Магнитная система индукцинного ускорителя
Союз Соеетскик
С оциалистичесиик
Pecnydnwx
О П
ИЗОБРЕТЕНИЯ о11670О85
К АВТОРСКОМУ СВНДН ИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 270677 (21) 2501432/18-25 (51) М Кл.
Н 05 Н 7/04 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет
Государственный комнтет
СССР но дмам нзобретеннй н открытнй
Опубликовано 301280, Бюллетень М 48
Дата опубликования описания 301280 (53) УДК 621.384. .6(086.6) (72) Автор изобретения
B.Â.ÂàñHëüåâ
Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им.С.М.Кирова (71) Заявитель (54) МАГHHTHAH CHCTENA ИНДУКЦИОННОГО УСКОРИТЕЛЯ
Изобретение относится к области ускорительной техники н предназначено для ускорения электронов вихревым электрическим полем.
Известна магнитная система индук- 5 ционного ускорителя электронов 1), содержащая магнитопровод, обмотки возбуждения и подмагничивания, подключенные к системе питания. Причем подмагничивание магнитопровода осу- 1О ществляется постоянным током с амплитудным значением, примерно равным амплитудному значению переменной . составляющей тока, и возбуждение электромагнита осуществляется синусо- 15 идальным током, изменяющимся по закону 114(t) Тiт (К - cos 10 t), где K равно отношению амплитуд постоянной и переменной составляющих 1о /1 . Такая схема возбуждения электромагнита 29 не приводит к увеличению размаха индукции в стали в процессе ускорения частиц (а следовательно к увеличению энергии ускоренных частиц),так как значение индукции изменяется пример- 25 но от 0 до максимально допустимого значения, но приводит к существенному снижению энергии, необходимой для создания переменного магнитного потока. 30
Известна также магнитная система индукционного ускорителя (2j, содержащая сплошной магнитопровод, обмотку возбуждения, подключенную к содержащей емкостной накопитель импульсной системе питания, и обмотку подмагничивання, соединенную с индуктивностью. Такая схема возбуждения электромагнита приводит к значительному увеличению размаха индукции в стали электромагнита в процессе .ускорения частиц, так как центральный сплошной сердечник магнитопровода предварительно подмагничен до максимально допустимого отрицательного значения магнитной индукции в нем.
При этом такая магнитная система имеет ограниченную частоту следования циклов ускорения, так как обмотка подмагничивания уложенная в кольР цевых пазах магнитопровода, имеет напряженный тепловой режим..
Цель изобретения — увеличение предельной частоты циклов ускорения и стабилизация энергии ускоряемых частиц.
Это достигается тем, что обмотка подмагничивания и индуктивность под- ключены к емкостному накопителю системы питания через управляемые
670085 вентили и имеют общую точку соединения с обмоткой возбуждения, причем индуктивность эашунтирована управляемым вентилем и включена в цепь неуправляемого вентиля системы питания.
Па фиг. 1 изображена магнитная система индукционного ускорителя, на фиг. 2 — его импульсная система питания, на фиг. 3 — эпюры изменения магнитных потоков, токов и напряжения.
Предлагаемая магнитная система содержит магнитопровод 1 электромагнита ускорителя, обмотку 2 возбуждения, обмотку 3 подмагничивания, в систематическом положении вакуумные камеры 4 в межполюсном пространстве, управляемые вентили 5 и 6 емкостной накопитель 7, индуктивность 8, коммутирующую емкость 9, коммутирующий дроссель 10, диод 11, управляемый вентиль 12, диод 13, управляемые вентили 14 и 15, коммутирующий конденсатор 16, коммутирующий дроссель 17, диод 18, управляемый вентиль 19, неуправляемые вентили 20 и 21.
На фиг. 3 обозначены 22 — импульс напряжения для включения управляемых вентилей 5 и 6, 23 — импульс напряжения для вкличения управляемых вентилей 12, 14 и 15, 24 — импульс напряжения для включения управляемого вентиля 19, 25 — изменение тока в обмотке 2 возбуждения, 26 — изменение тока в обмотке 3 подмагничивания, 27 — изменение тока в индуктивности .8, 28 — изменение тока управляемого вентиля 19; 29 — изменение напряжения на емкостном накопителе 7; 30 изменение напряжения на обмотке 2 возбуждения; 31 — изменение напряжения на коммутирующей емкости 9, 32 изменение напряжения на коммутирующей емкости 16 33 — изменение магнитного потока (индукции) в области вакуумной камеры 4; 34 — изменение магнитного потока (индукции) в стали электромагнита.
