Устройство импульсного питания ускорителя

 

Союз Советскня

Соцмапистнчесння

Республнк

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТРРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-8у (22) Заявлено 28.04. 79 (21) 2753366/18-25 (51) + с присоединением заявки М— (23) Приоритет—

Н 05 Н 5/02

Государственный комитет

СССР по делам нзобретеннй н открытнй

Опубликовано 070981. Бюллетень Йо 33 (53) УДК 621.384.6 (088.8) Дата опубликования описания 07. 09. 81 (72) Авторы изобретения

О.А. Гусев, Е.М. Мемех и Е.II. Павлов (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ИМПУЛЬСНОГО ПИТАНИЯ

УСКОРИТЕЛЯ

Изобретение относится к системам питания ускорителем заряженных частиц прямого действия, а точнее к устройствам импульсного питания с индуктивными накопителями энергии, предназначенным, например, для генерацию импульсных сильноточных (несколько кА) электронных пучков большой энергии (сотни кэВ) и длительности (сотни мкс), интерес к которым повысился в последнее время в связи с необходимостью решения проблем управляемого термоядерного синтеза.

Для импульсного питания таких ускорителей наряду с устройствами фор-<> мирсвания мощных импульсов, выполненными на емкостных накопителях энергии, все чаще используют импульсные устройства с индуктивными накопителями энергии, которые имеют ряд преимуществ перед первыми. К достоинствам устройств импульсного питания с индуктивными накопителями можно отнести способность индуктивного накопителя трансформировать напряжение источника, что позволяет обходиться сравнительно низковольтным источником, а также лучшие весо-габаритные характеристики по сравнению с емкостными накопителями (1). 36

Известны устройства формирований высоковольтных импульс в, выполненные на основе формирующ: õ искусственных линий с накоплением энергии в индуктивностях (2). Здесь высоковольтные импульсы формируются на согласованной нагрузке при отключении источника тока зарядки. Недостатком такого устройства является сравнительно малая импульсная мощность в нагрузке. Это связано с тем, что через нагрузку протекает импульс тока, амплитуда которого равна лишь половине тока, накопленного в индуктивности линии.

Прототипом изобретения является устройство импульсного питания (3), содержащее источник питания, коммутатор и двойную формирующую линию, состоящую иэ двух одинаковых линий, между которыми параллельно им включена нагрузка, Недостатками такого устройства являются большой вес и габариты.Это вызвано тем, что конденсаторы, в которых накапливается энергия, находятся длительное время под постоянным высоким напряжением источника заряда (особенно в режиме большой скважности) и для обеспечения их

759042 высокой электрической прочности они выполнены с болыаими линейными размерами их изоляционных промежутков, что ведет к унеличению габаритов устройства.

Цель изобретения — снижение веса и габаритов устройства импульсного питания.

Указанная цель достигается тем, что вторая формирующая линия на выходе эакорочена, причем низковольтный источник зарядки подключен через коммутатор параллельно входу перной линии, а нагрузка подключе а между линиями параллельно им и ее величина выбрана равной полонине волнового сопротивления линии.

Предложенное устройство поясняется чертежом.

Источник 1 зарядки через выключатель 2 подключен к входу искусственной линии 3, к выходу которой подключены параллельно нагрузка 4, роль которой может играть ускорительный диод, и вход второй искусственной линии 5, закороченной на конце.

Работа устройства происходит следующим образом.

После замыкания выключателя 2 начинанается зарядка током от источника индуктинностей формирующих линий 3 и 5 до значения тока ?оo. Эатем выключатель 2 размыкается. Вход искусственной линии 3 оказывается разомкнутым. Образующая при этом падающая волна напряжения проходит слева направо и достигает выхода линии через время t3aA . После прохода этой перной падающей волны нсе конденсаторы линии 3 окаэынаются заряженными до напряжения 0 Т Р где P — нолноное сопротивление линии. Достигнув выхода линии, падающая волна встречает сопротивление.Сопротивление нагрузки 4 выбирается равным половине сопротивления линии, т.e. R < - p/2. Это сопротивление включено параллельно с входным сопротивлением линии 5. Таким образом, реэультирукщее сопротивление, которое встречает падающая волна на выходном конце линии

3, равно p/3. Из-3а такого рассогласонания падак(щая волна частично отражается, образуя первую отраженную волну н линии 3 с амплитудой на0,ð 3 пряжения д 0 - — - — 0

