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《40 kv 6 ka 引出kicker 磁铁脉冲电源设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第19卷第9期强激光与粒子束Vol.19,No.92007年9月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSSep.,2007文章编号:100124322(2007)0921575205340kV/6kA引出Kicker磁铁脉冲电源设计王玮,池云龙,唐靖宇(中国科学院高能物理研究所,北京100049)摘要:从脉冲电源参数计算、电源整体设计、脉冲形成网络(PFN)设计和优化等方面介绍了中国散裂中子源快循环同步加速器引出Kicker磁铁脉冲电源的初步设计情况,提出一种新型的低阻抗PFN设计方法,给出了脉冲
2、电源和PFN的参数,利用PSPICE程序仿真了充电电压为36.5kV时磁铁的励磁脉冲电流波形,励磁电流脉冲幅值达到5.8kA。仿真结果表明:PFN的单元电容电感相同时,采用较多的PFN节数,励磁电流脉冲宽度会变宽,电流脉冲前沿和平顶度没有显著变化;采用合适长度的电缆,可以有效避免反射电流对主脉冲电流波形产生影响。关键词:冲击磁铁;脉冲电源;脉冲形成网络;励磁电流;上升时间中图分类号:TL502文献标识码:A高压大功率脉冲电源是为脉冲功率装置负载提供电磁能量的装置,是构成脉冲功率装置的主体。在粒子[1][2][3][4
3、][5][6]加速器、等离子体物理、受控核聚变研究、高功率激光、电磁脉冲和大功率微波等诸多领域中,高压脉冲电源都有着广泛的应用。美国Brookhaven国家实验室2002年为SNS研制成功了累积环(AR)引出冲[7]击磁铁脉冲电源,脉冲调制器的充电电压为35kV,电流脉冲幅值为2.4kA。中科院高能物理研究所2005年为BEPCII研制成功了储存环注入冲击磁铁脉冲电源,电源采用LC串联谐振电路结构,得到的磁铁励磁电[8]流波形为准半正弦波,脉冲电流幅值为2.1kA。本文结合中国散裂中子源(CSNS)引出Kicker磁
4、铁脉冲电源主电路的设计,对电源进行了仿真研究,确定了电源各主要元件的参数。1主回路设计和参数计算中国散裂中子源(CSNS)的快循环同步加速器(RCS)引出Kicker磁铁电源是高峰值功率、高平均功率、高脉冲波形精度的脉冲电源系统。CSNS的快循环同步加速器引出系统拟采用单圈快引出方式,一次引出环中的两个束团,引出能量为1.6GeV,引出频率为25Hz。引出系统由5块垂直Kicker磁铁和1块Lambertson型切割磁铁组成,其中3块Kicker磁铁放在6m的直线节中,偏转作用较强,2块Kicker磁铁与1块Lamb
5、ert2son型切割磁铁放在9m长直线节中,偏转作用相对较弱。Kicker磁铁设计采用集中参数型方案,为了提高磁铁电流的上升时间tr,磁铁由窗框型的铁氧体磁轭和两个半匝线圈(双C型)组成,由两套电源供电。由于引出期间,两个束团之间的间隔为310ns左右,所以在这个间隙内,Kicker磁铁将建立起稳定的脉冲磁场,要求磁[9]铁励磁电流的上升时间控制在250ns左右,最大不得超过280ns。为了在Lambertson磁铁的入口处产生足够的偏转角和偏转距离,要求磁铁产生的脉冲磁场峰值达到0.0633T,因此需要很大的磁铁励
6、磁电流和很高的PFN充电电压。[10]脉冲电源的主要结构如图1所示。采用高压直流电源对脉冲形成线充电,充电完成后触发闸流管导通,使脉冲形成线放电来产生引出系统所需要的脉冲电流。在加速器运行中,由于RCS引出部分的辐射剂量比较大,为了方便运行维护,在隧道内放置的设备要尽可能少,因此将充电电源柜和脉冲形成线放置在电源厅,通过同轴电缆向磁铁传输脉冲电流。通过磁铁的脉冲电流幅值为I=Bg/μ0(1)[8]式中:B为所需要的磁场强度;g为磁间隙;μ0为真空中的磁导率。磁铁线圈电感为3收稿日期:2006211215;修订日期:2
7、007204202基金项目:中国散裂中子源基金资助课题作者简介:王玮(1982—),男,博士,从事脉冲电源和高功率脉冲技术研究;wangwei@ihep.ac.cn。1576强激光与粒子束第19卷Fig.1Structureofpulsedpowersupply图1脉冲电源结构图Lc=μ0wl/g(2)[11]式中:w为导电板之间的距离;l为磁铁的长度。磁铁单边导流线圈电感可近似为11μ0wlLh≈Lc=(3)22g为了减小电源设计难度,实验优化了磁铁设计,统一磁铁励磁电流为5832A,磁铁单边导流线圈电感为0.58
8、μH。参考以往电源设计,磁铁电流引线的杂散电感Ls在0.3μH左右。因为磁铁采用终端短路形式,磁铁电流I和加在电缆上的电压V的关系为I=2V/Z0(4)式中:Z0为电缆的特征阻抗。因此,为了控制加在电缆上的电压和PFN的充电电压,要求Z0尽可能小。而磁铁脉冲电流的上升时间也受特征阻抗的影响,不考虑其他因素,其关系为tr≈3LM/Z0=3(Lh+
