импульсная система питания индукционного ускорителя

Формула изобретения

Импульсная система питания индукционного ускорителя, содержащая электромагнит с магнитопроводом, обмотку возбуждения, подключенную к импульсной схеме питания с емкостным накопителем и коммутирующим устройством, выполненным по мостовой схеме инвертора тока, компенсационную обмотку, кольцевую обмотку, схему ввода энергии в колебательный контур, тиристор цепи коррекции и корректирующий конденсатор, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введен диод, через который одна обкладка корректирующего конденсатора подключена к обмотке возбуждения, эта же обкладка через тиристор цепи коррекции подключена к компенсационной обмотке, которая через диод соединена с кольцевой обмоткой, другая обкладка корректирующего конденсатора подключена к общей точке соединения обмоток возбуждения, компенсационной и кольцевой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области ускорительной техники и предназначено 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 индукционных ускорителей [1, 2, 3], в которых бетатронное соотношение магнитных потоков в области ускорительной камеры и в центральном сердечнике достигается в замкнутом магнитопроводе, что позволяет для увеличения энергии ускоренных электронов использовать полный размах индукции в стали магнитопровода. В таких системах питания начальное подмагничивание магнитопровода осуществляется ампер-витками компенсационной обмотки от источника питания постоянного тока с небольшим напряжением.

Недостатками данных систем питания являются:

1) использование источника постоянного тока, который добавляет вес и усложняет конструкцию системы питания;

2) требуется значительное время на возвращение индукции в стали в начальное состояние после каждого рабочего цикла, так как напряжение источника питания постоянного тока мало по сравнению с рабочим;

3) начальное подмагничивание магнитопровода осуществляется ампер-витками компенсационной обмотки, что нецелесообразно, так как в импульсных системах питания с подмагничиванием наиболее нагруженным узлом является компенсационная обмотка, сечение которой желательно иметь как можно меньше.

Наиболее близка к изобретению импульсная система питания индукционного ускорителя [4], содержащая электромагнит с магнитопроводом, обмотку возбуждения, подключенную к импульсной схеме питания с емкостным накопителем и коммутирующим устройством, выполненным по мостовой схеме инвертора тока, компенсационную обмотку, кольцевую обмотку, схему ввода энергии в колебательный контур, тиристор цепи коррекции, корректирующий конденсатор, подключенный к высоковольтному источнику питания постоянного тока. В данной импульсной системе питания индукционного ускорителя исключены вышеописанные недостатки.

В такой системе питания обеспечивается экономичный режим работы элементов схемы, емкостной накопитель работает в однополярном режиме, а ток в наиболее нагруженном узле - компенсационной обмотке действует только в течение цикла ускорения.

Недостатком данной системы питания является использование дополнительного высоковольтного источника питания постоянного тока для заряда корректирующего конденсатора. Данный источник питания требует высокой стабильности напряжения, добавляет вес и усложняет конструкцию системы питания.

Цель изобретения - уменьшение весогабаритных характеристик, упрощение конструкции и повышение надежности импульсной системы питания индукционного ускорителя.

Поставленная цель достигается тем, что в импульсную систему питания индукционного ускорителя, содержащую электромагнит с магнитопроводом, обмотку возбуждения, подключенную к импульсной схеме питания с емкостным накопителем и коммутирующим устройством, выполненным по мостовой схеме инвертора тока, компенсационную обмотку, кольцевую обмотку, схему ввода энергии в колебательный контур, тиристор цепи коррекции и корректирующий конденсатор, введен диод, через который одна обкладка корректирующего конденсатора подключена к обмотке возбуждения, эта же обкладка через тиристор цепи коррекции подключена к компенсационной обмотке, которая через диод соединена с кольцевой обмоткой, другая обкладка корректирующего конденсатора подключена к общей точке соединения обмоток возбуждения, компенсационной и кольцевой.

При вышеописанной схеме соединения между собой обмотки возбуждения, компенсационной обмотки, кольцевой обмотки, диода, корректирующего конденсатора, тиристора цепи коррекции и введения дополнительно в импульсную систему питания индукционного ускорителя всего одного диода из нее исключается высоковольтный источник питания постоянного тока для заряда корректирующего конденсатора.

На фиг. 1 приведена магнитная система индукционного ускорителя.

