ными требованиями по напряжению - единицы кВ, частоте - сотни Гц и с определенной энергией импульса.

Врезультате проработки выбора элементной базы мы остановились на использовании IGBT (MOSFET) транзисторов в качестве ключевых элементов. Обработка данных, подача стартовых импульсов осуществляется микроконтроллером.

Воснову схемотехнического решения положена схема емкостного накопителя. (Фиг. 1)

VD

L

Реактор

C

VT

Г (СУ)

Фиг.1. Схема электроразрядного генера-

тора.

Конденсатор достаточной емкости заряжается от внешнего источника напряжение Uп=300-500В. Далее замыканием ключевого элемента происходит разряд конденсатора на нагрузку (в нашем случае реактор с маслом). После чего ключ запирается и процессы повторяются. Поскольку время заряда конденсатора много больше времени разряда и составляет соответственно порядка 1000мкс для заряда и 5-10 мкс для разряда, то в схеме осуществляется резонансный заряда конденсатора, позволяющий зарядить его до двойного напряжения питания (Uc=2Uп) за

время τ = π LC . Как указано выше время

разряда конденсатора мало и таким образом он успевает разрядиться до момента начала запирания ключевого транзистора. Т.о. процесс запирания происходит без наличия на нем напряжения. Благодаря этому энергетические потери состоят в основном из активных потерь за время отпирания транзистора

(tотп ~ 20нс).

В схему заведен датчик обратной связи посредством которого снимаются данные о напряжении электродов и токе реактора.

Генератором управляющих импульсов для отпирания и запирания транзистора (Фиг. 2) является микроконтроллер (МК) с выхода которого импульсы подаются на микросхему драйвера, усиливаются до нужного напряжения и тока, после чего подаются на затвор транзистора.

Использование частоты квантования МК

f=8МГц, позволяет с достаточно хорошей точностью опрашивать датчики с реактора и применять широтно-импульсную модуляцию (ШИМ). На данный момент обработка данных с датчика осуществляется 10-разрядным аналого-цифровым преобразователем (АЦП).

Фиг. 2. Структурная схема СУ и заведения обратной связи.

В ходе дальнейшей доработки предполагается установить 24 разрядный сигма-дельта АЦП и вместо МК использовать DSP (Digital Signal Processor), что позволит на несколько порядков повысить эффективность обработки данных и обрабатывать показания одновременно с нескольких датчиков. Что в свою очередь скажется на эффективности регенерации трансформаторного масла, а значит и на качестве конечного продукта.

Перспективы

Поскольку нагрузочный характер реактора мало предсказуем и имеет ярко выраженные индуктивные свойства, то достаточно весомой проблемой является создание генератора электрических импульсов для данного реактора. По предварительным оценкам данная проблема может быть решена в течении 8-12 месяцев. И таким образом, с условием проведения последующих исследований и испытаний срок завершения работы над установкой не превышает 4 года.

На данный момент на мировом рынке не присутствует мобильного оборудования подобного типа.

ЛИТЕРАТУРА:

1.Топлива, смазочные материаллы, технические жидкости. Ассортимент и применение: Справочник / И.Г. Анисимов, К.М. Бадыштова, С.А. Бнатов и др.; под ред. В.М. Школьникова. Изд. 2-е перераб. и доп. - М.: Издательский центр "Техинформ", 1999. - 596с.: ил.

2.Изучение состава и кинетики образования продуктов эрозии металлической загрузки электроразрядного реактора / Н.Б Даниленко, Г.Г.Савельев, Н.А. Яворовский, Т.А. Юрмазова, А.И. Галанов. П.В. Балухтин / Журнал прикладной химии. 2005. Т. 78. Вып. 9

/стр. 1463-1468

3.http://www.master-oil.com/theory/2/

На данный момент Российский рынок технологического оборудования для обработки материалов (фрезерная обработка древесины и металлов, установки плазменной и лазерной резки) заполнен станками с ЧПУ иностранного производства. Бесспорно, можно найти множество достоинств импортного оборудования, однако цена его значительно завышена, и далеко не каждое предприятие желающее наладить обрабатывающее производство способно приобрести станки в ценовой категории 50 000 - 210 000 евро и более.

