RU30480U1 - Импульсная система питания бетатрона с размагничиванием магнитопровода - Google Patents

Abstract

Импульсная система питания бетатрона с размагничиванием магнитопровода, содержащая магнитопровод, обмотку возбуждения, включенную последовательно и встречно с компенсационной обмоткой, уложенной на сплошном центральном сердечнике магнитопровода, емкостной накопитель, подключенный к обмоткам возбуждения и компенсационной по схеме инвертора тока, коммутирующий конденсатор, коммутирующий дроссель, тиристор ввода энергии, низковольтный источник питания постоянного тока, подключенный параллельно к дросселю и обмотке возбуждения, тиристор цепи коррекции, высоковольтный источник питания постоянного тока, корректирующий конденсатор, отличающаяся тем, что параллельно к компенсационной обмотке подключена цепь коррекции, состоящая из последовательно соединенных между собой корректирующего конденсатора, резистора и тиристора цепи коррекции, а высоковольтный источник питания постоянного тока подключен через ключ и дроссель параллельно к коммутирующему конденсатору, который через ключ подключен параллельно к резистору и тиристору цепи коррекции.

Description

2003100955

::..;.... i.,«, Mil lUI

г о

ИМПУЛЬСНАЯ СИСТЕМА ПИТАИИЯ БЕТАТРОНА С РАЗМАГНИЧИВАНИЕМ МАГНИТОНРОВОДА

Полезная модель относится к области ускорительной техники и предназначена для генерации электронных пучков с большой энергией для последующего использования энергии ускоренных электронов для целей дефектоскопии, лечения онкологических заболеваний и т.д.

Известны импульсные системы питания бетатронов с размагничиванием магнитопровода (БРМ) Kerst D.W., Adams J.D., Koch H.W., Robinson C.S. An 80-Mev model of a 300-Mev betatron. // Joum. The Reviev of Scientific instruments, volume 21, № 5, p.462-480; Васильев B.B., Фурман Э.Г. Магнитная система индукционного ускорителя. - Авт. свидетельство № 619071; Васильев В.В,, Фурман Э.Г. Магнитная система индукционного ускорителя. - Авт. свидетельство № 639393. У БРМ при определенных условиях за счет размагничивания магнитопровода постоянным или переменным током массогаб итные параметры электромагнита получаются меньше, чем у общепринятых классических бетатронов Чертов А.С. Бетатрон с размагничиванием магнитопровода. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Томск, 2002 г.

Наиболее близким техническим решением является импульсная система питания БРМ Касьянов В.А., Фурман Э.Г., Чахлов В.Л., Чертов А.С. Импульсная система питания индукционного ускорителя. Патент РФ на изобретение 2187913, содержащая магнитопровод, обмотку возбуждения, включенную последовательно и встречно с компенсационной обмоткой, уложенной на сшюпшом центральном сердечнике магнитопровода, емкостной накопитель подключенный к обмоткам возбз ждения и компенсационной по схеме ршвертора тока.

МКП7Н05Н7/04

&IW 9 S

коммутирующий конденсатор, коммутирующий дроссель, тиристор ввода энергии, низковольтный источник питания постоянного тока, подключенный параллельно к дросселю и обмотке возбуждения, тиристор цепи коррекции, высоковольтный источник питания постоянного тока, корректирующий конденсатор.

В такой системе питания емкостной накопитель работает в экономичном режиме - однополярном.

В данной импульсной системе питания используется три источника питаьшя: первый - высоковольтный источник питания постоянного тока, обеспечивающий заряд корректирующего конденсатора; второй низковольтный источник питания постоянного тока, обеспечивающий размагничивание магнитопровода электромагнита БРМ; третий - источник питания, обеспечрюаюпщй заряд коммутирующего конденсатора в паузе между импульсами.

Использование трех источников питания приводит к увеличению массогабаритных параметров и усложняет конструкцию импульсной системы питания БРМ.

Кроме того, в данной системе питания необходимы стабилизация и возможность регулировки кинетической энергии ускоренных электронов.

