CN101453824B - 电子回旋管阳极高压电源 - Google Patents

Abstract

本发明属于等离子体加热领域所用的设备，具体涉及一种电子回旋共振加热波产生所需的电源。由于本发明中采用了三相隔离变压器，使得电源的抗干扰能力加强，金属陶瓷四级管作为调整管，使得电源的稳定度大大提高；由于霍尔传感器的一侧绕铜芯线所制成的测量系统具有很好的保护功能。

Description

电子回旋管阳极高压电源

技术领域

本发明属于等离子体加热领域所用的设备，具体涉及一种电子回旋共振加热波产生所需的电源。

背景技术

电子回旋共振加热是磁约束聚变研究中一种重要的加热手段。在HL-2A装置电子回旋共振加热系统中，双高压电子回旋管要产生、输出足够大功率的电子回旋波，使用高指标、性能稳定可靠的阳极电源是必不可少的。电子回旋共振加热系统阳极电源要求：能输出0-30kV可调直流高压脉冲，电源最大输出功率4.8kW以上，脉冲宽度0-1S连续可调。要求电源具有高稳定度、抗干扰能力和很好的保护功能。具备过流、过压及短路等状态下的快速保护，且过流过压保护阀值可在额定输出范围内进行预置。根据系统需要，电源应具备远程监控的功能，高压部分与低压端其隔离度必须大于30kV。

发明内容

本发明的目的是，提供一种高稳定度、抗干扰能力强，保护功能好的电子回旋管阳极高压电源。

本发明采用的技术方案是，一种电子回旋管阳极高压电源，它包括直流高压电源，与直流高压电源连接的高压调制器，远程监控计算机和数据采集，测量保护装置，其中，三相隔离变压器与直流高压电源和单片机连接，单片机与直流高压电源连接，直流高压电源与高压调制器连接，高压调制器分别与调制器、数据采集和负载连接，调制器与单相隔离变压器连接，调制器和单片机还与光纤转换信号连接，光纤转换信号分别与计算机和测量装置连接，测量装置与计算机连接。所说的测量装置为一侧绕有铜芯线的霍尔传感器。所说的高压调制器中的调整管为金属陶瓷四级管。

本发明的优点是：由于采用了三相隔离变压器，使得电源的抗干扰能力加强，金属陶瓷四级管作为调整管，使得电源的稳定度大大提高；由于霍尔传感器的一侧绕铜芯线所制成的测量系统具有很好的保护功能。

附图说明

图1是本发明提供的一种电子回旋管阳极高压电源结构示意图；

图2是本发明中的直流高压电源电路连接示意图；

图3是本发明中的调制器电路连接示意图；

图4是本发明中的调制器输出高压脉冲波形示意图；

图5是本发明中的小电流传感器结构示意图。

图中，1三相隔离变压器，2单片机，3直流高压电源，4单相隔离变压器，5调制器，6高压调制器，7数据采集，8负载，9测量保护系统，10远程计算机，11光纤转换信号，12高压脉冲波形前沿，13常规快响应霍尔传感器，14铜芯线，15直流高压电源，16调整管，17帘栅电源，18栅极控制，19缓冲开关，20计算机，21主控板，22单片机，23光纤转换信号，24计算机。

具体实施方式

如图1所示，一种电子回旋管阳极高压电源，它包括直流高压电源，与直流高压电源连接的高压调制器，远程监控计算机和数据采集，测量保护装置，三相隔离变压器1与直流高压电源3和单片机2连接，单片机2与直流高压电源3连接，直流高压电源3与高压调制器6连接，高压调制器6分别与调制器5、数据采集7和负载8连接，调制器5与单相隔离变压器4连接，调制器5和单片机2还与光纤转换信号11连接，光纤转换信号11分别与计算机10和测量系统9，测量装置9与计算机10连接。所说的测量装置9为霍尔传感器13的一侧绕铜芯线14而成。所说的高压调制器中的调整管为金属陶瓷四级管。

回旋管阳极电源系统主要由前级直流高压电源、后级高压调制器、远程监控计算机以及数据采集和测量保护等部分组成。

其中直流高压电源是由三相隔离变压器1、单片机2和直流高压电源3构成的，图2是电路连接示意图。主回路由工频380V三相交流电源供电，三相隔离变压器1采用星型连接，次级零线与直流高压电源地等电位。隔离后的三相交流电通过可控硅调压、经升压变压器后整流滤波形成基本稳定的直流高压，再通过串接于主回路低端的晶体三极管(调整管)稳压，将高稳定指标的直流高压输给高压调制器6。其特点是在输出端通过正确的采样，控制可控硅的导通角开通大小，初调整流滤波后的直流高压，再由复合三极管进行更加精细的调整，达到高稳定输出电压，电压稳定度优于0.3％。另外，复合三极管采用了多管并联技术，使容量得到扩展，串接于低端的设计大大降低了对管子的耐压要求。

