Введение к работе
Актуальность' теш. Современный этап развития техники газового разряда характеризуется расширенном области его практических применении, связанных с необходимости получения достаточно больших объемов (десятки литров) однородной неравновесной среда, йн-тенсивное внедрение лазерных технологий обработки материалов стимулировало развитие техники объемных газовых разрядов для накачки газових лазеров. Помимо технологии газовые лазеры используется для разделения изотопов, контроля воздушной среды и т.д. Внедряется в производство плазкюхимические реакторы, МГД-генераторы; широко проводятся научные исследования объемных газовых разрядов, связанные с оптимизацией используемых методов и поиском новых практических применений.
Обьемиыо газовые разряды по условиям существования подразделяются на самостоятельные и несамостоятельные. По времени существования - на импульсные и непрерывные. Особый интерес представляют импульсные объемные несамостоятельные разряда (ОНР)» обеспечивающие по сравненио с непрерывными устойчивое горение при больших давлениях газовой смеси (атшэсфера и вшге). йнпульсно-перкодичес-кие pesvesi, кроыэ того, в ряде технологических задач оказываются более аїфективіида по сравненио с непрерывными.
Технологическая эффективность ОНР определяется степенью возбуждения требуешх энергетических уровней элеиентоз газовой смеси, зависящей от параметров функции распределения электронов по энергия?.!. В ОНР, в отличие от самостоятельных объемных разрядов, существует возможность управления функцией распределения электронов по энергиям изменением напряженности электричёскогскполя в разряде. Вследствие этого, вид технологического процесса, использующего ОНР, определяется составом газовой смеси и величиной пи-тащего напряжения, - а его количественные характеристики - амплитудой и длительность» импульса тока и частотой следования импульсов. Таким образом, эффективность технологического процесса с применением ОНР максимальна при выполнении условия постоянства напряжения на разряде з течение импульса, а универсальность определяется возможностью и диапазоном регулирования параметров, определяющих количественные характеристики процесса.
Традиционный .метод ..получения, импульсных ОНР (частичный раз-
ряд єкіздстіюго накопителя знарга;, управляемый внезшш ионизато-рхі) т шзиодяат обеспечите, дааашшюеть квлряхздоя из разряда в тсчеша шпульеа б оставиш ю-за Сашюй вероятности нослаим-ну.ьсюго пробоя. Поскольку запасаемая в ешгастноа накогеггела гшргмя в іюскодько раз прешааат вкяздоаоыую в разряд в течение іїіпуж-са, то сязйгтеиаг-» гоелэк^удъешго пробоя, в лучпаа случае. Су.цат эрезюш-аа ійінжанта профдо электродной сштеш. пр^азодя-qaa и кэбы^нйи ваіигіПкюта кокграгс.ровашя разряда и, в конечном итоге, к ііарузеш» тзхіюхогшйікого процесса. Особенно важш пре-датврэджо тсдяісіядоьсііих пробоев а сгстеиах кшіульсдо-першдк-ческого дййстмея с EucoKjaw значашиааі энэрговкладов (ыбславько «Да), т.к. тєхій пробои иэгут приводить к выходу И2 строя СЖЖНЫХ олзктрояай: CisjTojj, соеаадзкшх конструктивно с злешнтааи газового тракта. Указанной протазорз»шэ традиционного ігзтода молат бить уетрдшда пр'.гдэкендаа иилу-къешх систоа питєшя ОНР, пестро-вюаи ш база гсшратороа їгяіульсоа тока <ГГ) с реактивными фор-иируаугд* цвпэда а шлныц разрядом накопэтеля энергии. Вследствие этого, работы,, саязаяга» с созданием эффективных: и надезшх «з«-дах тхшераторок шяульсед гака я»? шга/шя ОКР, с$хзеоб12-гх работать в ішіуьсаон№р«:оді9№ско» разійде и обесяочившхрк воз^ох-іюсть огар&ткгшго рагударозашгя параметров технологического про-Ц!?сса, прздета&шяса в&шсаш и щітуалькьии.
Шлъ работа. Разработка лршцкпов построения « штодош ин-лвжртго проекгкровгшю ькщшх высоковольтных ишу^аагй нсточ-шкса штата ШР «а оста» реактивних фсршгрувдїж цепей, обес-гйчмваиаи* {кищчдш&з пряьпугвдьшх ізятульеов тока фиксирований a регулируема дайхельмзсти.
