Введение к работе
Актуальность проблеми. В различных областях машиностроения все ^..б.ряьшее развитие получают лазерные технологии, позволяющие осуще-тдмвить ранее не возможные или трудновыполнимые операции сварки, їіУьЦческоЯ 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 эффективнсстк 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 потреб-. ностью оперативного регулирования параметров лазерного излучения. Однако, регулирование формы, мощности и .длительности импульсов ла-, зерного 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) с широкими возможностями оперативного регулирования формы, 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 базе индуктивно-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-ческими показателями. ."
Таким образом, решение важной технической и практической задачи оперативного регулирования формы и параметров лазерного излучения твердотельных технологических лазеров непосредственно связа- , но с необходимостью разработки для них эффективных специализированных ИЭП.
Диссертационная работа выполнялась в.соответствии с одним кз научных направлений кафедры "Электропривод и автоматизация промып-. ленных установок" Нижегородского политехнического института "Импульсные электродинамические системы", в рамках проводимых госбюд-
жетных и хоздоговорных научнотисследовательских"работ.
Цель работы. Разработка и исследование высоковольтных импульсных ИЭП твердотельных технологических лазеров с оперативным регулированием формы и параметров выходных импульсов тока и улучшенными ..-массо-энергетическими показателями.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи:.
анализ разработанных к настоящему времени схемных решений импульсных 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-энергетическими 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 помощью кусочно-припасовочного.метода. При этом, на интервалах непрерывности использрвакы, классический метод решения линейных дифференциальных.уравнений и численный метод решения нелинейных дифференциальных уравнений. ( метод Рукге-Кутта). Расчет динамических и энергетических.характеристик ИЭП выполнен с помощью. ЭВМ. Достоверность научных, положений подтверждена, результатами экспериментальных исследований, проведенных на изготовленном автором образце ИЭП. >': .' , -.'.'/' '., '. .' :'... ''-. " ' .
Научная новизна. В работе получены;следующие новые научные результаты: . .. .;- ."_ .''::''. :
обоснована рациональная структура'многофункциональных им- ,: пульсных ИЭП твердотельных технологических лазеров;
разработана математическая модель каскадных тиристорно-кон-денсаторкых преобразователей ІТКП) для исследования и анализа процессов зарядки конденсаторов каскадов с учетом технологического разброса их емкости и режимов стабилизации напряжения накопительных конденсаторов;
разработана математическая модель генератора импульсов тока (ГИТ) с перестраиваемый разрядным контуром секций накопительных конденсаторов, позволяющая реализовать оперативное регулирование формы
и параметроз импульсов тока.
Практическая ценность состоит в следующем:
показана целесообразность применения многофункциональных бестрансформаторных ИЭП для импульсных твердотельных технологических лазеров, обеспечивающих оперативное регулирование формы импульсов тока и параметров лазерного излучения и эффективность ЛТУ для размерной обработки материалов;
предложены схемные решения, повышающие надежность бестрансформаторных ИЭП, стабильность их выходных параметров и качество технологического процесса размерной обработки материалов;
получены удельные массо-энергетические характеристики дроссельного и конденсаторного оборудования, позволяющие обоснованно подходить к проектированию дросселей и выбору конденсаторов для использования их в качестве силовых элементов ИЭП;
разработана система микропроцессорного управления ИЭП, позволяющая автоматизировать процесс размерной обработки материалов
и органично включиться в общий технологический процесс промышленного производства..
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной рабо
ты нашли свое применение з практике проектирования и разработок ЛТУ
размерной обработки материалов, проводимых в НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬ
СКОМ ИНСТИТУТЕ ДВИГАТЕЛЕЙ ( г.Москва ) и ИНСТИТУТЕ ПРИКЛАДНОЙ" ФИЗИКИ
( Г.Н.Новгород ). .
Апробация работы. По основным теоретическим положениям и результатам диссертационной работы автором сделано 16 докладов: на У Всесоюзной научно-технической конференции, г.Уфа, 1984 г., 1У,У Всесоюзных научно-технических конференциях "Проблемы преобразовательной техники", г.Киев, 1987, 1991 гг., Всесоюзной научно-технической конференции "Современное состояние, проблемы и перспективы энергетики и технологии в энергостроенли" ( ІУ Бенардосовские чтения ), г.Иваново, 1989 г.; Республиканских школах-семинарах молодых ученых л специалистов, г.Алушта, 19Ё8, 1969, 1990 гг.; областных научно-технических конференциях.
Публикации. Основное содержание работы представлено в 9 печатных работах, имеется одно авторское свидетельство и два решения о выдаче авторских свидетельств. .
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из' введения, четырех глав, заключения, списка литературы и пяти приложений; содержит 115 стр. основного текста, 45 стр. иллюстраций,
