Главная    Почта    Новости    Каталог    Одноклассники    Погода    Работа    Игры     Рефераты     Карты
  
по Казнету new!
по каталогу
в рефератах

Основные схемы возбуждения ЭЭЛ



 Другие рефераты
Освещение в видеосъёмке Освещение помещений П. Л. Шиллинг и его телеграф П.Л. Капица

2.Основные схемы возбуждения ЭЭЛ
Гильвин Павел


      Системы возбуждения электроразрядных эксимерных лазеров,  использующие
сосредоточенные емкости, можно классифицировать на выполненные по  типу  LC-
контура  или  LC-инвертора.  В  равной  мере  оба  типа  систем  возбуждения
используются не только в лабораторных лазерах, но и в  серийно  выпускаемых.
Вместе с тем они  имеют  и  существенные  отличия.  Системы  возбуждения  на
основе  LC-контура  позволяют  получать  энергии  генерации  (1  Дж,  а  при
импульсной зарядке накопительной емкости до  20  Дж  ,  формировать  длинные
импульсы генерации, успешно  управлять  их  формой  и  длительностью,  иметь
высокую генерационную эффективность. Однако такие  требования  к  LC-контуру
как минимальная индуктивность,  использование  специальных  конденсаторов  и
низкоимпедансных коммутаторов ограничивает  их  применение,  особенно  когда
необходимы  высокие  мощности  генерации  (>50  МВт)   и   большая   частота
повторения импульсов.  В  таких  случаях  чаще  всего  используются  системы
возбуждения на основе LC-инвертора. Во-первых, у них  снижены  требования  к
коммутатору и индуктивности в его цепи  и  во-вторых,  они  позволяют  вдвое
увеличить напряжение, прикладываемое к лазерным электродам.
      В технике возбуждения газоразрядных лазеров  в  основном  используется
три типа электрических схем:  так  называемая  схема  Блюмляйна  (рис.  2а),
схема с перезарядкой емкостей (рис.2б) и генератор Маркса(рис. 2в).
      Недостатком схемы Блюмляйна является трудность согласования импедансов
нагрузки и контура возбуждения. Но зато существует

теоретическая возможность удвоения напряжения на нагрузке. Кроме  того,  при
оптимальных параметрах согласования нагрузка  на  коммутатор  низка,  т.  к.
коммутируется только емкость С1, которая в большинстве случаев  в  2-3  раза
меньше С2.
      Схема с перезарядкой емкостей (рис.  2б)  наиболее  сильно  нагружает.
коммутатор (тиратрон), т. к.  коммутируемая  емкость  С1  больше  С2.  Кроме
того, в случае согласованной нагрузки напряжение на  ней  падает  более  чем
вдвое по сравнению с начальным напряжением на накопительной емкости С1.
      Генератор  Маркса  применяется  в  мощных  лазерных  установках,   где
основной упор сделан на энергетические, а не  частотные  характеристики,  т.
к. в этом  типе  схемы  возбуждения  в  качестве  коммутаторов  используются
искровые разрядники, не позволяющие работать с частотами выше 10 Гц.
      Итак, мы остановились на  схеме  Блюмляйна,  которая,  как  показывает
анализ, наиболее эффективна для применения в  лазерах  средней  мощности,  с
запасаемой в емкостях энергией порядка 10  -  20  Дж.  Рассмотрим  подробнее
работу этой схемы (рис. 3) переходные процессы, начинающиеся в  схеме  после
включения тиратрона Т, описываются  нелинейным  дифференциальным  уравнением
пятого  порядка.  Дело  упрощается,   если   моделировать   процесс   пробоя
межэлектродного промежутка ступенчатой кривой (рис.  4),  где  сопротивление
нагрузки падает до 0, 5-0, 3 Ом в  момент  начала  лавинных  процессов.  Это
приближение сильно упрощает уравнения и  довольно  хорошо  описывает  работу
схемы.
      Качественно   картина   работы   схемы   возбуждения   выглядит   так:
первоначально емкости С1 и С2 заряжаются от источника питания до  напряжения
U0. После включения коммутатора Т в контуре 1 начинается довольно  медленный
процесс переразрядки емкости C1 с характерным временем [pic](L1c1),  где  L1
- индуктивность  тиратрона.  Этот  контур  в  основном  определяет  крутизну
нарастания напряжения на нагрузке - межэлектродном промежутке.  В  идеальном
случае процесс инвертирования заряда на С1 проходит полностью,  и  в  момент
пробоя емкости С1 и С2 оказываются соединенными последовательно,  напряжение
на нагрузке удваивается по  сравнению  с  начальным  U0.  Реально  же  из-за
довольно   медленного   процесса,    тормозимого    конечными    переходными
характеристиками тиратрона, нарастание напряжения на  нагрузке  недостаточно
быстро (около 70 нc), и пробой происходит без существенного перенапряжения.
      Длительность импульса тока, следовательно и плотность тока, определяет
контур 11 с характерным временем
                                    [pic]
      Как показывают эксперименты, можно пожертвовать  скоростью  нарастания
напряжения и, подсоединив параллельно  нагрузке  емкость  С3,  уменьшить  за
счет взаимоиндукции L2 и L3 эффективную  индуктивность  разрядного  контура,
тем самым ускорить процессы  энерговклада  в  плазму.  Этот  метод  оказался
довольно эффективным и позволил поднять кпд лазера в 1, 5 раза.
       Практически все схемы  возбуждения  можно  получить  исходя  из  двух
основных схем LC-контур и LC-инвертор .



