1
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 з/величить частоту ускорительных 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 ускорителя равна длительности его рабочего хода.
Для сокращения длительности холостого хода в последнее время применяются устройства питания магнитной системы, в которых производится изменение частоты собственных колебаний контура электромагнит - конденсаторная батарея после достижения ма-ксим}ма тока в контуре.
Изменение частоты контура осуществляется двумя приемами: переключением групп емкостных элементов конденсаторной батареи либо переключением обмоток секций электромагнита (обмоток электромагнитов группы) с последовательного соединения на параллельное на время холостого хода. Указанные приемы позволяют сократить длительность заднего фронта импульса магнитного поля и
увеличить частоту циклов ускорения в 1,3- 1,5 раза.
При использовании для питания магнитной системы кольцевого ускорителя устройства с двухобмоточным насыщающимся дросселем
в цепи искусственной коммутации необходимо весьма значительное количество указанных дросселей. Их наличие существенно сложпяет систему питания ускорителя и увеличивает потери энергии, поскольку по обмоткам дросселя протекает полный рабочий ток группы электромагнитов зскорителя.
Кроме того, при использовании известного устройства в системе питания ускорителя трудно обеспечить стабильную энергию ускоряемых частиц даже при наличии стабилизации источника питания конденсаторной батареи, так как эта стабилизация может выбирать только медленные дестабилизирующие факторы: температзфиые уходы сопротивлсния обмотбК электромагнита, емкости батареи, характеристик перемагничивания насыщающегося 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 услол :няет 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 суммируюшему 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 , 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 6, и диодов 8. Кроме датчика 4 напряжения батареи, в схеме имеется датчик 9 магнитного поля электромагнита, подключенный к суммирующему устройству 5.
В исходном состоянии конденсаторная батарея 1 заряжена до нолминального 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 зарянсать 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 конденсаторную батарею меняет нанравленйе, йротекаЯ 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 максимуму 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 5-10% 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 йрёймущество окйзУваетсй 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 повышения его экономичности, в каждую группу введено не менее одного управляемого элемента, например тиристора, управляющие электроды которого соединены с дополнительным блоком управления.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения стабильности амплитуды импульсов тока, во входную цепь дополнительного блока управления введены датчик напряжения на конденсаторном накопителе и датчик магнитного поля электромагнита, подключенные к суммирующему устройству.
2
г0-
ЗЮ5
а
