Устройство для формирования импульсных магнитных полей

(56)В 171 аучно-исследо ектронной инт олитехническо тельс инстии Том" копии пр нституте М. Кирова 21,384.6(08Авторское 43, кл. Н 0 Авторское с 07, кл. Н 0 видетельство СС Н 7/00, 1961. идетельство СССР Н 7/00, 1968.2607 ФОРМИР ОВАНИ Й, содерж напряжени ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ Н АВТ 10 РСИОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВ(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛ ИМПУЛЬСНЫХ МАГНИТНЫХ П щее источник постоянно и накопительную конденсаторную бата. рею, присоединенную к,электромагниту через вентильный коммутационный узел .отличающее с я тем, что, с целью уменьшения габаритов и веса устройства, в электромагнит вместе с основной обмоткой возбуждения поме щается обмотка ввода энергии, один конец которой через ограничивающий дроссель соединен с положительным по сом источника питания, а другой коне присоединен к аноду тиристора, катод которого подключен к отрицательному полюсу. источника питания, причем управляющий электрод тиристора через Формирователь задержанных импульсов присоединен к сигнальной обмотке, ра смещенной на дросселе насыщения коммумационного узла43 2Эта цель обеспечивается тем, что в электромагнит вместе с основной обмоткой возбуждения помещается обмотка ввода энергии, один конец которой через ограничивающий дроссель соединен с положительным полюсом источника питания, а другой конец присоединен. к аноду тиристора, катод которого подключен к отрицательному полюсу источника питания, причем управляющий электрод тиристора через формирователь задержанных импульсов присоединен к сигнальной обмотке, размещенной на дросселе насьпцения коммутационного узла.Применение обмотки ввода, подключенной к источнику питания, в предлагаемом устройстве позволяет путем выбора соответствующего коэффициента трансформации между обмоткой возбуждения и обмоткой. ввода получать на накопительной конденсаторной батарее практически любое напряжение при низковольтном источнике питания и тем самым отказаться от согласующего трансформатора, а минимальное количество вентилей ввода энергии обеспечивает высокую надежность работы установки в целом.Принципиальная схема предлагаемого устройства для формирования импульсных магнитных полей представлена на фиг. 1.Основными элементами устройства яв". ляются накопительная конденсаторная батарея 1, вентильный коммутационный узел 2, электромагнит с обмоткой возбуждения 3 и обмоткой 4 ввода энергии, источник 5 постоянного напряжения, ограничивающий дроссель 6,ти- ристоР 7 ввода, формирователь р задержанных импульсов и сигнальная обмотка 9. Коммутационный узел 2 представляет собой иост из управляемых (тиристоров 10, 10 ) и неуправляемых1(диодов .11, 11) вентилей с дросселем насьпцения 12.К одной диагонали коммутационного узла (к точкам соединения одноименных электродов вентилей моста) присоединена обмотка возбуждения 3 электромагнита, средняя точка которойзаземлена. Конденсаторная батарея присоединена ко второй диагонали коммутационного узла.Начало обмотки 4 нвода энергии через ограничивающий дроссель 6 присое динено к положительному полюсу источ ника 5 питания. Конец обмотки внода 1 6370Изобретение относится к импульснойтехнике и может быть использованодля формирования импульсов тока н индуктивных нагрузках, например вэлектромагнитах циклических ускорителей заряженных частиц.Известен генератор импульсов тока,содержащий источник постоянного напряжения, накопительную конденсаторнуюбатарею, подключенную к электромагни" 10ту через вентильный коммутационныйузел, представляющий собой мост изуправляемых и неуправляемых вентилейс устройством коммутацииупомянутый генератор служит для . 15получения квазитреугольных или трапецеидальных импульсон тока в электромагните, и его работа заключается всоответствующей коммутации тока изцепи управляемых вентилей в цепь 20неуправляемых вентилей.Для компенсации потерь энергии служит источник постоянного напряжения,который в необходимый момент времени"подключается к генератору. Все устройства ввода энергии реализуют дваспособа: параллельный и последовательный,Недостатком генератора являетсято, что во время ввода энергии весь30контурный ток протекает через источник питания, увеличивая габариты устройства и потери энергии, .