Устройство формирования импульсов тока с плоской вершиной в электромагнитах синхротронов Советский патент 1983 года по МПК H05H13/04 

Изобретение относится к ускорительной технике и предназначено для питания обмоток возбуждения кольцевых электромагнитов протонных синхро тронов, имеющих систему медленного вывода ускоренных частиц. Известно, что для o6MQTOK возбуждения кольцевых электромагнитов синхротронов все шире применяется непосредственное питание от пром яшлен- 0 ной сети через регулируемые тиристорные преобразователи lj . Велич выходного напряжения тиристорных преобразователей выбирается такой, обеспечивается необходимая скорост изменения тока в режиме ускорения. При больших постоянных времени эл ромагнитов потребляемаяИЗ сети д мощности, обусловленная индуктивной составляющей напряжения, в несколько раз превышает уровень мощности активных потерь. Следствием этого являются: большая амплитуда колебаний потребляемой из сети мощности, повышенная установленная мощность преобразователя,высокий уровень пульсаций напряжения на плоской вершине и громоздкость (})Иль ровых устройств. . Известен источник электропитания индуктивных нагрузок, содержащий управляемый переключающий элемент, например тиристор, конденсатор с источником заряда, шунтирующий элемент в виде диода с сопротивлением и дополнительный источник питания с индуктивностью zl , Разряд конденсатора через нагрузку, управляемый переключающий элемент и диод с сопротивлением в этом источнике обеспечивает фронты импульса тока, а дополнительный источник с индуктивностью - плоскую вершину. Длительность плоской вершины и нестабильность тока на ней определя ются параметрами элементов схемы и величиной, на которую амплитуда раз рядного тока превышает уровень плос кой вершины. Чем больше требуемая длительность плоской вершины, тем большее необходимо превышение, а для обеспечения заданной неравномерност нестабильности тока на плоской вер шине требуется более громоздкая индуктивность и дополнительный источник питания. Это обусловлено тем,что цепи дополнительного источника и нагрузки при разряде конденсатора 9.2 объединяются на время плоской вершины при закрытии неуправляемогЪ диода. Поэтому применение этого источника достаточно эффективно при малых знамениях индуктивности нагрузки и небольших длительностях плоских вершин (единицы миллисекунд и доли миллисекунд). Цель изобретения - повышение экономичности устройства при формироваНИИ импульсов тока с плоской вершиной любой требуемой длительности при обеспечении плавного перехода с переднего фронта на площадку. Цель достигается тем, что шунтирующий элемент выполнен в виде управляемого переключающего элемента, запираемого и по силовой цепи, например тиристора, последовательно с которым включен датчик тока шунтирующей цепи, конденсатор же, обеспечивающий при разряде передний фронт импульса.тока, подключен через мостовую схему на управляемых переклйчаемых элементах, запираемых и по силовой цепи, например, тиристорах и индуктивную нагрузку параллельно шунтирующей цепи стабилизированного источника тока с индуктивностью, при этом последовательность коммутации управляемых переключающих элементов уст-ройства выбрана определенной. Замена неуправляемого диода с сопротивлением управляемым переключающим элементом позволяет избавиться от необходимости иметь превышение амплитуды разрядного тока над уровнем плоской вершины, так как для обеспечения максимального плавного перехода на площадку достаточно их равенство, а определенная последовательность коммутации управляемых переключающих элементов устройств позволяет исключить из цепи стабилизированного ис точника и нагрузки конденсатор па время плоской вершины и обеспечить любую длительность и стабильность токов на последней при мощности источника, рассчитанной лишь на компенсацию активных потерь при токе плоской части. На фиг.1 представлена упрощенная ункциональная схема предлагаемого стройства; на фиг.2 - графики изенения токов и напряжений в различных частках схемы и последовательность одачи синхроимпульсов на переклюающие элементы. Конденсатор 1 с зарядным источником 2 и датчиком 3 напряжения конденсатора подключен к одной диагонали мостовой схемы на управляемых переключающих элементах -7. Вторая диагональ моста через индуктивную нагрузку 8 подключена параллельно цепи управляемого переключающего эле мента 9 с датчиком 10 тока, по которой через индуктивность 11 протекает ток стабилизированного регулируемого источника 12,-например, выполненного в виде тиристорного стабилизированного выпрямителя с активным фильтром на выходе и с отрицательной обратной связью по току. Гальванически развязанные ВЫХОДЫ, по которым выдаются синхроимпульсы Пуск, блока . 13 за пуска соединены с управляющими элект родами переключающих элементов t и 6 моста. Датчик 3 напряжения и датчик 10 тока шунтирующей цепи через пороговые устройства 1 i и 15 подключены входам схемы 16 совпадения, к выходу кбтброй подключен управляющий электрод переключающего элемента 5- Выход по которому поступают синхроимпульсы Стоп, блока 13 запуска подключен к управляющему электроду переключаЮ1чего элемента 7 и через блок 17 задержки к управляющему электроду пе реключающего элемента 9 шунтирующей цепи. Устройство работает следующим образом. При подаче с блока 13 запуска син хроимпульсов Пуск на управляющие электроды управляемых переключащих элементов 4 и 6 конденсатор 1, заряженный до необходимого напряжения (полярность указана без скобок, раз ряжается через управляемый переключающий элемент 9 и датчик 10 тока на индуктивную нагрузку 8, формируя передний фронт импульса тока. Параметры конденсатора 1. выбираются из условия обеспечения необходимого режима нарастания тока. Разрядный ток протекает по управляемому переключающему элементу встречно току стаби лизированного источника 12. Макси:Мальная величина разрядного тока выбирается равной величине стабилизируемого тока источника 12, которая, в свою очередь, равна требуемому уровню тока на площадке. При достиже нии разрядным током максимального зн чения ток через управляемый переключающий элемент 9 становится равным нулю, и он закрывается, примем закрывание происходит автоматически в случае тиристоров . Датчик 10 тока через устройство 15 подает на один из входов схемы 16 совпадения сигнал прекращения тока по шунтиеующей цепи. Напряжение на конденсаторе в момент закрытия управляемого переключающего элемента 9 равно падению напряжения на активном сопротивлении цепи нагрузки. Ток 12 источниках этого момента протекает по цепи: индуктивность П - нагрузка 8 - управляемый переключающий элемент - конденсатор I - управляемый переключающий элемент 6, разряжая конденсатор 1 со скоростью: С такой же скоростью линейно нарастает напряжение источника 12. При напряжении на конденсаторе, равном некоторой величине (полярность указана в скобках) , достаточной для выключения последовательно друг за другом с интервалом, равным длительности плоской вершины, двух управляемых переключающих элементов и 6 и определяемой пороговым устройством 14, через схему 16 совпадения подается импульс на управляемый переключающий элемент 5- Конденсатор 1 через включившийся элемент 5 закрывает элемент 4. Конденсатор Т сохранив уменьшенное напряжение с той же по--, лярностью, таким образом исключается из цепи тока, который теперь может протекать по цепи: источник 12 - индуктивность II - нагрузка 8управляемые переключающие элементы 5 и 6 - сколь угодно долго. При открытии синхроимпульсом Стоп окончания площадки управляемого переключающего элемента 7 элемент 6 закрывается и конденсатор 1 заряжается напряжением первоначальной поляр ности Гуказана без скобок). Источник 12на заднем фронте используется для компенсации потерь энергии конденсатора 1. Синхроимпульс Стоп блока 13запуска подается одновременно на вход блока 17 задержки, который в опт ределенный момент спада тока подает импульс на замыкание управляемого перекЛючаюи1его элемента 9. Ток источника 12 быстро нарастает до стабилизируемого уровня, а ток нагрузки 8 спадает до нуля, дозаряжая конденсатор 1 до первоначального уровня напряжения. При нулевом токе управляемые переключающие элементы 5 и 7 закрыва ются и устройство возвращается в исходное состояние. При подаче очередной серии синхроимпульсов, цикл повто ряется. Использование в качестве шунтирующего элемента управляемого переключающего элемента, например тиристора вместо диода с сопротивлением и определенной последовательности коммутации управляемых переключающих элементов мостовой схемы, в одну диагональ которой включен пердварительно заряженный конденсатор, по сравнению с наиболее прогрессивными схемами электропитания от сети, применяемыми например, для протонных синхротронов, позволяет уменьшить установленную мощность стабилизированного источника до значения, необходимого лишь для компенсации активных потерь цепи нагрузки при уровне тока площадки. При этом, соответственно, уменьшаются га« бариты преобразователя стабилизированного источника тока, силовых анодных трансформаторов и фильтрового уст роиства., Уменьшаются потери в них, и они могут быть изготовлены более дешевыми. Кроме того,уменьшается амплитуда колебаний потребляемой из сетиммощности и подводящий фидер электропитания переменного тока может быть изготовлен на пропускание меньшей мощности и, следовательно, будет дешевле. Важным преимуществом устройства является то, что конденсатор исключается из цепи нагрузки на время плоской вершины импульса и не оказывает дестабилизирующего воздействия на ток, а стабильность тока на площадке может быть сделана требуемой за счет коэффициентов уси- ления в контурах стабилизированного источника без увеличения габаритов и установленной мощности его оборудования. Индуктивность в цепи стабилизированного источника устанавливают в тех случаях, когда энергии, передаваемой на заднем фронте при спаде тока до нуля, недостаточно для заряда конденсатора до первоначального уровня. Величина индуктивности не зависит от длительности плоской вершины и ее неравномерности Г нестабильности), в большинстве же практических случаев она может быть исключена из схемы. J

