RU115606U1

RU115606U1 - EXCITATION DEVICE FOR SUPER HIGH FREQUENCY DISCHARGE LAMP OF THE SPOTLIGHT

Info

Publication number: RU115606U1
Application number: RU2011147175/07U
Authority: RU
Inventors: Александр Владимирович Щербаков
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2012-04-27

Abstract

Устройство возбуждения сверхвысокочастотной газоразрядной лампы прожектора, содержащее горелку с колбой из оптически прозрачного материала, наполненную рабочим плазмообразующим составом веществ, СВЧ электродинамическую систему со светопрозрачной частью в зоне расположения колбы, СВЧ генератор, выполненный в виде магнетрона, источник напряжения накала катода магнетрона, датчик импульсного тока катода, блок оптимизации напряжения накала катода и детектор амплитуды СВЧ колебаний, при этом магнетрон присоединен к СВЧ электродинамической системе, в которую встроен между колбой и магнетроном детектор амплитуды СВЧ колебаний, кроме того, управляющий вход блока оптимизации напряжения накала катода магнетрона присоединен к одному из управляющих выходов датчика импульсного тока катода магнетрона, а его управляющий выход - к соответствующему входу источника напряжения накала катода магнетрона, который силовыми выходами присоединен к концам нити накала катода магнетрона, отличающееся тем, что введены источники изменяющихся постоянного и импульсного силовых напряжений, высокочастотные инверторы постоянного и импульсного силовых напряжений, блоки оптимизации постоянного и импульсного силовых напряжений, регулирующий генератор длительности импульса силового напряжения, высокочастотный инвертор напряжения накала катода магнетрона и присоединенный входом к сети сетевой выпрямительно-накопительный блок, силовые выходы которого присоединены к силовым входам высокочастотного инвертора импульсного силового напряжения, силовой выход которого присоединен к соответствующему входу источника изменяюще� A device for excitation of a microwave gas-discharge lamp of a searchlight, containing a torch with a flask made of optically transparent material, filled with a working plasma-forming composition of substances, a microwave electrodynamic system with a translucent part in the area of the bulb location, a microwave generator made in the form of a magnetron, a voltage source for the filament of a magnetron cathode, a pulse current sensor cathode, a block for optimizing the voltage of the filament of the cathode and a detector of the amplitude of microwave oscillations, while the magnetron is connected to a microwave electrodynamic system, in which a detector of the amplitude of microwave oscillations is built between the bulb and the magnetron, in addition, the control input of the unit for optimizing the voltage of the cathode of the magnetron is connected to one of the control the outputs of the pulse current sensor of the magnetron cathode, and its control output to the corresponding input of the voltage source of the magnetron cathode filament, which is connected by power outputs to the ends of the filament of the magnetron cathode, characterized in that sources of variable direct and pulse power voltages, high-frequency inverters of direct and pulse power voltages, blocks for optimization of direct and pulse power voltages, a regulating generator of the pulse duration of power voltage, a high-frequency voltage inverter for the filament of the magnetron cathode and a network rectifier-storage unit connected to the network input, power the outputs of which are connected to the power inputs of the high-frequency inverter of the pulsed power voltage, the power output of which is connected to the corresponding input of the variable voltage source.

Description

Полезная модель относится к электротехнике и светотехнике, в частности, к источникам питания высоковольтных импульсных устройств, например, магнетронов и может быть использована для создания мощной, надежной, с низкой флуктуацией световых характеристик, с малыми массогабаритными параметрами и повышенной степенью унификации источников питания излучающей (например, прожекторной и осветительной) аппаратуры на основе мощного безэлектродного сверхвысокочастотного (СВЧ) разряда.The utility model relates to electrical and lighting engineering, in particular, to power supplies of high-voltage pulse devices, for example, magnetrons, and can be used to create powerful, reliable, low fluctuation light characteristics, with small weight and size parameters and an increased degree of unification of emitting power sources (for example , searchlight and lighting) equipment based on a powerful electrodeless microwave (microwave) discharge.

Известна СВЧ безэлектродная лампа высокой интенсивности, (RU №2159021 С2, МПК: Н05В 41/24, 41/30, дата публикации 10.11.2000 г.) - [1], которая содержит: горелку с колбой из оптически прозрачного материала, наполненную рабочим плазмообразующим составом вещество, источник постоянного напряжения, СВЧ генератор (магнетрон) и СВЧ электродинамическую систему со светопрозрачной частью в зоне расположения указанной колбы, а также импульсный модулятор, введенный в цепь, содержащую источник постоянного напряжения и СВЧ генератор.Known microwave electrodeless lamp of high intensity, (RU No. 2159021 C2, IPC: Н05В 41/24, 41/30, publication date 10/11/2000) - [1], which contains: a burner with a bulb made of optically transparent material, filled with a working the plasma-forming composition is a substance, a constant voltage source, a microwave generator (magnetron) and a microwave electrodynamic system with a translucent part in the zone of location of the indicated bulb, as well as a pulse modulator introduced into a circuit containing a constant voltage source and a microwave generator.

Недостатком устройства [1] является то, что преобразованное из сетевого постоянное напряжение не может обеспечить автоматическую регулировку мощности возбуждения магнетрона. Любое случайное изменение напряжения питания магнетрона из-за нестабильности сети приводит к случайному уменьшению его выходной мощности и электрического КПД или срыву генерации, что, в конечном счете, приводит к снижению мощности излучения или погасанию СВЧ газоразрядной лампы, снижению ресурса магнетрона, а соответственно и всего устройства.The disadvantage of the device [1] is that the DC voltage converted from the mains cannot provide automatic adjustment of the magnetron excitation power. Any random change in the supply voltage of the magnetron due to the instability of the network leads to a random decrease in its output power and electrical efficiency or a generation failure, which ultimately leads to a decrease in the radiation power or the extinction of a microwave discharge lamp, a decrease in the life of the magnetron, and accordingly devices.

Известно наиболее близкое по технической сущности к предлагаемому техническому решению устройство возбуждения сверхвысокочастотной газоразрядной лампы (RU №104004 U1, МПК: Н05В 41/24, опубликовано от 27.04.2011 г.) - [2], которое является прототипом и содержит горелку с колбой, которая выполнена из оптически прозрачного материала и наполнена рабочим плазмообразующим составом веществ, СВЧ электродинамическую систему, которая имеет светопрозрачную часть в зоне расположения колбы, СВЧ генератор в виде магнетрона, высокочастотный (ВЧ) инвертор питания, вход которого подсоединен к сети, источник напряжения накала катода магнетрона, источник постоянного высокого напряжения, импульсный модулятор, блок оптимизации напряжения катода магнетрона, блок оптимизации напряжения накала катода магнетрона, детектор амплитуды СВЧ колебаний в СВЧ электродинамической системе и датчик импульсного тока катода магнетрона, выполненный в виде, например, датчика Холла.Known closest in technical essence to the proposed technical solution, the device for the excitation of a microwave gas discharge lamp (RU No. 104004 U1, IPC: Н05В 41/24, published from 04/27/2011) - [2], which is a prototype and contains a burner with a bulb, which is made of an optically transparent material and filled with a working plasma-forming composition of substances, a microwave electrodynamic system, which has a translucent part in the zone of the bulb, a microwave generator in the form of a magnetron, a high-frequency (RF) power inverter, the course of which is connected to the network, a magnetron cathode glow voltage source, a constant high voltage source, a pulse modulator, a magnetron cathode voltage optimization block, a magnetron cathode voltage optimization block, a microwave oscillation amplitude detector in a microwave electrodynamic system, and a magnetron cathode pulse current sensor made in form, for example, a Hall sensor.

