Устройство питания магнитной системы ускорителя типа синхротрона

 

(ii1 4969I7

ОП ИСАЙ И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сова Советских

Социалистических

Республик

s1 т (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30.01.75 (21) 2096857/26-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.03.78. Бюллетень № 12 (45) Дата опубликования описания 05.04.78 (51) М. Кл. Н 05Н 7/04

Государственный комитет

Совета Министров СССР ао делам изобретений и открытий (53) УДК 621.384.6 (088.8) (72) Автор изобретения

О. А. Гусев (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ПИТАНИЯ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ

УСКОРИТЕЛЯ ТИПА СИНХРОТРОНА

Изобретение относится к устройствам питания магнитной системы кольцевого ускорителя заряженных частиц типа синхротрона.

Известно устройство питания магнитной системы ускорителя типа синхротрона, содержащее конденсаторный накопитель, присоединенный к последовательной цепи обмоток группы электромагнитов и тиристоров, соединенных с блоком управления, и через группы вентилей параллельно каждой обмотке электромагнитов, благодаря которому обеспечивается однополярный режим работы конденсаторного накопителя, что в свою очередь позволяет в два раза увеличить частоту ускорительпых циклов.

В известном устройстве длительность заднего фронта импульса магнитного поля ускорителя равна длительности переднего фронта (четверть периода колебания контура электромагнит — конденсаторная батарея), поэтому длительность холостого хода ускорите.ля равна длительности его рабочего хода.

Для сокращения длительности холостого хода в последнее время применяются устройства питания магнитной системы, в которых производится изменение частоты сооственных колебаний контура электромагнит — конденсаторная батарея после достижения максимума тока в контуре.

Изменение частоты контура осуществляется двумя приемами: переключением групп емкостных элементов конденсаторной батареи либо переключением обмоток секций электро5 магнита (обмоток электромагнитов группы) с последовательного соединения на параллельное на время холостого хода. Указанные приемы позволяют сократить длительность заднего фронта импульса магнитного поля и

1о увеличить частоту циклов ускорения в 1 3—

1,5 раза.

При использовании для питания магнитной системы кольцевого ускорителя устройства с двухобмоточным насыщающимся дроссслсм

15 в цепи искусственной коммутации необходимо весьма значительное количество указанных дросселей. Их наличие существенно усложняет систему питания ускорителя и увеличивает потери энергии, поскольку по обмоткам дрос20 селя протекает полный рабочий ток группы электромагнитов ускорителя.

Кроме того, при использовании нзвсстного устройства в системе питания ускорителя трудно обеспечить стабильную энергию уско25 ряемых частиц даже при наличии стабилизации источника питания конденсаторной батареи, так как эта стабилизация может выбирать только медленные дестабилизирующиc факторы: температурные уходы сопротиьлсбатанасыния обмоток электромагнита, емкости реи, характеристик перемагничивания щающегося дросселя и т. п.

При работе ускорителя (синхротрон — бустер) в повторно-кратковременном режиме требования к быстродействию системы стабилизации возрастают. Для удовлетворения этих требований необходимо значительно увеличить мощность источника питания конденсаторной батареи по току, что значительно усложняет систему питания, а при определенных требованиях к быстродействию вообще технически не осуществимо.

Цель изобретения — упрощение устройства и повышение его экономичности, а также повышение стабильности амплитуды импульсов тока, Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, в котором конденсаторный накопитель подсоединен к последовательной цепи из обмоток групп электромагнитов и тиристоров, соединенных с блоком управления, и через группы вентилей параллельно каждой обмотке электромагнитов, в каждую группу введено не менее одного управляемого элемента, например тиристора, управляющие электроды которого соединены с дополнительным блоком управления. Кроме того, во входную цепь дополнительного блока управления введены датчик напряжения на конденсаторном накопителе и датчик магнитного поля электромагнита, подключенные к суммирующему устройству.

На фиг. 1 показана схема устройства питания группы электромагнитов ускорителя; на фиг. 2а, б — диаграммы токов и напряжения разных моментов управления.

Устройство состоит из конденсаторной батареи 1, заряжаемой от источника питания, и последовательной цепи из тиристоров 2 и обмоток электромагнитов 3. К клеммам батареи подключен датчик 4 напряжения, соединенный с суммирующим устройством 5 и блоком 6 формирования отпирающих импульсов.