Всвязи с этим перед нами была встала задача разработки станков с ЧПУ не уступающих по техническим характеристикам образцам иностранного производства, и в тот же момент стоимость которых была бы более приемлема для Российского потребителя.

Входе проработки проблемы были соз-

даны:

-система управления шаговыми двигателями (СУ) от Персонального Компьютера (ПК) для трех координат обработки материала.

-Макет станка для 2.5 координат. Поскольку поставлено требование о сни-

жении стоимости оборудования при сохранении его функциональных свойств, то было принято решение об использовании шаговых двигателей (ШД) для перемещения обрабатывающей головки.

Основной проблемой в создании такого оборудования является создание системы управления шаговыми двигателями от управляющей программы, установленной на ПК. Так как первоначальные макеты создаются в основном в CAD пакетах, Solid Works, Компас пакетах, то в идеальном случае необходимо, чтобы файлы имеющие разрешение данных пакетов воспринимались управляющей программой, автоматически составлялся файл G- кода, по которому этой же программой посылаются на станок импульсы управления. Такой вариант вполне имеет право на сущест-

вование при обработке простых деталей. Однако при сложных 3-D макетах алгоритмы программ допускают серьезные ошибки трассировки, приводящие в итоге к нерациональной траектории прохождения обрабатывающего инструмента. Таким образом, при обработке сложных деталей избежать оптимизации G-кода в дополнительных пакетах инженером избежать на данный момент не представляется возможным. С учетом того, что разработка программных пакетов является весьма долгим, дорогостоящим процессом, а также с учетом того, что Российская реальность не позволяет окупить трудозатраты и финансовые вложения в разработку ПО, то данный аспект разработки был отложен и внимание сконцентрировано на разработку СУ двигателями станка и связью с ПК.

Поскольку стоит задача максимально уменьшить стоимость СУ и не потерять ее функциональных свойств, то для разработки макета было принято решение использовать в основе СУ специализированные контроллеры шаговых двигателей в нестандартном схемотехническом исполнении. На данном этапе разработок принято решение использовать для связи LPT порт персонального компьютера, т.к. он осуществляет параллельную передачу данных и совместим по уровню токов и напряжений с выбранной элементной базой. Благодаря этому отпала необходимость в установке дополнительного микроконтроллера и согласования уровней, что было бы неизбежно при использовании последовательных интерфейсов таких как: RS-232, RS-432, USB 1.0, USB 2.0 и т.д. Возможность применения беспроводной связи отсутствует по причине наличия мощных электромагнитных помех в производственных цехах, что приводит к сбою систем приемо-передачи.

Структурная схема СУ представлена на Рис. 1.

ШД как электрическая нагрузка – имеет активно-индуктивный характер. В статическом режиме его сопротивление чисто активное и составляет единицы Ом. С учетом того что напряжения питания как правило составляет несколько десятков вольт, то протекающий через двигатель ток в статическом режиме составляет десятки ампер. Такие значения токов способны не только вывести из строя управляющий генератор, но и привести к перегреву обмоток двигателя и выходу его из строя.

Существует несколько основных схемотехнических решений данной проблемы,

1)Достаточно широко используется схема

сприменением двух генераторов импульсов – один из которых обеспечивает напряжение и ток, необходимые для осуществления шага, второй генератор создает напряжение достаточное для удержания двигателя – обычно составляющее единицы вольт. Такой метод решения хорошо использовать при наличии вертикальной составляющей в расположении направляющих осей (например Z-оси трех координатного станка). На горизонтальных же координатах смысла возможно применение других – более простых и дешевых схемных решений.

2)Весьма распространенное схемотехническое решение – использование специализированных контроллеров ШД. К достоинствам данного метода можно отнести относительно простое схемное исполнение. Однако существует явный ряд недостатков.

-Отсутствие микрошагового режима управления ходом ШД в большинстве контроллеров.

-Способ заведения обратной связи с двигателя, который данный тип контроллеров позволяет осуществить, является далеко не всегда удобным. Суть заложенной

вних обратной связи заключается в том, что контроллер просто прерывает напряжения на ключевые элементы и двигатель в статическом режиме является отключенным. Также большим недостатком этих контроллеров является то что основное их количество рассчитано на применение с биполярными двигателями. Применять их с униполярными возможно, но ОС оказывается отключенной, т.о. необходимо использовать дополнительные цепи токоограничения в статическом режиме.