2.1. Использование LC-контура для возбужденияэлектроразрядных эксимерных
лазеров


      Применению LC-контура в качестве системы возбуждения
эксимерных лазеров посвящен ряд работ. Было исследовано влияние  на  энергию
генерации отдельных параметров  разрядного  контура,  проведена  оптимизация
схемы  возбуждения,  изучено  влияние  индуктивности  контура   на   энергию
генерации и исследована зависимость выходной энергии и полной  эффективности
ХеСl-лазера от отношения накопительной к обострительной ёмкостей С0/С1.
            Из  результатов  исследования  влияния  величины  обострительной
емкости на выходную энергию и КПД ХеСl лазера  стало  ясно,  что  существует
оптимальное значение обострительной емкости, при  которой  выходная  энергия
максимальна.
      Ведущими инжинерами доказано, что энергия  генерации  максимальна  при
соотношении С0/С1(0,6,  причем  максимальная  эффективность  в  этом  случае
достигается при минимальном напряжении.
      Эксперименты проводились при  трех  значениях  С1  и  изменении  С0  в
пределах  0,1С1-0,7С1.Найдено,  что  для  всех   значений   С1   оптимальное
отношение С0/С1 лежит в диапазоне 0,3-0,5.
      Из   анализа   публикаций   следует,   что   оптимальное   соотношение
обострительной и накопительной емкостей лежит в диапазоне 0,2-0,6.  Обращает
на  себя  внимание  столь  большое  различие  полученных  разными   авторами
оптимальных значений отношения С0/С1. Это может  быть  связано  с  тем,  что
данное соотношение зависит от индуктивности  L1,  через  которую  происходит
зарядка  C0  от  С1,  а  также  потерь   при   коммутации,   прикладываемого
напряжения. Максимальное напряжение, до которого заряжается  С0  от  С1  при
изменении С0 от 0,1С1 до С1, может линейно изменяться от (2U0  до  (U0,  где
U0-начальное зарядное напряжение на С1. С изменением величины С0  изменяется
также напряжение, прикладываемое к  лазерным  электродам,  и  соответственно
энерговклад  в  активную  среду.  Поэтому  для  каждого  конкретного  случая
необходимо  определять  оптимальные  значения  давления   смеси,   зарядного
напряжения, величины С1, С0, L1 и L0.
      Описанная ситуация имеет место при большом значении L1.  При  величине
L1, сравнимой с L0, положение, вероятно, изменится,  поэтому  представлялось
целесообразным изучить  работу  LC-контура  с  обострительной  емкостью  при
L1<10L0 (L0(3нГн). В большинстве случаев уменьшение L1 ниже 10L0 связано  со
значительными конструктивными трудностями, поэтому этот  диапазон  изменений
L1 был практически не исследован.
      Как  система  возбуждения  лазера,  LC-контур  содержит  накопительную
емкость С1  и  последовательно  включенную  с  ней  через  индуктивность  L1
обострительную емкость C0 (см. рис.3).  Так  как  С1  перезаряжается  на  С0
через коммутатор, который  обладает  активным  сопротивлением,  сравнимым  с
сопроти. При С0=15 нФ на импульсе тока от С1 видна колебательная  структура,
а при С0=37 нФ наблюдается явный колебательный разряд (см.  рис.12,б  и  в).
Колебательный   характер   энерговклада    отрицательно    сказывается    на
однородности и длительности объемной стадии разряда.
      Для описания данного нестационарного разряда могут  быть  использованы
формулы, но только до момента  времени,  когда  ток  достигает  максимальной
величины, влением плазмы в межэлектродном промежутке,  то  на  нем  теряется
значительная часть энергии, запасенной в С1. Следовательно, одним  из  путей
увеличения эффективности и выходной энергии  генерации  является  уменьшение
потерь на коммутаторе. С целью выяснения влияния  сопротивления  коммутатора
на  энергию  генерации  лазера  исследовалась  ее   зависимость   от   числа
параллельно включенных разрядников РУ-65. Исследования проводились на  смеси
НСl:Хе:Ne–1:15:1960, при общем давлении 2,6 атм. и  зарядном  напряжении  до
40кВ. Величины накопительной и обострительной емкостей  были  равны  70  нФ.
Индуктивность L1 в этой серии  экспериментов  была  постоянной  и  равнялась
(35нГн, что достигается сменой токоведущих шин.
      Проанализируя  полученные  учёными  результаты,  делаем  выводы,   что
существующие  способы  предыонизации  активной  среды   эксимерных   лазеров
позволяют получать начальную концентрацию электронов  до  1010см-3,  при  их
плотности в момент начала генерации (1015-1016см-3. Это  значит,  в  разряде
существует  стадия  его  формирования,  в   течение   которой   концентрация
электронов  возрастает  на  несколько  порядков.  В  течение  этой   стадии,
преимущественно за счет прямой ионизации, в условиях  высокой  напряженности
электрического    поля    в    межэлектродном     промежутке,     происходит
экспоненциальный рост концентрации электронов. При этом,  время  поддержания
высокой  напряженности  электрического  поля  должно  быть  ограничено   10-
20наносекундами. Его затягивание приводит к “взрывному”  росту  концентрации
электронов  за  счет  ступенчатой  ионизации  и   быстрому   контрагированию
разряда. По этой причине у большинства эксимерных лазеров длительность  фазы
объемного  однородного  разряда,  а,  следовательно,  и  импульса  гене
123
скачать работу


 Другие рефераты
Концепция рациональных ожиданий
Аудит расчетов при реализации продукции
Восприятие и понимание информации в процессе обучения
Төменгі сатыдағы өсімдіктер


 

Отправка СМС бесплатно

На правах рекламы


ZERO.kz
 
Модератор сайта RESURS.KZ