DE1037037B - Smoothing device with smoothing throttle and cross capacitor for feeding the magnetic windings of particle accelerators - Google Patents

Description

Glättungseinrichtung mit Glättungsdrossel und Querkondensator für die Speisung der Magnetwicklungen von Teilchenbeschleunigern Die Magnetwicklungen von Synchrotronanlagen der Kernforschung müssen bekanntlich mit Gleichstromimpulsen gespeist werden. Bei diesen Impulsen wird der Gleichstrom stetig vom Wert Null auf einen Maximalwert erhöht, wie die Kurve I der Fig. 1 zeigt. Die Anstiegszeit Ao bis Al bzw. A3 bis A4 stellt das eigentliche Arbeitsintervall des Magneten dar, in dessen Feld der Teilchenstrahl in einem Synchrotron beschleunigt wird. Um diesen Stromanstieg zu erreichen, muß infolge der überwiegenden Induktivität der Magnetwicklung an diese eine nahezu konstante Gleichspannung angelegt werden, bis der Gleichstrom im Magnet den gewünschten Maximalwert erreicht hat, (s. Kurve II, Fig. 1). Anschließend an diesen Stromanstieg verläßt der Teilchenstrahl den Luftspalt des :Magneten, worauf der Magnet wieder stromlos gemacht werden muß, bevor ein neuer Strahl zugeführt wird. Um diese Entregung rasch genug durchzuführen, muß die dabei vom verschwindenden Feld induzierte EMK überwunden, d. h. die Gleichspannung an den Klemmen der Wicklung umgekehrt werden. Die Klemmenspannung am Magnet weist somit den in Fig. 1, Kurve II, dargestellten Verlauf auf.Smoothing device with smoothing choke and cross capacitor for the supply of the magnetic windings of particle accelerators The magnetic windings As is well known, synchrotron systems used in nuclear research must use direct current pulses be fed. With these pulses, the direct current is steadily increasing from zero increases a maximum value, as the curve I of FIG. 1 shows. The rise time Ao up to Al or A3 to A4 represents the actual working interval of the magnet, in whose field the particle beam is accelerated in a synchrotron. To this one To achieve a current increase, must be due to the predominant inductance of the magnet winding an almost constant direct voltage is applied to this until the direct current has reached the desired maximum value in the magnet (see curve II, Fig. 1). Afterward at this increase in current, the particle beam leaves the air gap of the magnet, whereupon the magnet must be de-energized again before a new beam is fed will. In order to carry out this de-excitation quickly enough, the disappearing Field induced emf overcome, d. H. the DC voltage at the terminals of the winding be reversed. The terminal voltage on the magnet thus has the curve in FIG. 1 II, shown course.

Außerdem ist es erforderlich, daß das Magnetfeld keine nennenswerten Oberwellen aufweist. Diese Forderung kann praktisch nur durch den Einbau von Wellenglättern mit Vordrossel und Querkondensator erfüllt werden. Diese Wellenglätter stellen sowohl für sich allein als auch zusammen mit der Magnetwicklung einen Schwingungskreis dar, welcher bei jeder steilen Änderung der am Kondensator liegenden Gleichspannung, d. h. also dreimal während eines Impulses, angestoßen wird und in Schwingung gerät. Diese Schwingung tritt nun, bei dauernder Einschaltung des Querkondensators, auch zu Beginn des Stromanstieges auf, wobei der gewünschte Verlauf des Feldes gestört wird.It is also necessary that the magnetic field is not significant Has harmonics. This requirement can practically only be achieved by installing wave straighteners be fulfilled with choke and shunt capacitor. These wave straighteners provide both on its own as well as together with the magnet winding an oscillatory circuit represents which for every steep change in the DC voltage across the capacitor, d. H. that is, three times during an impulse, is triggered and starts to vibrate. This oscillation also occurs when the shunt capacitor is switched on continuously at the beginning of the current rise, whereby the desired course of the field is disturbed will.

Gegenstand der Erfindung ist nunmehr eine Glättungseinrichtung mit Glättungsdrossel und Querkondensator für die Speisung der Magnetwicklungen von Teilchenbeschleunigern, insbesondere Synchrotronanlagen, mit Gleichstromimpulsen, bei welchen die erwähnten Nachteile der bisherigen Wellenglätter ver mieden werden. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Querkondensator nur während der jeweiligen Beschleunigungszeit des Teilchenbeschleunigers mit der Gleichstromimpulsquelle der angenähert konstanten Gleichspannung verbunden ist.The invention now relates to a smoothing device with Smoothing choke and shunt capacitor for feeding the magnetic windings of particle accelerators, in particular synchrotron systems, with direct current pulses, in which the aforementioned Disadvantages of the previous wave straightener are avoided. According to the invention this is achieved by the fact that the shunt capacitor is only used during the respective acceleration time of the particle accelerator with the direct current pulse source of the approximately constant DC voltage is connected.

