Устройство импульсного питания ускорителя

Союз Сфветскня Соцнапнстнчесння РеспублнкОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТРРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСЯУ(23) Приоритет -Н 05 Н 5/02 Государственный комнтет СССР по делам нзобретеннй н открытнй(088.8) Дата опубликования описание 07. 09. 81(54) УСТРОЙСТВО ИМПУЛЬСНОГО ПИТАНИЯУСКОРИТЕЛЯ Изобретение относится к системам питания ускорителей заряженных частиц прямого действия, а точнее к устройствам импульсного питания с индуктивными накопителями энергии, предназначенным, например, для генерацию импульсных сильноточных (несколько кА) электронных пучков большой энергии (сотни кэВ) и длительности (сотни мкс), интерес к которым повысился в последнее время в связи с необходимостью решения проблем управляемого термоядерного синтеза.Для импульсного питания таких ускорителей наряду с устройствами формирсвания мощных импульсов, выполненными на емкостных накопителях энергии, все чаще используют импульсные устройства с индуктивными накопителями энергии, которые имеют ряд пре- . 20 имуществ перед первыми. К достоинствам устройств импульсного питания с индуктивными накопителями можно отнести способность индуктивного накопителя трансформировать напряжение источника, что позволяет обходиться сравнительно низковольтным источником, а также лучшие весо-габаритные характеристики по сравнению с емкостными накопителями 1, 36 Известны устройства Формирований высоковольтных импульсв, выполненные на основе формирующ:1 х искусственных линий с накоплением энергиив индуктивностях 23. Здесь высоковольтные импульсы формируются насогласованной нагрузке при отключении источника тока зарядки. Недостатком такого устройства являетсясравнительно малая импульсная мощность в нагрузке, Это связано с тем,что через нагрузку протекает импульстока, амплитуда которого равна лишьполовине тока, накопленного в индуктивности линии.Прототипом изобретения являетсяустройство импульсного питания 3,содержащее источник питания, коммутатор и двойную формирующую линию,состоящую иэ двух одинаковых линий,между которыми параллельно им включена нагрузка,Недостатками такого устройстваявляются большой вес и габариты.Этовызвано тем, что конденсаторы, в которых накапливается энергия, находятся длительное время под постоянным высоким напряжением источниказаряда особенно в режиме большойскважности) и для обеспечения ихвысокой электрической прочности онивыполнены с болыаими линейными размерами их изоляционных промежутков,что ведет к унеличению габаритовустройства,Цель изобретения - снижение весаи габаритов устройства импульсногопитания.Указанная цель достигается тем,что вторая формирующая линия навыходе эакорочена, причем низковольтный источник зарядки подключен черезкоммутатор параллельно входу пернойлинии, а нагрузка подключе а междулиниями параллельно им и ее величинавыбрана равной полонине волновогосопротивления линии.Предложенное устройство поясняется чертежом.Источник 1 зарядки через выключатель 2 подключен к входу искусственной линии 3, к выходу которойподключены параллельно нагрузка 4,роль которой может играть ускорительный диод, и вход второй искусственной линии 5, закороченной наконце.Работа устройства происходит следующим образом.После замыкания выключателя 2начинанается зарядка током от источника индуктинностей формирующих линий 3 и 5 до значения тока 1 о, Эатемвыключатель 2 размыкается, Вход искусственной линии 3 оказываетсяразомкнутым. Образующая при этом падающая волна напряжения проходитслева направо и достигает выхода линии через время с 3 сйд, После проходаэтой перной падающей волны нсе конденсаторы линии 3 окаэынаются заряженными до напряжения Оо та 1 о 5где ( - нолноное сопротивление линии. Достигнув выхода линии, падающаяволна встречает сопротивление.Сопротивление нагрузки 4 выбираетсяравным половине сопротивления линии,т.е. (5 Н /2. Это сопротивлениевключено параллельно с входнымсопротивлением линии 5. Таким образом, результирующее сопротивление, которое встречает падающая волна на выходном конце линии3, равно у/3. Из-за такого рассогласования падающая волна частичноотражается, образуя первую отраженную волну н линии 3 с амплитудой наОоР 3пряжения дО ти - - - - ОЭ о+р 4 оОстальная часть падающей волны проходит через сопротивления нагрузкии образует первую падающую волну н( Ор 9/3линии 5 о амплитудой дои -- 7 у =- О . Одновременно с этим фор 1мир;уется перепад напряжения на входелинии 5. Ток 1 о,накопленный н ее индуктивностях, распределяется скачкоммежду собственным волновым сопротинлением и сопротивлением, подключенным к ее входу собраэонанным параллельным соединением нагрузки и сопротивлением выхода линии 3) и равным Я/3. Таким образом с выхода на вход линии 3 будет распространяться вторая падающая волна амплитудой1 о /У 1Ы:а( = - и= - :тДВЪ т 1/р 2)р+рГ 4 4 "(о а со входа на выход линии 5 будет распространяться падающая волна амплитудой1 о 1/Р 1 оР дО =15. Р ) /+2 ф+1/рс( 4 4 о 515 Суммарная волна, распространяющаяся с выхода на вход линии 3, будетсостоять из двух составляющих: первой отраженной волны дО и нторойпадающей волны д О 3. Амплитуда сум марной волны состанит АОэ=дО +дО3 1О д - Ов .2 о . Это означает4 о 4 о 2иччто конденсаторы линии 3 к концу пробега этой волны окажутся заряженными 25 до напряжения О - - = в , СумОо Ооо 2 2марная волна, распространяющаяся свхода на выход линии 5, будет такжесостоять иэ двух составляющих; пер вой падающеЙ волны дО и второй падающей волны д О. Амплитуда этойсуммарной волны составит дО= дО ++ дО 5 - О + - О - -и-. Конденса 4 О 4 о 235 торы линии 5 к концу пробега этойволны до короткоэамкнутого выхода линии окажутся заряженными также доОнапряжения . Суммарная волна н2линии 3 амплитудой -в , достигаяОовхода линии через с встречает разомкнутый кобец и отражается с темже знаком, разрйжая конденсаторы линии 3 до нуля.Эта отраженная волна линии 3 распространяется теперь от входа к выходу и достигает нагрузки через время ссе, полностью снимая заряд сконденсаторон линии 3, Одновременнос этим суммарная волна н линии 5 амплиОтудойотражается от коротко-замкнутогО конца линии с обратным знаком и распространяется к входу, разряжая также конденсаторы линии 5,Через с она достигает нагрузки,полностью сняв заряд с конденсаторов.Напряжение на нагрузке поянляется,таким образом, с момента достиженияпервой падающей волной линии З,т,е.4 ф через время сто после раэмыканияныключателя, й существует н течениевремени, равного двойному пробегуволя н линиях, т.е. до момента Зс дСледовательно, длительность импульса д на нагрузке составляет 2 с 3 од . Ампли