Устройство для формирования импульсных магнитных полей Советский патент 1976 года по МПК H05H7/04 

Изобретение относится к области ускорительной техники и предназначено для возбуждения электромагнитов мощных ускорителей типа синхротрон, бататрон.

Известна схема питания синхротрона, в которой с целью снижения максимального напряжения на элементах системы питания, конденсаторная батарея и электромагнит разбиты на отдельные ячейки и соединены последовательно (так называемая кольцевая схема) .

Недостатком указанной схемы питания электромагнита является сложность формирования плоской вершины при максимальном значении поля, которая необходима при медленном выводе заряженных частиц из камеры ускорителя, затруднено получение импульсов излучения с большой частотой следования, невозможно формирование импульсов излучения с регулируемой частотой следования.

Цель изобретения - обеспечение возможности формирования импульсов тока различной во времени формы: квазитреугольных, синусоидальных с плоской вершиной повышенной частоты и возможности формирования импульсов излучения с регулируемой частотой следования.

Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве одноименные выводы каждой из двух обмоток блоков электромагнита соединены между собой накопительными конденсаторами, начало первой обмотки любого блока и конец второй обмотки соседнего блока соединены через управляемый коммутируюший прибор, а конец первой обмотки любого блока и начало второй обмотки соседнего блока соединены через неуправляемые вентили и дроссель насыщения, причем параллельно дросселю насыщения и одному из вентилей

включен источник импульсного питания. Источник импульсного питания может быть выполнен в виде последовательно соединенных управляемого вентиля и конденсатора, подключенного к источнику постоянного напряЛСения. Источник импульсного питания может быть выполнен в внде последовательно соединенных индуктивного накопителя энергии и обмотки подмагничивания дросселя насыщения, подключенных к источнику постоянного

напряжения.

Это позволяет в предлагаемом устройстве получать магнитные поля треугольной формы, когда требуется больщая частота следования импульсов ускорения, формировать импульс магнитного поля синусоидальной формы с плоской вершиной, а также программировать частоту следования импульсов ускорения. На фиг. 1 показана схема предлагаемого

устройства, использующая в качестве источника импульсного напряжения последовательно соединенные управляемый вентиль и конденсатор, подключенные к источнику постоянного напряжения; на фиг. 2 и 3 - осциллограммы токов н напряжений на различных элементах схемы.

На фиг. 1-3 обозначено: 1, 2 - накопительные конденсаторы, 3 - блоки электромагнита, 4, 5 - обмотки блоков электромагнитов, 6, 7 - управляемые коммутирующие приборы, 8, 9 - неуправляемые коммутирующие приборы, 10 - трансформаторы, 11 - дроссели насыщения, 12 - конденсатор, 13 - зарядный дроссель, /эл.м. - ток в обмотке электромагнита, f/n ц - напряжение накопительного конденсатора, . м - напряжение на обмотке электромагнита, UK iz - напряжение на конденсаторе 12.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии накопительные конденсаторы 1 заряжаются путем подачи серии импульсов тока от конденсатора 12.

С приходом управляющих импульсов на тиристоры 6 начинается разряд конденсаторов 1 на обмотки электромагнитов 4, а конденсаторов 2 на обмотки электромагнитов 5 и формируется фронт импульса тока /эл м (фиг. 2).

По достижении требуемого значения поля в электромагните включается тиристор 7. Током разряда коммутирующего конденсатора 12 через трансформаторы 10 по цепи: диод 8, конденсатор 2, тиристор 6, конденсатор 1, тиристор 6 обесточивается и выключается, а ток обмоток электромагнитов перехватывается в цепи диодов 8, вторичных обмоток трансформаторов и конденсаторов 1 и 2. При этом ток обмоток электромагнитов 5 переходит в цепь конденсаторов 1, а ток обмоток электромагнитов 4 - в цепь копденсаторОБ 2, и энергия из поля электромагнитов рекуперирует обратно в накопительные конденсаторы.

При полном разряде конденсатора 12 включаются диоды 9, и дроссели насыщения 11 начинают неремагничиваться. При их насыщеНИИ ток из цепи вторичных обмоток трансформаторов переходит в цепь диода 9, а тиристор 7 выключается под действием напряжения конденсатора 12, который перезаряжается на незначительную величину в процессе перемагничивания дросселей насыщения.

Таким образом, в электромагнитах сформировано магнитное поле треугольной формы.

При формировании импульсов поля с плоской вершиной при максимальном значении тока конденсаторы 1 и 2 полностью разряжаются в процессе формирования переднего фронта импульса поля и ток обмоток электромагнита закорачивается по цепям тиристоров 6 и диодов 8, 9. По окончании формирования плоской части включается тиристор 7, диоды 9 и тиристоры 6 выключаются, и происходит формирование спада поля в электромагните (осциллограммы /эл м, UK и фиг. 3).

Потери энергии за время формирования импульсов поля в электромагните компенсируются энергией конденсатора 12 за время выключения тиристоров 6 и восстановления ими вентильных свойств, который заряжается от источника питапия в паузе между импульсами тока. Регулируя папряжение конденсатора 12, можно регулировать величину энергии, поступающей в контур.

Использование в качестве источника импульсного питания последовательно соединенных индуктивного накопителя и обмотки подмагничивания дросселя насыщения, подключенных к источнику постоянного нанряжения, повыщает надежность устройства и упрощает систему питания.

Формула изобретения

1.Устройство для формирования импульсных магпитных полей, содержащее отдельные блоки электромагнитов, накопительные конденсаторы, коммутирующие элементы, источник питания, отличающееся тем, что, с целью повыщения частоты импульсов магнитного поля и формирования плоской верщины импульсов при максимальном значении магнитного поля, выводы первой обмотки одного блока соедипены через два конденсатора с одноименными выводами второй обмотки последующего блока электромагнита, а упомянутые выводы обмоток первого указанного блока соединены с разноименными выводами обмоток второго указанного блока через управляемый вентиль, дроссель насыщения и два последовательно включенных неуправляемых вентиля, параллельно дросселю насыщения и одному из пеуправляемых вентилей включен источник импульсного питания.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источник импульсного питания выполнен в виде последовательно соединенных управляемого вентиля и конденсатора, подключенного к источнику постоянного напряжения.

3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источник импульсного питания выполнен в виде последовательно соедипенных индуктивного накопителя энергии и обмотки подмагничивания дросселя насыщения, подключенных к источнику постояпного напряжения.