An Hand der Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert, und zwar zeigt die Fig. 2 schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.The invention is explained in more detail with reference to the drawing, namely Fig. 2 shows schematically an embodiment of the invention.

In der Fig. 2 bedeutet 1 einen Gleichrichter, der über eine Glättungsdrossel 3 eine -Magnetwicklung 2 eines nicht dargestellten Svnchrotrons mit Gleichstromimpulsen speist. Hinter der Drossel 3 ist ein Querkondensator 4 über zwei in Gegen-Parallelschaltung angeordnete Gleichrichterventile 5, 6 angeschlossen-.In FIG. 2, 1 denotes a rectifier which has a smoothing choke 3 a magnet winding 2 of a not shown Svnchrotron with direct current pulses feeds. Behind the choke 3 is a shunt capacitor 4 over two in counter-parallel connection arranged rectifier valves 5, 6 connected-.

Durch den Einbau der Ventile 5, 6 in die Glättungseinrichtung ist es nunmehr möglich, den Kondensator 4 nur jeweils während der Arbeitsintervalle A, bis Al, A3 bis A4 usf. (Fig. 1) anzuschließen, während in der übrigen Zwischenzeit zwischen zwei Impulsen, in welcher die Gleichspannung am Verbraucher 2 negativ bzw. Null ist, der Kondensator abgetrennt wird. Da somit die Spannung am Kondensator nur im Maße der sehr kleinen, ihn durchfließenden Oberwellenströme des Gleichrichters pulsiert, können auch keine nennenswerten Eigenschwingungen des von der Glättungsdrossel 3 und dem Kondensator 4 gebildeten Schwingungskreises auftreten. Außerdem können allfällige Eigenschwingungen durch den Einbau eines Dämpfungswiderstandes 11 unschädlich gemacht werden. Dieser Dämpfungswiderstand wird so bemessen, daß beim Einschalten der zu glättenden Spannung an das Oberwellenfilter der Stromverlauf aperiodisch ist.By installing the valves 5, 6 in the smoothing device is it is now possible to use the capacitor 4 only during the working intervals A to A1, A3 to A4 etc. (Fig. 1) to be connected, while in the rest of the time between two pulses in which the DC voltage at consumer 2 is negative or Is zero, the capacitor is disconnected. Since thus the voltage on the capacitor only to the extent of the very small harmonic currents flowing through it from the rectifier pulsates, no significant natural oscillations of the smoothing throttle can either 3 and the capacitor 4 formed oscillation circuit occur. Also can any natural vibrations caused by the installation of a damping resistor 11 are harmless be made. This damping resistance is dimensioned so that when switching on the voltage to be smoothed to the harmonic filter, the current curve is aperiodic is.

Würde der Kondensator 4 unmittelbar über die Ventile 5, 6 angeschlossen, so würde der in diesen Ventilen auftretende Lichtbogenspannungsabfall eine unzulässige, zusätzliche Rest-Oberwellenspannung erzeugen. U m diese zu kompensieren, werden die Hilfsgleichstromquellen 9, 10 vorgeschaltet, welche in dem Kreis 6, 8, 10, 9, 7 5, 6 einen im Sinne des Pfeiles fließenden Hilfsgleichstrom erzeugen, der durch die Widerstände 7, 8 stabilisiert und so begrenzt wird, daß er mindestens gleich der Amplitude des den Kondensator 4 durchfließenden Wechselstromes ist. Durch diese Maßnahme wird der Spannungsabfall des Oberwellenstromes in den Ventilen 5, 6 aufgehoben. Um den Kondensator 4 von der Gleichstromquelle 1 abzutrennen. müssen die Ventile mittels Steuerung ihrer Gitter gesperrt werden, wobei gleichzeitig die Hilfsstromquellen 9, 10 spannungslos gemacht werden miissen.If the capacitor 4 were connected directly via the valves 5, 6, the arc voltage drop occurring in these valves would be an impermissible, generate additional residual harmonic voltage. To compensate for this, be the auxiliary direct current sources 9, 10 connected upstream, which in the circuit 6, 8, 10, 9, 7 5, 6 one in the direction of the arrow generate flowing auxiliary direct current, which is stabilized by the resistors 7, 8 and limited so that it is at least is equal to the amplitude of the alternating current flowing through the capacitor 4. By this measure is the voltage drop of the harmonic current in the valves 5, 6 repealed. In order to separate the capacitor 4 from the direct current source 1. have to the valves are locked by means of control of their grids, while at the same time the Auxiliary power sources 9, 10 must be de-energized.

