加速器系统讲义

开关元件
器
6
负 载
源
15
调制器原理图
G 1 A 5
1
+1 2k V
PS
2
充电电感
充电二极管
CR1
R1
R1
CR2
2. 5 k
R2
3G
H
R32
A
K
6.3VAC
T1
稳压220VAC
R34
De-Q比较触发 De-Q采样
R35
反 峰 电 路
R2 25
3
4
CX1159
触
3
发
4
电
2
路
6.3VAC
T2
稳压220VAC
• 由式（2-19）与（2-20）比较得出正弦交流
电中电容上的 电流、电压相位差90°角。
i
I m s i n (t
2
)
u U m s i n (t )
• 由式（2-21）得出正弦交流电中电容上的功率
损耗在理想状态下是零。其意义是电容中只有
电场能量和外部能量转换过程，电容本身不
消耗功率。
P
1
T
IU (sin2t)dt 0
4
四 简单工作原理 • 直流高压电源通过充电电感向传输线充电，当充到两倍
的电源电压后，处于等待状态。 • 当有一低压脉冲加到开关管（闸流管）的栅极上时，开
关管则导通。 • 传输线通过开关管向负载放电。 • 负载上得到一高压脉冲，其宽度由传输线长度决定。
5
§1.2 脉冲调制器的技术要求
一 基本参数
结论: 磁控管对调制器所呈现的负载电阻是随 EaM 而变化的 ,具有 Rd R j r 的特性。
2. 速调管
速调管的电子注电压与电子注电流之间服从于3/2次
方关系,即 Il ∝ ul 3 2,而对调制器所呈现的负载阻抗
与电压的平方根成反比:
设:
Rl ----速调管的阻抗
Ul ----调制器的输出电压
理论波形
电压
磁控管的伏安特性曲线
10
1） 磁控管阻抗是电压的非线性函数。
EaM EaM
EaM门
B
O I aM门
A C
1 ). 磁控管工作于C点,它对 调制器呈现的负载阻抗是 磁控管的静态电阻。
I aM
I aM
Rj
EaM I aM
磁控管的伏安特性曲线
11
2). 当 EaM EaM门 此时磁控管未振荡,电流极小,对调制
3
§1.1 引言
一 脉冲调制器的定义
凡是能够将一种信号的电压变化（或某种信息变化）去
改变振荡参数的设备叫调制器。脉冲调制器就是用脉冲的 电压去改变微波源的振荡幅度。
二 脉冲调制器在加速器中的应用
在使用微波电场加速带电粒子的加速器中的微波源大 多是脉冲工作的。
三 脉冲调制器的作用
负责提供给微波源（磁控管、速调管）一定振幅、一 定包络宽度、一定重复周期、功率为一定大小的高压脉 冲。
0
1 LC
36
求 D1 、D2 的表示式：
｝ D1
u(0) E0 R
G
i(0) 2
(1
)
G
D2
E0
u(0) R
G
i(0) 2
(1
) G
（2-8）
将式(2-8)代入式(2-5)得:
i(t)
e
t
E0
u(0) GL
eGt
eGt 2
i(0)
eGt
eGt 2
G
eGt
eGt 2
1
T
IU (sin2t)dt 0
T0
（2-15）
25
6）结论
• 由式（2-12）与（2-13）比较得出正弦交流
电中电感上的 电压、电流相位差90°角。
i I m s int
u
Um
s i n (t
2
)
• 由式（2-15）得出正弦交流电中电感上的功率
损耗在理想状态下是零。其意义是电感中只有
磁场能量和外部能量转换过程，电感本身不
u(t)
E0
e
t
eGt
eGt 2
G
eGt
eGt 2
u(0)
E0
i(0) GC
eGt
eGt 2
（2-9）
37
讨论方程的解： G=0时，方程有二个相等的实根； G＞0时，方程有二个不等的实根； G＜0时，方程有二个不等的复根；
G
2 02
R 2L
2
02
因为式中R是充电电路里所有元件的总损耗电阻,所 以R值一定很小,电路才可能有很高的充电效率。 由此，可得出G﹤0，为虚数。
