Высоковольтный ускоритель

 

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ, содержащий каскадный генератор, состоящий из трансформатора, выводы вторичной обмотки которого подклюi T чены к конденсаторам и диодам, соединенным по схеме удвоения, компенсирующей катушки, подключенной к выходному каскаду генератора, высоковольтную нагрузку и вспомогательную высоковольтную аппаратуру,.о тличающийся тем, что, с целью повышения КПД и упрощения конструкции, компенсирующая катушка выполнена на ферромагнитном сердечнике с плавно регулируемым немагнитным зазором и дополнительной обмот кой , выходные клеммы которой подключены к вспомогательной высоковольтной аппаратуре. (Л QD СО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИН (б11 4 Н 05 Н 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИД П:ЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3559672/18-21 (22) 04.03.83 (46) 30.11.86. Бюл. Ф 44 (72) А.К.Евсеев, О.Ф.Никонов, А.С.Пикалев и М.П.Свиньин (53) 621.384.6(088.8) (56) Патент Японии У 38-9649, кл 136 F 391, 1976.

Патент Японии N 45-14240, кл. 136 F 391, 136 F 321, 1970. (54) (57) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ, содержащий каскадный генератор, состоящий из трансформатора, выводы вторичной обмотки которого подклю.,Я0„„1109029 А чены к конденсаторам и диодам, соединенным по схеме удвоения, компенсирующей катушки, подключенной к выходному каскаду генератора, высоковольтную нагрузку и вспомогательную высоковольтную аппаратуру,.о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения КПД и упрощения конструкции, компенсирующая катушка выполнена на ферромагнитном сердечнике с плавно регулируемым немагнит" ным зазором и дополнительной обмоткой, выходные клеммы которой подключены к вспомогательной высоковольтной аппаратуре.

1109029

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для ускорения заряженных частиц, а также в электронных микроскопах и масс-спектрографах.

Известны ускорители с каскадным генератором, в котором полностью отсутствуют устройства компенсации реактивных токов, например. Данный каскадный генератор выполнен по сим.метричной схеме умножения напряжения и собран из конденсаторов и диодов, Недостатком генератора является низкий КПД и крайне неравномерное распределение напряжений по каскадам, обусловленное наличием реактивного тока через паразитные емкости конструкции генератора. В результате подводимое к каждому последующему каскаду напряжение меньше напряжения, подводимого к входному каскаду генератора, что вызывает необходимость увеличивать габариты каскадного генератора и мощность питающего его трансформатора.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является высоковольтной накопитель, содержащий каскадный генератор, состоящий из трансформатора, выводы вторичной обмотки которого подключены к конденсаторам и диодам, соединенным по схеме удвоения, компенсирующий катушки, подключенной к выходному каскаду генератора, высоковольтную нагрузку и вспомогательную высоковольтную аппаратуру.

Компенсирующая индуктивность конструктивно выполнена в виде цилиндрической катушки, которая для исключения влияния магнитных полей рассеяния на работу ускорителя, разделена на две одинаковые части, расположенные симметрично относительно ускоряющей трубки ускорителя. При этом суммарный поток в ускоряющей трубке ускорителя равен нулю.

Известный ускоритель имеет недостатки: распределение напряжения по каскадам источника высокого напряжения не вполне равномерно, недостаточно высок КПД, не полностью скомпенсирован входной реактивный ток генератора, что вызывает необходимость увеличивать габариты и мощность источника высокого напряжения.

55

«о

Д У где S — сечение стержня магнитопровода;

P< — магнитная проницаемость вакуума.

При подаче напряжения питания на трансформатор 3 помимо реактивного тока, идущего по паразитным емкостям генератора от источника питания появляется и реактивный ток, идущий через компенсирующую катушку 5, представляющую собой переменную индуктивЦелью изобретения является повышение КПД и упрощение конструкции ускорителя.

Указанная цель достигается тем, 5 что в высоковольтном ускорителе, содержащем каскадный генератор, состоящий из трансформатора, выводы вторичной обмотки которого подключены к конденсаторам и диодам, соединенным по схеме удвоения, компенсирующей катушки, подключенной к выходному каскаду генератора, высоковольтную нагрузку и вспомогательную высо15 ковольтную аппаратуру, компенсирующая катушка выполнена на ферромагнитном сердечнике с плавно регулируемым немагнитным зазором и дополнительной обмоткой, выходные клеммы

1 которой подключены к вспомогательной высоковольтной аппаратуре.