5

.

t

УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ ТОКА С ПЛОСКОЙ ВЕРШИНОЙ В ЭЛЕКТРОМАГНИТАХ СИНХРОТРОНОВ, содержащее конденсатор с зарядным источником, подключенный через мостовую схему на управляемых переключающих элементах, например, тиристорах, и нагрузку параллельно шунтирующему, элементу цепи стабилизированного источника тока с индуктивностью, отличающеесятем, что, с целью повышения экономичности устройства, шунтирующий элемент выполнен в виде управляемого переключающего элемента, последовательно с которым включен датчик тока, а параллельно конденсатору•подключен датчик напряжеяия, при этом управляющий электрод верхнего переключающего элемента"первой ветви моста и управляющий электрод нижнего переключающего элемента второй вет-'ви подключены к выходам "Пуск" блока_^ запуска, а управляющий электрод верхнего переключающего элемента второй ветви соединен с выходом схемы совпадения , входы которой через пороговые устройства соединенные с датчиком тока шунтирующей цепи и датчиком напряжения конденсатора, выход "Стоп" блока запуска соединен с уп-• равляющим электродом нижнего переклю-, чающего элемента первой .ветви моста и через блок задержки с управляющими электродом шунтирующего элемента.(Лк|!О ^§ ;о

А.

Ui

(/,2

Ш /Я

/П35

J//7J7 /755

U

W

i/7J

TO5 /75

L

Фиг. 2