Недостатком устройства [2] является то, что при наличии высоковольтного возбуждающего импульса снижается электрическая прочность магнетрона и трудно обеспечить стабильную автоматическую регулировку его возбуждения, а, следовательно, приводит к случайному изменению средней выходной мощности и срыву автогенерации при воздействии отдельных высоковольтных импульсов возбуждения магнетрона. Это приводит к изменению длительности импульсов возбуждения и колебанию амплитуды светового потока и повышению уровня пульсаций и флуктуации.The disadvantage of the device [2] is that in the presence of a high-voltage excitation pulse, the electric strength of the magnetron decreases and it is difficult to provide stable automatic adjustment of its excitation, and, consequently, leads to a random change in the average output power and a failure of self-generation upon exposure to individual high-voltage magnetron excitation pulses. This leads to a change in the duration of the excitation pulses and fluctuations in the amplitude of the light flux and an increase in the level of pulsations and fluctuations.

Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание устройства возбуждения сверхвысокочастотной газоразрядной лампы прожектора с максимальным электрическим КПД при одновременной возможностью снижения уровня пульсации питающего катод магнетрона напряжения за счет существенного снижения уровня импульсного питания с целью снижения импульсной напряженности магнетрона и всего устройства в целом.The technical problem to which the proposed utility model is directed is to create an excitation device for an ultra-high-frequency gas-discharge lamp of a searchlight with maximum electric efficiency while at the same time reducing the ripple level of the voltage supplying the cathode of the magnetron by significantly reducing the level of pulse power in order to reduce the pulse voltage of the magnetron and the entire device in whole.

Техническим эффектом от использования предлагаемого решения является следующее: - повышение надежности и долговечности всего устройства и его магнетрона за счет существенного снижения уровня импульса высокого напряжения питания катода магнетрона;The technical effect of using the proposed solution is the following: - increasing the reliability and durability of the entire device and its magnetron due to a significant decrease in the level of the pulse of a high voltage supply to the cathode of the magnetron;

- повышение стабильности работы лампы прожектора за счет обеспечения плавного изменения генерируемой СВЧ мощности при оптимальном значении напряжения на катоде магнетрона;- increasing the stability of the searchlight lamp by ensuring a smooth change in the generated microwave power at the optimal voltage value at the cathode of the magnetron;

- снижение массогабаритов источников питания устройства;- reduction of the overall dimensions of the device’s power sources;

- повышение степени унификации, а, соответственно, себестоимости устройства за счет его питающей части.- increasing the degree of unification, and, accordingly, the cost of the device due to its power supply.

Решение поставленной задачи и получение соответствующего результата достигаются тем, что в устройство возбуждения сверхвысокочастотной газоразрядной лампы прожектора, содержащее горелку с колбой из оптически прозрачного материала, наполненную рабочим плазмообразующим составом веществ, СВЧ электродинамическую систему со светопрозрачной частью в зоне расположения колбы, СВЧ генератор, выполненный в виде магнетрона, источник напряжения накала катода магнетрона, датчик импульсного тока катода, блок оптимизации напряжения накала катода и детектор амплитуды СВЧ колебаний, при этом магнетрон присоединен к СВЧ электродинамической системе, в которую встроен между колбой и магнетроном детектор амплитуды СВЧ колебаний, кроме того, управляющий вход блока оптимизации напряжения накала катода магнетрона присоединен к одному из управляющих выходов датчика импульсного тока катода магнетрона, а его управляющий выход - к соответствующему входу источника напряжения накала катода магнетрона, который силовыми выходами присоединен к концам нити накала катода магнетрона, введены источники изменяющихся постоянного и импульсного силовых напряжений, высокочастотные инверторы постоянного и импульсного силовых напряжений, блоки оптимизации постоянного и импульсного силовых напряжений, регулирующий генератор длительности импульса силового напряжения, высокочастотный инвертор напряжения накала катода магнетрона и присоединенный входом к сети сетевой выпрямительно-накопительный блок, силовые выходы которого присоединены к силовым входам высокочастотного инвертора импульсного силового напряжения, силовой выход которого присоединен к соответствующему входу источника изменяющегося импульсного силового напряжения, высокочастотного инвертора постоянного силового напряжения, силовой выход которого присоединен к силовому входу источника изменяющегося постоянного силового напряжения, и высокочастотного инвертора напряжения накала катода магнетрона, силовой выход которого присоединен к силовому входу источника напряжения накала катода магнетрона, при этом источник изменяющегося постоянного силового напряжения, один силовой выход которого присоединен к заземленному аноду магнетрона, другим силовым выходом присоединен к соответствующему входу источника изменяющегося импульсного силового напряжения, силовой выход которого присоединен к катоду магнетрона и нити накала катода, причем датчик импульсного тока катода магнетрона размещен на цепи связи силового выхода источника изменяющегося импульсного силового напряжения с катодом магнетрона и нитью накала катода, а его второй управляющий выход присоединен к соответствующему входу блока оптимизации постоянного силового напряжения, управляющий выход которого соединен с соответствующим входом высокочастотного инвертора постоянного силового напряжения, кроме того, регулирующий генератор длительности импульса силового напряжения одним управляющим выходом присоединен к соответствующему входу источника изменяющегося импульсного силового напряжения, а другим - к соответствующему входу блока оптимизации постоянного силового напряжения, при этом управляющий выход блока оптимизации импульсного силового напряжения, управляющий вход которого присоединен к детектору амплитуды СВЧ колебаний, присоединен к соответствующему входу высокочастотного инвертора импульсного силового напряжения.The solution of the problem and obtaining the corresponding result are achieved by the fact that the device for exciting a microwave gas discharge lamp is a searchlight containing a burner with a bulb made of optically transparent material, filled with a working plasma-forming composition of substances, a microwave electrodynamic system with a translucent part in the zone of the bulb location, and a microwave generator made in in the form of a magnetron, a source of voltage of the cathode of the magnetron, a pulse current sensor of the cathode, an optimization block of the voltage of the cathode and a microwave oscillation amplitude detector, while the magnetron is connected to a microwave electrodynamic system into which a microwave oscillation amplitude detector is integrated between the bulb and the magnetron; in addition, the control input of the magnetron cathode voltage optimization block is connected to one of the control outputs of the magnetron cathode pulse current sensor and its control output is connected to the corresponding input of the filament voltage source of the magnetron cathode, which is connected by power outputs to the ends of the filament of the magnetron cathode, sources of varying direct and pulsed power voltages, high-frequency inverters of direct and pulsed power voltages, blocks for optimizing direct and pulsed power voltages, a regulating pulse generator of a power voltage pulse, a high-frequency inverter of a glow voltage of a magnetron cathode and a network rectifier-storage unit connected to the network input, power outputs which are connected to the power inputs of the high-frequency inverter of the pulsed power voltage, power output for which it is connected to the corresponding input of a source of varying pulsed power voltage, a high-frequency inverter of constant power voltage, the power output of which is connected to a power input of a source of varying constant power voltage, and a high-frequency inverter of a glow voltage of a magnetron cathode, a power output of which is connected to a power input of a cathode glow source magnetron, while the source of a varying constant power voltage, one power output of which connected to the grounded anode of the magnetron, another power output connected to the corresponding input of the source of variable pulsed power voltage, the power output of which is connected to the cathode of the magnetron and the filament of the cathode, and the pulse current sensor of the magnetron cathode is placed on the communication circuit of the power output of the changing pulse power voltage to the cathode the magnetron and the filament of the cathode, and its second control output is connected to the corresponding input of the constant power optimization block voltage, the control output of which is connected to the corresponding input of the high-frequency inverter of constant power voltage, in addition, the control generator of the pulse width of the power voltage with one control output is connected to the corresponding input of the source of the changing pulse power voltage, and the other to the corresponding input of the optimization block of constant power voltage, at this is the control output of the pulsed power voltage optimization unit, the control input of which is connected the detector microwave oscillation amplitude is connected to the corresponding input of the high-frequency inverter power pulse voltage.