В статическом состоянии на сплошном магнитопроводе 1 уложены обмотка
2 возбуждения и обмотка 3 подмагничивания, через управляемые вентили 5 и 6 подключенная к емкостному нако пителю 7 и имеющая общую точку соединения с индуктивностью 8. Коммутирующий узел состоит из коммутирующей емкости 9, включенной последовательно с цепочкой-, состоящей иэ коммутирующего дросселя 10, диода 11 и зашунтированной управляемым вентилем 12, предназначен для коммутации тока Иэ управляемых вентилей 5 и 6 .в цепь диода 13. Обмотка 2 возбуждения подключена к емкостному накопители 7 через управляемые вентили 14 и 15.
Коммутирующий узел состоит из коммутирующей емкости 16, вкличенной последовательно с цепочкой, состоящей нз коммутирующего дросселя 17, диода
18, эашунтированной управляемым вентилем 19, и предназначен для коммутации тока из управляемых вентилей
14 и 15 и диода 13 в цепь неуправляемых вентилей 20 и 21.
Схема работает следующим образом.
В исходном состоянии емкостной накопитель 7 заряжен с укаэанной на фиг.2 полярностью и в момент 5 H 6 и индуктивность 8 начинает разгружаться на обмотку 3 подмагничивания, За счет ампервитков обмотки 3 происходит перемагничивание стали магнитопровода 1 в отрицательную область значений магнитной индукции. 15 Поскольку в магнитопроводе 1 отсутствуют воздушные зазоры, то для пере магничивания стали требуется незначительные ампервитки и поле в межполюсном пространстве практически отЩ сутствует. В это же время коммутирун щая емкость 9 заряжается от емкостного накопителя 7 через включенные управляемые вентили 5 и 6, коммутирующий дроссель 10 и диод 11. В момент времени Ь, когда сталь магнитопровода 1 перемагничивается до требуемой величины индукции,включаются управляемые вентили 12, 14 и 15, под действием напряжения коммутирующей емкости 9 управляемые вен тили 5 и 6 обесточиваются и выключаются, а ток обмотки 3 и индуктивности 8 замыкается по цепи управляемого вентиля 12 и коммутирующей емкости 9, которая разряжается. Емкостной накопитель 7 через вкличенные управляемые вентили 14 и 15 подключаются к обмотке 2 возбуждения. При этом под действием ЭДС наводимой в обмотке 3 ток в ней и индуктивности 8 начинает уве4Q личиваться. В момент времени емкость 9 разряжается до 0 и диод 13 включается, и ток обмотки 3 перехватывается в цепь диода 13, а управляемый вентиль 12 обесточивается и выклю. 4 чается. В это же время коммутирующая емкость 16 заряжается от емкостного накопителя 7 через включенные управ-. ляемые вентили 14 и 15, дроссель 17 и диод 18. За счет ампервитков, наводимых в обмотке 3 подмагничивания, переменный магнитный поток, создаваемый обмоткой 2 возбуждения, делится на две части. Первая часть, пропорцио нальная ампервиткам обмотки 3, вытесняется из центрального сердечника и замыкается через межполюсный воэдушный зазор (кривая 33, фиг. 3), а другая часть, обратно пропорциональная ампервиткам обмотки 3, замыкается через центральный сердечник (кривая 34, фиг.3). Выполнение бетатронного соотношения (значение индукции на равновесном ра диусе равно удвоенному среднему значению изменения индукции в круге, 670085 ограниченном равновесным радиусом) .,осуществляется путем выбора соответствующей величины индуктивности 8 и коэффициента трансформации обмоток 2 и 3. По этой же причине всегда можно добиться выполнения неравенства бg ä / 33щ < где 3 2tn — максимальное значение тока обмотки возбуждения, а максимальное значение тока подмагничивания, что соответствует @асИматриваемой магнитной системе. В момент 14 после окончания процесса ускорения включается управляемый вентиль 19 и под действием напряжения коммутирующей емкости 16 управ. ляемые вентили 14 и 15 обесточивайтся и выключаются а ток обмотки 2 15 возбуждения замыкается по цепи управляемого вентиля 19 и коммутирующей емкости 16. Емкость 16 разряжается и перезаряжается. В момент Ъб, когда напряжение gQ на емкости 16 достигает остаточного напряжения на емкостном накопителе 7, ток обмотки 2 возбуждения, пере.