CS267288B1

CS267288B1 - Wiring for pulse power of the betatron solenoid

Info

Publication number: CS267288B1
Application number: CS882442A
Authority: CS
Inventors: Lubomir Ing Pikulik
Original assignee: Pikulik Lubomir
Priority date: 1988-04-09
Filing date: 1988-04-09
Publication date: 1990-02-12
Also published as: CS244288A1

Abstract

Řešení se zabývá úpravou napájení elektromagnetu betatronu, které je možno aplikovat u stávajících zařízení. Výhody tohoto zařízení spočívají předev8ím 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 velikost vybuzení elektromagnetu. Mezi proudovými pulsy elektromagnetu lze vytvářet časové prodlení pro potlačení parazitních kmitů narušujících funkci urychlovače, přičemž funkce urychlovače je nezávislá na frekvenci napájecí sítě. Zapojení ie tvořeno dvojcestným řízeným usměrňovačem na jehož výstupu je připojen elektromagnet betatronu a na vstupu kondenzátoru. Na svorky kondenzátoru je dále připojen stejnosměrný zdroj přes první snímaný prvek s vypínacím obvodem.The solution deals with the modification of the betatron electromagnet power supply, which can be applied to existing devices. The advantages of this device lie primarily in the fact that it allows to increase the mean value of the accelerator radiant power and reduce heat losses in the betatron electromagnet. The electromagnet current can be well stabilized and the magnitude of the electromagnet excitation can be easily controlled. A time delay can be created between the electromagnet current pulses to suppress parasitic oscillations that disrupt the accelerator function, while the accelerator function is independent of the power supply network frequency. The circuit consists of a two-way controlled rectifier, at the output of which the betatron electromagnet is connected and at the input of the capacitor. A DC source is also connected to the capacitor terminals via the first sensed element with a switching circuit.

Description

Vynález se týká zapojeni pro puLsni napájení eLektromagnetu betatronu, využívaného pro lékařské a průmyslové účely.The invention relates to a circuit for pulsed supply of a betatron electromagnet used for medical and industrial purposes.

U stávajících betatronu bývá e lektromagnet napájen ze sítě přes zvyšovací transformátor, přičemž jalová induktivní složka proudu je kompenzována kondenzátorem, se kterým elektromagnet vytváří paralelní rezonanční obvod na frekvenci sítě. Protože funkce betatronu vyžaduje jen jednu polaritu proudu, je při přímém napájení ze sítě funkční jen jedna půlperioda. Druhá pulp®” rioda je nevyužitá a způsobuje jen ohřev elektromagnetu. Jedinou výhodou tohoto napájeni je jeho značná jednoduchost, kterou však převáži nedostatky reprezentované velkými tepelnými ztrátami a malým zářivým výkonem. Z tohoto hlediska, zvláště v současné době, kdy se požaduje vyšší zářivý výkon a spolehlivá funkce betatronu pří 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 se olPvírají možnosti pro zvýšení opakovači frekvence funkčního cyklu betatronu, což .vede ke zvýšení střední hodnoty zářivého výkonu urychlovače. Dvoj čestným usměrněním Lze využít i druhou půlperiodu napájecího proudu a zdvojnásobit tak počet funkčních cyklů urychlovače, což se projeví dvojnásobným zvýšením zářivého výkonu urychlovače.In existing betatrons, the electromagnet is supplied from the mains via a step-up transformer, while the reactive inductive component of the current is compensated by a capacitor, with which the electromagnet forms a parallel resonant circuit at the mains frequency. Because the function of the betatron requires only one polarity of current, only one half-period is functional when supplied directly from the mains. The second pulp® diode is unused and only causes the solenoid to heat up. The only advantage of this power supply is its considerable simplicity, which, however, is outweighed by the shortcomings represented by large heat losses and low radiant power. From this point of view, especially at present, when a higher radiant power and reliable function of the betatron are required during long-term operation, a pulsed supply of the electromagnet is more advantageous, in which only half periods of one polarity flow through the electromagnet. This reduces the heat / loss in the electromagnet and at the same time opens up the possibility of increasing the repetition frequency of the betatron's operating cycle, which leads to an increase in the mean value of the radiant power of the accelerator. Two-way rectification It is possible to use the second half-period of the supply current and thus double the number of functional cycles of the accelerator, which is reflected in a twofold increase in the radiant power of the accelerator.