Введение в устройство включенных последовательно источника изменяющегося постоянного силового напряжения, соответствующий выход которого присоединен к аноду магнетрона, и источника изменяющегося импульсного силового напряжения, выход которого подключен к катоду магнетрона и нити накала катода, позволяет снизить импульсную напряженность магнетрона за счет разделения силового (питающего) напряжения на постоянную составляющую от источника изменяющегося постоянного силового напряжения и импульсную составляющую со значительно сниженным уровнем от источника изменяющегося импульсного силового напряжения, что снизит уровень импульсного питания и обеспечит увеличение надежности работы магнетрона и всего устройства в целом.The introduction into the device of a series-connected source of varying constant power voltage, the corresponding output of which is connected to the magnetron anode, and a source of varying pulse power voltage, the output of which is connected to the cathode of the magnetron and the filament of the cathode, reduces the pulse voltage of the magnetron due to the separation of the power (supply) voltage to the constant component from the source of the changing constant power voltage and the pulse component with much lower level from the source of the changing pulsed power voltage, which will reduce the level of pulsed power and provide an increase in the reliability of the magnetron and the entire device as a whole.

Кроме того, использование источников изменяющихся постоянного и низковольтного импульсного силовых напряжений устранит необходимость использовать громоздкую и дорогую высоковольтную импульсную аппаратуру, что позволит снизить массогабариты и себестоимость применяемых в полезной модели источников питания.In addition, the use of sources of varying direct and low-voltage pulsed power voltages will eliminate the need to use bulky and expensive high-voltage pulsed equipment, which will reduce the weight and cost of power supplies used in the utility model.

При условии обеспечения низкого уровня импульсной составляющей силового напряжения введение в предлагаемое устройство автономно регулируемого регулирующего генератора длительности импульса силового напряжения, который одним выходом, определяющем интенсивность выходной мощности СВЧ генератора (магнетрона), присоединен к источнику изменяющегося импульсного силового напряжения, а другим - к блоку оптимизации постоянного силового напряжения, блокируя оптимизацию постоянного силового напряжения на время генерации импульса, позволяет изменять в сторону уменьшения длительность импульса для обеспечения оптимальной частоты возбуждения СВЧ разряда, исключающей стробоскопический эффект и регулирующей частоту пульсаций света.Given the low level of the pulsed component of the power voltage, introducing into the proposed device an autonomously adjustable regulating generator of the pulse width of the voltage, which is connected to the source of the changing pulse power voltage by one output, which determines the intensity of the output power of the microwave generator (magnetron), and by the other to the optimization unit constant power voltage, blocking the optimization of constant power voltage for the duration of the pulse generation, allowing change in the direction of decreasing the pulse width for optimal excitation frequency microwave discharge, excluding stroboscopic effect and control the light pulsation frequency.

Кроме того, совокупность с источником изменяющегося импульсного силового напряжения блока оптимизации, соединенного с детектором амплитуды СВЧ колебаний в СВЧ электродинамической системе, и высокочастотного (ВЧ) инвертора импульсного силового напряжения обеспечивает получение минимально возможного импульсного силового напряжения с целью получения максимально возможной мощности автогенерации СВЧ колебаний магнетроном, повышения надежности и долговечности всего устройства и его магнетрона.In addition, the combination with the source of the changing pulsed power voltage of the optimization unit connected to the amplitude detector of microwave oscillations in the microwave electrodynamic system, and the high-frequency (RF) inverter of the pulsed power voltage provides the minimum possible pulsed power voltage in order to obtain the maximum possible power for the generation of microwave oscillations by a magnetron , increase the reliability and durability of the entire device and its magnetron.

Совокупность источника изменяющегося постоянного силового напряжения с блоком оптимизации, который соединен с датчиком импульсного тока катода, и ВЧ инвертором постоянного силового напряжения обеспечивает получение максимально возможного постоянного силового напряжения и полное отсутствие автогенерации СВЧ колебаний магнетроном во время паузы от датчика импульсного тока катода.The combination of a source of varying constant power voltage with an optimization unit, which is connected to the cathode pulse current sensor, and an RF constant voltage power inverter provides the maximum possible constant power voltage and the complete absence of self-generation of microwave oscillations by the magnetron during a pause from the cathode pulse current sensor.

При этом ВЧ инверторы импульсного и постоянного силовых напряжений и ВЧ инвертор напряжения накала катода магнетрона обеспечивают временную развязку работы источников изменяющихся импульсного и постоянного силовых напряжений, а также источника напряжения накала катода магнетрона.In this case, the RF inverters of pulsed and constant power voltages and the RF inverter of the incandescent voltage of the magnetron cathode provide a temporary isolation of the operation of sources of changing pulsed and constant power voltages, as well as the source of voltage of the cathode of the magnetron.

Сопоставительный анализ предлагаемого устройства возбуждения СВЧ газоразрядной лампы прожектора, представляющего электрическую схему двухступенчатого возбуждения магнетрона сверхвысокочастотной газоразрядной лампы прожектора, с известными устройствами аналогичного назначения и отсутствие описания таковых в известных источниках информации позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемой полезной модели критерию «новизна».A comparative analysis of the proposed device for exciting a microwave discharge lamp of a searchlight, representing an electrical circuit for a two-stage excitation of a magnetron of a microwave discharge lamp of a searchlight, with known devices of a similar purpose and the absence of a description of such in known sources of information allows us to conclude that the proposed utility model meets the criterion of "novelty."

На фиг.1 представлена блочная электрическая схема устройства возбуждения сверхвысокочастотной газоразрядной лампы прожектора.Figure 1 presents a block diagram of a device for exciting a microwave gas discharge lamp spotlight.

На фиг.2 представлен вариант развернутой электрической схемы устройства возбуждения сверхвысокочастотной газоразрядной лампы прожектора.Figure 2 presents a variant of a detailed electrical diagram of a device for exciting a microwave discharge lamp of a searchlight.

На фиг.3 представлены циклограммы, поясняющие принцип работы источника изменяющегося импульсного силового напряжения и источника изменяющегося постоянного силового напряжения, а также моменты времени генерации СВЧ мощности магнетроном предлагаемого устройства.Figure 3 presents the sequence diagrams explaining the principle of operation of the source of the changing pulsed power voltage and the source of the changing constant power voltage, as well as the time moments of the generation of microwave power by the magnetron of the proposed device.

Представленная на фиг.1 блок схема устройства возбуждения СВЧ газоразрядной лампы прожектора содержит: горелку с колбой - 1, при этом колба 1 выполнена из оптически прозрачного материала и наполнена рабочим плазмообразующим составом веществ; СВЧ электродинамическую систему - 2, которая имеет светопрозрачную часть в зоне размещения колбы 1, а также имеет волновод (не обозначен) с закрепленным на одном его конце отражателем (не обозначен), в котором закреплен СВЧ светопрозрачный резонатор (не показан) с колбой 1 внутри; СВЧ генератор - 3, выполненный в виде магнетрона, который закреплен на противоположном от отражателя конце волновода СВЧ электродинамической системы 2; источник напряжения накала катода магнетрона - 4; датчик импульсного тока катода -5; блок оптимизации напряжения накала катода - 6 магнетрона - 3; детектор амплитуды СВЧ колебаний - 7, встроенный в СВЧ электродинамическую систему 2; источник изменяющегося постоянного силового напряжения - 8; источник изменяющегося импульсного силового напряжения - 9; высокочастотный инвертор постоянного силового напряжения - 10; высокочастотный инвертор импульсного силового напряжения - 11; блок оптимизации постоянного силового напряжения - 12; блок оптимизации импульсного силового напряжения - 13; регулирующий генератор длительности импульса силового напряжения - 14; высокочастотный инвертор напряжения накала катода магнетрона - 15; присоединенный к сети сетевой выпрямительно-накопительный блок - 16.The block diagram of the excitation device for a microwave gas discharge lamp of a searchlight shown in FIG. 1 contains: a burner with a bulb - 1, while the bulb 1 is made of optically transparent material and filled with a working plasma-forming composition of substances; Microwave electrodynamic system - 2, which has a translucent part in the zone of placement of flask 1, and also has a waveguide (not marked) with a reflector fixed on one end (not marked), in which a microwave translucent resonator (not shown) is fixed with bulb 1 inside ; Microwave generator - 3, made in the form of a magnetron, which is mounted on the opposite end of the waveguide of the microwave electrodynamic system 2 from the reflector; magnetron cathode glow voltage source - 4; cathode pulse current sensor -5; cathode filament voltage optimization block - 6 magnetron - 3; the amplitude detector of microwave oscillations - 7, built into the microwave electrodynamic system 2; a source of varying constant power voltage - 8; a source of varying pulsed power voltage - 9; high-frequency inverter of constant power voltage - 10; high-frequency inverter of pulsed power voltage - 11; DC power optimization unit - 12; pulsed power voltage optimization unit - 13; regulating generator of the pulse duration of the power voltage - 14; high-frequency inverter of the voltage of the cathode of the magnetron - 15; network rectifier and storage unit connected to the network - 16.