In .anlagen der beschriebenen Art. wo die Magnetwicklungen mit einem Erdschlußschutz versehen sind, wird meistens eine völlige Symmetrie des gesamten Stromkreises gegenüber Erde verlangt. In Fig. 3 ist eine solche Anordnung gezeigt, wo zwei Glättungseinrichtungen gemäß Fig.2 in erdsymmetrischer Brükkenschaltung angeordnet sind. Die Magnetwicklung 2 ist hier über einen Widerstand 19 geerdet, und die Elemente der beiden symmetrisch angeordneten Glättungseinrichtungen sind dieselben wie in der Einrichtung nach Fig.2 und daher mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Richtung des überlagerten Hilfsgleichstromes ist durch die eingetragenen Pfeile angedeutet. Die periodische Abschaltung des gesamten Querkreises erfolgt auch bei diesem Aufbau in einfachster Weise durch Unterdrückung der Hilfsgleichspannungen aus den beiden Hilfsgleichstromquellen 9, 10 und die Löschung der Ventile 5; 6 in beiden Glättungseinrichtungen. Für die Löschung der Ventile kann auch ein Schalter 20 vorgesehen werden. der zu diesem Zweck jeweils geöffnet wird.In .anlagen of the type described. Where the magnet windings with a Earth fault protection are provided, there is usually a complete symmetry of the whole Circuit with respect to earth. In Fig. 3 such an arrangement is shown, where two smoothing devices according to FIG. 2 in a symmetrical bridge circuit are arranged. The magnet winding 2 is grounded here via a resistor 19, and the elements of the two symmetrically arranged smoothing means are the same as in the device according to FIG. 2 and therefore with the same reference numerals Mistake. The direction of the superimposed auxiliary direct current is indicated by the Arrows indicated. The entire cross circuit is switched off periodically also with this structure in the simplest way by suppressing the auxiliary DC voltages from the two auxiliary DC power sources 9, 10 and the deletion of the valves 5; 6 in both smoothing devices. A switch can also be used to delete the valves 20 are provided. which is opened for this purpose.

Claims (7)

PATENT :1NSPRCCHE: 1. Glättungseinrichtung mit Glättungsdrossel und Querkondensator für die Speisung der Magnetwicklungen von Teilchenbeschleunigern, insbesondere Synchrotronanlagen, mit Gleichstromimpulsen, dadurch gekennzeichnet, daß der Querkondensator nur während der jeweiligen Beschleunigungszeit des Teilchenbeschleunigers mit der Gleichstromimpulsquelle der angenähert konstanten Gleichspannung verbunden ist. PATENT : 1NSPRCCHE: 1. Smoothing device with smoothing choke and transverse capacitor for supplying the magnet windings of particle accelerators, in particular synchrotron systems, with direct current pulses, characterized in that the transverse capacitor is only connected to the direct current pulse source of the approximately constant direct voltage during the respective acceleration time of the particle accelerator. 2. Glättungseinrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Querkondensator hinter der Drosselspule über zwei in Gegen-Parallelschaltung angeordnete Gleichrichterventile angeschlossen ist. 2. Smoothing device according to claim 1, characterized in that the shunt capacitor behind the choke coil via two rectifier valves arranged in counter-parallel connection connected. 3. Glä ttungseinrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet. daß den Gleichrichterventilen Hilfsgleichstromquellen vorgeschaltet sind. die einen Hilfsgleichstrom erzeugen. welcher größer ist als der Scheitelwert des den Kondensator durchfließenden Wechselstromes. 3. smoothing device according to claim 2, characterized. that auxiliary direct current sources are connected upstream of the rectifier valves. the one Generate auxiliary direct current. which is greater than the peak value of the capacitor alternating current flowing through. 4. Glättungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß im Kondensatorkreis Dämpfungswiderstände vorgesehen sind. 4. Smoothing device according to claim 1, characterized marked. that damping resistors are provided in the capacitor circuit. 5. Glättungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungswiderstände so bemessen sind. daß beim Einschalten der zu glättenden Spannung an das Oberwellenfilter der Strom aperiodisch verläuft. 5. Smoothing device according to Claim 4, characterized in that the damping resistors are so sized. that when switching on the voltage to be smoothed to the harmonic filter the current is aperiodic. 6. Glättungseinrichtung nach Anspruch 1. 2 und 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltung des Querkondensators durch Aufheben der Zusatzgleichspannung und Sperrung der Gleichrichterventile mittels Steuerung ihrer Gitter erfolgt. 6. Smoothing device according to claim 1. 2 and 3. characterized in that the shunt capacitor is switched off by canceling it the additional DC voltage and blocking of the rectifier valves by means of the control their grid is done. 7. Glättungseinrichtung nach Anspruch 1 und 2 für geerdete Anlagen. dadurch gekennzeichnet, daß zwei Glättungseinrichtungen in erdsymmetrischer Brückenschaltung angeordnet sind und die Löschung der Gleichrichterventile durch Öffnen eines in der Diagonale der Brücke vorgesehenen Schalters bewirkt wird.7. Smoothing device according to claim 1 and 2 for grounded Investments. characterized in that two smoothing devices in earth-symmetrical Bridge circuit are arranged and the deletion of the rectifier valves through Opening a switch provided in the diagonal of the bridge is effected.