Устройство формирования импульсов тока с плоской вершиной в электромагнитах синхротронов

 

УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ ТОКА С ПЛОСКОЙ ВЕРШИНОЙ В ЭЛЕКТРОМАГНИТАХ СИНХРОТРОНОВ, содержащее конденсатор с зарядным источником, подключенный через мостовую схему на управляемых переключающих элементах, например, тиристорах, и нагрузку параллельно шунтирующему, элементу цепи стабилизированного источника тока с индуктивностью, отличающеесятем, что, с целью повышения экономичности устройства, шунтирующий элемент выполнен в виде управляемого переключающего элемента, последовательно с которым включен датчик тока, а параллельно конденсатору•подключен датчик напряжеяия, при этом управляющий электрод верхнего переключающего элемента"первой ветви моста и управляющий электрод нижнего переключающего элемента второй вет-'ви подключены к выходам "Пуск" блока_^ запуска, а управляющий электрод верхнего переключающего элемента второй ветви соединен с выходом схемы совпадения , входы которой через пороговые устройства соединенные с датчиком тока шунтирующей цепи и датчиком напряжения конденсатора, выход "Стоп" блока запуска соединен с уп-• равляющим электродом нижнего переклю-, чающего элемента первой .ветви моста и через блок задержки с управляющими электродом шунтирующего элемента.(Лк|!О ^§ ;о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 3(5)) Н 05 Н 13/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ р и т

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2616243/18-25 (») 15.05.78 (46) 15.07.83. Бюл. и 26 (72) O.A.lycee и В.Д.Федоров (53) 621.384.6(088.8) (56) 1 Рroc. 1.Е.E vol. 117, 1(5, Мау 1970, "Direct supply of à lorge

pulsed load from the e.h.ч.transmission network".

2 ° Авторское свидетельство СССР

N 352384, кл. Н 03 К 4/26, 1969 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ

ИМПУЛЬСОВ ТОКА С ПЛОСКОЙ ВЕРШИНОЙ . В ЭЛЕКТРОМАГНИТАХ СИНХРОТРОНОВ, содержащее конденсатор с зарядным источником, подключенный через мостовую схему на управляемых переключающих элементах, например, тиристорах, и нагрузку параллельно шунтирующему элементу цепи стабилизированного источника тока с индук-. тивностью, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения экономичности устройства, шунтирующий элемент выполнен в виде управляемого переключающего элемента, последовательно с которым включен датчик тока, а параллельно конденсатору подключен датчик напряжения, при этом управляющий электрод верхнего переключающего элемента первой ветви моста и управляющий электрод нижнего переключающего элемента второй вет ви подключены к выходам "Пуск" блока запуска, а управляющий электрод верхнего переключающего элемента второй ветви соединен с выходом схемы совпадения, входы которой через порого9 вые устройства соединенные с датчиком тока шунтирующей цепи и датчиком напряжения конденсатора, выход

"Стоп" блока запуска соединен с уп-равляющим электродом нижнего перекла", чающего элемента первой, ветви моста и через блок задержки с управляющими электродом шунтирующего элемента.

1 7270

Изобретение относится к ускорительной технике и предназначено для питания обмоток возбуждения кольцевых электромагнитов протонных синхротронов, имеющих систему медленного вывода ускоренных частиц.

Известно, чго для обмоток возбуж-2 дения кольцевых электромагнитов синхротронов все шире применяется непосредственное питание от промышлен-)0 ной сети через регулируемые тиристорные преобразователи (1) . Величина выходного напряжения тиристорных преобразователей выбирается такой, что обеспечивается необходимая скорость 15 изменения тока в режиме ускорения.

При больших постоянных времени электромагнитов потребляемая из сети доля мощности, обусловленная индуктивной составляющей напряжения, в не- щ сколько раз превышает уровень мощ,ности активных потерь. Следствием этого являются: большая амплитуда колебаний потребляемой иэ сети мощности, повышенная установленная, 25 мощность преобразователя,высокий уровень пульсаций напряжения на плоской вершине и громоздкость фильтровых устройств..