U těchto zapojení Lze však obtížně sladit požadavky na správnou funkci urychlovače s podmínkami napájení obvodu., ^by se nemohly negativně uplatnit parazitní kmity obvodu nebo změny frekvence napájení sítě, je žádoucí vytvořít mezí proudovými puLsy elektromagnetu časovou prodlevu. To však vede k neúnosnému přetěžování napájecích obvodů, které ještě umocňuje vysoká citlivost obvodu na změny frekvence sítě.However, with these connections, it is difficult to match the requirements for the correct operation of the accelerator to the supply conditions of the circuit. However, this leads to unbearable overloading of the supply circuits, which is exacerbated by the high sensitivity of the circuit to changes in mains frequency.

vyáe uvedené nedostatky odstraňuje zapojeni pro pulsni napájení elektrowagneL·.! betatronu podle vynálezu. Je tvořené !<vo jcestným řízeným usměrňovače»^ k jehož výstupu je připojen ci*kt:romagnet betatronu a na vstup kondenzátor. Ten je připojen na svorky stejnosměrného napětového zdroje přes první sumací prvek s vypínacím obvodem.The above-mentioned shortcomings are eliminated by the connection for the pulse power supply. betatron according to the invention. It consists of a one-way controlled rectifier to the output of which a ci * kt: romagnet betatron is connected and a capacitor to the input. It is connected to the terminals of the DC voltage source via the first summing element with a trip circuit.

Výhody napájeni podle vynálezu jsou dány tím, že funkce urychlovače není závislá na frekvenci sítě, sníží se efektivní iiodnota proudu v e lektromagnetu a lze řídit velikost vybuzení e!ektroraagnetu. Sníženi efektivní hodnoty proudu vede výraznému sníženi tepelných ztrát, které jsou v podstatě tíni tujíc1m faktorem hlavního parametru urychlovače, střední hodnoty zářivého výkonu* Sníženi tepelných ztrát dále příznivě ovlivňuje životnost a poruchovost betatronu, stejně jako náklady ns chladicí systém. Jinou výraznou výhodou je možnost aplikace napájení betatronu podle vynálezu na stávajících zařía.ťvnich- Za podmínky, že pracovní cyklus betatronu je obsažen v ρύLporiodě sítové frekvence, výkon generovaného zářeni bude dvojnásobný a tepelné ztráty v budících cívkách elektromagnetu $níži až o 30% oproti stavu, kdy je betatron napájen přímo ?« střídavé sítě» Oproti jiným známým zapojením je napájeni podle vynálezu výhodné tím, že výkon dodávaný ze zdroje ke krytí ztrát v obvodu neprochází e lektromagnetem betatron^ a tak nevznikají přídavné ztráty.. Proud «lektromagnetu lze vel«5 dobře stabilizovat.The advantages of the power supply according to the invention are that the function of the accelerator is not dependent on the mains frequency, the effective value of the current in the electromagnet is reduced and the magnitude of the excitation of the electromagnet can be controlled. Reducing the rms value leads to a significant reduction in heat loss, which is essentially a shadow factor of the main parameter of the accelerator, the mean value of the radiant power. Another significant advantage is the possibility of applying the power supply of the betatron according to the invention to existing equipment. Compared to other known connections, the power supply according to the invention is advantageous in that the power supplied from the source to cover the losses in the circuit does not pass through the betatron electromagnet, and thus no additional losses occur. 5 stabilize well.