При этом в устройстве на фиг.1 силовые выходы сетевого выпрямительно-накопительного блока 16 присоединены к силовым входам высокочастотного инвертора импульсного силового напряжения 11, силовой выход которого присоединен к силовому входу источника изменяющегося импульсного силового напряжения 9, высокочастотного инвертора постоянного силового напряжения 10, силовой выход которого присоединен к силовому входу источника изменяющегося постоянного силового напряжения 8, и высокочастотного инвертора напряжения накала катода магнетрона 15, силовой выход которого присоединен к силовому входу источника напряжения накала катода магнетрона 4. Источник изменяющегося постоянного силового напряжения 8, один силовой выход которого присоединен к аноду магнетрона 3, другим силовым выходом присоединен к силовому входу источника изменяющегося импульсного силового напряжения 9, силовой выход которого присоединен к катоду магнетрона 3 и нити накала катода, при этом датчик импульсного тока катода 5 магнетрона 3 размещен на цепи связи силового выхода источника изменяющегося импульсного силового напряжения 9 с катодом магнетрона 3 и нитью накала катода, а один его управляющий выход присоединен к соответствующему входу блока оптимизации постоянного силового напряжения 12, управляющий выход которого соединен с соответствующим входом высокочастотного инвертора постоянного силового напряжения 10. Кроме того, регулирующий генератор длительности импульса силового напряжения 14 одним выходом присоединен к источнику изменяющегося импульсного силового напряжения 9, а другим - к управляющему входу блока оптимизации постоянного силового напряжения 12, при этом управляющий выход блока оптимизации импульсного силового напряжения 13, управляющий вход которого присоединен к детектору амплитуды СВЧ колебаний 7, присоединен к соответствующему входу высокочастотного инвертора импульсного силового напряжения 11. Управляющий вход блока оптимизации напряжения накала катода 6 присоединен ко второму управляющему выходу датчика импульсного тока катода 5 магнетрона 3, а его управляющий выход - к соответствующему входу источника напряжения накала катода магнетрона 4, присоединенного силовыми выходами к концам нити накала катода магнетрона 3.Moreover, in the device of Fig. 1, the power outputs of the network rectifier-storage unit 16 are connected to the power inputs of the high-frequency inverter of the pulse power voltage 11, the power output of which is connected to the power input of the source of the changing pulse power voltage 9, the high-frequency inverter of the constant power voltage 10, power output which is connected to the power input of a source of varying constant power voltage 8, and a high-frequency inverter of the glow voltage of the cathode of the magnetron 15, the power output of which is connected to the power input of the voltage source of the magnetron cathode 4. The source of the variable constant voltage 8, one power output of which is connected to the magnetron anode 3, the other power output is connected to the power input of the source of the changing pulse power 9, the power output of which is connected to the cathode of the magnetron 3 and the filament of the cathode, while the pulse current sensor of the cathode 5 of the magnetron 3 is placed on the communication circuit of the power output of the variable pulse source sludge voltage 9 with the cathode of the magnetron 3 and the filament of the cathode, and one of its control output is connected to the corresponding input of the optimization unit of constant power voltage 12, the control output of which is connected to the corresponding input of the high-frequency inverter of constant power voltage 10. In addition, the regulating generator of the pulse duration of the power voltage 14 with one output connected to the source of the changing pulsed power voltage 9, and the other to the control input of the constant optimization unit sludge voltage 12, wherein the control output of the pulsed power voltage optimization unit 13, the control input of which is connected to the microwave amplitude detector 7, is connected to the corresponding input of the high-frequency inverter of the pulsed power voltage 11. The control input of the cathode 6 glow voltage optimization unit is connected to the second control output the pulse current sensor of the cathode 5 of the magnetron 3, and its control output is to the corresponding input of the glow source voltage of the cathode of the magnetron 4, power outputs to the ends of the filament of the cathode of the magnetron 3.

Детектор амплитуды СВЧ колебаний 7 может быть присоединен к СВЧ электродинамической системе 2 с помощью, например, щелевой антенны.The amplitude detector of the microwave oscillations 7 can be connected to the microwave electrodynamic system 2 using, for example, a slot antenna.

Датчик импульсного тока катода 5 может быть бесконтактным и выполнен в виде, например, датчика Холла.The pulse current sensor of the cathode 5 can be non-contact and is made in the form, for example, of a Hall sensor.

На фиг.2 представлена подробная блок схема устройства возбуждения СВЧ газоразрядной лампы прожектора с конкретным вариантом выполнения его основных узлов: блока оптимизации постоянного силового напряжения 12 и блока оптимизации импульсного силового напряжения 13.Figure 2 presents a detailed block diagram of a device for exciting a microwave discharge lamp of a searchlight with a specific embodiment of its main components: an optimization unit for constant power voltage 12 and an optimization unit for pulsed power voltage 13.

Структурная схема блока оптимизации постоянного силового напряжения 12 может содержать: инверторный коммутатор - 17, который своим функциональным входом подключен к датчику импульсного тока катода 5, а вторым - управляющим входом - к регулирующему генератору длительности импульса силового напряжения 14; операционный усилитель - 18; дифференциальный блок - 19; триггер - 20; плавный регулятор на уменьшение длительности импульса - 21; плавный регулятор на увеличение длительности импульса - 22; формирователь длительности импульса высокочастотного инвертора - 23; оптрон - 24.The block diagram of the DC power optimization block 12 may include: an inverter switch 17, which is connected to the cathode 5 pulse current sensor by its functional input, and a control voltage generator 14 to the control voltage pulse duration generator 14; operational amplifier - 18; differential block - 19; trigger - 20; smooth regulator to reduce the pulse duration - 21; smooth regulator to increase the pulse duration - 22; a shaper of a pulse duration of a high-frequency inverter - 23; optocoupler - 24.

