Магнитная система индукцинного ускорителя Советский патент 1980 года по МПК H05H7/04 

1

Изобретение относится к области . ускорительной техники и предназначено для ускорения электронов вихревым электрическим полем.

Известна магнитная система индукционного ускорителя электронов 1, содержащая магнитодровод, обмотки возбуждения и подмагничивания, подключенные к системе питания. Причем подмагничивание магнитопровода осуществляется постоянным током с амплитудным значением, примерно равным амплитудному значению переменной составляющей тока, и возбуждение электромагнита осуществляется синусоидальным током изменяющимся позакону t(t)

(К - cosout), где К

m

равно отношению амплитуд постоянной и переменной составляющих IQ/. Такая схема возбуждения электромагнита не приводит к увеличению размаха индукции is стали в процессе ускорения частиц (а следовательно к увеличению энергии ускоренных частиц),так как значение индукции изменяется примерно от О до максимально допустимого значения, но приводит к существенному снижению энергии, необходимой для создания переменного магнитного потока.

Известна также магнитная система индукционного ускорителя р, содержащая сплошной магнитопровод, обмотку возбуждения, подключенную к содержащей емкостной накопитель импульсной системе питания, и обмртк подмагничивания, соединенную с индуктивностью. Такая охема возбуждения электромагнита приводит к значитель0ному увеличению размаха индукции ;в стали электромагнита в процессе :ускорения частиц, так как центральный (СПЛОШНОЙ сердечник магнитопровода предварительно подмагничен до мак5 Симально допустимого отрицательного значения магнитной индукции в нем. При этом такая магнитная система имеет ограниченную частоту следования циклов ускорения, так как обмот-

0 ка подмагничивания уложенная в кольцевых пазах магнитопровода, имеет напряженный тепловой режим..

Цель изобретения - увеличение предельной частоты циклов ускорения

5 и стабилизация энергии ускоряемых частиц.

Это достигается тем, что обмотка подмагничивания и индуктивность подключены к емкостному накопителю

0 систекы питания через управляемые

вентили и имеют общую точку , соединения с обмоткой возбуждения, причем индуктивность зашунтирована управляемым вентилем и включена в цепь неуправляемого вентиля системы питания

На фиг. 1 изображена магнитная система индукционного ускорителя} на фиг. 2 - его импульсная система питания,на фиг. 3 - эпюры изменения магнитных потоков,токов и напряжения

Предлагаемая магнитная система содержит магнитопровод 1 электромагнита ускорителя, обмотку 2 возбуждения, обмотку 3 подмагничивания, в систег1атическом положении вакуумные камеры 4 в межполюсном пространстве, управляемые вентили 5 и 6, емкостной накопитель 7, индуктивность 8, коммутирующую емкость 9, коммутирующий дроссель 1Q, диод 11, управляемый зэнтиль 12, диод 13, управляемые вентили 14 и 15, коммутирующий конденсатор 16, коммутирующий дроссель 17, диод 1.8J управляемый вентиль 19, нэyпpaвляe Iыe вентили 20 и 21.

На фиг. 3 обозначены 22 - импульс напряжения для включения управляемых вентилей 5 и 6, 23 - импульс напряжения для включения управляемых вентилей 12, 14 и 15; 24 -.импульс напряжения для включения управляемого вентиля 19I 25 - изменение тока в обмотке 2 возбуждения; 26 - изменени тока в обмотке 3 подмагничивания , 27 - изменение тока в индуктивности 8, 28 - изменение тока управляемого вентиля 19, 29 - изменение напряжени на емкостном накопителе 7; 30 изменение напряжения на обмотке 2 возбуждения; 31 - изменение напряжения на коммутирующей емкости 9; 32 изменение напряжения на коммутирующе емкости 16; 33 - изменение магнитног потока (индукции) в области вакуумной камеры 4; 34 - изменение магнитного потока (индукции) в стали электромагнита. ,

В статическом состоянии на сплошном магнитопроводе 1 уложены обмотка 2 возбуждения и обмотка 3 подмагничивания, через управляемые вентили 5 и б подключенная к емкостному накопителю 7 и имеющая общую точку соединения с индуктивностью 8. Коммутирующий узел состоит из коммутирующей емкости 9, включенной последовательно с цепочкой состоящей из коммутирующего дросселя 10, диода 11 и зашунтированной управляемым вентилем 12, предназначен для коммутации тока Из управляемых вентилей 5 и 6 .в цепь диода 13, Обмотка 2 возбуждения подключена к емкостному накопителю 7 через управляемые вентили 14и 15. Коммутирующий узел состоит из ком утирующей емкости 16, включенной посл довательно с цепочкой, состоящей из коммутирующего дросселя 17, диода 18, зашунти эованной управляемым вентилем 19, и предназначен для коммутации тока из управляемых вентилей 14 и 15 и диода 13 в цепь неуправляемых вентилей 20 и 21.

Схема работает следующим образом. В исходном состоянии емкостной накопитель 7 заряжен с указанной на фиг. 2 полярностью и в момент Ь через вкл}оченные в управляемые вентили 5 и 6 и индуктивность 8 начинает разгружаться на обмотку 3 подмагничивания.

За счет ампервитков обмотки 3 .происходит перемагничивание стали магнитопровода 1 в отрицательную область значений магнитной индукции. Поскольку в магнитопроводе 1 отсутствуют воздушные зазоры, то для пере магничивания стали требуется незначительные ампервитки и поле в межполюсном пространстве практически отсутствует. В это же время коммутируй щая емкость 9 заряжается от емкостного накопителя 7 через включенные . управляемые вентили 5 и 6, коммутируимций дроссель 10 и лиод 11.

