專利名稱：電子回旋管陽極高壓電源的制作方法
技術領域：
本發明屬于等離子體加熱領域所用的設備，具體涉及一種電子回旋共振 加熱波產生所需的電源。
背景技術：
電子回旋共振加熱是磁約束聚變研究中一種重要的加熱手段。在HL-2A 裝置電子回旋共振加熱系統中，雙高壓電子回旋管要產生、輸出足夠大功率 的電子回旋波，使用高指標、性能穩定可靠的陽極電源是必不可少的。電子 回旋共振加熱系統陽極電源要求能輸出0-30 kV可調直流高壓脈沖，電源 最大輸出功率4.8kW以上，脈沖寬度0-1S連續可調。要求電源具有高穩定 度、抗干擾能力和很好的保護功能。具備過流、過壓及短路等狀態下的快速 保護，且過流過壓保護閥值可在額定輸出范圍內進行預置。根據系統需要， 電源應具備遠程監控的功能,高壓部分與低壓端其隔離度必須大于30kV。
發明內容
本發明的目的是，提供一種高穩定度、抗干擾能力強，保護功能好的電 子回旋管陽極高壓電源。
本發明采用的技術方案是， 一種電子回旋管陽極高壓電源，它包括直流 高壓電源，與直流高壓電源連接的高壓調制器，遠程監控計算機和數據采集， 測量保護裝置，其中，三相隔離變壓器與直流高壓電源和單片機連接，單片 機與直流高壓電源連接，直流高壓電源與高壓調制器連接，高壓調制器分別 與調制器、數據采集和負載連接，調制器與單相隔離變壓器連接，調制器和 單片機還與光纖轉換信號連接，光纖轉換信號分別與計算機和測量裝置連接， 測量裝置與計算機連接。所說的測量裝置為一側繞有銅芯線的霍爾傳感器。 所說的高壓調制器中的調整管為金屬陶瓷四級管。
本發明的優點是由于采用了三相隔離變壓器，使得電源的抗干擾能力 加強，金屬陶瓷四級管作為調整管，使得電源的穩定度大大提高；由于霍爾
傳感器的一側繞銅芯線所制成的測量系統具有很好的保護功能。
圖1是本發明提供的一種電子回旋管陽極高壓電源結構示意圖2是本發明中的直流高壓電源電路連接示意圖3是本發明中的調制器電路連接示意圖4是本發明中的調制器輸出高壓脈沖波形示意圖5是本發明中的小電流傳感器結構示意圖。
圖中，l三相隔離變壓器，2單片機，3直流高壓電源，4單相隔離變壓 器，5調制器，6高壓調制器，7數據采集，8負載，9測量保護系統，10遠 程計算機，11光纖轉換信號，12高壓脈沖波形前沿，13常規快響應霍爾傳 感器，14銅芯線，15直流高壓電源，16調整管，17簾柵電源，18柵極控制， 19緩沖開關，20計算機，21主控板，22單片機，23光纖轉換信號，24計算 機。
具體實施例方式
如圖1所示， 一種電子回旋管陽極高壓電源，它包括直流高壓電源，與 直流高壓電源連接的高壓調制器，遠程監控計算機和數據采集，測量保護裝 置，三相隔離變壓器1與直流高壓電源3和單片機2連接，單片機2與直流 高壓電源3連接，直流高壓電源3與高壓調制器6連接，高壓調制器6分別 與調制器5、數據采集7和負載8連接，調制器5與單相隔離變壓器4連接， 調制器5和單片機2還與光纖轉換信號11連接，光纖轉換信號11分別與計 算機10和測量系統9，測量裝置9與計算機10連接。所說的測量裝置9為 霍爾傳感器13的一側繞銅芯線14而成。所說的高壓調制器中的調整管為金 屬陶瓷四級管。
回旋管陽極電源系統主要由前級直流高壓電源、后級高壓調制器、遠程 監控計算機以及數據采集和測量保護等部分組成。
其中直流高壓電源是由三相隔離變壓器1、單片機2和直流高壓電源3 構成的，圖2是電路連接示意圖。主回路由工頻380V三相交流電源供電， 三相隔離變壓器1采用星型連接，次級零線與直流高壓電源地等電位。隔離 后的三相交流電通過可控硅調壓、經升壓變壓器后整流濾波形成基本穩定的 直流高壓，再通過串接于主回路低端的晶體三極管(調整管)穩壓，將高穩 定指標的直流高壓輸給高壓調制器6。其特點是在輸出端通過正確的采樣，控制可控硅的導通角開通大小，初調整流濾波后的直流高壓，再由復合三極 管進行更加精細的調整，達到高穩定輸出電壓，電壓穩定度優于0.3%。另外， 復合三極管采用了多管并聯技術，使容量得到擴展，串接于低端的設計大大 降低了對管子的耐壓要求。
后級高壓調制器是由單相隔離變壓器4、調制器5、高壓調制器6組成， 圖3是調制器電路連接示意圖。調制器5選用金屬陶瓷四極管作為調整管， 控制推動部分采用晶體管電路。并且，控制部分懸浮在高壓電位上，與220V 單相交流供電之間由單相隔離變壓器4進行隔離，隔離電壓大于50kV。根據 雙高壓工作方式回旋管的特性，對陽極高壓脈沖波形進行特殊處理。在電路 中增加一級緩沖開關，在保證不影響關斷時間(<20 uS )的前提下，使高壓 脈沖前沿12由原來的10 uS變為現在的10 uS —1 mS內任意可調，其結果 是在系統調試和使用中，使電子回旋共振加熱系統的工作穩定性得到大大提 高。
