本發(fā)明涉及一種電流脈沖產(chǎn)生的方法，包括：采用儲(chǔ)能電容器存儲(chǔ)能量，在電流波形脈沖上升段所需能量全部由該儲(chǔ)能電容提供；在電流波形下降段磁鐵負(fù)載電感中所存能量返回該儲(chǔ)能電容中，為下一個(gè)脈沖做好準(zhǔn)備，實(shí)現(xiàn)能量重復(fù)利用。本發(fā)明采用全儲(chǔ)能方式，針對(duì)性的解決了粒子加速器脈沖電源強(qiáng)激勵(lì)電源的主要問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及粒子加速器領(lǐng)域，還涉及全儲(chǔ)能脈沖電源及電流脈沖產(chǎn)生方法。

背景技術(shù)

粒子加速器是對(duì)帶電粒子進(jìn)行加速的一種裝置，其中粒子是在約束磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的，磁鐵與勵(lì)磁電源共同構(gòu)成加速器磁場(chǎng)系統(tǒng)。同步加速器是粒子加速器的一種，加速器在對(duì)帶電粒子加速時(shí)，隨著被加速粒子能量的提高，其約束磁場(chǎng)也需同步提高，因此勵(lì)磁電流需同步提高，當(dāng)一個(gè)加速周期完成后磁場(chǎng)需要降低至低位，被加速粒子束流注入加速器中，準(zhǔn)備開(kāi)始下一個(gè)加速周期，同步加速器勵(lì)磁電源典型工作電流波形如圖1上圖所示。同步加速器勵(lì)磁電源需要工作于脈沖模式，勵(lì)磁電流周期決定了加速周期。同步加速器磁鐵實(shí)際上是一個(gè)大電感，另外同步加速器中磁鐵往往串聯(lián)起來(lái)，總之勵(lì)磁電源負(fù)載是一個(gè)小電阻的大電感。在一個(gè)很大電感上產(chǎn)生上升時(shí)間和下降時(shí)間很短的脈沖電流是比較困難的。目前針對(duì)大電感磁鐵脈沖電流獲得一般有兩種方式，一種為諧振方式，即采用串聯(lián)諧振或者并聯(lián)諧振方式在磁鐵線(xiàn)圈上得到脈沖電流，此種方式產(chǎn)生的脈沖電流頻率一般可達(dá)幾十赫茲至幾百赫茲，但是諧振方式只能產(chǎn)生固定頻率的正弦電流波形，頻率不易調(diào)節(jié)，適用于固定輸出的勵(lì)磁電源中。另外一種方式為強(qiáng)激勵(lì)方式，即電源產(chǎn)生很高的激勵(lì)電壓強(qiáng)行加在磁鐵電感上，從而在電感上產(chǎn)生所需電流波形，此種方式電流波形、幅度、頻率等可任意調(diào)節(jié)，但是當(dāng)輸出電流很大，或者磁鐵電感很大時(shí)，因?yàn)樗鑿?qiáng)激勵(lì)電壓太高，輸出電流頻率不會(huì)太高。

因?yàn)榇盆F是電感，而且還是很大電感負(fù)載，要產(chǎn)生高頻率大電流脈沖，意味著很高的電流變化率，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，這必然要求勵(lì)磁電源提供很高的強(qiáng)激勵(lì)電壓，高電壓大電流意味著電源脈沖功率會(huì)非常大大。當(dāng)電流上升時(shí)電源需要從電網(wǎng)抽取能量，電流上升時(shí)間很短時(shí)，因?yàn)殡娋W(wǎng)回路存在各種感性元件導(dǎo)致能量不能及時(shí)從電網(wǎng)轉(zhuǎn)到負(fù)載上，因此一般情況下電流上升時(shí)間不能太短，電流上升率不能太高；當(dāng)電流下降時(shí)磁鐵電感中的能量需從磁鐵中轉(zhuǎn)移出來(lái)，或者通過(guò)電阻消耗掉，這樣電源效率很低，非常不經(jīng)濟(jì)。磁鐵能量逆變回電網(wǎng)是很好的一種選擇，但是電流下降時(shí)間越短，逆變峰值功率就越大，對(duì)電網(wǎng)的沖擊就越大，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生很大的擾動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)電網(wǎng)電能質(zhì)量超標(biāo)不能正常供電，影響電網(wǎng)可靠性和安全性。因此，為了減小各種沖擊，強(qiáng)激勵(lì)脈沖電源上升下降時(shí)間都比較長(zhǎng)，也就是脈沖頻率都比較低，一般不會(huì)超過(guò)1Hz。綜上所述，在傳統(tǒng)強(qiáng)激勵(lì)電壓的脈沖電源中，電流脈沖頻率不可能太高，一般在1赫茲以?xún)?nèi)；電源工作時(shí)對(duì)電網(wǎng)影響比較大，一般要采取各種措施對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償和調(diào)節(jié)；而且電源脈沖功率很大，要求配電功率也很大。

另外，如圖1中間電壓波形所示，在電流注入段和平頂段，電流為直流，此時(shí)電感電壓為零，只有直流電壓，也即注入段電壓VP1和平頂段電壓VP3較峰值電壓VP2低幾倍至幾十倍，意味著電源輸出需電壓需要在大范圍內(nèi)連續(xù)變化，而且在每一個(gè)階段都需保證電源輸出精度，這對(duì)電源來(lái)說(shuō)是非常困難的。一般情況是保證強(qiáng)勵(lì)電壓，這樣在平頂段電源電壓很低，對(duì)于開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，占空比就很小，嚴(yán)重影響電源性能。而直流段要么是注入段要么是束流儲(chǔ)存等階段，這種方式對(duì)平頂段束流造成不利影響。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種全儲(chǔ)能脈沖電源及電流脈沖產(chǎn)生方法，以至少部分解決以上所述的技術(shù)問(wèn)題。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種電流脈沖產(chǎn)生的方法，包括：

采用儲(chǔ)能電容器存儲(chǔ)能量，在電流波形脈沖上升段所需能量全部由該儲(chǔ)能電容提供；

在電流波形下降段磁鐵負(fù)載電感中所存能量返回該儲(chǔ)能電容中，為下一個(gè)脈沖做好準(zhǔn)備，實(shí)現(xiàn)能量重復(fù)利用。