Магнитная система индукционного ускорителя содержит магнитопровод 1 электромагнита ускорителя, обмотку 2 возбуждения, компенсационную обмотку 3, кольцевую обмотку 4, которая образует единую обмотку совместно с компенсационной обмоткой 3. На фиг. 1 пунктиром показано положение вакуумной камеры в межполюсном пространстве.

На фиг. 2 приведена принципиальная схема импульсной системы питания индукционного ускорителя.

Импульсная система питания индукционного ускорителя включает магнитопровод 1 электромагнита ускорителя, обмотку 2 возбуждения, компенсационную обмотку 3, кольцевую обмотку 4. Конденсатор 5 фильтра (источника питания) через индуктивность 6 фильтра и тиристор 7 ввода энергии подключен к одной обкладке емкостного накопителя 8, другая обкладка которого имеет общую точку подключения с конденсатором 5 фильтра. Емкостной накопитель 8 через тиристоры 9 прямой ветви подключен к обмотке 2 возбуждения. Тиристоры 10 обратной ветви, зашунтированные встречно включенными тиристорами 11 вспомогательной цепи и катушками индуктивности 12, через коммутирующие конденсаторы 13 и 14 также подключены к обмотке 2 возбуждения. Коммутирующие конденсаторы 13 и 14 зашунтированы диодами 15 и 16, причем диод 15 относительно конденсатора 13 включен последовательно с кольцевой обмоткой 4, которая через диод 17 подключена к компенсационной обмотке 3. Обмотка 2 возбуждения, компенсационная обмотка 3 и кольцевая обмотка 4 имеют общую точку подключения, к которой подключен корректирующий конденсатор 18, другая обкладка которого через диод 19 подключена к обмотке 2 возбуждения, а также эта же обкладка через тиристор 20 цепи коррекции подключена к компенсационной обмотке 3.

На фиг. 3 - 6 приведены эпюры изменения магнитных потоков, токов и напряжений в импульсной системе питания индукционного ускорителя, где цифрами обозначено:

21 - магнитный поток в области ускорительной камеры;

22 - магнитный поток в центральном сердечнике магнитопровода 1;

23 - петля гистерезиса стали магнитопровода 1;

24 - напряжение емкостного накопителя 8;

25 - напряжение конденсатора 5 фильтра (источника питания);

26 - ток источника питания;

27, 28 - напряжение коммутирующих конденсаторов 13 и 14;

29 - ток обмотки 2 возбуждения;

30 - ток компенсационной обмотки 3;

31 - напряжение на корректирующем конденсаторе 18;

32 - напряжение на компенсационной обмотке 3.

Рассмотрим работу импульсной системы питания индукционного ускорителя на фиг. 2 в установившемся режиме, при котором емкостной накопитель 8 заряжен до требуемого напряжения. Присутствует напряжение 31 (фиг. 6) на корректирующем конденсаторе 18 и напряжение 27 (фиг. 4) на коммутирующем конденсаторе 13. Рабочее состояние стали магнитопровода 1 характеризуется точкой "а" на петле гистерезиса 23 (фиг. 3). Энергия в остальных элементах схемы отсутствует, а токи в цепях равны нулю, кроме цепи конденсатора 5 фильтра, который подзаряжается от источника питания (фиг. 4, кривая 25).

В момент времени t1, с приходом управляющих импульсов на тиристоры 11 вспомогательной цепи, коммутирующие конденсаторы 13 и 14 начинают заряжаться через обмотку 2 возбуждения. При достижении в обмотке 2 возбуждения тока i (фиг. 5, кривая 29) магнитное состояние стали магнитопровода переходит в точку 1 по петле гистерезиса 23 (фиг. 3), и сердечник размагничивается.

В момент времени t2 включаются тиристоры 9 прямой ветви и тиристор 20 цепи коррекции. Начинают формироваться магнитные потоки в области ускорительной камеры 21 и в центральном сердечнике 22, происходит инжекция электронов в вакуумную камеру, условно показанную пунктиром на фиг. 1. На фиг. 6 показано напряжение 32 компенсационной обмотки 3. Частичный разряд корректирующего конденсатора 18 (напряжение показано кривой 31) компенсирует нелинейность петли гистерезиса 23 на участке 1-2, снижает отрицательное влияние вихревых токов.

Изменение магнитного потока 22 в центральном сердечнике (фиг. 3) без цепи коррекции показано пунктиром в интервале времени t1, то же означает пунктир на кривой напряжения 32 компенсационной обмотки 3 (фиг. 6).