Это накладывает ограничения на возможность применения данной схемы - использование только для горизонтальных координатных осей.

3)Использование в качестве ядра СУ многопортового микроконтроллера (МК) обеспечивающего подачу импульсов управления на ключевые элементы и обработку данных с цепей обратной связи (датчиков напряжения, тока, нулевого положения двигателя). Большинство иностранных компаний пошло именно по данному пути схемотехнических решений обеспечивающих достаточно точное управление двигателями и надежность всей системы. Для высокоскоростных технологи-

Вопрос о распределении энергии в разрядном контуре лазера на парах меди (ЛПМ) в течение импульса накачки имеет большое практическое значение при разработке высоковольтных источников питания лазеров. Применяемые в настоящее время схемы накачки, как правило, содержат емкостной или индуктивный накопитель энергии и коммутирующий элемент. В межимпульсный период энергия запасается в накопительном устройстве, затем передается в нагрузку (газоразрядную трубку – ГРТ). Измеренные величины энергии, передаваемой в ГРТ, оказываются значительно меньше энергий, запасаемых в накопительном устройстве [1, 2]. При этом значительная доля энергии выделяется на коммутирующем элементе. Она зависит, как от параметров схемы накачки, так и от параметров активной среды. Целью данной работы являлось исследование распределения энергии в разрядном контуре лазера на парах меди в зависимости от параметров активного элемента и схемы накачки.

На основе математической модели, подробно описанной в работе [3], было проведено моделирование лазера на парах меди и рассчитаны мощности, выделяемые на ГРТ и коммутирующем элементе в течение импульса накачки при различных начальных условиях. Рассматривалась широко применяемая схема прямого разряда накопительного кон-

денсатора (рис.1) с шунтирующей индуктивностью и без нее. На схеме обозначены: Cs – емкость накопительного конденсатора, Rth – сопротивление тиратрона, Lk – индуктивность разрядного контура, Rd – активное сопротивление ГРТ, Ld – индуктивность ГРТ, Ls – шунтирующая индуктивность. В качестве коммутатора предполагался импульсный водородный тиратрон, сопротивление которого задавалось в виде экспоненциальной зависимости:

Rth (t) = Rthoff e−t / tth + Rthon ,

где Rthoff – сопротивление тиратрона в закрытом состоянии, Rthon - сопротивление тиратрона в открытом состоянии, tth – время коммутации тиратрона.

Исследовались зависимости мощности, выделяемой на элементах контура, от: индуктивности разрядного контура Lk, емкости накопительного конденсатора Сs, шунтирующей индуктивности Ls, начальной концентрации электронов Ne0, начальной концентрации неона NNe0, сопротивления тиратрона в открытом состоянии Rthon, постоянной времени переключения тиратрона tth. Исходные данные приведены в таблице 1. Расчеты производились для ГРТ диаметром 1,8 см и длиной 46 см, предымпульсное напряжение на накопительном конденсаторе не изменялось и составляло 7 кВ.

На рисунках 2,3 показано изменение мощности, выделяемой на тиратроне и активном сопротивлении ГРТ, при изменении концентрации (давления) буферного газа неона, предымпульсной концентрации электронов в плазме лазера и индуктивности разрядного контура, соответственно. Как следует из рисунков 2а, 3а, стартовые потери в тиратроне и потери в период проводимости растут с уменьшением давления неона и с увеличением предымпульсной концентрации электронов. Обратная ситуация наблюдается с мощностью, выделяемой на активном сопротивлении ГРТ. Это связано с тем, что с уменьшением давления внутри ГРТ, сопротивление разряда уменьшается гораздо сильнее, чем сопротивление тиратрона в период проводимости. С увеличением предымпульсной концентрации электронов, что имеет место при увеличении частоты следования импульсов возбуждения, также происходит значительное уменьшение активного сопротивления разряда. В обоих случаях происходит перераспределение мощности в разрядном контуре в соответствии с величиной активного сопротивления элементов. Из-за малого сопротивления ГРТ мгновенная мощность и энерговклад за импульс возбуждения уменьшаются, что негативно влияет на эффективность лазера и ведет к уменьшению импульсной и средней мощности генерации. Полученные результаты хорошо согласуются с экспериментальными данными и теоретическим анализом условий работы тиратрона, представленными в работе [4], в которой рассматривалась ГРТ подобных размеров и схема возбуждения с прямым разрядом накопительного конденсатора.