Две группы параллельных вентилей состоят из последовательно включенных тиристоров

7, управляемых от блока б, и диодов 8. Кроме датчика 4 напряжения батареи, в схеме имеется датчик 9 магнитного поля электромагнита, подключенный к суммирующему у стр ой ству 5.

В исходном состоянии конденсаторная батарея 1 заряжена до номинального напряжения источника питания. При отпирании тиристоров 2 батарея разряжается на электромагниты 3 и при достижении максимального значения тока оказывается полностью разряженной. В дальнейшем запасенный в электромагните ток начинает заряжать батарею напряжением обратной полярности. При достижении определенной величины этого напряжения датчик 4 через суммирующее устройство 5 и блок 6 формирования импульсов дает сигнал на отпирание тиристоров 7. Тиристоры 2 запираются, ток через конденсатор5

65 ную батарею меняет направление, йротекай через тиристоры 7 и диоды 8, и батарея заряжается той же полярностью, что и в предыдущем цикле.

Диаграммы тока и напряжения при переключении, весьма близком к макси муму тока, показаны на фиг. 2а. Сигнал с датчика 9 магнитного поля подается на суммирующее устройство, суммируется с сигналом датчика 4 напряжения и смещает момент отпирания тиристоров 7 влево или вправо. При смещении момента отпирания вправо (запаздывание) происходит увеличение длительности импульса тока (фиг. 26). Изменение длительности импульса тока за счет изменения длительности его заднего фронта при заранее заданной частоте рабочих циклов (холостой ход ускорителя остается неизменным и равным, например, 0,3 от рабочего цикла) позволяет принудительно изменять потери в контуре.

Практически выбор рабочей точки, относительно которой происходит смещение момента отпирания тиристоров, задается уставкой суммирующего устройства, которое через блок формирования импульсов регулирует моментом переключения обмоток с последовательного соединения на параллельное. Изменением потерь в контуре можно регулировать в некоторых пределах количество возвращаемой в накопитель энергии во время холостого хода. Это означает, что можно регулировать напряжение на накопителе с быстродействием порядка периода следования импульсов. Регулирование напряжения на накопителе со стороны источника питания не может обеспечивать такого быстродействия, поскольку для этого требуется применение источника повышенной мощности и цепей обратной связи с широким спектром пропускания, поэтому со стороны источника питания накопителя осуществляется стабилизация только медленных уходов напряжения.

Как ясно из описания работы устройства, тиристоры 7 должны быть рассчитаны на прямое напряжение, равное напряжению переполюсовки батареи до момента их отпирания. В устройствах питания синхротронов величина этого напряжения составляет примерно 5 — 10О О от исходного значения напряжения конденсаторной батареи. Таким образом, выполнение части вентильных элементов параллельных групп управляемыми не вызывает дополнительных технических трудностей.

Использование управляемых от отдельного блока тиристоров в цепях параллельного подключения батареи к электромагнитам позволяет не только упростить систему питания и повысить энокомичность такой энергоемкой установки, как современный кольцевой ускоритель типа синхротрона или синхротрон— бустер, но и при малых технических затратах удовлетворить современным требованиям по стабильности энергии ускоренных частиц и по быстродействию системы стабилизации. Побледнее преимущество оказйвается весьма существенным при работе ускорителя в повторно-кратковременном режиме, Формула изобретения

1. Устройство питания магнитной системы ускорителя типа синхротрона, содержащее конденсаторный накопитель, присоединенный к последовательной цепи из обмоток группы электромагнитов и тиристоров, соединенных с блоком управления, и через группы вентилей параллельно каждой обмотке электромагнитов, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства и повышенйя его экбномичности, в каждую группу введено не менее одного управляемого элемента, например тиристора, управляющие электроды которого

5 соединены с дополнительным блоком управления.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения стабильности амплитуды импульсов тока, во входную цепь

10 дополнительного блока управления введены датчик напряжения на конденсаторном накопителе и датчик магнитного поля электромагнита, подключенные к суммирующему устройству.

Редактор P. Киселева

Составитель Н. Воронин

Техред Н. Рыбкина

Корректоры: Л. Брахнина и Н. Федорова

Заказ 268/2

Изд. № 327 Тираж 992 Подписное

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2