Задачей полезной модели является обеспечение стабилизации и регулировки кинетической энергии ускоренных электронов, уменьшение массогабаритных параметров, упрощение конструкции и повышение надежности импульсной системы питания бетатрона с размагничиванием магнитопровода.

Поставленная задача достигается тем, что в импульсной системе питания бетатрона с размагничиванием магнитопровода, содержащей магнитопровод, обмотку возбуждения, включенную последовательно и встречно с компенсационной обмоткой, уложенной на сплошном центральном сердечнике магнитопровода, емкостной накопитель

подключенный к обмоткам возбуждения и компенсационной по схеме инвертора тока, коммутирующий конденсатор, коммутирующий дроссель, тиристор ввода энергии, низковольтный источник питания постоянного тока, подключенный параллельно к дросселю и обмотке возбуждения, тиристор цепи коррекции, высоковольтный источник питания постоянного тока, корректирующий конденсатор, согласно полезной модели параллельно к компенсационной обмотке подключена цепь коррекции, состоящая из последовательно соединенных между собой корректирующего конденсатора, резистора и тиристора цепи коррекции, а высоковольтный источник питания постоянного тока подключен через ключ и дроссель параллельно к коммутирующему конденсатору, который через ключ подключен п аллельно к резистору и тиристору цепи коррекции.

При таком исполнении импульсной системы питания БРМ вместо трех источников питания будет использоваться два, что, соответственно, приведет к )пУ1еш шению массогаб итных п аметров, к упрощению конструкции и повышению надежности импульсной системы питания БРМ. При этом обеспечится стабилизация и регулировка кинетической энергии ускоренных электронов за счет подключения ключа в цепь заряда коммутирующего конденсатора.

Па фиг. 1 приведена электромагнитная система БРМ, где пунктиром показано положение вакуумной ускорительной камеры в межполюсном пространстве.

На фиг. 2 приведена принципиальная схема импульсной системы питания БРМ.

Па фиг.З прршедены эпюры изменения напряжений, токов, магнитных индукций и магнитодвижущих сил в импульсной системе питания БРМ, где цифрами обозначено:

100

18- изменение магнитной индукции в обратном магнитопроводе магнитопровода 1 электромагнита БРМ;

19- изменение магнитной индукции в области равновесной орбиты электромагнита БРМ;

20- изменение напряжения на емкостном накопителе 4;

21- изменение напряжения на коммутирующем конденсаторе 12;

22- изменение напряжения на обмотке 2 возбуждения;

23- изменение магнигной индукции в центральном сердечнике магнитопровода 1 электромагнита БРМ;

24- изменение магнитодвижущей силы обмотки 2 возбуждения;

25- изменение магнитодвижущей силы компенсационной обмотки 3;

26- изменение напряжения на корректирующем конденсаторе 14;

27- изменение тока корректирующего конденсатора 14.

На фиг.4 приведена предельная петля гистерезиса 28 ферромагнитного материала центрального сердечника магнитопровода 1 электромагнита БРМ.

Электромагнитная система БРМ (фиг.1) содержит магнитопровод 1 электромагнита БРМ, обмотку 2 возбуждения, компенсационную обмотку 3, уложенную на сплошном центральном сердечнике магнитопровода 1 электромагнита БРМ.

Импульсная система питания БРМ (фиг.2), включает магнитопровод 1 электромагнита БРМ, обмотку 2 возбуждения, компенсационную обмотку 3, уложенную на сплошном центральном сердечнике магнитопровода 1 электромагнита БРМ, Емкостной накопитель 4 через тиристоры 5 подключен к включенным последовательно и встречно обмоткам 2 и 3. Обмотка 2 возбуждения через диоды 6 подключена к емкостному накопителю 4. ЕЬоковольтный источник питания 7 постоянного тока подключен п аллельно к дросселю 8 и обмотке 2

возбуждения. Высоковольтный источник питания 9 постоянного тока через ключ 10 и дроссель И подключен параллельно к коммутирующему конденсатору 12, который через тиристор 13 ввода энергии подключен параллельно к включенным последовательно и встречно обмоткам 2 и 3. Параллельно к обмотке 3 подключена цепь коррекции радиуса равновесной орбиты, состоящая из последовательно соединенных между собой корректирующего конденсатора 14, резистора 15 и тиристора 16 цепи коррекции. Конденсатор 12 подключен параллельно к резистору 15 и тиристору 16 через ключ 17.

