкого.внедрений, технологических'лазеров в прс

мысленном производстве*их,НЭП должны;обладать высокими массо-31 •;; гетическими показателями»т.е., иметь минимальные массу и.габар', при максимальном значении к.п.д. . ,

При . ."оптимизации режимов работы НЭП с точки зрения тнтат массы и .габаритов автор считает наиболее целесообразным оптимиг ■ вать режимы работы нестандартного дроссельного оборудования. С целью определены массо-знергетические характеристики дроссельнс .оборудования ТКП и ИТ в зависимости от частоты и формы воздейс ющего напряжения и двух вариантов выполнения дросселей:- с магни проводом и без магнитопровода.

Суммарная удельная масса дроссельного, оборудования ТКП при числе каскадов ^ =4 от его рабочей частоты приведена на рис.7. Минимум суммарной массы дроссельного оборудования ТКП наблюдает при рабочих частотах ТКП =2...6 кГц.. Выбор рабочей частоты Т при > I■кГц требует сохранения добавочных потерь в обмотках д селей на уровне кэо5°=1и использования высокочастотных силовых ;. рксторсв к диодо^, а также определенного типа конденсаторов ■ - . . К ;72-11А. :Поэтому автор''.садт^г^оправданным-выбор более низких бочих ;частот ТКП 0,44 <I кГц, что. позволяет при некотором у личении; массы дроссельного оборудования-использовать-в ТКП тири ры' и диоды общепромышленных : серий без значительного снижения их груз очной способностя м значительно расширить номенклатуру испо. зуеккх конденсаторов. , . ■■',.

, . ; . Значительная. часть.массы. ИЭП приходится на долю секций нак< ' тельных конденсаторов, режимы работы'которых определяются режим;

/работы-ЛЙ и отличаются от номинальных режимов,' приводимых-в спрг -;/'. вочно.а.;литературе. В зависимости от требуемых.режимов работы се» ''. ч нгюрпительных^коедё^^ массо-энергетичеи

.; '' характеристики суцествующих ионденсатороЕ и сделан их выбор для прльзования. в качестве .накбготельных по критерию минимума удельь ■ массы."-'*.--'-".■-".-■ .-,'.-:' "■■ ; • На; основании .'полученных результатов . автором предложена инж£ нерная методика расчета силовых элементов НЭП. " •. 3 четвертой' главе рассмотрен, разработанный автором,-' экспег ; ментальный образец бестрансформаторного >импульсного ИЭП с регули . смой формой и параметрами выходных импульсов токаг который может ' быть ; эффективно, исполйзо'ва^ ЯТУ с.

твердотельнюта. технологическими.лаз ерами для■■размерной обработки материалов с целью расширения их функциональных возможностей и.

'дельная масса дроссельного оборудования каскадного тиристорно-

и улучиения массо-энергетических показателей. С целью его исполь зования в автоматизированных ЛТУ источник предусматривает в свое ■составе микропроцессорную систему управления.

Функциональная■схема ИЭП представлена на рис.8.

В состав ТКП входят: выпрямитель (В), фильтр (Ф),. каскадная схема (КС-)» идентичные каналы зарядки накопительных конденсаторо (КЗ).

Генератор импульсов тока содержит секции накопительных конд саторов, подключаемые к нагрузке (Н) с помощью коммутирующих тир ■ торов.'

Каскадный принцип построения дает возможность создания стан дартных радов унифицированных блоков, позволяющих при соответств; ищем их выборе-строить ТКП требуемой мощности и уровня выходного напряжения и ГИТ., обеспечивающих требуемые форму и длительность выходных.импульсов. : '

Б источнике предусмотрено устройство, стабилизации напряжен!! зарядки накопительных конденсаторов (УС) и блок поджига.и "деяур ной дуги" (Щ). . 'г'^'-: ' , ' '

;у'-. Предложена структура микропроцессорной системы управления (! которая реализует следующие функдии: '-

зычисление.'уровней^напряжения зарядки секций накопительны конденсаторов и временных* .интерпалов проводимости коммутирующих 1 ристоров в зависимости от. заданных'режима работы,ИЭП и параметре выходных импульсов тока;. - . .'

зарядку .накопительных .конденсаторов в широком диапазоне в; / ходного напряжения ЙЭП.'с высокой"точностью его стабилизации; ' ',■1 -"периодический ;;или однократный, режим .работы ИЭП; ".