Изобретение поясняется чертежом, где изображена схема высоковольтного ускорителя. Ускоритель состоит из диодов 1 и конденсаторов 2 однофаз" ной двухполупериодной схемы умножения напряжения, трансформатора 3 питания, ферромагнитного магнитопровода 4 П-образной формы с намотанной на стержнях компенсирующей катушкой 5, содержащей в сумме М витков провода (например, по Я/2 витков провода на каждом стержне магнитопровода), ярма 6 дополнительной обмотки 7 намотанной на стержнях маг- . нитопровода 4 и подключенной к высоковольтной вспомогательной аппаратуре 8, и нагрузки 9 генератора. Ярмо может плавно перемещаться относитель40 но магнитопровода по направлению, указанному стрелкой. Индуктивность катушки 5 при суммарном воздушном зазоре между ярмом и стержнями магнитопровода равным Л вЂ” определяется из. вестным соотношением:

Корректор А. Ильин

Редактор Н. Катаманина Техред И.Попович

Заказ 6500/4 Тираж 765

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 11090 ность. В зависимости от величины за,зора и значение индуктивности компенсирующей катушки может изменяться, а следовательно, изменяться и величина идущего через катушку тока. Вели- 5 чина зазора поддается плавной регулировке, чем достигается точная настройка каскадного генератора в резонанс на частоту питающей сети.. Реактивные токи через паразитные емкости генератора и через компенсирующую катушку при резонансе взаимно компенсируются, распределение напряжений по каскадам генератора приближается к оптимальному. Магнитное поле компенсирующей катушки сосредоточено в магнитопроводе, ярме и в объеме зазора Ь . Вне этого объема магнитное поле пренебрежимо мало.

Использование предлагаемой компенси" рующей катушки повышает эффективность использования элементов высо. ковольтной структуры генератора— диодов, изоляции, конденсаторов пи тающего трансформатора, т.к. при оптимальном распределении напряжений по каскадам каскадного генератора все элементы работают в равных условиях, что позволяет избежать больших запасов при конструировании генератора. Отсутствие реактивного тока, достигаемое точной настройкой, также уменьшение потерь энергии в сис-. теме питания оборудования, находящегося под высоким потенциалом, ввиду 35 отсутствия избыточного падения напряжения в питающем трансформаторе и потерь в стали его магнитопровода, еще больше повысить эффективность работы ускорителя. 40

Так как компенсирующая катушка подключена к выходным клеммам колонн конденсаторов, на ней действует пере-. менное напряжение, равное в условиях полной компенсации напряжению питаю-. 45 щего трансформатора. Дополнительная обмотка и компенсирующая катушка находятся на одном общем магнитопроводе и связаны индуктивной связью. То есть, совокупность компенсирующей катушки, дополнительной обмотки и магнитопровода представляет .собой трансформатор. При работе каскадного генератора на дополнительной обмотке индуцируется переменное напряжение, которое является источником питания вспомогательной высоковольтной аппаратуры. При использовании дополнительной обмотки отпадает необходимость в специальных системах передачи питания к оборудованию, находящемуся под высоким потенциалом, а следовательно, уменьшаются потери энергии обусловленные необходимостью их применения. Эффективность использования элементов высоковольтной структуры каскадного генератора от использования дополнительной обмотки повышается ввиду совмещения ими функций элементов системы питания оборудования, находящегося под высоким потенциалом и функций элементов непосредственно каскадного генератора.

Предлагаемый каскадный генератор может настраиваться либо непосредственно на работающем генераторе при помощи дистанционного управляющего устройства, например, штангой из диэлектрика, либо при малых напряжениях методом последовательного приближения. Магнитная цепь из ферромагнитного материала может иметь не только П-образную форму, но и любую иную, более приспособленную для конкретного применения. Наличие ярма . является не обязательным для работы компенсирующей катушку. Все положительные свойства при этом сохраняются.

Малые размеры, технологичность изготовления, простота настройки для достижения точной компенсации, отсут-, ствие магнитного поля вне компенсирующей индуктивности, все это позво-, лит найти широкое применение предлагаемому ускорителю, особенно для маломощных устройств. !