В момент времени i , когда сталь магнитопровода 1 перемагничивается до требуемой величины индукции,включаются управляег ые вентили 12, 14 и 15, под действием напряжения коммутирующей емкости 9 управляемые вен тили 5 и 6 обесточиваются и выключаются, а ток обмотки 3 и индуктивности 8 замыкается по цепи управляемого вентиля 12 и коммутирующей емкости 9 которая разряжается. Емкостной накопитель 7 через включенные управляемы вентили 14 и 15 подключаются к обмотке 2 возбуждения. При этом под действием ЭДС наводимой в обмотке 3.ток в ней и индуктивности 8 начинает увеличиваться. В момент времени fcj емкость 9 разряжается до О и диод 13 включается, и ток обмотки 3 перехватывается в цепь диода 13, а управляеьый вентиль 12 обесточивается и выклчается. В это же время коммутирукадая емкость 16 заряжается от емкостного накопителя 7 через включенные управляемые вентили 14 и 15, дроссель 17 и диод 18.

За счет ампервитков, наводимых в обмотке 3 подмагничивания, переменный магнитный поток, создаваемый обмоткой 2 возбуждения, делится на две части. Первая часть, пропорциональная ампервиткам обмотки 3, вытесняется из центрального сердечника и замыкается через межполюсный воздушный зазор (кривая 33, фиг. 3), а дру1гая часть, обратно пропорциональная ампервиткам обмотки 3, замыкается через центральный сердечник (кривая 34, фиг.З),

Выполнение бетатронного соотношен (значение индукции на равновесном радиусе равно удвоенному среднему значению изменения индукции в круге.

ограниченном равновесным радиусом) рсуществляется путем выбора соответствующей величины индуктивности 8 и коэффициента трансформации обмоток

2и 3. По этой же причине всегда можно добиться выполнения неравенств где 3 п - максимальное значение тока обмотки возбуждения, а «Зч.т - максимальное значение тока подмагничивания, что соответствует рассматриваемой магнитной системе.

В момент t после окончания процесса ускорения включается управляемый вентиль 19 и под действием напря-жения коммутирующей емкости 16 управляе№1е вентили 14 и 15 обёсточивгибтся и выключаются а ток обмотки 2 возбуждения замыкается по цепи управляемого вентиля 19 и коммутирующей емкости 16. Емкость 16 разряжается и перезаряжается.

В момент tg , когда напряжение на емкости 16 достигает остаточного напряжения на емкостном накопителе 7, ток обмотки 2 возбуждения .перехватывается во включающиеся при этом неуправляемые вентили 20 и 21,ЭДС рбмотки подмагничивания меняет знак на противоположный. При этом обмотка

3оказывается закороченной по цепи управляемого вентиля 19, диода 13

и обесточивается. Ток индуктивности 8 замыкается через открытый управляемый вентиль 19 и спадает, при этом через вентиль 19 протекает разница токов обмотки 2 и индуктивности В (кривая 28, фиг. 3).

В момент времени , , когда величины токов индуктивности 8 и обмотки 2 возбуждения сравниваются, управляемый вентиль 19 обесточивается и выключается. И индуктивность 7 оказывается включенной последовательно с обмоткой 2 и емкостным накопителем 7, который заряжается с той же полярностью, что и разряжается. Таким образом, энергия, отдаваемая емкостным накопителем в поле электромагнита и в магнитное поле индуктивности 8,

bf - Ьд- обратно в течение времени рекуперирует в накопитель 7.

Рассмотренная магнитная система сохраняет достоинство известной схемы, магнитный поток, пронизывающий центральный сердечник, изменяется от максимально-допустимого отк рицательного значения до допустимого положительного значения.

Рассмотренная магнитная система дает возможность осуществлять стабилзацию и регулировку энергии ускоренных частиц путем регулирования момента включения управляемых вентилей 12, 14 и 15, то есть регулированием начальной отрицательной величины магнитной индукции в стали элект1х магнита.

За счет того, что в паузе между циклами ускорения по обмотке 3 не протекает ток подмагничивания и в момент формирования спадающей части импульса тока в обмотке возбуждения обмотка подмагничивания обесточивается, в рассмотренной магнитной системе действующее значение тока в обмотке подмагничивания уменьшается более чем в раз, что дает возможность более чем в два раза повысить предельную частоту

циклов ускорения по сравнению с из.вестными схемами.

Отметим, что ток подмагничивания (в момент времени ti ) имеет незначительную величину, поэтому габариты

стоимость и вес вентилей 5, 6 и 12 и коммутирукядего узла, состоящего из емкости 9, дросселя 10, диода 11, также незначительны.

Предлагаемая магнитная система

индукционного ускорителя наиболее перспективна при использовании ее в сильноточных бетатронах, работaKicyix в импульсном режиме с повышенной частотой следования циклов ускорения

и имеющих значительный объем и вес

стали по сравнению с объемом и весом подмагничивающих обмоток.

Формула изобретения

Магнитная система индукционного ускорителя, содержащая сплошной магни|ТОПровод, обмотку возбуждения, подключенную к содержащей емкостной, накопитель ипульсной системе питания

и обмотку подмагничивания, соединенную с индуктивностью, отличающаяся тем, что, с целью повышения предельной частоты циклов ускорения и стабилизации энергии ускоряteMbix частиц, обмотка подмагничивания и индуктивность через управляемые вентили подключены к емкостному накопителю систекы питания, и имеют общую точку соединения с обмоткой возбуждения, причем индуктивность эгииунтирована управляемым вентилем и включена в цепь неуправляемого вентиля системы питания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 2660673, кл. Н 05 Н 7/04, опублик. 1953.

2. Авторское свидетельство CCdP 524477.,.кл. Н 05 Н 7/04, 1976.