Рассмотрим работу импульсной системы питания БРМ на фиг.2. В исходном состоянии емкостной накопитель 4 заряжен до напряжения С/о (фиг.З, кривая 20), корректирующий конденсатор 14 заряжен до напряжения U (фиг.З, кривая 26), а коммутирующий конденсатор 12 заряжен до напряжения f/2 (фиг.З, кривая 21). От низковольтного источника питания 7 постоянного тока через дроссель 8 по обмотке 2 возбуждения протекает постоянный ток /р (ток размагничивания), который задает магнитное состояние магнитопровода 1 электромагнита БРМ. К моменту времени /i магнитное состояние магнитопровода 1 определяется магнитодвижущей силой обмотки 2 возбуждения (фиг.З, кривая 24) и характеризуется начальным значением магнитной индукции -5с max в центральном сердечнике магнитопровода 1 (фиг. 4, кривая 28, точка 1) и начальным значением магнитной индукции -Ломн в обратном магнитопроводе магнитопровода 1, при этом начальное значение магнитной индукции в области равновесной орбиты близко к нулю (фиг.З, кривые 18, 19, 23).

В момент времени t с приходом управляющих импульсов на тиристоры 5 емкостной накопитель 4 начинает разряжаться на включенные последовательно и встречно обмотки 2 и 3. Создаются магнитные потоки в

области равновесной орбиты, в центральном сердечнике магнитопровода 1 и в обратном магшггопроводе магнитопровода 1.

В момент времени /i включается также тиристор 16 цени коррекции и корректирующий конденсатор 14 начинает разряжаться на компенсационную обмотку 3 через резистор 15 (фиг.З, кривая 26). Ток разряда конденсатора 14 (фиг.З, кривая 27) направлен встречно току обмотки 3 и ее магнитодвижущая сила уменьшается (фиг.З, кривая 25), что вызывает появление дополнительного магнитного потока через центральный сердечник магнитопровода 1 в интервале времени ti ч- t2, компенсируется начальное сжатие равновесной орбиты, вызванное нелинейностью петли гистерезиса на начальном этапе перемапшчивания (фиг. 4, кривая 28, участок 1-2). Радиус равновесной орбиты в этом интервале времени изменяется от начального значения, определяемого значением напряжения Ui, до расчетного.

В момент времени /2, когда начинается перемагничивание ферромагнитного материала центрального сердечника магнитопровода 1 электромагнига БРМ по линейному участку предельной петли гистерезиса (фиг.4, кривая 28, участок 2-3), разрядный ток корректрфующего конденсатора 14 спадает до нуля (фиг.З, кривая 27), тиристор 16 выключается и в дальнейшем (до момента времени /з) выполнение бетатронного соотнощения 2:1 на расчетном радиусе равновесной орбиты полностью осуществляется за счет выбранного соотнощения витков обмоток 2 и 3.

В момент времени /з включается тиристор 13, и под действием напряжения коммутирующего конденсатора 12 тиристоры 5 обесточиваются и выключаются, а ток обмоток 2 и 3 замыкается в цепи тиристора 13 и конденсатора 12. При перезарядке конденсатора 12 (интервал времени /з - 4) за счет увеличения разницы магнитодвижущих сил обмоток 2, 3 (фиг.З, кривые 24, 25) магнитный поток в центральном

сердечнике магнитопровода 1 возрастает, происходит увеличение радиуса равновесной орбиты и к моменту времени /4, когда он достигает значения радиуса установки инжектора щ)оисходит сброс электронов на внешнюю мишень.

К моменту времени /4 (конец цикла ускорения /у) магнитное состояние магнитопровода 1 характеризуется конечным значением магнитной индукции в центральном сердечнике магнитопровода I +5ск и конечным значением магнитной индукции в обратном магнитопроводе магнитопровода 1 +5о.м.к (фиг.З, кривые 18, 23).

