Устройство для формирования импульсных магнитных полей Советский патент 1985 года по МПК H05H7/04 

Vut.f

№

САЭ

Ч

О 4

СО Изобретение относится к импульсно технике и может быть использовано для формирования импульсов тока в ин дуктивных нагрузках, например в электромагнитах циклических ускорите лей заряженных частиц. Известен генератор импульсов тока содержащий источник постоянного напр жения, накопительную конденсаторную батарею, подключенную к электромагни ту через вентильный коммутационный узел, представляющий собой мост из уцравляемых и неуправляемых вентилей с устройством коммутации Q1 . Упомянутьй генератор служит для получения квазитреугольнык или трапе цеидальных импульсо1з тока в электромагните, и его работа заключается в соответствующей коммутации тока из цепи управляемых вентилей в цепь неуправляемых вентилей. Для компенсации потерь энергии сл жит источник постоянного напряжения, который в необходимый момент времени пoДkлючaeтcя к генератору. Все устройства ввода энергии реализуют два способа: параллельный и последовательный . Недостатком генератора является То, что во время ввода энергии весь контурный ток протекает через источник питания, увеличивая габариты уст ройства и потери энергии. По технической сущности наиболее близким к изобретению является устройство для формирования импульсных магнитных полей, содержащее источник постоянного напряжения и накопительную конденсаторную батарею, присоединенную к электромагниту через вентильный коммутационный узел 2 . Основным недостатком этого устройства является ограниченная величина макси1 ального напряжения на кон туре без применения согласующего трансформатора, так как отношение максимального напряжения на накопительной конденсаторной батарее к напряжению источника питания составляет 5-6, Вентили ввода энергий работают в напряженном режиме, так как к ним прикладывается обратное напряжение, равное по величине разности максимального напряжения на конденсаторной батарее и напряжения источника питания. Цель изобретения - уменьшение веса и габаритов устройства для формирования импульсных магнитных полей Эта цель обеспечивается тем, что в электромагнит вместе с основной обмоткой возбуждения помещается обмотка ввода энергии, один конец которой через ограничивающий дроссель соединен с положительным полюсом источника питания, а другой конец присоединен, к аноду тиристора, катод которого подключен к отрицательному полюсу источника питания, причем управляющий электрод тиристора через формирователь задержанных импульсов присоединен к сигнальной обмотке, ра мещенной на дросселе насыщения коммутационного узла. Применение обмотки ввода, подключенной к источнику питания, в предлагаемом устройстве позволяет путем выбора соответствующего коэффициента трансформации между обмоткой возбуждения и обмоткой, ввода получать на накопительной конденсаторной батарее практически любое напряжение при низковольтном источнике питания и тем самым отказаться от согласующего трансформатора, а минимальное количество вентршей ввода энергии обеспечивает высокую надежность работы установки в целом. Принципиальная схема предлагаемого устройства для формирования импульсных магнитных полей представлена на фиг. 1. Основными элементами устройства явг ляются накопительная конденсаторная батарея 1, вентильный коммутационный узел 2, электромагнит с обмоткой возбуждения 3 и обмоткой 4 ввода энергии, источник 5 постоянного напряжения, ограничивающий дроссель 6,тиристор 7 ввода, формирователь р задержанных импульсов и сигнальная обмотка 9. Коммутационный узел 2 представляет собой мост из управляемых (тиристоров 10, 10 ) и неуправляемых (диодов 11, 11) вентилей с дросселем насьщения 12. К одной диагонали коммутационного узла (к точкам соединения одноименных электродов вентилей моста) присоединена обмотка возбуждения 3 электромагнита, средняя точка.