5
仿真线
加速管灯丝
T4
加速管
F K
匹
C1 75 00 pF
配
电
路 R3 25
6 GKH 1u 6. 8 n HV
ACCE L ERAT OR
6. 8 n 51
MFH MKH
GND
GKL
MFL
MKL
脉冲电压
脉冲变压器
脉冲电流
S N
C2 1 u F/2 kV
T3
磁控管灯丝
C F
7
MG5 19 3
16
•方框一：直流高压电源——三相全波整流电路，是调 制器的电源。
u(t)
E0
i(t)R
L
di dt
｝（2-5）
35
式中 D1 和 D2 是待定系数，具体数值可由电感中的 初始电流和电容上的初始电压决定：
i(0) D1 D2
u(0) E0 i(0)R L(D11 D2 2)
（2-6） （2-7）
令：
1 G 2 G R
2L
G 2 02
其中，U m R I m U RI
（2-3） （2-4）
（2-5）
20
2）电阻上消耗的功率
瞬时功率：p ui
（2-6）
在一个周期（用T表示）内消耗的功率的平均值：
1T
T
P
T
pdt
0
uidt
0
P
1 T
T
ImUm (sint)2 dt
0
1 T
T
0
1 2
I mU m (1
co s 2t )d t
dt
C0
idt E 0
微分上式得到：
L
d 2i dt 2
R
di dt
1 i0 C0
（2-2）
（2-3）
34 22
设一常数 ,使函数 et 满足上述方程式：
2
R
1
0
L
LC
解二元一次方程，共有二个根：
（2-4）
R ( R ) 1
1,2
2L
2L LC
写出电感中的电流、电容上的电压表示式：
i(t) D1e1t D2e 2t
消耗功率。
P
1
T
IU (sin2t)dt 0
T0
26
4 电容中的交流电
i +q -q u
1）电容具有储存电荷作用
C q u
（2-16）
dq Cdu 2）交变的电流在流过电容时：
i dq dt
将式（2-17）代入（2-18）得：
（2-17） （2-18）
i
C
du dt
CUm
cost
Im
sin(t
38
G 2 02 j 02 2 j 02 2
将 G j 代入式（2-9），并利用尤拉公式可得：
sin(t) e jt e jt , cos(t) e jt e jt ,
17
第二章 充电电路
§2.1 引言
一 基础知识
二 充电电路的组成
三 充电电路的种类
四 直流充电电路
五 充电电路应满足的要求
§2.2 RLC直流谐振充电电路
一 充电电路的等效电路 二 等效电路分析
三 等待充电电路
18
§2.1 引言
一 基础知识
1 交流电路的基本表示式
1）电压、电流的瞬时值：
i Im sin(t 1) u Um sin(t 2 )
ost
LIm
s in(t
2
)
Um
s in(t
2
)
（2-13）
24
5）电感上的消耗功率
瞬时功率：p ui
（2-14）
在一个周期（用T表示）内消耗的功率的平均值：
1T
T
P
T
0
pdt
uidt
0
P
1 T
T
0
ImUm (cost sint)dt
P
T0
29
二 充电电路的组成
直流高压电源、充电隔离元件、储能元件、负载。
充电隔离元件
储能元件
直
流 高
负
压
载
三 充电电路的种类
1 交流充电电路。 2 直流充电电路——加速器中常用的一种。
30
四 直流充电电路
1 RC充电电路 2 RLC充电电路* 3 CLC充电电路
五 充电电路应满足以下三个要求：
1 每次充电过程结束后，储能元件（仿真线）上充电电 压大致相同；
（2-1） （2-2）
其中， Im , Um 为电压、电流极大值， 为角频率，
为初始相位。
19
2）电压、电流的相位差：
( 1 2 )
2 电阻中的交流电
（1）欧姆定律仍然适用
u Ri