- •Основы электротехнологии
- •Иваново, 2011 Литература
- •1 Введение. Классификация электротехнологических установок
- •2 Лазерные установки Введение
- •Классификация лазеров
- •2.1 Теоретические основы лазерных установок.
- •2.1.1 Физические явления при получении лазерного излучения.
- •Возбужденное состояние
- •Невозбужденное состояние
- •2.1.2 Принцип получения лазерного излучения
- •2.1.3 Методы создания инверсии населенности
- •2.1.4 Оптические резонаторы
- •Виды и условие устойчивости оптических резонаторов
- •Резонансные частоты и размер пучка излучения.
- •2.1.5 Свойства лазерного излучения.
- •2.1.6 Принцип действия, устройство и параметры твердотельных лазеров. Устройство и работа твердотельного лазера
- •Лазер на рубине.
- •Неодимовый лазер.
- •2.1.7 Принцип действия, устройство и параметры газовых лазеров.
- •Газостатические молекулярные лазеры.
- •Устройство и работа газостатического лазера
- •Излучатели с конвективным охлаждением рабочей смеси.
- •Электроаэродинамические лазеры
- •Электроионизационные лазеры.
- •2.1.8 Накачка электрическим разрядом.
- •2.1.9 Полупроводниковые лазеры.
- •Устройство полупроводникового лазера
- •2.2 Инженерные основы лазерных технологических установок. Введение
- •2.2.1 Требования к промышленным и технологическим лазерам и лту
- •2.2.2 Схемы и конструкции лту на базе твердотельных лазеров.
- •2.2.3 Лту на основе газоразрядных лазеров с диффузионным охлаждением (лдо).
- •2.2.4 Лту на основе газовых лазеров с конвективным охлаждением (быстропроточные лазеры- бпл).
- •2.2.5 Электрические схемы высоковольтных источников питания Источники питания лазеров импульсного действия
- •Источник питания с индуктивным накопителем энергии
- •Источник питания с ёмкостным накопителем энергии
- •Источник питания с управляемым током зарядки
- •Источники питания лазеров непрерывного излучения
- •Источники питания современных высоковольтных технологических лазеров.
- •Конструкция преобразователя напряжения
- •2.2.6 Оптические системы формирования лазерного излучения в технологических установках
- •3. Электроплазменные технологические установки
- •3.1 Классификация электроплазменных процессов.
- •3.2 Способы осуществления электроплазменных процессов.
- •3.3 Устройство и принцип действия электроплазменных установок
- •3.4 Конструкция плазмотронов
- •Характеристики плазмотронов.
- •4. Ускорители заряженных частиц и их применение
- •4.1. Назначение и классификация ускорителей заряженных частиц
- •4.2. Конструкция и принцип действия ускорителей
- •4.3. Применение ускорителей
Конструкция преобразователя напряжения
Тиристорный преобразователь.
Упрощенная схема преобразователя имеет вид.
Рис.
- трехфазный выпрямитель,
- диоды,
- тиристоры,
и - тиристорные ключи,
- реактор,
и - емкостный фильтр,
БУ- блок управления,
При работе преобразователя, тиристорные ключи и , управляемые БУ, периодически и поочередно замыкаются и размыкаются. Направление токов, протекающих в схеме при замыкании каждого ключа, показано на схеме. При этом ток в реакторе имеет неизменное направление , но изменяется во времени по величине, те является пульсирующим. Ток на выходных зажимах преобразователя при переключении ключей изменяется по направлению, т.е. является переменным с частотой до f=8 – 10 кГц. Этот ток определяется как i= i'' + i'. Графики изменения токов имеют вид.
Существует оптимальное значение частоты выходного напряжения и тока, которому соответствует минимальные потери энергии в преобразователе.
Исполнение блока согласующих трансформаторов зависит от конструкции излучателя. Например, для 2-х электродного излучателя блок согласующих трансформаторов выполняется по схеме:
Рис.
T1 – T3 – повышающие трансформаторы;
V1 – V3 – высоковольтные выпрямители
Преимущества тиристорного преобразователя: мощность единичного преобразователя достигает больших значений (до нескольких десятков кВт), в конструкции преобразователя используются простые , мощные и надежные ключевые элементы-тиристоры.
Недостатки: невысокая предельная частота переключения тиристоров(≤7-10кГц).
Транзисторные преобразователи.
Рис.
V1 – V6 – 3-х фазный упр. выпрямитель.
V7 – V10 – мощные высоковольтные транзисторы.
Uy` и Uy`` - управляющие напряжения транзисторов (в противофазе); в положительный полупериод транзисторы полностью открыты при отрицательном – закрыты.
При Uy` “ + ” , Uy`` - “ – ”, транзисторы V7 и V10 – открыты, протекает ток i' ; V8 и V9 – закрыты, ток i''=0 (рис. ).
При Uy` “ – ” , Uy`` - “ + ”, транзисторы V7 и V10 – закрыты, ток i'=0 ; V8 и V9 – открыты, протекает ток i''.
Ток на выходных зажимах преобразователя равен i= i'' + i', он изменяется по направлению, т.е. является переменным с частотой до сотен тысяч Герц.
Рис.
Преимущества: высокая частота преобразования до 1 МГц и более.
Недостатки: меньшая надежность и мощность единичного преобразователя.
Исполнение блока согласующих трансформаторов зависит от конструкции излучателя. Например, для 2-х электродного излучателя блок согласующих трансформаторов выполняется по схеме:
Рис.
T1 – T3 – повышающие трансформаторы;
V1 – V3 – высоковольтные выпрямители.
Для многоэлектродных излучателей с продольной и поперечной прокачкой может применяется следующая схема
Рис.
T1 – T3 – повышающие трансформаторы;
T4 – Tn – дополнительные повышающие трансформаторы служат для выравнивания тока по электродам.
V1 – Vn - высоковольтные выпрямители.
В качестве магнитопроводов повышающих трансформаторов используется ферритовые сердечники. Максимальная индукция Bm ≤ 0.2 Тл.
Площадь поперечного сечения магнитопровода
см2, (2.36)
где P - мощность трансформатора в Вт, f – частота напряжения.
Число витков обмоток:
первичной (2.37)
вторичной
kтр – коэффициент трансформации
Из приведенных формул следует, что габариты трансформаторов уменьшаются ≡ . Например, при увеличении f от 50 до 50000 Гц, габариты уменьшаются ~ раз.
На рис. в качестве примера приведена электрическая схема (силовой части) высоковольтного источника питания на основе транзисторного преобразователя частоты для газового лазера с диффузионным охлаждением (твёрдотельного лазера) с одним газоразрядным промежутком (трубка, лампа) и однофазным подключением к питающей сети (при потребляемой мощности до 5 кВт).
Рис.