řlí přiloženém výkresu je na obr. 1 znázorněno zapojení iwo pulsni napájeni ©Lektromagnetu betatronu podle vynálezu a n« obr, 2 jsou zn^tomíny průběhy proudu a napětí obvodu.In the accompanying drawing, FIG. 1 shows the connection of the pulse supply to the betatron electromagnet according to the invention, and FIG. 2 shows the current and voltage waveforms of the circuit.

Na svorky stejnosměrného zdroje £ je přes první spínací p f v i? k *1 $ vypínacím obvodem připojen kondenzátor 7. a k němu paralelně obvod £ pro stabi lizovaci napětí. K němu je dále připojen dvojcestný řízený usměrňovač tvořený druhým a třetímThe terminals of the DC power supply £ are via the first switching p f v i? a capacitor 7 is connected to the tripping circuit and a voltage stabilizing circuit £ is parallel to it. A two-way controlled rectifier consisting of a second and a third is further connected to it

267 288 spínacím prvkem 2, 3 s vypínacím obvodem a čtvrtým a pátým spínacím prvkem £, £. Na výstupu usměrňovače je zapojen elektromagnet 6 betatronu. Průběhy proudu i. ^elektromagnetu 6 a napětí u na kondenzátoru 7 spolu s vyznačenými časovými okam- C · žiky £_o až _t^ názorně funkci napájecího obvodu betatronu v jedné periodě pracovního cyklu.267 288 with a switching element 2, 3 with a tripping circuit and a fourth and a fifth switching element £, £. A betatron solenoid 6 is connected to the rectifier output. Current waveform i. ^E electromagnets 6 and the voltage at the capacitor 7 together with the indicated time imme- C · Zika _about £ _t ^ to illustrate the function of the betatron supply circuit in one period of the cycle.

První, druhý a třetí spínací prvek £, £, £ s vypínacím obvodem je možno realizovat tyristorem s vypínacím obvodem a čtvrtý a pátý spínací prvek £, 5 polovodičovou diodou nebo tyri storem.The first, second and third switching elements £, £, £ with a trip circuit can be realized by a thyristor with a trip circuit and the fourth and fifth switching elements £, 5 by a semiconductor diode or three stems.

Elektromagnet 6 betatronu je napájen pulsně jen jednou polaritou proudu s opakovači frekvencí rovnou alespoň dvojnásobku frekvence sítě. Pomoci druhého a třetího spínacího prvku_2, 3 s vypínacím obvodem se vytváří zkrácené sinusové průběhy proudu^což vede ke sníženi efektivní hodnoty proudu a umožňuje vytvářet časovou prodlevu mezi jednotlivými pulsy tak, že přechodné parazitní zákmity v obvodu nemohou ovlivnit funkci urychlovače.The betatron solenoid 6 is pulsed only by one polarity of current with a repeater frequency equal to at least twice the mains frequency. By means of the second and third switching elements 22, 3 with a trip circuit, shortened sinusoidal current curves are created, which leads to a reduction of the rms current value and allows to create a time delay between pulses so that transient parasitic oscillations in the circuit cannot affect the accelerator function.

