Устройство формирования импульсов тока с плоской вершиной в электромагнитах синхротронов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) 01) 3(59 Н 05 Н 13/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) 1.Ргос, 1.Е.Е., чо 1. 117, У 5, Мау 1970 "01 гесФ зцрр 1 у о 1 а 1 огое рц 1 зед 1 оад Ггощ Ье е.Ь.ч.йгапзв 1 ьь)оп пеСиогк".2Авторское свидетельство СССР )1 352384, кл. Н 03 К 4/26, 1969 (прототип).(54) (57) УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯИМПУЛЬСОВ ТОКА С ПЛОСКОЙ ВЕРШИНОЙВ ЭЛЕКТРОМАГНИТАХ СИНХРОТРОНОВ, содержащее конденсатор с заряднымисточником, подключенный черезмостовую схему на управляемых переключающих элементах, например, тиристорах, и нагрузку параллельношунтирующему элементу цепи стабилизированного источника тока с индуктивностью, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения экономичности устройства, шунтирующий элемент выполнен в виде управляемогопереключающего элемента, последовательно с которым включен датчиктока, а параллельно конденсаторуподключен датчик напряжения, при этомуправляющий электрод верхнего переключающего элемента первой ветви моста и управляющий электрод нижнегопереключающего элемента второй ветви пбдключены к выходам "Пуск" блоказапуска, а управляющий электрод верхнего переключающего элемента второйветви 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 перекла",чающего элемента первой, ветви мостаи через блок задержки с управляющимиэлектродом шунтирующего элемента.1 72 70Изобретение относится к ускорительной технике и предназначено дляпитания обмоток возбуждения кольцевых электромагнитов протонных синхротронов, имеющих систему медленноговывода ускоренных частиц.Известно, чго для обмоток возбуж дения кольцевых электромагнитовсинхротронов все шире применяетсянепосредственное питание от промышлен ной сети через регулируемые тиристорные преобразователи 1 . Величинавыходного напряжения тиристорныхпреобразователей выбирается такой, чтообеспечивается необходимая скорость 15изменения тока в режиме ускорения.При больших постоянных времени электромагнитов потребляемая из сети долямощности, обусловленная индуктивной составляющей напряжения, в не- щсколько раз превышает уровень мощности активных потерь. Следствиемэтого являются: большая амплитудаколебаний потребляемой иэ сети мощности, повышенная установленная , 25мощность преобразователя,высокийуровень пульсаций напряжения наплоской вершине и громоздкость ФИльтровых устройств.,Известен источник электропитания 30индуктивных нагрузок, содержащийуправляемый переключающий элемент,например тиристор, конденсатор систочником заряда, щунтирующий элемент в виде диода с сопротивлениеми дополнительный источник питанияс индуктивнрстью 2 . Раврвд кан"денсатора через нагрузку, управляемый переключающий элемент и диодс сопротивлением в этом источникеобеспечивает Фронты импульса тон:ааа дополнительный источник с индуктивностью - плоскую вершину,Длительность плоской вершины и45 нестабильность тока на ней определяются параметрами элементов схемы и величиной, на которую амплитуда раз-, рядного тока превышает уровень пло:-, кой вершины. Чем больше требуемаяи50 длительность плоскои вершины, тем большее необходимо превышение, а для обеспечения заданной неравномерности нестабильности 1 тока ца плоской вершине требуется более громоздкая индуктивность и дополнительный источник питания. Это обусловлено тем,что цепи дополнительчого источника и нагрузки при разряде конденсатора 99 2объединяется 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 щунтирующий элемент выполнен в виде управляемого переключающего элемента, запираемого и по силовой цепи, например тиристора, последовательно с которым включен датчик тока щунтирующей 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 определенная последовательность коммутации управляемых переключающих элементов устройств позволяет исключить из цепи стабилизированного источника и нагрузки конденсатор яа 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 7270Конденсатор 1 с зарядным источником 2 и датчиком 3 напряжения конденсатора подключен к одной диагонали мостовой схемы на управляемых пе реключающих элементах 4-7 8 торая диагональ моста через индуктивную нагрузку 8 подключена параллельно цепи управляемого переключающего элемента 9 с датчиком 1 О тока, по которой через индуктивность 11 протекает 1 О 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 20 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. 8 ыход,. 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. 35При подаче с блока 13 запуска синхроимпульсов "Пуск" на управляющие электроды управляемых переключающих элементов 4 и 6 конденсатор 1, заряженный до необходимого напряжения ф полярность указана без скобок), разряжается через управляемый переключающий элемент, 9 и датчик 10 тока на индуктивную нагрузку 8, формируя передний фронт импульса тока. Пара метры конденсатора 1. выбираются из условия обеспечения необходимого режима нарастания тока. Разрядный ток. протекает по управляемому переключающему элементу встречно току стаби лизированного источника 12. Максимальная величина разрядного тока вцбирается 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 переклю 99 4чающий 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 шунтиоующей 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 1 - 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 устройством14, через схему 16 совпадения подается импульс на управляемый переключающий элемент 5. Конденсатор 1 черезвключившийся элемент. 5 закрывает элемент 4. Конденсатор 1, сохранив уменьшенное напряжение с той же по. лярностью, таким образом исключается из цепи тока, который теперь может протекать по цепи: источник 12 - индуктивность П - нагрузка 8- управляемые переключающие элементы 5 и 6 - сколь угодно долго, При открытии синхроимпульсом "Стоп" окончания площадки управляемого переключающего элемента 7 элемент 6 за" крцвается 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 подает импульс на замыкание управляемого переключающего элемента 9. Ток источника 12 быстро нарастает до стабилизи. руемого уровня, а ток нагрузки 8 спа. 727099дает до нуля, дозаряжая конденсатор 1 до первоначального уровня напряжения. При нулевом токе управляемые переключающие элементы 5 и 7 закрываются и устройство возвращается в ис 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 диа гональ которой включен пердварительно заряженный конденсатор, по сравнению, с наиболее прогрессивными схемами электропитания от сети, применяемыми, например, для протонных синхротронов, 0 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 устройства. уменьшаются потери в них, ; зО и они могут быть изготовлены болеедешевыми. Кроме того, уменьшаетсяамплитуда колебаний потребляемой изсети мощности и подводящий Фидерэлектропитания переменного тока может быть изготовлен на пропусканиеменьшей мощности и, следовательно,будет дешевле. Важным преимуществомустройства является то, что конденсатор исключается из цепи нагрузкина время плоской вершины импульсаи не оказывает дестабилизирующеговоздействия на ток, а стабильностьтока на площадке может быть сделанатребуемой за счет коэффициентов усиления в контурах стабилизированногоисточника без увеличения габаритови установленной мощности его оборудования,Индуктивность в цепи стабилизированного источника устанавливают втех случаях, когда энергии, передаваемой на заднем фронте при спадетока до нуля, недостаточно для зарядаконденсатора до первоначального уровня, Величина индуктивности не зависитот длительности плоской вершины и еенеравномерности нестабильности, вбольшинстве же практических случаевона может быть исключена из схемы.