Коммутирующие конденсаторы 13, 14 заряжаются до напряжения немного большего чем напряжение емкостного накопителя 8, обмотки индуктивности 12 обесточиваются и тиристоры 11 вспомогательной цепи выключаются.

Начиная с момента времени t2, в цепи компенсационной обмотки 3 протекает ток 30 (фиг. 3), который по цепи диода 17 замкнут на кольцевую обмотку 4, происходит ускорение электронов. В момент времени t3, когда индукция в магнитопроводе 1, охваченного компенсационной обмоткой 3, близка к насыщению, точка 3 на петле гистерезиса 23 (фиг. 3), включаются тиристоры 10 обратной ветви. Под действием напряжений 27, 28 коммутирующих конденсаторов 13, 14 тиристоры 9 прямой ветви выключаются. Ток обмотки 2 возбуждения проходит по цепи коммутирующих конденсаторов 13, 14, разряжая их. При разряде конденсатора 14 включается диод 16, а конденсатор 13, начиная с момента времени t4, перезаряжается и открывается диод 15.

За счет взаимоиндуктивной связи, начиная с момента времени t4, токи в обмотке 2 возбуждения, компенсационной обмотке 3, кольцевой обмотке 4 начинают перераспределяться (фиг. 5). Ток в компенсационной обмотке 3 начинает уменьшатся, а ток в кольцевой обмотке 4 увеличиваться до значения тока обмотки 2 возбуждения, кривая 30. Этот процесс происходит в интервале времени t2, определяемый коэффициентом связи обмоток 2, 3 и 4, которые имеют общий сердечник. Обесточивание компенсационной обмотки 3 приводит к насыщению центрального сердечника, магнитный поток 21 в области ускорительной камеры будет уменьшатся, а магнитный поток 22 в центральном сердечнике наоборот резко возрастать, что приведет к сбросу электронов на внешнюю мишень или их можно вывести из вакуумной камеры.

В интервале времени t5 -t6 происходит ввод энергии от конденсатора 5 фильтра, заряженного от источника питания, в емкостной накопитель 8 по цепи индуктивности 6 фильтра и тиристора 7 ввода энергии для компенсации потерь энергии за цикл ускорения. Когда напряжение на обмотке 2 возбуждения сравнивается с напряжением, оставшемся на корректирующем конденсаторе 18, открывается диод 19 и корректирующий конденсатор 18 подзаряжается.

В момент времени t7 часть магнитопровода 1, охваченная компенсационной обмоткой 3, выходит из насыщения, ток в обмотке возбуждения 2 и кольцевой обмотке 4 достигает значения i (фиг. 5), и сердечник перемагничивается.

В момент времени t8 ток обмотки 2 возбуждения спадает до нуля и тиристоры 10 обратной ветви выключаются.

В интервале времени t8 - t9 коммутирующий конденсатор 13 перезаряжается по цепи кольцевой обмотки 4. Магнитное состояние сердечника из точки "a^"" переходит в точку "а" и цикл работы ускорителя закончился.

Таким образом, в рассмотренной импульсной системе питания индукционного ускорителя для заряда корректирующего конденсатора 18 не требуется дополнительного высоковольтного источника питания постоянного тока, который при предложенной схеме соединения между собой обмотки 2 возбуждения, компенсационной обмотки 3, кольцевой обмотке 4, диода 17, корректирующего конденсатора 18, тиристора 20 цепи коррекции и введения дополнительно в импульсную систему питания всего одного диода 19, исключается из импульсной системы питания индукционного ускорителя, а для заряда корректирующего конденсатора 18 используется напряжение емкостного накопителя 8, что делает предлагаемую импульсную систему питания индукционного ускорителя более простой и надежной и уменьшает ее весо-габаритные характеристики.

Литература

1. Васильев В.В., Москалев В.А., Фурман Э.Г. Бетатрон с подмагничиванием - ПТЭ, 1979, N 4, с. 27-29.

2. Васильев В. В., Фурман Э.Г. Магнитная система индукционного ускорителя. - Авт. свидетельство N 639393.

3. Васильев В. В., Милютин Г.В., Фурман Э.Г. Магнитная система. - Авт. свидетельство N 736388.

4. Васильев В. В., Фурман Э.Г. Магнитная система индукционного ускорителя. - Авт. свидетельство N 1064859.