.'; /;. ' - 'формирование йоту лье ов тока .заданной формы, амплитуды я д ; тельности; ' .:•'.'Ул:.' ::'•:■-•'-•" ■"; "'./■''•'"'

■ '• -";• ^/'сиИ^йиаацрю '^»мо? 'рабртм.-ИгЯ\с режимами работы ЛТУ; - - защиту. ;.Й5П'в аварийных режимах,'; :- ': . •'- . ,

Сравнительный анализ технических характеристик разработанно и серийно выпускаемых наиболее: близких по:своему назначению ИЭП показывает; .что' разработанный источник не уступает, а по -большин ству параметров и 'функциональным возможностям; превосходит извест ные, что позволяет, рекомендовать его к внедрению .в промышленное .- производство. . ':'

Cr ло

D Я ET

es

i

ti . о -M

4S if H'

I* я §

«

a il

• к ЛДЧ

£ V ël 4

.5 Ь >îr

с -s Я.

• •'. ЗАЮШЧ5ШЕ'-. ; ; : - ''

На основе проведенных в диссертации теоретических и эксп .ментальных исследований получены следующие результаты.

1. Проведенный сравнительный анализ известных источников , тропитания импульсных твердотельных технологических лазеров д

размерной обработки материалов с точки зрения повышения их эф тивности позволил обосновать структуру импульсных источников тропитания с регулируемой формой и.длительностью выходных имп и высокими массо-энергетическими показателями, содержащую для импульсного метода обработки генератор импульсов тока с перес ваемым разрядным1 контуром секций накопительных конденсаторов ристорно-конденсаторный преобразователь'каскадного типа.;Иста элктропитания обеспечивают в лампах накачки импульсы заданной с глубиной модуляции Л7„ =0...0,5 и плавно регулируемой длите стью 0,3.'.;1,5 -не при частоте их следования до 100...200 Гц.

Генерирование нерегулируемых импульсов длительность» ' 0,1...0,3 мс при »яюгоимпулы;йЗм методе обработки обеспечивав ■.ристррнргКонденсаторные>преЬ(|р4^ователи.при непосредственном чении их на лампу накачки. л-'Ч--

2.'; Долученные «в-':рефульра*е"исследований,электромагнитные цессов основные динамические характеристики позволяют осущест выбор числа:каскадов тиристорно-конденсаторных преобразовате^ числа секций накопительных конденсаторов генератора шпульсо!

- -- ;■.' ' ' Опредёлена зависимость' длительности импульсов управленю .ных тиристоров тиристорно-конденсаторных преобразователей от i каскадов.

Предложены способы стабилизации напряжения зарядки секц1 пительных :конденсаторов .при«глубоком регулировании выходного жения источников электропитания.

. 3. Разработана математическая модель генеоатора импульс ■.-регулируемой:формыамплитуды и длительности, учитывающая не, ;.',"ный'^/характер. нагрузки.,:^ и поз;

''доя^при длительности'импульса' рассчитать тр

• 'ииё-'уровии. накопительных конденсат

. Еременные интервалы проводимости -коммутирующих тир'дсторов.

4. В результате исследований энергетических характерист трансформаторных. импульсных, источников электропитания оптими ны режимы работы'каскадных тиристорно-конденсаторных преобра

лей, что позволяет обеспечить ,их минимальные массу и габариты.

Полученные удельные массо-энергетические характеристики дрос-льного и конденсаторного оборудования позволяют определить опти-.льный вариант исполнения дросселей и выбрать конденсаторы для ре-¡мов" работы в. качестве накопительных и конденсаторов каскадов.

5. Разработана система микропроцессорного управления режимами löotu источников электропитания. ; . " ■ - ...

6. Разработан ряд новых схемных решений узлов каскадных тирис-фно-конденсаторных преобразователей, позволяющих повысить' надеж- ->сть работы, стабильность выходного напряжения, и к.п.д. источни-'

>в электропитания, защищенных авторскими свидетельствами.

7. Предложена Инженерная методика.расчета.силовых элементов ¡точников электропитания. , , ."■■.•

8. В результате исследований созданы импульсные источники тектропитания с регулируемой формой,''амплитудой и длительностью йодных импульсов тока. Источники имеют мощность 4...10 кВт, уро-знь выходного напряжения 0,4...1,75 кВ с,точностью до 0,5$ и час-зтой слодоиания выходных импульсов:до 100- Гц. '

Основные результаты исследований по теме диссертации опубли-званы в, следующих работах: .•

1. A.c. 1307546'СССР, МКИ НОЗк 3/53. Генератор высоковольтных отульсов./ В.П. Кириенко, В.В. Ваняев, Ю.В. Голицын. Опубл." в Б.И.