При этом выход инверторного коммутатора 17 при отсутствии потенциала на управляющем входе передает сигнал на вход операционного усилителя 18, выход которого подключен к входу дифференциального блока 19, обеспечивающего определение направления (повышение или уменьшение) изменения напряжения с датчика импульсного тока катода 5. Причем один выход дифференциального блока 19, подсоединенный к одному из входов триггера 20, обеспечивает установку сигнала на увеличение длительности импульсов, т.е. на увеличение напряжения высокочастотного инвертора постоянного силового напряжения 10, а другой выход, подсоединенный к другому входу триггера 20, обеспечивает установку сигнала на уменьшение длительности импульсов, т.е. на уменьшение напряжения высокочастотного инвертора постоянного силового напряжения 10. Триггер (защелка) 20 в соответствии с сигналом на входе устанавливается в одно из устойчивых состояний, на каждом из двух его выходов поочередно появляется сигнал для плавного регулятора на уменьшение длительности импульса 21 или для плавного регулятора на увеличение длительности импульса 22, поступающие на вход формирователя длительности импульса высокочастотного инвертора 23, выход которого через оптронную развязку 24 подключен к управляющему входу высокочастотного инвертора постоянного силового напряжения 10.The output of the inverter switch 17 in the absence of potential at the control input transmits a signal to the input of the operational amplifier 18, the output of which is connected to the input of the differential unit 19, which determines the direction (increase or decrease) of the voltage change from the pulse current sensor of the cathode 5. Moreover, one differential output unit 19, connected to one of the inputs of the trigger 20, provides the installation of the signal to increase the duration of the pulses, i.e. to increase the voltage of the high-frequency inverter constant power voltage 10, and another output connected to another input of the trigger 20, provides a signal to reduce the duration of the pulses, i.e. to reduce the voltage of the high-frequency inverter constant voltage 10. The trigger (latch) 20 in accordance with the signal at the input is set to one of the stable states, at each of its two outputs, a signal appears for a smooth controller to reduce the pulse duration 21 or for a smooth controller on an increase in the pulse duration 22, which are input to the shaper of the pulse width of the high-frequency inverter 23, the output of which is connected via an optocoupler isolation 24 to the control input ysokochastotnogo inverter DC power voltage 10.

Структурная схема блока оптимизации импульсного силового напряжения 13, содержит: усилитель 25, который входом подключен к детектору амплитуды СВЧ колебаний в СВЧ электродинамической системе 2; дифференциальный блок - 26; триггер - 27; плавный регулятор на увеличение длительности импульса - 28; плавный регулятор на уменьшение длительности импульса - 29; формирователь длительности импульса высокочастотного инвертора - 30; оптрон - 31.The block diagram of the pulsed power voltage optimization block 13 comprises: an amplifier 25, which is connected by an input to an amplitude detector of microwave oscillations in a microwave electrodynamic system 2; differential block - 26; trigger - 27; smooth regulator to increase the pulse duration - 28; smooth regulator to reduce the pulse duration - 29; a shaper of a pulse duration of a high-frequency inverter - 30; optocoupler - 31.

При этом вход дифференциального блока 26 подключен к усилителю 25 напряжения от детектора амплитуды СВЧ колебаний (СВЧ мощности) 7. Причем дифференциальный блок 26 содержит два взаимоисключающих (раздельных) выхода, первый из которых соответствует установке на уменьшение напряжения, а второй - на увеличение длительности импульсов высокочастотного инвертора импульсного силового напряжения 11. Дифференциальный блок 26 своими выходами присоединен к входам триггера 27 и определяет одно из устойчивых состояний триггера (защелки) 27, который своим одним выходом подключен к плавному регулятору на увеличение длительности импульса 28, а вторым выходом подключен к плавному регулятору на уменьшение длительности импульса 29 формирователя длительности импульса высокочастотного инвертора 30, выход которого через оптрон 31 подсоединен к управляющему входу высокочастотного инвертора импульсного силового напряжения 11.The input of the differential unit 26 is connected to the voltage amplifier 25 from the detector of the amplitude of the microwave oscillations (microwave power) 7. Moreover, the differential unit 26 contains two mutually exclusive (separate) outputs, the first of which corresponds to the setting to reduce the voltage, and the second to increase the pulse duration of a high-frequency inverter of a pulsed power voltage 11. The differential unit 26 is connected with its outputs to the inputs of the trigger 27 and determines one of the stable states of the trigger (latch) 27, which ne is connected to the output of the regulator to smooth increase in the pulse width 28 and the second output is connected to the controller to reduce smooth shaper 29, the pulse width high duration pulse of inverter 30, whose output is connected via an optocoupler 31 to the control input of the high-frequency inverter power voltage pulse 11.

Работу предлагаемого устройства возбуждения СВЧ газоразрядной лампы прожектора удобно рассматривать на конкретном примере реализации устройства, показанном на фиг.2.The operation of the proposed device for the excitation of a microwave discharge lamp of a searchlight is conveniently considered in a specific example of the implementation of the device shown in figure 2.

Известно, что если напряжение на катоде магнетрона 3 меньше оптимального, то тока катода нет, а, соответственно, нет автогенерации и ток не потребляется. Если напряжение выше порогового, то автогенерации также нет. Только при напряжении, равном оптимальному, электроны в процессе подлета к аноду отдают энергию электрическому полю, возбуждаемому в объемных резонаторах анода магнетрона 3. В этом случае возникает автогенерация на той частоте, при которой конструктивные параметры анодного резонатора магнетрона 3 имеют максимальную добротность. Небольшое, выше нижнего порога и ниже верхнего порога, импульсное силовое напряжение от источника 9 обеспечивает оптимальный режим автогенерации магнетрона 3 (Фиг.2).It is known that if the voltage at the cathode of magnetron 3 is less than optimal, then there is no cathode current, and, accordingly, there is no self-generation and no current is consumed. If the voltage is above the threshold, then auto-generation is also not. Only when the voltage is equal to the optimum, the electrons in the process of approaching the anode give off energy to the electric field excited in the volume resonators of the magnetron anode 3. In this case, self-generation occurs at the frequency at which the design parameters of the anode resonator of magnetron 3 have the maximum quality factor. A small, above the lower threshold and below the upper threshold, the pulsed power voltage from the source 9 provides the optimal mode of self-generation of the magnetron 3 (Figure 2).

Магнетрон 3 работает в скрещенных электрическом и магнитном полях. Только при оптимальной напряженности магнитного и электрического полей каждая конкретная конструкция магнетрона 3 может обеспечить максимальную мощность автогенерации только на одной частоте. Дополнительно, следует иметь в виду, что только на этой частоте имеет место автогенерация СВЧ колебаний и возможность получения максимального электрического КПД.Magnetron 3 operates in crossed electric and magnetic fields. Only with the optimal intensity of the magnetic and electric fields, each specific design of the magnetron 3 can provide the maximum power of self-generation at only one frequency. Additionally, it should be borne in mind that only at this frequency there is a self-generation of microwave oscillations and the possibility of obtaining maximum electrical efficiency.

Технический результат, обеспечивающий возможность плавного регулирования мощности излучения прожектора, достигается благодаря тому, что напряжение возбуждения подается не непрерывно, а от источника изменяющегося импульсного силового напряжения 9 в виде прямоугольных низкочастотных импульсов с частотой повторения значительно меньшей рабочей частоты высокочастотного инвертора импульсного силового напряжения 11, но достаточной для устойчивой работы магнетрона 3 и СВЧ газоразрядной безэлектродной лампы прожектора и допустимой по техническому заданию на качество освещения объекта нормам минимальной частоты пульсаций (например, для исключения стробоскопического эффекта). Такой способ регулирования среднего значения выходной мощности известен как широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Например, при частоте повторения 200 Гц и изменении длительности высоковольтных импульсов возбуждения от 1 до 5 мс выходная средняя мощность, определяемая импульсной P₁ (фиг.3d), изменяется от 20 до 100%. Это может быть необходимо также для плавного включения лампы-горелки прожектора или для исключения перегрузки сети при подключении большого числа одновременно работающих прожекторов, или при работе прожекторов в режиме не полной нагрузки при плавном повышении мощности, или в случае выхода из строя отдельных прожекторов с целью удержания постоянства светового потока в рабочей зоне освещения объекта до времени, когда возможно проведение ремонтных работ по замене вышедшего из строя узла прожектора. А также в случае включения прожектора с СВЧ горелкой в условиях экстремально низкой температуры для плавного прогрева всех элементов до рабочей температуры, обеспечивающей максимальный срок службы и надежность. При этом рабочая частота высокочастотных инверторов питания 10, 11, 15 должна быть не менее 10-15 кГц.The technical result, which enables smooth control of the radiation power of the searchlight, is achieved due to the fact that the excitation voltage is not supplied continuously, but from the source of the changing pulse power voltage 9 in the form of rectangular low-frequency pulses with a repetition frequency much lower than the operating frequency of the high-frequency inverter of the pulse power voltage 11, but sufficient for stable operation of the magnetron 3 and the microwave gas discharge electrodeless lamp spotlight and acceptable for those nical specification to the quality of the object illumination standards minimum pulsation frequency (for example, to eliminate the stroboscopic effect). This method of controlling the average value of the output power is known as pulse width modulation (PWM). For example, at a repetition rate of 200 Hz and a change in the duration of high-voltage excitation pulses from 1 to 5 ms, the average output power determined by the pulsed P ₁ (Fig. 3d) varies from 20 to 100%. This may also be necessary to smoothly turn on the lamp-torch of the searchlight or to prevent network overload when connecting a large number of simultaneously working searchlights, or when the searchlights are not in full load with a smooth increase in power, or in the event of failure of individual spotlights in order to keep the constancy of the luminous flux in the working area of illumination of the object until the time when it is possible to carry out repairs to replace the failed spotlight assembly. And also in the case of switching on a searchlight with a microwave burner in extremely low temperature conditions for a smooth heating of all elements to an operating temperature that ensures maximum service life and reliability. In this case, the working frequency of high-frequency power inverters 10, 11, 15 should be at least 10-15 kHz.