Известен источник электропитания Зо индуктивных нагрузок, содержащий управляемый переключающий элемент, например тиристор, конденсатор с источником заряда, шунтирующий элемент в виде диода с сопротивлением и дополнительный источник питания с индуктивнрстью (2) . Раврвд конденсатора через нагрузку, управляемый переключающий элемент и диод с сопротивлением в этом источнике обеспечивает Фронты импульса тон:аа а дополнительный источник с индуктивностью - плоскую вершину.

Длительность плоской вершины и нестабильность тока на ней определяются параметрами элементов схемы и величиной, на которую амплитуда раз-, рядного тока превышает уровень пло =-, кой вершины. Чем больше требуемая

50 длительность плоскои вершины, тем большее необходимо превышение, а для обеспечения э аданной неравномерности нестабильности1 тока ыа плоской вершине требуется более громоздкая индуктивность и дополнительный источник питания. Это обусловлено тем,что цепи дополнительчого источника и нагрузки при разряде конденсатора

99 2 объединяется на время плоской вершины при закрытии неуправляемого диода.

Поэтому применение этого источника достаточно эффективно при малых значениях индуктивности нагрузки и небольших длительностях плоских вершин (единицы миллисекунд и доли миллисекунд).

Цель изобретения - повышение экономичности устройства при формировании импульсов тока с плоской вершиной любой требуемой длительности при обеспечении плавного перехода с переднего фронта на площадку.

Цель достигается тем, что шунтирующий элемент выполнен в виде управляемого переключающего элемента, запираемого и по силовой цепи, например тиристора, последовательно с которым включен датчик тока шунтирующей цепи, конденсатор же, обеспечивающий при разряде передний фронт импульса тока, подключен через мостовую схему на управляемых переключаемых элементах, запираемых и по силовой цепи, например, тиристорах и индуктивную нагрузку параллельно шунтирующей цепи стабилизированного источника тока с индуктивностью, при этом последовательность коммутации управляемых переключающих элементов уст ройства выбрана определенной. Замена неуправляемого диода с сопротивлением управляемым переключающим элементом позволяет избавиться от необходимости иметь превышение амплитуды разрядного тока над уровнем плоской вершины, так как для обеспечения максимального плавного перехода на площадку достаточно их равенство, а огределенная последовательность коммутации управляемых переключающих элементов устройств позволяет исключить из цепи стабилизированного источника и нагрузки конденсатор plc3 время плоской вершины и обеспечить любую длительность и стабильность ,токов на последяей йри мощности источника, рассчитанной лишь на компенсацию активных потерь при токе плоской части.

На Фиг.! представлена упрощенная

Функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - графики изменения токов и напряжений в различных участках схемы и последовательность подачи синхроимпульсов на переключающие элементы.

3 7270

Конденсатор 1 с зарядным источником 2 и датчиком 3 напряжения конденсатора подключен к одной диагонали мостовой схемы на управляемых пе реключающих элементах 4-7. 8торая диагональ моста через индуктивную нагрузку 8 подключена параллельно цепи управляемого переключающего элемента 9 с датчиком 10 тока, по которой через индуктивность 11 протекает ig ток стабилизированного регулируемого источника 12,. например, выполненного в виде тиристорного стабилизированного выпрямителя с активным фильтром . на выходе и с отрицательной обратной связью по току. Гальванически развязанные выходы, по которым выдаются синхроимпульсы "Пуск", блока . 13 запуска соединены с управляющими электродами переключающих элементов 4 и 6 2О моста. Датчик 3 напряжения и датчик

10 тока шунтирующей цепи через пороговые устройства 14 и 15 подключены к входам схемы 16 совпадения, к выходу которой подключен управляющий электрод переключающего элемента 5. 8ыход,по которому поступают синхроимпульсы

"Стоп", блока 13 запуска подключен к управляющему электроду переключающего элемента 7 и через блок 17 задержки к управляющему электроду переключающего элемента 9 шунтирующей цепи.

Устройство работает следующим образом. 35

При подаче с блока 13 запуска синхроимпульсов "Пуск" на управляющие электроды управляемых переключающих элементов 4 и 6 конденсатор 1, заряженный до необходимого напряжения 40

° (полярность указана без скобок), разряжается через управляемый переключающий элемент. 9 и датчик 10 тока на индуктивную нагрузку 8, формируя передний фронт импульса тока. Пара- 45 метры конденсатора 1. выбираются из условия обеспечения необходимого режима нарастания тока. Разрядный ток. протекает по управляемому переключающему элементу встречно току стаби- 50 лизированного источника 12. Макси,мальная величина разрядного тока вы бирается равной величине. стабилизируемого тока источника 12, которая, в свою очередь, равна требуемому 55 уровню тока на площадке. При достижении разрядным током максимального значения ток через управляемый переклю99 4 чающий элемент 9 становится равным нулю, и он закрывается, причем закрывание происходит автоматически в случае тиристоров. Датчик 10 тока через устройство 15 подает на один из входов схемы 16 совпадения сигнал прекращения тока по шунтирующей цепи.