По технической сущности наиболееблизким к изобретению является устройство для формирования импульсныхмагнитных полей, содержащее источник постоянного напряжения и накопительную конденсаторную батарею, присоединенную к электромагниту черезвентильный коммутационный узел 2 . 40Основным недостатком этого устройства является ограниченная величина максимального напряжения на контуре без применения согласующеготрансформатора, так как отношение45максимального напряжения на накопительной конденсаторной батарее к на-.пряжению источника питания составляет 5-6, Вентили ввода энергии работают в напряженном режиме, так как 550к ним прикладывается обратное напряжение, равное по величине разностимаксимального напряжения на конденсаторной батарее и напряжения источ 55ника питания.Цель изобретения - уменьшение веса и габаритон устройства для формирования импульсных магнитных полей, б 37043 4энергии присоединен к аноду тиристора 7 ввода, катод которого подключен к отрицательному полюсу источника питания, Управляющий электрод тиристора ввода через формирователь 8 задержанных импульсов подключен к сигнальной обмотке 9.На фиг. 2 представлены диаграммы изменения напряжения и тока обмотки возбуждения, 3, а также тока 31, 1 О протекающего по обмотке возбуждения и потребляемого от источника питания.В исходном состоянии накопительная конденсаторная батарея 1 заряжена до требуемого напряжения с полярностью, 15 указанной на фиг. 1. С приходом запускающих импульсов на тиристоры 10, 10 - коммутационного узла (момент времени, фиг. 2) начинается разряд батареи 1 на обмотку возбуждения 3 20 электромагнита. С момента 1 накопительная батарея начинает перезаряжаться, диоды 11, 11 коммутационного узла отпираются и к обмоткам дросселя насыщения 12 прикладывает ся напряжение. Начинается намагничивание дросселя 12. В момент 1 дрос- . сель насыщается, сопротивление его резко уменьшается и диоды 11, 11 полностью открываются, перехватывая на себя контурный ток. С момента 1 до 5 идет процесс выключения тиристоров 10, 10. В момент Ц процесс выключения тиристоров 10, 10 заканчивается, и включается тири- стор 7 ввода энергии. Напряжение источника питания Е прикладывается к обмотке ввода и трансформируется в обмотку возбуждения 3 электромагнита с полярностью, укаэанной на фиг. 1. Это напряжение приложено в прямом направлении к диагонали диодов 11, 11 и способствует заряду накопительной конденсаторной батареиПри этом от источника потребляется энергия,.компенсирующая потери в устройстве. В момент 1 напряжение на обмотке возбуждения 3 становится равным максимальному напряжению, которое может обеспечить, с учетом 50 коэффициента трансформации Г 1: Э/%1, устройство ввода энергии, а затем пре-. вышает его. С этого времени к тиристору 7 прикладывается обратное напряжение, и он закрывается,Максимально; возможное напряжение на обмотке возбуждения, обеспечиваемое устройством ввода, определяется по Формулео. Е,где Е - напряжение источника питания,1 - коэффициент, который в зависимости от добротности системы ввода равен 1-2,П - коэффициент трансформации.Таким образом, с моментадомомента ,1. от источника питания по-.требляется ток 3 (см. Фиг. 2), амплитуда которого ограничиваетсядросселем 6.Для отпирания тиристора 7 служитсигнальная обмотка 9 и Формирователь,8 задержанных импульсов. На сигнальной обмотке 9 в течение времени 4 наводится импульс напряжения, поступающий на формирователь 8, который в момент выдает ймпульс запуска;на управляющий электрод тиристора, 7.Подобные схемы формирования им- .пульсных магнитных полей, как правило, имеют высокую добротность силового колебательного контура. И чемвыше добротность, тем меньший объемимеет .обмотка ввода энергии но сравнению с обмоткой возбуждения. Дляциклических индукционных ускорителей,разрабатываемых в Томском Uолитехническом институте, объем обмотки вводаэнергии не превышает 2 й объема обмотки возбуждения, Таким образом, использование бестрансформаторных схем источников постоянного напряжения в сочетании с предлагаемым способом ввода энергии позволяет на 25-ЗОХ уменьшить вес устройства формирования импульсных магнитных полей,Предлагаемое устройство может найти широкое применение для Формирования импульсных магнитных полей в циклических ускорителях. заряженных частиц типа бетатрона, а также дляформирования однополярных импульсов637043 Корректор В. Синицкая ред Л.Ми Титов едакт Заказ 4497 иал ПЦП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 794ударственного комите изобретений и открыва, Ж, Раушская н НИИПИ Гопо делам035, Мос одписноеа СССРийб., д. 4/