Величины оптимальных значений импульсной мощности P₁, импульсного U1 (фиг.3a) и постоянного U2 (фиг.3b) силовых напряжений катод-анод магнетрона 3 изменяются за время работы магнетрона 3, так как происходит постепенное уменьшение тока катода (истощение оксидной поверхности), изменение вероятностного распределения скоростей электронов, уменьшение индукции магнита (размагничивание).The optimal values of the pulsed power P ₁ , pulsed U1 (fig.3a) and constant U2 (fig.3b) power voltages of the cathode-anode of the magnetron 3 change during the operation of the magnetron 3, since there is a gradual decrease in the cathode current (depletion of the oxide surface), a change in the probability distribution of electron velocities, a decrease in the magnet induction (demagnetization).

Блоки оптимизации постоянного и импульсного силовых напряжений 12, 13 катода обеспечивают независимый поиск оптимального значения двух напряжений в момент паузы и в момент генерации СВЧ мощности P₁ путем постоянного изменения величин этих двух составляющих результирующего силового напряжений U3 от оптимального - исходного значения поочередно, в сторону увеличения или в сторону уменьшения. Оптимизация постоянного силового напряжения осуществляется во время паузы (отсутствия автогенерации магнетрона 3), а оптимизация импульсного силового напряжения во время формирования импульса P₁ (автогенерации магнетрона 3), в небольших интервалах, не приводящих более чем к 1% изменению средней выходной мощности, пропорциональной импульсной P₁. Информация о генерируемой СВЧ мощности P₁ поступает от детектора амплитуды СВЧ колебаний 7, присоединенного к СВЧ электродинамической системе 2, а информация об отсутствии тока в момент паузы - от датчика импульсного тока катода 5.The optimization blocks for constant and pulsed power voltages 12, 13 of the cathode provide an independent search for the optimal value of two voltages at the time of a pause and at the time of generating microwave power P ₁ by constantly changing the values of these two components of the resulting power voltage U3 from the optimal - initial value, alternately, upwards or downward. Optimization of constant power voltage is carried out during a pause (absence of magnetron 3 self-generation), and optimization of pulsed power voltage during pulse formation P ₁ (magnetron 3 self-generation), in small intervals, not leading to more than 1% change in the average output power proportional to the pulse P ₁ . Information about the generated microwave power P ₁ comes from the amplitude detector of the microwave oscillations 7 connected to the microwave electrodynamic system 2, and information about the absence of current at the time of a pause from the pulse current sensor of the cathode 5.

Таким образом, осуществляются две оптимизации:Thus, two optimizations are implemented:

1) обеспечение максимального значения постоянного силового напряжения U2 от датчика импульсного тока катода 5, что обеспечивает полное отсутствие автогенерации СВЧ колебаний во время паузы;1) ensuring the maximum value of the constant power voltage U2 from the pulse current sensor of the cathode 5, which ensures the complete absence of self-generation of microwave oscillations during a pause;

2) обеспечение минимального значения импульсного силового напряжения U2 от диодного детектора амплитуды СВЧ колебаний 7 (датчика СВЧ мощности), расположенного, например, в ответвителе от основного канала СВЧ электродинамической системы 2, при котором обеспечивается максимально возможная мощность автогенерации СВЧ колебаний магнетроном 3.2) ensuring the minimum value of the pulsed power voltage U2 from the diode detector of the amplitude of microwave oscillations 7 (microwave power sensor), located, for example, in the coupler from the main channel of the microwave electrodynamic system 2, at which the maximum possible power of self-generation of microwave oscillations by a magnetron 3 is provided.

Обе оптимизации способствуют увеличению надежности, экономичности и долговечности устройства возбуждения в целом и в частности магнетрона, а соответственно и прожекторной установки в целом, сохраняя максимально возможное электрическое КПД преобразования магнетроном электрической энергии импульсного напряжения в СВЧ колебания.Both optimizations increase the reliability, efficiency and durability of the excitation device as a whole, and in particular the magnetron, and, accordingly, the searchlight installation as a whole, while maintaining the maximum possible electric efficiency of the magnetron's conversion of the electrical energy of the pulse voltage into microwave oscillations.

На циклограмме (фиг.3) приведены четыре временные зависимости, отражающие режимы работы основных узлов при минимально возможной импульсной и максимально возможной постоянной составляющих силового напряжения: a) работа источника изменяющегося импульсного силового напряжения 9 в функции времени; b) работа источника изменяющегося постоянного силового напряжения 8; c) временная зависимость результирующего силового напряжения катод-анод магнетрона 3; d) моменты возбуждения автогенерации магнетрона 3, где: U1 - импульсная составляющая силового напряжения;The time diagram (Fig. 3) shows four time dependences that reflect the operating modes of the main components at the minimum possible pulse and maximum possible constant components of the power voltage: a) the source of the changing pulse power voltage 9 as a function of time; b) the operation of a source of varying constant power voltage 8; c) the time dependence of the resulting power voltage of the cathode-anode of magnetron 3; d) the moments of excitation of the self-generation of magnetron 3, where: U1 is the pulse component of the power voltage;

U2 - постоянная составляющая силового напряжения;U2 is the constant component of the power voltage;

U3 - результирующее силовое напряжение;U3 is the resulting power voltage;

P₁ - выходная СВЧ мощность магнетрона 3;P ₁ - output microwave power of the magnetron 3;

t₁, t₃ - фронты импульсного силового напряжения;t ₁ , t ₃ - fronts of the pulse power voltage;

t₂, t₄ - срезы импульсного силового напряжения;t ₂ , t ₄ - sections of pulsed power voltage;

T₁ - длительность импульсов возбуждения магнетрона 3;T ₁ - the duration of the excitation pulses of the magnetron 3;

Т₂ - период повторения импульсов возбуждения магнетрона 3. Первая интеллектуальная система управления содержит блок оптимизации постоянного силового напряжения 12 магнетрона 3 в совокупности с датчиком импульсного тока катода 5.T ₂ is the pulse repetition period of the magnetron 3 excitation pulses. The first intelligent control system comprises a unit for optimizing the constant power voltage 12 of the magnetron 3 in conjunction with a pulse current sensor of the cathode 5.

Вторая интеллектуальная система управления содержит блок оптимизации импульсного силового напряжения 13, который получает информацию об уровне СВЧ мощности от детектора амплитуды СВЧ колебаний 7.The second intelligent control system contains an optimization unit for pulsed power voltage 13, which receives information about the level of microwave power from the amplitude detector of microwave oscillations 7.