а)

б)

Рис.2 – Мощность, выделяемая на тиратроне и ГРТ, при изменении концентрации неона: а – мощность на тиратроне, б – мощ-

ность на ГРТ

(а - 0,5*1017 см-3; b - 1*1017 см-3; c - 2*1017 см-3; d - 3*1017 см-3)

Проведенные исследования влияния индуктивности разрядного контура показали, что с увеличением индуктивности происходит

б)

Рис. 3 – Мощность, выделяемая на тиратроне и ГРТ, при изменении начальной концентрации электронов: а – мощность на тира-

3.Boichenko A.M., Evtushenko G. S., Yakovlenko S. I., Zhdaniev O. V. The Influence of the Initial Density of Metastable States and Electron Density on the Pulse Repetition Rate in a Cop- per-Vapor Laser // Laser Physics. – 2001. – Vol.11. – №5. – P.580-588.

4.Кельман В.А., Климовский И.И., Фучко Ф.Ю, Запесочный И.П. Особенности работы тиратрона в блоках возбуждения лазеров на парах меди // Квантовая электроника. Республиканский ведомственный сборник научных трудов. – Киев: Наукова думка, 1988. –

№34. – С. 17-23.

Впоследние годы в связи с развитием технологий синтеза наноструктурированных объемных материалов с улучшенными механическими и новыми электромагнитными и оптическими свойствами [1], значительное внимание уделяется получению наноразмерных порошков. Существует большое количество методов получения ннаноразмерных частиц, такие как: метод газовой конденсации, лазерный, высокоэнергетическое разрушение, термический синтез, термическое разложение и т.д. их подробный анализ приведен, например в работах [1,2]

Одним из способов получения нанопорошков, основанных на воздействии концентрированных потоков на вещество, является лазерный синтез. Сам метод испарения вещества излучением лазера с последующей конденсацией пара известен давно[3]. Однако из-за низкой производительности и высоких затрат энергии этот способ получения нанопорошков нашел применение лишь в опытных производствах[4,5]. Основная часть потерь энергии связана с поглощением и рассеиванием излучения плазмой и парами испаряемого материала над поверхностью мишени. Использование импульсных лазеров позволяет существенно увеличить производительность и снизить потери энергии за счет уменьшения длительности излучения и повышения частоты следования импульсов. При этом происходит более эффективный вынос паров из горячей зоны и обеспечивается уменьшение размера частиц[6,7].

Таким образом представляет интерес использование короткоимпульсных лазеров для получения нанопорошков

Вэксперименте использовался электроразрядный XeCl лазер с резонатором описанным в работе [8]. Конструкция лазера подробно рассмотрена в работе [9].

Для измерения времени использовалась камера элетронно-оптическая «Агат-СФ3М» предназначеная для регистрации и измерения пространственно-временных характеристик однократных процессов пико-, наносекундной длительности в спектральном диапазоне 0,4 до 1,2 мкм.

Предельно временное разрешение каме-

ры на поддиапазоне развертки 0,15 нс/см составляет 2 1012 с.

Принцип действия и работа камеры.

Излучение быстропротекающего светового процесса проходит входной объектив оптической системы камеры, частично вырезается временной щелью, а затем, пройдя оборачивающую систему из двух идентичных объективов и набор светофильтров, поступает на фотокатод времяанализирующего ЭОП.

Фокусирующая система ЭОП образует на выходном экране электронное изображение, которое с помощью отклоняющих пластин разворачивается по экрану.

Излучение с выходного экрана время анализирующего ЭОП через контактносочлененные волоконно-оптические диски поступает на фотокатод усилителя яркости. Электронная фокусирующая система усилителя яркости образует электронное изображение развернутого во времени процесса на микроканальной пластине усилителя яркости. Выход микроканальной пластины и выходной экран усилителя яркости представляют собой бипланарный ЭОП, в котором происходит перенос электронного изображения в параллельном электрическом поле.

Световое излучение с экрана, пройдя вы-

3-диафрагма диаметром 9 мм;

4– линза с F = 100 мм; 5 -кювета с гептаном

А

ГАТ