Задачи юсг^довання. Для дрстижашя поставленной цэеа в да;-сертациоіагой раЗзте резавтсд е-вздуифаз задачи.
-
Анализ особе>йюстей 4ар&вфовани.я импульсных ОНР и возяож-іюстєй создают иснцшж вышкдетаьтяых генераторов импульсов тока регулируемой длительности <ГШРД) для их питания.
-
Разработка издэан ОН? как элемента электрической цепи; теоретическое (ш база разработанной подели) и экспериментальное исследование ныпудьешх ОНР с определением условий применимости иодели.
-
Экспериментальное исследование процесса включения игнитронных разрядников (ИР) и разработка на этой основе математичес-
кой подели ИР. —
-
Анализ принципов построения высоковольтных ГИТРД и выбор базовой схемы.
-
/налил электромагнитных процессов в ГИТРД с рекуперацией энергии в источник питания.
-
Экспериментальное исследование электромагнитных процессов в ГИТРД с рекуперацией энергии.
-
Разработка методики проектирования импульсных генераторов тока для питания ОНР, включая и ГИТРД.
-
Разработка практических схем генераторов пряыоуголыш импульсов для питания ОНР.
Иетош исследования. При решении поставленных задач использовались положения и метода теории электрических цепей. Численный анализ электромагнитных процессов в генераторах импульсов тока проводился на ЭШ методом переменных состояния; численное реташю систем дифференциальных уравнений с частными производными - і»ото-дои конечных разностей. Экспериментальные исследования характеристик ОНР проводились в десягилитровой разрядная камэ|.чз стенда "ЧИБИС" (разряботка филиала ГОЛ им.С.И.Вавилова) с использование:» созданых в рамках настоящей работы импульсных генераторов тока.
Научная новизна. Основными новыми научными результатами диссертационной рабОТЫ ЯВЛЯЮТСЯ СЛеДУЮЩИе ИОЛОГ.еНИЯ, PUHOCHMiO нп
защиту.
-
Математическая модель СИР, учитывающая особенности физических- процессов в объемном газовом разряде.
-
Эмпирическая модель ИР, как элемента электрической цепи, отражающая относительную независимость процесса включения ИР от параметров' разрядного .контура и описывающая в виде вольт-секуид-ной характеристики три стадии его включения.
-
Принцип регулирования длительности высоковольтных импульсов тока, формируемых однородной искусственной линией, использующий рекуперацию энергии.
-
Результаты анализа электромагнитных процессов в ГИТРД, позволившие установить факты зависимости коэффициента резонансного заряда И амплитуды выходных импульсов от их длительности.
5. Новые схемные решения ГИТРД для питания ОНР.
Практическая ценнэсть и реализация в промстлонности. Предло
женные в работе принципы построения ГИТРД и разработайте йодол/.
- -_ 4 -
ОНР и ИР использованы для создания ыетодики инженерного проектирования импульсных генераторов для питания ОНР. Показана и экспериментально проверена возможность создашя ГИТРД с рекуперацией энергии с-улучшаншми техническими характеристиками. Разработан алгоритм численного решения системы уравнений модели ОНР, обеспечивающий устойчивость решения при высокой скорости счета.
Результаты диссертационной работы были внедрены при создании мощных импульсно-периодических систем питания ОНР в филиале ГОИ им.С.И.Вавилова на стенде "ЧИБИС".
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:
-
Научно-технических конференциях ГОИ им.С.И.Вавилова и филиала ГОИ в 1978, 1983 и 1985 гг;
-
2-я, 4-й и 6-й Всесоюзных научно-технических конференциях "Оптика лазеров" в 1979,1985 и 1991 гг..
-
Научно-техническом семинаре "Источники питания электро-технологичееких установок" в г. Ленинграде в 1991 г.
Публикации гк> теме диссертации. Опубликовано в соавторстве 15 работ, в том числе получено 4 авторских свидетельства.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав-, заключения, списка литературы, включающего 109 наименований, и двух приложений. Основная часть работы изложена на 132 страницах машинописного текста. Работа содержит 6 таблиц и 82 рисунка.
Похожие диссертации на Разработка и исследование генераторов импульсов тока для формирования объемных несамостоятельных разрядов