Устройство (фиг.2) работает следующим образом: в исходном положении все питающие напряжения отсутствуют. При включении сетевого питания начинает работать сетевой выпрямительно-накопительный блок 16, далее включается высокочастотный инвертор напряжения накала катода магнетрона 15, который подает напряжение на нить накала катода. Постепенно все устройство выходит на оптимальный температурный режим с помощью блоков терморстабилизации, которые на схеме не показаны. После создания оптимального значения температуры термокатода магнетрона 3, всех источников питания (9, 8) и горелки прожектора начинается процесс установления максимального значения постоянного силового напряжения, при котором ток магнетрона 3 еще равен нулю (автогенерации магнетрона нет), а затем минимального импульсного силового напряжения для зажигания лампы прожектора с СВЧ возбуждением путем запуска в работу магнетрона 3 без ударных тепловых и электрических нагрузок при минимально возможной длительности импульса от регулирующего генератора длительности импульса силового напряжения 14, при которой начинается устойчивая автогенерация СВЧ колебаний магнетроном 3.The device (figure 2) works as follows: in the initial position, all the supply voltage is absent. When the mains power is turned on, the network rectifier-storage unit 16 starts working, then a high-frequency inverter of the cathode voltage of the magnetron 15 is turned on, which supplies voltage to the cathode filament. Gradually, the entire device reaches an optimal temperature mode using thermal stabilization units, which are not shown in the diagram. After the optimal temperature value of the magnetron 3 thermal cathode, all the power supplies (9, 8) and the spotlight burner are created, the process of establishing the maximum value of the constant power voltage begins, at which the current of the magnetron 3 is still zero (there is no self-generation of the magnetron), and then the minimum pulse power voltage for ignition of a searchlight lamp with microwave excitation by putting magnetron 3 into operation without shock thermal and electrical loads with the minimum possible pulse duration from the regulating a generator of a pulse duration of a power voltage 14, at which a stable self-generation of microwave oscillations by a magnetron 3 begins.

Оптимальная длительность получается путем отслеживания максимального значения средней СВЧ мощности магнетрона 3 при заданном значении длительности импульса источника изменяющегося импульсного силового напряжения 9, формирующего импульсную часть силового напряжения. Изменение абсолютного значения мощности осуществляется путем изменения длительности импульсов силового напряжения от блока регулирующего генератора длительности импульса силового напряжения 14, что приводит к пропорциональному изменению средней мощности возбуждения магнетрона 3.The optimal duration is obtained by tracking the maximum value of the average microwave power of the magnetron 3 at a given value of the pulse duration of the source of the changing pulsed power voltage 9, which forms the pulsed part of the power voltage. The change in the absolute value of the power is carried out by changing the pulse width of the power voltage from the block of the regulating generator of the pulse width of the power voltage 14, which leads to a proportional change in the average excitation power of the magnetron 3.

Если возбуждение не произошло, то происходит процесс оптимизации напряжения накала катода магнетрона 3. С помощью интеллектуальной системы управления в виде блока оптимизации напряжения накала катода 6, осуществляется регулирование источника напряжения накала катода магнетрона 3 при постоянном контроле импульсного тока катода, получаемого от датчика импульсного тока катода 5.If the excitation has not occurred, then the process of optimizing the voltage of the cathode of the magnetron 3 is optimized. Using an intelligent control system in the form of an optimization block of the voltage of the cathode of 6, the source of voltage of the cathode of the magnetron 3 is controlled by continuously monitoring the pulse current of the cathode received from the pulse current sensor of the cathode 5.

При наличии оптимального напряжения накала катода магнетрона, что контролируется наличием тока накала, начинает работать система интеллектуального управления силовым катодно-анодным питанием магнетрона 3, в виде блока оптимизации постоянного силового напряжения 12 и блока оптимизации импульсного силового напряжения 13. Благодаря блоку оптимизации постоянного силового напряжения 12 и блоку оптимизации импульсного силового напряжения 13 изменяется величина сначала регулируемого постоянного силового напряжения до максимального постоянного значения, а затем регулируемого импульсного силового напряжения до минимального значения. Если и в этом случае во всем диапазоне постоянного силового напряжения и импульсного силового напряжения автогенерации нет, то это означает выход из строя магнетрона 3 (нарушение контакта в силовой анодной цепи, истощение катода, нарушение герметичности, размагничивание магнита и др.).In the presence of the optimal filament voltage of the magnetron cathode, which is controlled by the presence of the filament current, the system for intelligent control of the cathode-anode power supply of the magnetron 3 starts to work, in the form of a unit for optimizing the constant power voltage 12 and an unit for optimizing the pulsed power voltage 13. Thanks to the unit for optimizing the constant power voltage 12 and the pulsed power voltage optimization unit 13 changes the value of the first adjustable constant power voltage to the maximum constant value, and then adjustable pulsed power voltage to the minimum value. If, in this case, there is no auto-generation in the whole range of constant power voltage and pulsed power voltage, this means the failure of the magnetron 3 (contact failure in the power anode circuit, cathode depletion, leakage, magnetization demagnetization, etc.).

Все интеллектуальные блоки регулируемых источников питания (источника напряжения накала катода магнетрона 4, источника изменяющегося импульсного силового напряжения 9, источника изменяющегося постоянного силового напряжения 8) после выключения устройства из сети автоматически сохраняют в памяти оптимальное значение напряжения.All intelligent blocks of regulated power sources (voltage source of the cathode of the magnetron 4, the source of the changing pulsed power voltage 9, the source of the changing constant power voltage 8) after turning off the device from the network automatically store the optimal voltage value in memory.

Таким образом, осуществляется интеллектуальное управление посредством:Thus, intelligent control is carried out by:

- блока оптимизации напряжения накала катода магнетрона 6;- block optimization of the voltage of the cathode of the magnetron 6;

- блока оптимизации постоянного силового напряжения 12 и присоединенного к нему датчика импульсного тока катода 5, которые обеспечивают получение максимально возможной амплитуды напряжения источника изменяющегося постоянного силового напряжения 8;- a unit for optimizing the constant power voltage 12 and a cathode 5 pulse current sensor connected thereto, which provide the maximum possible voltage amplitude of the source of the changing constant power voltage 8;

- блока оптимизации импульсного силового напряжения 13 и присоединенного к его усилителю 25 детектора амплитуды СВЧ колебаний 7, подсоединенного к СВЧ электродинамической системе 2, которые обеспечивают получение минимально возможного напряжения от источника изменяющегося импульсного силового напряжения 9.- an optimization unit for pulsed power voltage 13 and a microwave oscillation amplitude detector 7 connected to its amplifier 25, connected to a microwave electrodynamic system 2, which provide the lowest possible voltage from a source of varying pulsed power voltage 9.

При этих условиях обеспечивается получение максимального значения импульсной мощности P₁ и электрического КПД магнетрона 3, а соответственно и всего устройства в целом;Under these conditions, it is possible to obtain the maximum value of the pulsed power P ₁ and the electrical efficiency of the magnetron 3, and accordingly the entire device as a whole;

Наличие этих блоков в совокупности с датчиком импульсного тока катода 5 и детектором амплитуды СВЧ колебаний 7 обеспечивает не только получение максимально возможного электрического КПД, но и максимально возможную долговечность устройства возбуждения сверхвысокочастотной газоразрядной лампы прожектора.The presence of these blocks in conjunction with a pulse current sensor of the cathode 5 and a microwave amplitude detector 7 provides not only the maximum possible electrical efficiency, but also the maximum possible durability of the excitation device for a microwave discharge lamp.