數據采集采用分壓器和傳感器對電源電壓、電流進行取樣，經隔離后送 到計算機采集系統用于電源參數測量和分析，同時，采集的信號還送入保護 系統，當電壓或電流超過保護設定值時，電源將快速保護。
回旋管陽極工作電壓小于30 kV，正常工作電流為幾十毫安，工作方式 為準脈沖(T《1S)。對于這樣的小電流測量，通常采用的方法是在地回路 中串接一小歐姆電阻進行采樣，這種方法使用在電子回旋共振加熱系統中非 常不安全，采用霍爾傳感器則比較安全。但是，目前常規快響應霍爾傳感器 對于小電流的測量比較難，不易作成穿孔式，難以滿足高電壓隔離的需要。 對此，用外徑為1.5mm的聚四氟乙烯銅芯線14和常規快響應霍爾傳感器13 按圖5的方法進行加工，可得到滿足高電壓隔離需要的高隔離度快響應小電 流測量傳感器。傳感器線圈的匝數可根據系統需要經計算后確定。經這樣制 成的小電流傳感器，既能承受高壓、大電流所帶來的沖擊和瞬時溫升，同時， 利用其磁飽和性，很大程度上減小了這種沖擊對系統易造成的破壞，在指標 上也完全滿足使用要求。
采用嵌入式芯片技術通過光纖隔離和遠程計算機相連，可將多臺電源進 行聯網，數據通過光纖進行傳送，可安全、方便的修改各電源參數，相互間 也互不影響，操作和監控更加簡單靈活。整個電源系統在各部分設置的多種
5保護措施，使系統的運行安全性得到了進一歩保障。當系統出現過壓、過流、 打火、短路等異常現象時，調制器會快速關斷，并且，保護系統通過邏輯電 路和軟件程序及時封鎖觸發脈沖，對系統各部分進行保護。
本發明針對電子回旋共振加熱系統雙高壓回旋管工作要求，研制一種適 合回旋管工作狀態的陽極電源系統。電源系統前級直流高壓釆用三相交流供 電，通過三相隔離變壓器1使電源低壓端與市電隔離，既防止電網對電源的 干擾，同時也使電源在受到強沖擊時不會對系統其他設備造成損害。高壓部 分由升壓變壓器輸出后整流濾波，再經調整管穩壓，并由高壓調制器輸出具 有可調緩沖前沿和快速關斷特性的高壓脈沖波形。高壓調制器6的控制部分 釆用單相交流電，通過高等級高壓隔離變壓器隔離，在陶瓷四極管控制柵產 生一波形可調的控制脈沖，使輸出得到回旋管所需的陽極高壓脈沖。整個系 統的控制和信號傳送均采用光纖連接，通過嵌入式芯片技術和遠程計算機控 制相結合，使多臺電源實現聯網。采用自制的高隔離度快響應小電流傳感器 對輸出電流進行檢測，真實而安全的信號一方面送入數據采集系統作為顯示 和參數分析，同時，將此信號實時送到綜合保護器，如信號異常，則及時快 速對系統進行保護。
使用本發明所述的電子回旋管陽極電源系統，在電子回旋共振加熱系統 中，通過遠程計算機對回旋管陽極電源進行操控，給回旋管陽極施加所需的 直流高壓脈沖，從而得到穩定、足夠大功率的電子回旋共振波對托卡馬克裝 置中等離子體進行加熱。
本發明可作為高壓電源使用。
權利要求
1. 一種電子回旋管陽極高壓電源，它包括直流高壓電源，與直流高壓電源連接的高壓調制器，遠程監控計算機和數據采集，測量保護裝置，其特征在于三相隔離變壓器(1)與直流高壓電源(3)和單片機(2)連接，單片機(2)與直流高壓電源(3)連接，直流高壓電源(3)與高壓調制器(6)連接，高壓調制器(6)分別與調制器(5)、數據采集(7)和負載(8)連接，調制器(5)與單相隔離變壓器(4)連接，調制器(5)和單片機(2)還與光纖轉換信號(11)連接，光纖轉換信號(11)分別與計算機(10)和測量裝置(9)連接，測量裝置(9)與計算機(10)連接。
2. 如權利要求l所述的一種電子回旋管陽極高壓電源，其特征在于所 說的測量裝置(9)為一側繞有銅芯線(14)的霍爾傳感器(13)。
3. 如權利要求l所述的一種電子回旋管陽極高壓電源，其特征在于所 說的高壓調制器中的調整管為金屬陶瓷四級管。
全文摘要
本發明屬于等離子體加熱領域所用的設備，具體涉及一種電子回旋共振加熱波產生所需的電源。由于本發明中采用了三相隔離變壓器，使得電源的抗干擾能力加強，金屬陶瓷四極管作為調整管，使得電源的穩定度大大提高；由于霍爾傳感器的一側繞銅芯線所制成的測量系統具有很好的保護功能。
文檔編號H05H7/02GK101453824SQ200710195830
公開日2009年6月10日 申請日期2007年11月30日 優先權日2007年11月30日
發明者康自華, 波 李, 王明偉, 鄭鐵流 申請人:核工業西南物理研究院