Напряжение на конденсаторе в момент закрытия управляемого переключающего элемента 9 равно падению напряжения на активном сопротивлении цепи нагрузки. Ток 12 источника с этого момента протекает по цепи: индуктивность П - нагрузка 8 - управляемый переключающий элемент 4 - конденсатор I - -управляемый переключающий элемент 6, разряжая конденсатор 1

:со скоростью:

С такой же скоростью линейно нарастает напряжение источника 12.

При напряжении на конденсаторе, равном некоторой величине (полярность указана в скобках, достаточной для выключения последовательно друг за другом с интервалом, равным длительности плоской вершины, двух управляемых переключающих элементов 4 и 6 и определяемой пороговым устройством

14, через схему 16 совпадения подается импульс на управляемый переключающий элемент 5. Конденсатор 1 через включившийся элемент.5 закрывает элемент 4. Конденсатор I, сохранив уменьшенное напряжение с той же по™. лярностью, таким образом исключается из цепи тока, который теперь может протекать по цепи: источник

12 — индуктивность 1I - нагрузка 8управляемые переключающие элементы

5 и 6 — сколь угодно долго. При открытии синхроимпульсом "Стоп" окончания площадки управляемого переключающего элемента 7 элемент 6 за" крывается и конденсатор 1 заряжает" ся напряжением первоначальной поляр" ности (указана без скобок) . Источник

12 на заднем фронте используется для компенсации потерь энергии конденсатора 1. Синхроимпульс "Стоп" блока

13 запуска подается одновременно на вход блока 17 задержки, который в оп-. ределенный момент спада тока пода ет импульс на замыкание управляемого переключающего элемента 9. Ток источника 12 быстро нарастает до стабилизируемого уровня, а ток нагрузки 8 спа.П ВЗЗ дает до нуля, дозаряжая конденсатор

3 до первоначального уровня напряжения. При нулевом токе управляемые переключающие элементы 5 и 7 закрываются и устройство возвращается в ис- 5 ходное состояние. При подаче очередной .серии синхроимпульсов. цикл повторяется.

Использование в качестве шунтирующего элемента управляемого переключающего элемента, например тиристора, вместо диода с сопротивлением и определенной последовательности коммута.ции управляемых переключающих элементов мостовой схемы, в одну диагональ которой включен пердварительно заряженный конденсатор, по сравнению, с наиболее прогрессивными схемами электропитания от сети, применяемыми, например, для протонных синхротронов, > позволяет уменьшить установленную мощность стабилизированного источника до значения, необходимого лишь для компенсации активных потерь цепи нагрузки при уровне тока площадки. При этом, соответственно, уменьшаются га бариты преобразователя стабилизированного источника тока, силовых анодных трансформаторов и фильтрового уст ройства ° Уменьшаются потери в них, ; 30 и они могут быть изготовлены более дешевыми. Кроме того, уменьшается амплитуда колебаний потребляемой из сети мощности и подводящий фидер электропитания переменного тока может быть изготовлен на пропускание меньшей мощности и, следовательно, будет дешевле. Важным преимуществом устройства является то, что конденсатор исключается из цепи нагрузки на время плоской вершины импульса и не оказывает дестабилизирующего воздействия на ток, а стабильность тока на площадке может быть сделана требуемой за счет коэффициентов усиления в контурах стабилизированного источника без увеличения габаритов и установленной мощности его оборудования.

Индуктивность в цепи стабилизированного источника устанавливают в тех случаях, когда энергии, передаваемой на заднем фронте при спаде тока до нуля, недостаточно для заряда конденсатора до первоначального уровня. Величина индуктивности не зависит от длительности плоской вершины и ее неравномерности (нестабильности, в большинстве же практических случаев она может быть исключена из схемы °