SU670085A1 - Магнитна система индукцинного ускорител - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к области . ускорительной техники и предназначено дл  ускорени  электронов вихревым электрическим полем.

Известна магнитна  система индукционного ускорител  электронов 1, содержаща  магнитодровод, обмотки возбуждени  и подмагничивани , подключенные к системе питани . Причем подмагничивание магнитопровода осуществл етс  посто нным током с амплитудным значением, примерно равным амплитудному значению переменной составл ющей тока, и возбуждение электромагнита осуществл етс  синусоидальным током измен ющимс  позакону t(t)

(К - cosout), где К

m

равно отношению амплитуд посто нной и переменной составл ющих IQ/. Така  схема возбуждени  электромагнита не приводит к увеличению размаха индукции is стали в процессе ускорени  частиц (а следовательно к увеличению энергии ускоренных частиц),так как значение индукции измен етс  примерно от О до максимально допустимого значени , но приводит к существенному снижению энергии, необходимой дл  создани  переменного магнитного потока.

Известна также магнитна  система индукционного ускорител  р, содержаща  сплошной магнитопровод, обмотку возбуждени , подключенную к содержащей емкостной накопитель импульсной системе питани , и обмртк подмагничивани , соединенную с индуктивностью . Така  охема возбуждени  электромагнита приводит к значитель0 ному увеличению размаха индукции ;в стали электромагнита в процессе :ускорени  частиц, так как центральный (СПЛОШНОЙ сердечник магнитопровода предварительно подмагничен до мак5 Симально допустимого отрицательного значени  магнитной индукции в нем. При этом така  магнитна  система имеет ограниченную частоту следовани  циклов ускорени , так как обмот-

0 ка подмагничивани  уложенна  в кольцевых пазах магнитопровода, имеет напр женный тепловой режим..

Цель изобретени  - увеличение предельной частоты циклов ускорени 

5 и стабилизаци  энергии ускор емых частиц.

Это достигаетс  тем, что обмотка подмагничивани  и индуктивность подключены к емкостному накопителю

0 систекы питани  через управл емые

вентили и имеют общую точку , соединени  с обмоткой возбуждени , причем индуктивность зашунтирована управл емым вентилем и включена в цепь неуправл емого вентил  системы питани 

На фиг. 1 изображена магнитна  система индукционного ускорител } на фиг. 2 - его импульсна  система питани ,на фиг. 3 - эпюры изменени  магнитных потоков,токов и напр жени 

Предлагаема  магнитна  система содержит магнитопровод 1 электромагнита ускорител , обмотку 2 возбуждени , обмотку 3 подмагничивани , в систег1атическом положении вакуумные камеры 4 в межполюсном пространстве, управл емые вентили 5 и 6, емкостной накопитель 7, индуктивность 8, коммутирующую емкость 9, коммутирующий дроссель 1Q, диод 11, управл емый зэнтиль 12, диод 13, управл емые вентили 14 и 15, коммутирующий конденсатор 16, коммутирующий дроссель 17, диод 1.8J управл емый вентиль 19, нэyпpaвл e Iыe вентили 20 и 21.

На фиг. 3 обозначены 22 - импульс напр жени  дл  включени  управл емых вентилей 5 и 6, 23 - импульс напр жени  дл  включени  управл емых вентилей 12, 14 и 15; 24 -.импульс напр жени  дл  включени  управл емого вентил  19I 25 - изменение тока в обмотке 2 возбуждени ; 26 - изменени тока в обмотке 3 подмагничивани  , 27 - изменение тока в индуктивности 8, 28 - изменение тока управл емого вентил  19, 29 - изменение напр жени на емкостном накопителе 7; 30 изменение напр жени  на обмотке 2 возбуждени ; 31 - изменение напр жени  на коммутирующей емкости 9; 32 изменение напр жени  на коммутирующе емкости 16; 33 - изменение магнитног потока (индукции) в области вакуумной камеры 4; 34 - изменение магнитного потока (индукции) в стали электромагнита . ,

В статическом состо нии на сплошном магнитопроводе 1 уложены обмотка 2 возбуждени  и обмотка 3 подмагничивани , через управл емые вентили 5 и б подключенна  к емкостному накопителю 7 и имеюща  общую точку соединени  с индуктивностью 8. Коммутирующий узел состоит из коммутирующей емкости 9, включенной последовательно с цепочкой состо щей из коммутирующего дроссел  10, диода 11 и зашунтированной управл емым вентилем 12, предназначен дл  коммутации тока Из управл емых вентилей 5 и 6 .в цепь диода 13, Обмотка 2 возбуждени  подключена к емкостному накопителю 7 через управл емые вентили 14и 15. Коммутирующий узел состоит из ком утирующей емкости 16, включенной посл довательно с цепочкой, состо щей из коммутирующего дроссел  17, диода 18, зашунти эованной управл емым вентилем 19, и предназначен дл  коммутации тока из управл емых вентилей 14 и 15 и диода 13 в цепь неуправл емых вентилей 20 и 21.

Схема работает следующим образом. В исходном состо нии емкостной накопитель 7 зар жен с указанной на фиг. 2 пол рностью и в момент Ь через вкл}оченные в управл емые вентили 5 и 6 и индуктивность 8 начинает разгружатьс  на обмотку 3 подмагничивани .

