Устройство питания электромагнита синхротрона Советский патент 1978 года по МПК H05H7/00 H05H13/04 

Изобретение относится к систе-ма.м питан5;я ускорителей за ряжен1ных частиц и .может быть использовано для питания резонансного «онтура протонного синхротрона, применяемого в качестве бустерного ускорителя для более мощного синхрофазотрона. Известны резонансные системы питания синхротронов, работающих в иепрерывном (длительноМ) режиме. Электро,мапнит синхротрона :В.клю1чают в колебательный контур с конденсаторными батареями и .подмагничивают постоянным током. Источник постоянного тока защищают от переменного напряжения на резонансном контуре при ломощи реакторов, подключаемых последовательно с источником .постоянного тока и электрО(магнитом параллельно .конденсаторным батареям. Для .поддержания незатухающих колебаний в резонансном контуре применяют различные устройства подпитки (кампенсации активных потерь) резонансного контура: электрические мащины, параллельные самоБозбуждающиеся инверторы и импульсно-рсзонансные схемы, в 1которых энергия предварительно запасается в накопительном конденсаторе, а затам ;корот1КИ1М имлульсом -переводится в резонаясный контур синхротрона оди.н или два раза за период колебания напряжения на резонансном контуре. Протонный синхротрон, используемый в качестве бустерного ускорителя, должен работать в повторно-кратковременно м режиме. За время инжекцин в главный ускоритель бустерный синхротрон должен сделать несколько десятков ускорительных циклов, следующих с частотой 20-30 Гц, а затем в течение всего ускорительного цикла в главном ускорителе, продолжающемся обычно около 4-5 сек, бустерный синхротрон бездействует. Вследствие этого принципиальная схема .питания бустерного протонного синхротрона имеет особенности. Такая схема изображена на чертеже. Предложенное устройство питания синхротрона содержит блоки электро.магнита 1, реaiKTOpbi 2, .источник 3 подмагничивания электромагнита постоянным током, конденсаторные батареи 4. Для обеспечения повторнократковременного режима работы с нхротрона источник 3 по.дмагничивания включают только на время .действия синхротрона, а в цель конденсаторных батарей вводят встреч.но-параллельные вентильные столбы 5, 6, при ломощи которых на время паузы в работе синхротрона энергию колебательного (КОНтура залирают в конденсаторных батареях. .Поскольку к стабильности амплитуды маг нитного поля синхротрона предъявляются жесткие требования (стабильность должна быть порядка 10 -) и для того, чтобы синхротрон выходил на заданный режнм работы с миннмальны м переходны-м нроцессом, при помощи 1-гсточн1Жюв постоянного .напряжения 7 в точенне паузы |Кам1пенсируют токи утечки конденсаторных батарей. Одна.ко нсточнИ|КИ постоянного напряжения не могут «омпенсировать потерн энергии в резонансном контуре при работе синхротрона, асак напряжение а ;конденсаторах в это время является переменным.

Использование в (Качестве источников лодпитки эле1кт|)ичес:ких Машин переменного тока затруднительно, тай очень сложно обеспечить в нмлульсном режиме равенство частот резонансного контура и ЭДС генератора. Что 1касается параллельных инверторов и импульсно-резонансных схем, то они при включении и.меют .длительный .переходный режим, что отрицательно оказывается на стабильности магнитного ноля синхротрона.

В (предложенном устройстве указанный недостаток устранен благодаря тому, что для гтоДИ 1Т;ки г)езс;;ансного Коитура используется источник 8 постоянного нагфяження со средней точ.кой (ьа.примср, два генератора постоянного напряжения или два выпрямителя с малоиндуктивными с|)ильтра1М1, соединенных последовательно и Согласно), подключенный крайними ,клем1мамн через дополнительные управляемые вентиля 9 последовательно ,и согласно с вентильными столбами 5 н 6, а сред ей точкой - к конденсаторной батарее. Для устранения короткого за.мьшания источника 5 нитания .при открывании вентиля 6 в устройстве лредуомотрены диоды 10.

Вентили 5 и 6 рассчитывают иа полное напряжение конденсаторных батарей, а вентили

9- на напряжение источника 8 питания, которое ,в десят|ки раз .меньше напряжения конденсаторных батарей.

Синхротрон начинает работать в момент открытия вентильных столбов ири помощи устройств // управления по сигналу от проrpa-MiMHoro блока 12. В дальнейшем срабатывание устройств 11 обеспечивает блок 13, выдающий импульсы 1при прохождении через нуль тока .конденсаторных батарей. Для этого г.ход б.лака 13 соединен с об1моткой 14 обратной связи.

После от1Крытия вентильных столбов 6 ток разряда конденсаторных батарей проходиг через (Половину источника 8, один из диодов

10и через вентиль 6. Опустя некоторое время (100-200 мксек), обусловленное блоком 15 задержки, устройство 16 управления открывает правый вентиль 9. Дио.д 10 за.пирается, и ток в дальнейшем будет прохо.дить через правый вентиль 9 и правую половину источника 8 согласно .с его ЭДС. Пока конденсаторы разряжаются и перезаряжаются от правой

половины источника 8, в резонансный контур поступает энергия.

Затем на.нравление тока в нелн из.меняется иа противололожное . Вентили и Р заинраются. Так лротекает через вентиль 5, левый диод 10 и лравую .половину источиика 8. При этом блок 13 вырабатывает в.м.пульс, который через программный блок 12 и блок 17 задержки поступает на вход блока IS унравления,

который дает отнирающий л;мпульс левому вентилю 9. Диод 10 забирается, и ток в дальнейшем будет лроходить через левый вентиль 9 и левую .половину источника 8, забирая из .него э. в коатур. Далее щи.клы повторяются. Блоки 15 и 17 за.дерЖ|Ки необходимы для восстановления вентильных свойств вентилей 6 . О .после нх запкрання при сменах направления тока конденсаторных батарей. Если Применить в ка честве источнИКа подпнт;ки малоиндуктивный источник постоянного налряження, то синхротрон начинает работать со стабильной зиергией ирактически с нерзого периода .колебания магнитного поля после открытия вентилей 6.

Из-за высокой добротности резонансного контура мош,ность источника 8 питания состапляет несколько лроцентов от колебательной реа|ктивной (Мощности резонансного контура.

Ф О р м у л .а изобретения

Устройство литания злзктромагнита синхротрона, содержащее источник лодмагничивания электромагнита .лостоянным током, разделительные реакторы, конденсаторные батареи, .подключенные через встречно-параллельные управляемые и неуправляемые вентили параллельно обмоткам электромагнита и реaiKTopaM, источники лостоянного напряжения ковшенсадии Зтечек конденсаторных батарей и источник комленсадии лотерь в резонансном контуре, отличающееся тем, что, с (Целью повышения стабильности амплитуды магнитного поля синхротрона, катод неунравляемого вентиля и анод управляемого вентиля в цепи конденсаторной батареи через дололнительные управляемые .вентили соединены последовательно :и согласно с источникам ком.пенсаиии

потерь в резонансном .контуре, вытоляеизюм в виде источника лостоянного напряжения, средняя точка которого соединена с (конденсаторной батареей, а положительный полюс через встречный диод - с катодом неуиравляемого вентиля, и отрицательный .полюс через согласный диод - с анодом управляемого вентиля, при этом входы блоков управления допюлнительньшя управляемыми вентилями сое,дйнены .через блО(К|И задержки с (Программньш блоком и блоком выделения нуля тока в цепи коиденсатооной батареи.