16, 1987.' ' ';-■;"

2. Ваняев В.В., Голицын Ю.В., Карпенко А.И. Источник электро-ятания технологического лазера. В'кн.: Современное состояние,, про--лемы и перспективы энергетики и технологии энергостро'ения. Тезисы окладов Всесоюзной научно-технической конференции ( 1У Бенардосов-кие чтения ). - Иваново, 1989, т.1, с.53-54.'' .'•;'■

3. .Ваняев В;В.', Голицын Ю.В., Карпенко А.И., Кириенко В.П. собенности зарядки дозирующих конденсаторов в каскадных преобра-ователях импульсных источников энергии. В кн.: Проблемы преобра-овательной техники. Тезисы докладов У Всесоюзной научно-техничес-ой конференции. - Киев, 1991, ч. 2. с.216-217. '

4. Ваняев В.В., Голицын Ю.В., Карпенко А.К. Стабилизация вы-одного напряжения импульсного источника питания с дозирующими онденсаторами. В кн.: Преобразование параметров электроэнергии в ■нергетических и технологических установках. - Киев, 1991,. с.40-42.

5. Ваняев В.В., -Голицын 1и.В., Карпенко А.И. Электромагнитные

процессы зарядного преобразователя каскадного типа. В кн.г.Преоб 'зование. параметров электроэнергии в энергетических и технологиче ких установках. -'Киев, 1991, с.23-32.

6. Ваняев'-В.В., Голицын Ю.В.., Кириенко В.П., Плетнев П.М., Шевчук С.Н. Беегрансформаторный зарядный преобразователь импульс го источника энергии. В кн.: Проблемы преобразовательной техники Тезисы докладов 1У Всесоюзной научно-технической конференции. . -ев, 1987, ч. 2, с.55-57. .

7. Ваняев В.В., Голицын ty.B., Махин Ю.И., Плещицер Р.Х. -Электроимпульсная установка для очистки рабочих поверхностей дес лиматоров./'Рукопись деп. в ВИНИТИ, 1983, If 1032.

S. Голицын 10.В. Анализ энергетических показателей зарядных преобразователей с дозирующими конденсаторами. В кн.: Тезисы.дол дов Восьмой научной конференции молодых ученых Волго-Вятского ре она..-Горький ,,'1988, с. 286-287.

9.-Кириенко В.П. , Ваняев В»В.Голицын'Ю.В. Мощный источник питания для электроимпульсной .fбработки материалов. В кн.: Abton . тизация новейзшх, 'электротехнологических* процессов -в машиностроек "- на основе.применения полупроводниковых преобразователей частоты .целью'экономии материальных, трудовых и энергетических ресурсов. ,, Тезисы докладов/Всесоюзной научно-технической конференции. - Уфв IS84, c.2i-22.;'p;;-AV; Д/-'

. 10.■ Кириенко. В.П.Ваняев В.В., Голицын L.B. . Плетнев П.М, Расчет .депей загдиты 'тиристорного:'преобразователя. В кн.: Электре . оборудование промысленных установок.' Межвузовский сборник научна 7 "трудовД'-^орьк^ /,v';.',

- II. Решение от 18.07.91 о выдаче а.с. по заявке ;."> 4853057/;

' НОЗк-З/оЗ от 27.06.91. Устройство для зарядки накопительного ко; сатора./ В.П.Кириенко, В.В. Ваняев-, L-.B. Голицын. '.". '■'""■'' . 12.;.Рещение. от 31.07.91 о выдаче а.с. по .заявке 1? 4842658/i НОЗк 3/53 от 20.06.91. Устройство для зарядки накопительного koî денсатора./ В.П. Кириенко, В.В. Ваняев,ГЮ.В..Голицын., -

■ Личный вклад; автора. В работах, написанных в соавторстве, ; . .тору' принадлежит: «еуодаческий--подход, расчетная часть, обобщен] / 3,4,5,10 /;,постановка задачи, Новые схемные решения, экспериментальные, исследов'ания'/ .2,6,7,9'/. -..,'. . . ;