Э (о+р 4 о

Остальная часть падающей волны проходит через сопротивления нагрузки и образует первую падающую волну н

0р /3

ЛИНИИ и О аМПЛИУУДОй Дит — U . Одновременно с этим фор1 мир, ется перепад напряжения на входе линии 5. Ток 1о,накопленный н ее индуктивностях, распределяется скачком между собственным волновым сопротинS

10 лением и сопротивлением, подключенным к ее входу (образованным параллельным соединением нагрузки и сопротивлением выхода линии 3) и равным

p/3. Таким образом с выхода на вход линии 3 будет распространяться вторая падающая волна амплитудой

1 alp I р йо =az.= — „= — -14

Ъ т 1)р+2)р+()рГ 4 4 "о а со входа на выход линии 5 будет распространяться падающая волна амплитудой

T 1/Р 1оР

aU =-aI P ) p+2jp+1/р р 4 4

15 Суммарная волна, Распространяющаяся с выхода на вход линии 3, будет состоять из двух составляющих: первой отраженной волны д0 и нторой падающей волны д 0 3. Амплитуда сум20 марной волны состанит а0Э=д0 +д0

3 1 U

0 q — U - †„о . Это означает

4 о 4 о 2

v что конденсаторы линии 3 к концу пробега этой волны окажутся заряженными

25 до напряжения 0 - — = †. Сум0о 0о

2 2 марная волна, распространяющаяся с входа на выход линии 5, будет также состоять иэ двух составляющих: перЗ® ной падающей волны AU и втоРой падающей волны Д 0 Амплитуда этой суммарной волны составит AU g = AU + (1 1 U

+ 406 — U + — U - - -. Конденса4 о 4 о 2

35 торы линии 5 к концу пробега этой волны до короткоэамкнутого выхода линии окажутся заряженными также до

U напряжения - -. Суммарная волна н

2 линии 3 амплитудой — вЂ, достигая

Uo входа линии через с встречает разомкнутый кобец и отражается с тем же знаком, разрйжая конденсаторы линии 3 до нуля.

Эта отраженная волна линии 3 распространяется теперь от входа к выходу и достигает нагрузки через время t>>A, полностью снимая заряд с конденсаторон линии 3. Одновременно с этим суммарная волна н линии 5 aMDJIH0 тудой Р отражается от коротко-замкнутогО конца линии с обратным знаком и распространяется к входу, разряжая также конденсаторы линии 5.

Через t она достигает нагрузки, полностью сняв заряд с конденсаторов.

Напряжение на нагрузке поянляется, таким образом, с момента достижения первой падающей волной линии 3,т.е. фф через время t>ö после раэмыкания ныключателя, и существует н течение времени, равного двойному пробегу воля н линиях, т.е. до момента 3 д

Следовательно, длительность импульса на нагрузке составляет 2tyqA . Ампли7 59042

U а амплиСоставитель Л. Икоев

Редактор Н. Грузова Техред И. Рейвес Корректор С. Шекмар

Тираж 889 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 6752/64 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4 туда напряжения равна туда тока равна ?в.

Энергия, выделяющаяся .на нагрузке за это время, равна

Я 1 а

% = 21 — - =2. = 21 -= 1 . н о н ЪОА4р/Я мц Zp заА9 0

Учитывая выражения для волнового сопротивления и задержки р=/ „/

Р С. ° „, = -.О,С., где L - суммарная индуктивность лио нии;

С.е — суммарная емкость линии; получим 1 „- р с,ц,, откуда Ын = L I

Следовательно, энергия, выделяющаяся в нагрузке за время двойной задержки, равна энергии, накопленной в индуктивностях двух искусственных линий.

Формула изобретения

Устройство импульсного питания ускорителя, содержащее источник питания, коммутатор и двойную формирующую линию, состоящую из двух одинаковых линий, между которыми параллельно им включена нагрузка, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью

5 уменьшения веса и габаритов устройства, вторая формирующая линия закорочена на выходе.

Источники информации, !

О принятые во внимание при экспертизе

1. Бондаренко И.М и др. Сильноточные импульсные ускорители электронов микросекундного диапазона с индуктивными накопителями энергии.—

"Доклады всесоюзного совещания по инженерным проблемам управляемого термоядерного синтеза, т.2, с.91, Л, НИИЭФА, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 331762, кл. Н 05 Н 5/00, 1971.

3. Патент США М 4.024.430, кл. Н 03 К 5/08, 1977.