5-44  Tesla变压器型强流电子加速器初级能源系统

邹光荣  常安碧 马乔生  龚胜刚

同其它调制器型和感应型强流电子加速器相比，Tesla变压器型强流电子加速器不但具有充电效率高、耦合系数高、输出波形好等特点，而且，由于系统采用了高变比的Tesla变压器，降低了初级能源系统的输出电压，从而大大减小了初级能源系统的研制难度，同时还实现了系统的小型、高效和高可靠性。而初级能源系统作为加速器所需能源的提供单元，其实现功能的好坏与否，将直接影响到整个加速器的工作性能。由于负载特斯拉变压器是一种小电感、低阻抗的能量转换系统，从而致使系统的放电电流很大，放电周期短。故设计时在放电储能装置的前面设置了初级储能装置，同时还采用了预充电系统、能量回收装置、以及自动放电系统等一系列措施，其设计方框图如图1。

系统先对初级储能电容C₁进行预充电，当电容C₁上电压达到预定电压值后，晶闸管VS₀导通，系统就改由供电装置对电容C₁直接充电。与此同时，系统还通过变压器T₁经桥式整流后对储能电容C₂进行充电。工作时，晶闸管VS₃首先导通，系统对负载特斯拉变压器初级绕组放电，放电过程的持续时间由开关的触发延续时间确定。当放电过程结束后，晶闸管VS₂导通，系统对上一次放电过程中未释放的能量进行回补。之后，晶闸管VS₁导通，初级储能电容C₁对储能电容C₂谐振充电，充电过程在一个谐振周期内完成。充电过程结束后系统进入就绪状态，为电容C₂对负载的下一次放电作好准备。

　　系统供电装置的输入功率约为150kW。其放电系统储能QC2=1120 J，与系统的初级储能之比Q_C2:QC1=1:10，预充电时间t≤45s，重复频率f ≤200Hz，放电导通时间τ ≤4μs。从电路原理的角度分析了系统的性能，并通过详细的理论计算对系统主要元器件的参数进行了优化设计和选型，最后得出本系统的能量传输效率约为88%。另外，系统的整个工作过程完全由计算机控制，工作周期T=5ms。