которой заземлена. Конденсаторная батарея 1 присоединена ко второй диагонали коммутационного узла. Начало обмотки 4 ввода энергии через ограничивающий дроссель 6 присоединено к положительному полюсу источника 5 питания. Конец обмотки ввода энергии присоединен к аноду тиристора 7 ввода, катод которого подключен к отрицательному полюсу источника питания. Управляющий электрод тирист ра ввода через формирователь 8 задержанных импульсов подключен к сигнальной обмотке 9. На фиг. . представлены диаграммы изменения напряжения и тока обмотки возбуждения Ц ь также тока 3 протекающего по обыотке возбуждения и потребляемого от источника питания В исходном состоянии накопительна конденсаторная батарея Г заряжена до требуемого напряжения с полярностью указанной на фиг. 1. С приходом запу , кающих импульсов на тиристоры 10, 10 коммутационного узла (момент времени t фиг. 2) начинается разряд .батареи 1 на обмотку возбуждения 3 электромагнита. С момента t накопительная батарея начинает перезаря жаться, диоды 11, 11 коммутационного узла отпираются и к обмоткам дросселя насыщения 12 прикладывается напряжение. Начинается намагничивание дросселя 12. В моментtj дроссель насыщается, сопротивление его резко уменьшается и диоды 11, 11 полностью открываются, перехватывая на себя контурный ток. С момента t« идет процесс выключения тиристоров 10, 10. В момент Cj процесс выключения-тиристоров- 10, 10 заканчивается, и включается тиристор 7 ввода энергии. Напряжение источника питания Е прикладывается к обмотке ввода и трансформируется в обмотку возбуждения 3 электромагнита с полярн6с ью, указанной на фиг. 1. Это напряжение приложено в прямом направлении к диагонали диодов 11, 1l и способствует заряду накопительной конденсаторной батареи 1. При этом от источника потребля- ется энергия,.компенсирующая потери в устройстве. В момент tf напряжение на обмотке возбуждения 3 становится равным максимальному напряжению, которое может обеспечить, с учетом коэффициента трансформации H W2/Wt, устройство ввода энергии, а затем np вышает его. С этого времени к тиристору 7 прикладьшается обратное напряжение, и он закрывается. Максимально . возможное напряжение на обмотке возбуждения, обеспечиваемое устройством ввода, определяется по формуле Uo Kn.-E, где Ь - напряжение источника питания, 1( - коэффициент, который в зависимости от добротнос-ЕИ системы ввода равен 1-2, П - коэффициент трансформации. Таким образом, с момента f, до момента t. от источника питания nor требляется ток Jg (см, фиг. 2), амплитуда которого ограничивается дросселем 6. Для отпирания тиристора 7 служит сигнальная обмотка 9 и формирователь, 8 задержанных импульсов. На сигнальной обмотке 9 в течение времени ,i( наводится импульс напряжения, поступающий на формирователь 8, который в момент выдает импульс запуска; на управлякиций электрод тиристораГ. 7. Подобные схемы формирования им- . пульсньгх магнитных полей, как правило, имеют высокую добротность силового колебательного контура, И чем выше добротность, тем меньший объем имеет .обмотка ввода энергии по сравнению с обмоткой возбуждения. Для циклических индукционных ускорителей, разрабатываемых в Томском политехническом институте, объем обмотки ввода энергии не превьшает 2% объема обмотки возбуждения. Таким образом, использование бестрансформаторных схем источников постоянного напряжения в сочетаний с предлагаемым способом ввода энергии позволяет на 25-30% уменьшить вес устройства формирования икПульсных магнитных полей. Предлагаемое устройство может найти широкое применение для формирования импульсных магнитных полей в циклических ускорителях заряженных частиц типа бетатрона, а также для формирования однополярных импульсов тока в индуктивных нагрузках с достаточно высокой добротностью.

3 t

fpuz.2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ, содержащее источник постоянного напряженияи накопительную конденсаторную батарею, присоединенную к .электромагниту через вентильньй коммутационный узел,.отличающееся тем, что, с целью уменьшения габаритов и веса устройства, в электромагнит вместе с основной обмоткой возбуждения помещается обмотка ввода энергии, один конец которой через ограничивающий дроссель соединен с положительным полю-чсом источника питания, а другой конец присоединен к аноду тиристора, катод которого, подключен к отрицательному полюсу, источника питания, причем уп- равлякндий электрод тиристора через § формирователь задержанных импульсов присоединен к сигнальной обмотке, разумещенной на дросселе насыщения комму-•ч;^ционного узла.(Лcz