Наличие формирователей длительности импульса высокочастотного инвертора 23 и 30 (памяти оптимального значения постоянного силового напряжения и импульсного силового напряжения магнетрона 3 соответственно) способствуют более быстрому выходу на рабочий режим магнетрона 3, а соответственно и СВЧ газоразрядной лампы прожектора при изменении внешних условий или характеристик магнетрона 3. В процессе дальнейшей работы параметры постоянного и импульсного силовых напряжений, а также напряжения накала катода магнетрона 3 постоянно в процессе работы оптимизируются интеллектуальной системой управления и сохраняются как опорные.The presence of shapers of the pulse duration of the high-frequency inverter 23 and 30 (memory of the optimal value of the constant power voltage and the pulse power voltage of the magnetron 3, respectively) contribute to a faster exit to the operating mode of the magnetron 3, and, accordingly, the microwave discharge lamp of the searchlight when changing external conditions or characteristics of the magnetron 3. In the process of further work, the parameters of constant and pulsed power voltages, as well as the incandescent voltage of the cathode of magnetron 3 are constantly in the process Started optimized intelligent control system and saved as reference.

Применение импульсного с крутыми фронтами (t₁, t₃) и срезами (t₂, t₄) напряжения питания магнетрона 3 прямоугольной формы с малой величиной пульсаций (менее 1%) также способствует увеличению электрического КПД.The use of a pulse voltage with steep edges (t ₁ , t ₃ ) and slices (t ₂ , t ₄ ) of a rectangular magnetron 3 supply voltage with a small ripple value (less than 1%) also contributes to an increase in electrical efficiency.

Особенно это важно для технологического устройства, каковым является прожекторная установка как источник света, который длительное время находится в условиях экстремально низких или высоких температур при редком (раз в год) техническом обслуживании, например, в условиях Арктики при внешней среде до минус 60°С, или в условиях подводного освещения при монтаже или эксплуатации подводных буровых платформ, или подземного освещения в тоннелях или пещерах.This is especially important for a technological device, such as a searchlight installation as a light source, which for a long time is in conditions of extremely low or high temperatures with rare (once a year) maintenance, for example, in the Arctic under ambient conditions up to minus 60 ° С, or in conditions of underwater lighting during installation or operation of underwater drilling platforms, or underground lighting in tunnels or caves.

В предлагаемой полезной модели, кроме оптимизации напряжения накала катода, силовое напряжение имеет постоянную импульсную составляющие и используются дополнительно введенные две интеллектуальные системы регулировки составляющих силового напряжения:In the proposed utility model, in addition to optimizing the cathode glow voltage, the power voltage has constant pulsed components and two additional intelligent systems for adjusting the voltage components are used:

- по максимуму постоянного силового напряжения на катоде магнетрона 3 при отсутствии СВЧ генерации;- the maximum constant power voltage at the cathode of magnetron 3 in the absence of microwave generation;

- по минимуму импульсного силового напряжения на катоде магнетрона 3 при получении максимально возможной импульсной мощности СВЧ генерации.- at a minimum of pulsed power voltage at the cathode of magnetron 3 upon receipt of the maximum possible pulsed power of microwave generation.

В первом случае напряжение обратной связи берется от датчика импульсного тока катода 5 (например, Холла), обеспечивающего бесконтактное преобразование тока катода в напряжение.In the first case, the feedback voltage is taken from the pulse current sensor of the cathode 5 (for example, Hall), which provides non-contact conversion of the cathode current into voltage.

Для второго случая напряжение обратной связи берется от полупроводникового детектора амплитуды СВЧ колебаний 7 (который отслеживает мощность СВЧ генерации магнетрона 3) и обеспечивает преобразование СВЧ мощности в напряжение.For the second case, the feedback voltage is taken from the semiconductor detector of the amplitude of the microwave oscillations 7 (which monitors the power of the microwave generation of the magnetron 3) and provides the conversion of microwave power to voltage.

Регулируемый генератор длительности импульса силового напряжения 14 обеспечивает возможность плавного изменение длительности импульсов питания магнетрона 3, как в автоматическом режиме при выходе источника 9 на номинальное значение после включения, так и в ручном при задании необходимого уровня светового потока прожектора после окончания цикла выхода магнетрона 3 и СВЧ - газоразрядной лампы-горелки 1 на ранее установленное номинальное значение мощности.An adjustable generator of the pulse width of the power voltage 14 provides the ability to smoothly change the duration of the power pulses of the magnetron 3, both in automatic mode when the source 9 reaches its nominal value after switching on, and in manual mode when setting the required level of luminous flux of the searchlight after the end of the output cycle of magnetron 3 and microwave - gas discharge lamp-burner 1 to a previously set nominal power value.

Предлагаемая полезная модель позволяет:The proposed utility model allows you to:

- обеспечить повышение качества работы СВЧ - газоразрядной безэлектродной лампы;- to improve the quality of work of a microwave - gas-discharge electrodeless lamp;

- максимально повысить долговечность генератора СВЧ колебаний - магнетрона;- maximize the durability of the microwave oscillator - magnetron;

- обеспечить энергосбережения за счет оптимального значения электрических характеристик всех источников катодного питания магнетрона;- to provide energy savings due to the optimal value of the electrical characteristics of all sources of cathode power of the magnetron;

- повысить надежность и долговечность устройства возбуждения сверхвысокочастотной газоразрядной лампы прожектора;- to increase the reliability and durability of the excitation device of a microwave gas discharge lamp spotlight;

- создать устройства, которые не боятся сравнительно быстрых перепадов температур и питающих напряжений.- create devices that are not afraid of relatively rapid changes in temperature and supply voltage.

Claims

An excitation device for a microwave discharge lamp of a searchlight, containing a burner with a bulb made of optically transparent material, filled with a working plasma-forming composition of substances, a microwave electrodynamic system with a translucent part in the bulb's location, a microwave generator made in the form of a magnetron, a voltage source for the cathode of the magnetron, and a pulse current sensor the cathode, the cathode glow voltage optimization unit and the microwave amplitude detector, while the magnetron is connected to the microwave electrodynamics a system in which a microwave oscillation amplitude detector is integrated between the bulb and the magnetron, in addition, the control input of the magnetron cathode voltage optimization block is connected to one of the control outputs of the magnetron cathode pulse current sensor, and its control output is connected to the corresponding input of the cathode glow source a magnetron, which is connected by power outputs to the ends of the filament of a magnetron cathode, characterized in that the sources of varying constant and pulsed power voltages are introduced, high-frequency inverters of constant and pulsed power voltages, optimization blocks of constant and pulsed power voltages, a regulating pulse generator of a voltage voltage pulse, a high-frequency inverter of a glow voltage of a magnetron cathode and a network rectifier-storage unit connected to the network input, the power outputs of which are connected to the power inputs of a high-frequency pulse inverter power voltage, the power output of which is connected to the corresponding input of the changing source the axis of the pulsed power voltage, a high-frequency inverter of constant power voltage, the power output of which is connected to the power input of a source of variable constant power voltage, and a high-frequency inverter of voltage of a glow source of a magnetron cathode, the power output of which is connected to a power input of a source of voltage of a magnetron cathode, while the source of a variable constant power voltage, one power output of which is connected to the grounded anode of the magnetron, the other power output p connected to the corresponding input of the source of the changing pulsed power voltage, the power output of which is connected to the cathode of the magnetron and the filament of the cathode, and the sensor of the pulsed current of the magnetron cathode is placed on the communication circuit of the power output of the changing pulsed power voltage of the cathode of the magnetron and the filament of the cathode, and its second the control output is connected to the corresponding input of the DC power optimization unit, the control output of which is connected to the corresponding input the house of a high-frequency inverter of constant power voltage, in addition, the regulating generator of the pulse width of the power voltage with one control output is connected to the corresponding input of the source of the changing pulse power voltage, and the other is connected to the corresponding input of the optimization block of constant power voltage, while the control output of the pulse power voltage optimization block whose control input is connected to the microwave amplitude detector, is connected to the corresponding go high-frequency inverter pulsed power supply.