хватывается во включающиеся при этом неуправляемые вентили 20 и 21,ЭДС д обмотки подмагничивания меняет знак на противоположный. При этом обмотка 3 сказывается закороченной по цепи управляемого вентиля 19, диода 13 и обесточивается. Ток индуктивности 8 замыкается через открытый управляемый вентиль 19 и спадает, при этом через вентиль 19 протекает разница токов обмотки 2 и индуктивности 8 (кривая 28, фиг. 3), В момент времени Ьь, когда величины токов индуктивности 8 и обмотки 2 возбуждения сравниваются, управляемый вентиль 19 обесточивается и выключается. И индуктивность 7 оказывается включенной последовательно с об- 40 моткой 2 и емкостным накопителем 7, который заряжается с той же полярностью, что и разряжается..Таким образом, энергия, отдаваемая емкостным накопителем в поле электромагнита 45 и в магнитное поле индуктивности 8, в течение времени Ф7 — В4 обратно рекуперирует в накопитель 7. Рассмотренная магнитная система сохраняет достоинство известной схемы, магнитный поток, пронизЫвающий центральный сердечник, изменяется от максимально-допустимого ото рицательного значения до допустимого положительного значения. Рассмотренная магнитная система дает возможность осуществлять стабилизацию и регулировку энергии ускорен-. ных частиц путем регулирования момента включения управляемых вентилей 12, 14 и 15, то есть регулированием начальной отрицательной величины магнитной индукции в стали электромагнита. За счет того, что в паузе между циклами ускорения по обмотке 3 не протекает ток подмагничивания и в момент формирования спадающей части импульса тока в обмотке возбуждения обмотка подмагничивания обесточивается, в рассмотренной магнитной системе действующее значение тока в обмотке подмагничивания уменьшается более чем в 7 раэ, что дает возможность более чем в два раза повысить предельную частоту циклов ускорения по сравнению с известными схемами. Отметим, что ток подмагничивания (в момент времени tg ) имеет незначительную величину, поэтому габариты, стоимость и вес вентилей 5, б и 12 и коммутирующего узла, состоящего из емкости 9, дросселя 10, диода 11, также незначительны. Предлагаемая магнитная система индукционного ускорителя наиболее перспективна при использовании ее в сильноточных бетатронах, работающих в импульсном режиме с повышенной частотой следования циклов ускорения и имеющих значительный объем и вес стали по сравнению с объемом и весом подмагничивающих обмоток. Формула изобретения Магнитная система индукционного ускорителя, содержащая сплошной магни топровод, обмотку возбуждения, подключенную к содержащей емкостной накопитель ипульсной системе питания и обмотку подмагничивания, соединенную с индуктивностью, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью повышения предельной частоты циклов ускорения и стабилизации энергии ускоря емых частиц, обмотка подмагничивания и индуктивность через управляемые вентили подключены к емкостному накопи телю системы питания, и имеют общую точку соединения с обмоткой возбуждения, причем индуктивность зашунти- рована управляемым вентилем и включена в цепь неуправляемого вентиля системы питания. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент CLIA 9 2660673, кл. Н 05 Н 7/04, опублик. 1953. 2. Авторское свидетельство СССР 9 524477 кл. Н 05 Н 7/04, 1976. 670085 ф» Ф р Ф Ф фи.1 фиг.Г фиг.5 Составитель E. Медведев Техред М,Кузьма Корректор С. Шекмар Редактор Л.Письман Филиал ППП "Патент"., r. Ужгород, ул. Проектная, 4 Закаэ 92б7/75 Тираж 885 Подписное ВНИИПК Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.. 4/5