Магнитная индукция в области равновесной орбиты в течение процесса ускорения Ц на расчетном радиусе изменяется приблизительно от О до конечного значения +5о.р.к (фиг.З, кривая 19).

В момент времени 5, когда напряжения на конденсаторе 12 и на емкостном накопителе 4 сравниваются, открываются диоды 6. Ток обмотки 2 возбуждения переходит в цепь диодов 6. В течение интервала времени 5 - 4 ток обмотки 3 спадает до нуля. Обесточивание обмотки 3 приводит к насышению центрального сердечника магнитопровода 1 (фиг.4, кривая 28, точка 4).

В интервале времени /5 - 8 емкостной накопитель 4 заряжается с той же полярностью, что и разряжался (фиг.З, кривая 20), а энергия, отдаваемая емкостным накопителем 4 за время /5 - i в магнитное поле электромагнита БРМ, в течение ингервала времени /g /з обратно рекуперирует в емкостной накопитель 4.

К моменту времени /, когда ток обмотки 2 спадает до значения тока насыщения, определяемого магнитодвижущей силой обмотки 2, центральный сердечник магнитопровода 1 выходит из насыщения и в интервале времени ti g размагничивается вновь в исходное состояние -В (фиг. 4, кривая 28, точка 1).

В момент времени /«диоды 6 выключаются, включается ключ 10 и конденсатор 12 начинает заряжаться от высоковольтного источника питания 9 постоянного тока через дроссель 11 (фиг.З, кривая 21), а магнитное состояние центрального сердечника магнитопровода 1 определяется током /р, протекающим по обмотке 2

В момент времени /9, когда напряжеьше на конденсаторе 12 достигает значения напряжения на конденсаторе 14 включается ключ 17 и ковденсатор 14 начинает подзаряжаться (фиг.З, кривая 26) от источника питания 9 через дроссель 11 и обмотку 3.

В момент времени /ю, когда конденсатор 14 заряжается до требуемого напряжения IJ (фиг.З, кривая 26) ключ 17 выключается.

В момент времени ц, когда конденсатор 12 заряжается до требуемого напряжения f/2 (фиг.З, 1фивая 21) ключ 10 выключается, и цикл работы импульсной системы питания БРМ закончился. Регулируя временем выключершя ключа 10 можно в широких пределах регулировать величину энергии вводимой в колебательный контур БРМ и тем самым регулировать кинетической энергией ускоренных электронов. При этом также осуществляется стабилизация кинетической энергией ускоренных электронов.

Таким образом, в рассмотренной импульсной системе питания БРМ вместо трех источников питания используется всего два, что делает предлагаемую импульсную систему питания БРМ более простой и надежной и уменьшает ее массогабаритные параметры. При этом обеспечивается стабилизация и регулировка кинетической энергии ускоренных электронов за счет подключения ключа 10 в цепь коммутирующего конденсатора 12.

Claims (1)

1. Импульсная система питания бетатрона с размагничиванием магнитопровода, содержащая магнитопровод, обмотку возбуждения, включенную последовательно и встречно с компенсационной обмоткой, уложенной на сплошном центральном сердечнике магнитопровода, емкостной накопитель, подключенный к обмоткам возбуждения и компенсационной по схеме инвертора тока, коммутирующий конденсатор, коммутирующий дроссель, тиристор ввода энергии, низковольтный источник питания постоянного тока, подключенный параллельно к дросселю и обмотке возбуждения, тиристор цепи коррекции, высоковольтный источник питания постоянного тока, корректирующий конденсатор, отличающаяся тем, что параллельно к компенсационной обмотке подключена цепь коррекции, состоящая из последовательно соединенных между собой корректирующего конденсатора, резистора и тиристора цепи коррекции, а высоковольтный источник питания постоянного тока подключен через ключ и дроссель параллельно к коммутирующему конденсатору, который через ключ подключен параллельно к резистору и тиристору цепи коррекции.