CC BY
15
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА
Том 180 1971
ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ ПРИ СМЕШАННОМ ПИТАНИИ
БЕТАТРОНОВ
/ Л. М. АНАНЬЕВ, С. Ф. ВАСИЛЕВСКИЙ, Ю. П. ЯРУШКИН
(Представлена научным семинаром научно-исследовательского института ядерной физики электроники и автоматики при ТПИ)
Смешанное питание бетатронов (постоянное плюс переменное поле) применяется для улучшения характеристик ускорителя. Как показано в работе [1], подпитка постоянным полем облегчает режим работы электромагнита, улучшает условия инжекций, повышает экономическую эффективность установки и уменьшает фазовую неоднородность магнитного поля.
При смешанном питании бетатронов момент прохождения магнитного поля через нулевое значение смещается на участок, где скорость изменения напряженности поля Я10м мала. Можно показать, что. Н10М в момент перехода поля через нуль связана со степенью подмагничива-ния с п следующим образом:
//ом = 0)Я0М-1/1 — Сп, (1)
где Н10)Л — амплитуда напряженности переменного поля при подмаг-ничивании, со — угловая частота поля, сп 1 — степень подмагничивания. Отсюда видно, что при увеличении сп скорость Н10У1 изменения напряженности в момент перехода поля через нулевое значение уменьшается и стремится к нулю при сп , стремящемся к 1. Кроме того, при сп, близких к единице, момент прохождения магнитного поля через нуль находится на участке, где кривизна к0 синусоидального поля (следовательно, и нелинейность) наибольшая. Кривизну /с0 синусоидального поля определяем по известной формуле [2].
к =_ш8//ом£п_
Из выражения (2) видно, что при сП1 стремящемся к 1, кривизна К0 стремится к максимальному значению
^Омакс ~ а)2^/ом. (3)
Эти особенности магнитного поля вблизи нулевого значения при смешанном питании бетатронов (уменьшение скорости изменения напряженности Я1 ом и увеличение кривизны к0) проявляются при измерении фазовой неоднородности электромагнитов. В случае, когда измерение фазовой структуры магнитного поля осуществляется компенсационным
методом с подпиткой пик-трансформаторных датчиков нуля поля [3], при уменьшении Я1 ом амплитуда импульсов датчиков уменьшается.
Кроме того, уменьшение /Лом вызывает увеличение длительности импульсов датчиков, что приводит к увеличению нижнего порога чувствительности и погрешностей измерения.
Увеличение нелинейности вблизи нуля поля сказывается особенно сильно на зависимости результатов измерений фазовой неоднородности от нестабильности поля, приводящей к непостоянству степени подмаг-ничивания сп . Эта зависимость получается путем логарифмического дифференцирования известной из [1] формулы, связывающей фазовую неоднородность в системе с подмагничиванием АЯп и без подмагни-чивания АЯ,
(4,
Из (4) получим относительное изменение фазовой неоднородности в режиме смешанного питания при изменениях степени подмагничи-вания из-за нестабильности постоянной и переменной составляющих напряженности магнитного поля.
о (ЛЯП) = = 8 (ЛЯ) + , (5)
ЛЯП 1 — с-п
где о (ЛЯ) — относительное изменение ФН в режиме без подпитки, Л£п — абсолютное изменение степени подмагничивания.
Из выражения (5) видно, что при сп, близком к 1, небольшие изменения степени подмагничивания приводят к резкому изменению фазовой неоднородности и, следовательно, к резким изменениям результатов повторных измерений.
В режиме без подпитки ввиду значительной линейности начального участка синусоидального поля разница фазовой неоднородности АЯ0, измеренной на нулевом уровне и на уровне инжекции А Я, , настолько мала, что ею пренебрегают. В режиме смешанного питания увеличение нелинейности участка поля вблизи нулевого значения приводит к тому, что результаты измерения фазовой структуры на уровне нулевого поля не могут характеризовать фазовую структуру на уровне инжекции Я¿.
Путем несложных математическргх вычислений можно получить следующее выражение, связывающее фазовую неоднородность на уровне инжекции АН¿ и на уровне нуля поля АН0,
bHj = sin (9П ± ср - 9i) - sin (вп - cp¿) ДЯ0 sin (вп ± ср) — sin ©п
где 0П —угол подмагничивания, ф/— фаза инжекции,
ср — фазовый сдвиг из-за неоднородности поля. Отсюда следует, что для получения значений фазовой структуры магнитного поля в момент инжекции необходимо выводить измерительный датчик нуля поля на уровень инжекции путем дополнительной подпитки.
Рассмотренные особенности затрудняют измерение фазовой структуры электромагнитов при смешанном питании их. Целесообразно измерение фазовой неоднородности производить в режиме питания эле-тромагнита без подпитки постоянным полем и полученные результаты пересчитывать по формулам.
При этом, если амплитуда чисто переменного поля
t
= Нои — М)м(1 + са),
2. Заказ 7324. Г Ч':";"1 17
то пересчет осуществляется по выражению
дяп = д Н .
1
г
Если = Яом (постоянная подпитка просто отключена), то
1
ДЯ„ = Ш'
VI -±сп '
(В)
Как видно из выражений (7, 8), для пересчета результатов измерения в режиме без подпитки в значения фазовой неоднородности при смешанном питании необходимо знать степень подмагничивания.
Яом
Легче всего измерить сп с помощью осциллографа без измерения постоянного И0 и переменного Н'ом полей.
Если на вход осциллографа подать сигналы пик-трансформаторного датчика нуля поля, помещенного в электромагните со смешанным
питанием, то на экране осциллографа будет видна картина, подобная изображенной на рис. 1. Синусоидальная кривая соответствует э.д.с., наведенной в витках обмотки датчика, а резкие выбросы соответствуют перемаг-ничиванию пермаллоевого сердечника в момент прохождения поля через нуль. Расстояние А отражает в некотором масштабе период изменений магнитного поля, а длина / зависит от степени подмагничивания сп. Измерив эти длимы Ь и /, степень подмаг-
Рис. 1.
ничивания легко определить по формуле
I
СОБ -
I
(9)
Таким образом, при смешанном питании бетатронов измерение ФН целесообразно проводить в режиме без подпитки постоянным током той же аппаратурой, что и для измерения ФН при чисто синусоидальном поле с соответствующим пересчетом по измеренному значению.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ю. П. Я рушкин. Кандидатская диссертация. Томск, ТПИ, 1965.
2 М Я Выгодский. Справочник по высшей математике. Гостехтеорнздат. М., 1956.
3. Л. М. Ананьев и др. Индукционный ускоритель электронов-бетатрон. Гос-атомиздат. 1961.