Funkce zapojení je následující. Kondenzátor £ je nabit na plné pracovní napětí s požadovanou polaritou. V čase přichází řídící impuls na druhý a třetí spínací prvek 2, £ s vypínacím obvodem a tyto prvky spínají. Kondenzátor £ se _ začne vybíjet přes budící cívky elektromagnetu £ proudem i__L, V čase _t , kdy proud j__L dosáhne určené hodnoty, je na vypínací ~ obvody druhého a třetího spínacího prvku £, £ přiveden řídící impuls a ty se uzavírají. Vybíjení kondenzátoru £ je ukončeno. Proud elektromagnetu 6 se přenese na čtvrtý a pátý spínací l^rvek 4. J>, které se řídicím impulsem, pokud je použit tyristor, a nebo napětím, jedná-li se o diodu, otevírají a energie elektromagnetu A se vrací do kondenzátoru _7 při stejné polaritě napětí. V čase klesá proud na nulovou hodnotu. Čtvrtý a pátý spínací prvek k, J5. se uzavírá a kondenzátor 7 je nabit na plné možné napětí u se stejnou polaritou jako na počátku cykLu v čase _t_Q. Napětí je však nižší vlivem ztráty energie v elektro magnetu .6 a kondenzátoru 7_ při jejich vzájemné výměně energie. Energii ke krytí ztrát je třeba přivést ze stejnosměrného napěťového zdroje J3. Proto v čase přichází řídicí impuls na první spínací prvek £ ^s vypínacím obvodem, který spíná a připojuje stejnosměrný zdroj £ ke kondenzátoru 7. V čase je kondenzátor £ nabit na napětí, které bylo na kondenzátoru £ v čase ^_Qfa na vypínací obvod spínacího prvku £ je přiveden řídící impuls. Spínací prvek £ s vypínacím obvodem odpojuje kondenzátor £ od stejnosměrného zdroje. 8 a v čase £$ začíná nový cyklus.The connection function is as follows. Capacitor £ is charged to full operating voltage with the required polarity. In time, the control pulse arrives at the second and third switching elements 2, 6 with a trip circuit and these elements switch. Capacitor £ _ begins to discharge through the solenoid excitation current £ i_ _L at time _t when flow j _L reaches a predetermined value, the disconnection-circuits the second and the third switching element £, £ supplied and the control pulse are closed. The discharge of the capacitor £ is completed. The current of the electromagnet 6 is transferred to the fourth and fifth switching elements 4, which open with a control pulse, if a thyristor is used, or a voltage, if it is a diode, and the energy of the electromagnet A returns to the capacitor 7 at the same polarity voltage. Over time, the current drops to zero. The fourth and fifth switching element k, J5. is closed and the capacitor 7 is charged to the full possible voltage u with the same polarity as at the beginning of the cycle at time _t _Q. However, the voltage is lower due to the loss of energy in the electromagnet 6 and the capacitor 7 during their mutual exchange of energy. Energy to cover the losses must be supplied from the DC voltage source J3. Therefore, in time, a control pulse arrives at the first switching element £ ^{with a} trip circuit which switches and connects the DC source £ to the capacitor 7. In time, the capacitor £ is charged to the voltage which was on the capacitor £ at time ^ _Qf and to the trip circuit of the switching element. £ a control pulse is applied. The switching element £ with the trip circuit disconnects the capacitor £ from the DC source. 8 and a new cycle begins at time £ $.

Napětí u na kondenzátoru 7 je snímáno obvodem 9 pro sta•C bilizaci napětí. V okamžiku, kdy napětí u dosáhne požadované ““C hodnoty, vyšle obvod 9 pro stabilizaci napětí řídicí impuls do vypínacího obvodu spínacího prvku £ a dobíjeni kondenzátoru se ukonči. Tím je umožněna stabilizace proudu £^ i v případě, kdy je stejnosměrný zdroj £ nestabilní. V případě, že této stabilizace není třeba, obvod £ pro stabilizaci napětí je možno vypustit a potřebné dobíjení kondenzátoru £ ukonči impuls generovaný v časovém intervalu t₉ až t-.The voltage u on the capacitor 7 is sensed by the voltage stabilization circuit 9. As soon as the voltage u reaches the desired value "C", the voltage stabilization circuit 9 sends a control pulse to the switching circuit of the switching element e and the charging of the capacitor is terminated. This allows the current £ to be stabilized even when the DC source £ is unstable. In case this stabilization is not necessary, the voltage stabilization circuit e can be omitted and the necessary charging of the capacitor e terminates the pulse generated in the time interval t ₉ to t-.

Claims

1, a circuit for pulse supply of a betatron electromagnet, consisting of a two-way controlled rectifier, to the output of which a betatron electromagnet is connected and a capacitor at the input, characterized in that the capacitor / 7 / is connected to DC output terminals / 8 / via a first switching element / 1 / with trip circuit.

2. The connection for the pulse supply to the betatron electromagnet according to item 1, characterized in that a voltage stabilization circuit (9) is connected in parallel to the capacitor (7).