CS266184B1 - Zapojení pro pulsní napájení elektromagnetu betatronu - Google Patents

Abstract

Výhody tohoto řešení spočívají především v tom, že umožňuje zvýšit střední hodnotu zářivého výkonu urychlovače a snížit tepelné ztráty v elektromagnetu betatronu. Proud elektromagnetu lze dobře stabilizovat a lze jednoduše řídit jeho velikost. Mezi proudovými pulsy elektromagnetu lze vytvářet časové prodlevy pro potlačení parazitních kmitu narušujících funkci urychlovače, při­ čemž funkce urychlovače je nezávislá na frekvenci napájecí sítě. Kondenzátor se dobíjí ze zdroje nízkého napětí. Zapojení je tvořeno kondenzátorem zapojeným na vstupu dvojcestného řízeného usměrňovače a na vý­ stup je zapojen elektromagnet. Dvojcestný řízený usměrňovač sestává z druhého a třetího spínacího prvku s vypínacím obvodem a ze čtvrtého a pátého spínacího prvku. Paralelně ke čtvrtému a/nebo pátému spínacímu prvku je připojen přes první spínací prvek s vypínacím obvodem stejnosměrný napetový zdroj.

Description

Vynález se týká zapojení pro pulsní napájení elektromagnetu betatronu využívaného pro lékařské a průmyslové účely.

U stávajících botatronů bývá elektromagnet napájen ze sítě přes zvyšovací transformátor, přičemž jalová induktivní složka proudu je kompenzována kondenzátorem, se kterým elektrovytváří । ·;» > π I ·· I η í i ί'ΖηηππΓ'η í obvod na frnkvonri napájecí nílě.

Protože funkce betatronu vyžaduje jen jednu polaritu proudu, je při přímém napájení ze sítě funkční jen jedna půlperíoda. Druhá je nevyužita a způsobuje jen ohřev elektromagnetu. Jedinou výhodou tohoto napájení je jeho značná jednoduchost, kterou však převáží takové nedostatky jako jsou zbytečně veliké tepelné ztráty a malý zářivý výkon urychlovače.

V současné době, kdy se požaduje vyšší zářivý výkon a spolehlivá funkce betatronu při dlouhodobém provozu je výhodnější pulsní napájení elektromagnetu, při kterém protékají elektromagnetem jen půlperiody proudu jedné polarity. Tím se sníží tepelné ztráty v elektromagnetu a současně lze zvýšit opakovači frekvenci funkčního cyklu betatronu, což vede ke zvýšení střední hodnoty zářivého výkonu urychlovače. Dvoucestným usměrněním lze využít i druhou půlperiodu napájecího proudu a zdvojnásobit tak počet funkčních cyklů urychlovače, což se projeví dvojnásobným zvýšením zářivého výkonu urychlovače. U těchto zapojení lze však sladit požadavky na správnou funkci urychlovače s podmínkami napájení obvodu elektromagnetu. Aby se nemohly negativně uplatnit parazitní kmity obvodu nebo změny frekvence napájecí sítě, je žádoucí vytvořit mezi proudovými pulsy elektromagnetu časovou prodlevu. To však vede k neúnosnému přetěžování napájecích obvodů, které ještě umocňuje· vysoká citlivost resonančního obvodu na změny frekvence napájecí sítě.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zapojení pro pulsní napájení elektromagnetu betatronu podle vynálezu. Sestává z dvojcestného řízeného usměrňovače, který je tvořen druhým a třetím spínacím prvkem s vypínacím obvodem a čtvrtým a pátým spínacím prvkem. Na vstup usměrňovače je zapojen kondenzátor, na výstup elektromagnet betatronu. Podstatu vynálezu tvoří sériové zapojení stejnosměrného napěťového zdroje a pulsního spínacího prvku s vypínacím obvodem paralelně zapojené ke čtvrtému a/nebo pátému spínacímu prvku.

Výhody napájení podle vynálezu jsou dány tím, že funkce urychlovače není závislá na frekvenci sítě, mezi proudovými pulsy lze vytvářet časovou prodlevu potřebnou pro útlum parazitních kmitů v obvodu. Lze snížit efektivní hodnotu proudu v elektromagnetu při prakticky nezměněných parametrech urychlovače a lze řídit velikost vybuzení elektromagnetu. Snížení efektivní hodnoty proudu a vytvoření časových prodlev mezi proudovými pulsy vede k výraznému snížení tepelných ztrát v elektromagnetu, což příznivě ovlivňuje životnost a poruchovost betatronu, stejně jako náklady na chladicí systém. Umožňuje to i případné další zvýšení střední hodnoty zářivého výkonu cestou zvýšení opakovači frekvence funkčního cyklu urychlovače. Jinou výraznou výhodou je možnost aplikace napájení betatronu podle vynálezu na stávajících zařízeních.