За счет ампервитков обмотки 3 .происходит перемагничивание стали магнитопровода 1 в отрицательную область значений магнитной индукции. Поскольку в магнитопроводе 1 отсутствуют воздушные зазоры, то дл  пере магничивани  стали требуетс  незначительные ампервитки и поле в межполюсном пространстве практически отсутствует . В это же врем  коммутируй ща  емкость 9 зар жаетс  от емкостного накопител  7 через включенные . управл емые вентили 5 и 6, коммутируимций дроссель 10 и лиод 11.

В момент времени i , когда сталь магнитопровода 1 перемагничиваетс  до требуемой величины индукции,включаютс  управл ег ые вентили 12, 14 и 15, под действием напр жени  коммутирующей емкости 9 управл емые вен тили 5 и 6 обесточиваютс  и выключаютс , а ток обмотки 3 и индуктивности 8 замыкаетс  по цепи управл емого вентил  12 и коммутирующей емкости 9 котора  разр жаетс . Емкостной накопитель 7 через включенные управл емы вентили 14 и 15 подключаютс  к обмотке 2 возбуждени . При этом под действием ЭДС наводимой в обмотке 3.ток в ней и индуктивности 8 начинает увеличиватьс . В момент времени fcj емкость 9 разр жаетс  до О и диод 13 включаетс , и ток обмотки 3 перехватываетс  в цепь диода 13, а управл еьый вентиль 12 обесточиваетс  и выклчаетс . В это же врем  коммутирукада  емкость 16 зар жаетс  от емкостного накопител  7 через включенные управл емые вентили 14 и 15, дроссель 17 и диод 18.

За счет ампервитков, наводимых в обмотке 3 подмагничивани , переменный магнитный поток, создаваемый обмоткой 2 возбуждени , делитс  на две части. Перва  часть, пропорциональна  ампервиткам обмотки 3, вытесн етс  из центрального сердечника и замыкаетс  через межполюсный воздушный зазор (крива  33, фиг. 3), а дру1га  часть, обратно пропорциональна  ампервиткам обмотки 3, замыкаетс  через центральный сердечник (крива  34, фиг.З),

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

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

2и 3. По этой же причине всегда можно добитьс  выполнени  неравенств где 3 п - максимальное значение тока обмотки возбуждени , а «Зч.т - максимальное значение тока подмагничивани , что соответствует рассматриваемой магнитной системе.

В момент t после окончани  процесса ускорени  включаетс  управл емый вентиль 19 и под действием напр -жени  коммутирующей емкости 16 управл е№1е вентили 14 и 15 обёсточивгибтс  и выключаютс  а ток обмотки 2 возбуждени  замыкаетс  по цепи управл емого вентил  19 и коммутирующей емкости 16. Емкость 16 разр жаетс  и перезар жаетс .

В момент tg , когда напр жение на емкости 16 достигает остаточного напр жени  на емкостном накопителе 7, ток обмотки 2 возбуждени  .перехватываетс  во включающиес  при этом неуправл емые вентили 20 и 21,ЭДС рбмотки подмагничивани  мен ет знак на противоположный. При этом обмотка

3оказываетс  закороченной по цепи управл емого вентил  19, диода 13

и обесточиваетс . Ток индуктивности 8 замыкаетс  через открытый управл емый вентиль 19 и спадает, при этом через вентиль 19 протекает разница токов обмотки 2 и индуктивности В (крива  28, фиг. 3).

В момент времени , , когда величины токов индуктивности 8 и обмотки 2 возбуждени  сравниваютс , управл емый вентиль 19 обесточиваетс  и выключаетс . И индуктивность 7 оказываетс  включенной последовательно с обмоткой 2 и емкостным накопителем 7, который зар жаетс  с той же пол рностью , что и разр жаетс . Таким образом , энерги , отдаваема  емкостным накопителем в поле электромагнита и в магнитное поле индуктивности 8,

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

Рассмотренна  магнитна  система сохран ет достоинство известной схемы, магнитный поток, пронизывающий центральный сердечник, измен етс  от максимально-допустимого отк рицательного значени  до допустимого положительного значени .

Рассмотренна  магнитна  система дает возможность осуществл ть стабилзацию и регулировку энергии ускоренных частиц путем регулировани  момента включени  управл емых 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 ускорени  по обмотке 3 не протекает ток подмагничивани  и в момент формировани  спадающей части импульса тока в обмотке возбуждени  обмотка подмагничивани  обесточиваетс , в рассмотренной магнитной системе действующее значение тока в обмотке подмагничивани  уменьшаетс  более чем в раз, что дает возможность более чем в два раза повысить предельную частоту

циклов ускорени  по сравнению с из .вестными схемами.

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

стоимость и вес вентилей 5, 6 и 12 и коммутирук дего узла, состо щего из емкости 9, дроссел  10, диода 11, также незначительны.

Предлагаема  магнитна  система

индукционного ускорител  наиболее перспективна при использовании ее в сильноточных бетатронах, работaKicyix в импульсном режиме с повышенной частотой следовани  циклов ускорени 

и имеющих значительный объем и вес

стали по сравнению с объемом и весом подмагничивающих обмоток.

Claims (2)

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

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