Za podmínky, že pracovní cyklus betatronu je obsaženo v půl periodě sítové frekvence, bude zářivý výkon dvojnásobný a tepelné ztráty v budicích cívkách elektromagnetu se sníží až o 30 % oproti stavu, kdy je betatron napájen přímo ze střídavé sítě.

oproti jiným známým zapojením je napájení podle vynálezu výhodné také tím, že zdroj, kterým se do obvodu dodává energie ke krytí ztrát je konstruován na napětí, které je více než o řád nižší nežli maximální napětí na kodnezátoru. To má význam z hlediska konstrukce, technologie a provozní spolehlivosti napájecího obvodu betatronu. Proud elektromagnetu ’ lze velmi dobře a jednoduše stabilizovat a řídit jeho velikost.

Na přiloženém výkresu je na obraze 1 znázorněno zapojení pro pulsní napájení elektromagnetu betatronu podle vynálezu a na obraze 2 jsou nakresleny průběhy proudu a napětí v obvodu.

CS 266 184 Bl

Na vstupní svorky dvojcestného řízeného usměrňovače tvořeného druhým a třetím spínacím prvkem 2, 3 s vypínacím obvodem a čtvrtým a pátým spínacím prvkem 2» 1 je připojen kondenzátor 7 a k němu paralelně obvod 9 pro stabilizaci napětí. Na výstupu usměrňovače je zapojen elektromagnet 6 betatronu. Paralelně k pátému spínacímu prvku 5 je připojena sériová kombinace stejnosměrného napěťového zdroje 8 a prvního spínacího prvku 2 s vypínacím obvodem. Průběhy proudu í elektromagnetem 6 a napětí u, na kondenzátoru 7 jsou znázorněny ve vyznačeném časoν/’ΐπ I ni «·ι vn 1 li I a?. { , . o i

První, druhý a třetí spínací prvek 1, 2, 3., s vypínacím obvodem představuje tyristor s vypínacím obvodem a čtvrtý a pátý spínací prvek J5 představuje polovodičovou diodu nebo tyristor.

Funkce zapojení je následující: Kondenzátor 7 je nutno nabít z neznázorněného zdroje na plné pracovní napětí zvolené polarity. V čase přichází řídicí impuls na druhý a třetí spínací prvek 2_, _3 s vypínacím obvodem a tyto spínají. Kondenzátor se začne vybíjet přes budicí cívky elektromagnetu 6 betatronu proudem i_. V čase t, kdy proud i_ dosáhne — —Jj —1 —Jj určené hodnoty přicházejí řídicí impulsy na vypínací obvody druhého a třetího spínacího prvku 2, 3 a tyto spínací prvky se uzavírají. Vybíjení kondenzátoru 2 je ukončeno. Proud i elektromagnetu 2 ^se přenese na čtvrtý a pátý spínací prvek 4, 2· Tyto prvky jsou ovládané řídicím impulsem pokud je použit tyristor a/nebo napětím jedná-li se o diodu. Energie elektromagnetu 6 se vrací zpět do kondenzátoru 2 ve stejné polaritě napětí. V čase t2, který následuje bezprostředně po t^ , nebo je s ním totožný, přichází řídicí impuls na první spínací prvek 1 s vypínacím obvodem a tento spínací prvek se otevírá. V sérii s ním zapojeny stejnosměrný napěťový zdroj J8 svou polaritou uzavírá pátý spínací prvek 5 a proud 2L prochází prvním spínacím prvkem 2 ^s vypínacím obvodem a stejnosměrným napěťovým zdrojem který má stejnou polaritu jako svorkové napětí elektromagnetu 6. Kondenzátor 2 ^se P^a^ vedle energie vrácené z elektromagnetu 6 dobíjí také ze stejnosměrného zdroje 2· Ten musí dodat do obvodu energii potřebnou ke krytí ztrát, které vznikají v elektromagnetu 2 ^a kondenzátoru 7 při jejich vzájemné výměně energie. V čase t3, to jest v okamžiku kdy napětí na kondenzátoru dosáhne hodnoty potřebné k tomu, aby v čase byl kondenzátor 2 nabit na napětí stejné jako v čase t_Q, přichází z obvodu 9 pro stabilizaci napětí řídicí impuls na vypínací obvod prvního spínacího prvku 2 ^a ten se uzavírá. Proud pak protéká větví pátého spínacího prvku 5, který je opět otevřen. V čase t^ klesá proud elektromagnetu Z ^na nulovou hodnotu. Čtvrtý a pátý spínací prvek ^se uzavírá a kondenzátor 2 3^e nabit na stejné napětí jaké měl na počátku fuknčního cyklu v čase t_Q. V čase t₅ se výše popsaný cyklus opakuje.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Zapojení pro pulsní napájení elektromagnetu betatronu s kondenzátorem na vstupu a elektromagnetem zapojeným na výstupu dvojcestného řízeného usměrňovače, tvořeného druhým a třetím spínacím prvkem s vypínacím obvodem a čtvrtým a pátým spínacím prvkem, vyznačené tím, že paralelně ke čtvrtému a/nebo pátému spínacímu prvku (4, 5) je připojen přes spínací prvek (1) s vypínacím obvodem stejnosměrný napěťový zdroj (8).
2. 2. Zapojení pro pulsní napájení elektromagnetu betatronu podle bodu 1 vyznačené tím, že paralelně ke kondenzátoru (7) je připojen obvod (9) pro stabilizaci napětí.