后级高压调制器是由单相隔离变压器4、调制器5、高压调制器6组成，图3是调制器电路连接示意图。调制器5选用金属陶瓷四极管作为调整管，控制推动部分采用晶体管电路。并且，控制部分悬浮在高压电位上，与220V单相交流供电之间由单相隔离变压器4进行隔离，隔离电压大于50kV。根据双高压工作方式回旋管的特性，对阳极高压脉冲波形进行特殊处理。在电路中增加一级缓冲开关，在保证不影响关断时间(＜20uS)的前提下，使高压脉冲前沿12由原来的10uS变为现在的10uS-1mS内任意可调，其结果是在系统调试和使用中，使电子回旋共振加热系统的工作稳定性得到大大提高。

数据采集采用分压器和传感器对电源电压、电流进行取样，经隔离后送到计算机采集系统用于电源参数测量和分析，同时，采集的信号还送入保护系统，当电压或电流超过保护设定值时，电源将快速保护。

回旋管阳极工作电压小于30kV，正常工作电流为几十毫安，工作方式为准脉冲(T≤1S)。对于这样的小电流测量，通常采用的方法是：在地回路中串接一小欧姆电阻进行采样，这种方法使用在电子回旋共振加热系统中非常不安全，采用霍尔传感器则比较安全。但是，目前常规快响应霍尔传感器对于小电流的测量比较难，不易作成穿孔式，难以满足高电压隔离的需要。对此，用外径为1.5mm的聚四氟乙烯铜芯线14和常规快响应霍尔传感器13按图5的方法进行加工，可得到满足高电压隔离需要的高隔离度快响应小电流测量传感器。传感器线圈的匝数可根据系统需要经计算后确定。经这样制成的小电流传感器，既能承受高压、大电流所带来的冲击和瞬时温升，同时，利用其磁饱和性，很大程度上减小了这种冲击对系统易造成的破坏，在指标上也完全满足使用要求。

采用嵌入式芯片技术通过光纤隔离和远程计算机相连，可将多台电源进行联网，数据通过光纤进行传送，可安全、方便的修改各电源参数，相互间也互不影响，操作和监控更加简单灵活。整个电源系统在各部分设置的多种保护措施，使系统的运行安全性得到了进一步保障。当系统出现过压、过流、打火、短路等异常现象时，调制器会快速关断，并且，保护系统通过逻辑电路和软件程序及时封锁触发脉冲，对系统各部分进行保护。

本发明针对电子回旋共振加热系统双高压回旋管工作要求，研制一种适合回旋管工作状态的阳极电源系统。电源系统前级直流高压采用三相交流供电，通过三相隔离变压器1使电源低压端与市电隔离，既防止电网对电源的干扰，同时也使电源在受到强冲击时不会对系统其他设备造成损害。高压部分由升压变压器输出后整流滤波，再经调整管稳压，并由高压调制器输出具有可调缓冲前沿和快速关断特性的高压脉冲波形。高压调制器6的控制部分采用单相交流电，通过高等级高压隔离变压器隔离，在陶瓷四极管控制栅产生一波形可调的控制脉冲，使输出得到回旋管所需的阳极高压脉冲。整个系统的控制和信号传送均采用光纤连接，通过嵌入式芯片技术和远程计算机控制相结合，使多台电源实现联网。采用自制的高隔离度快响应小电流传感器对输出电流进行检测，真实而安全的信号一方面送入数据采集系统作为显示和参数分析，同时，将此信号实时送到综合保护器，如信号异常，则及时快速对系统进行保护。

使用本发明所述的电子回旋管阳极电源系统，在电子回旋共振加热系统中，通过远程计算机对回旋管阳极电源进行操控，给回旋管阳极施加所需的直流高压脉冲，从而得到稳定、足够大功率的电子回旋共振波对托卡马克装置中等离子体进行加热。

本发明可作为高压电源使用。

Claims (3)

1.一种电子回旋管阳极高压电源，它包括直流高压电源，与直流高压电源连接的高压调制器，远程监控计算机和数据采集装置，测量保护装置，其特征在于：三相隔离变压器(1)与直流高压电源(3)和单片机(2)连接，单片机(2)与直流高压电源(3)连接，直流高压电源(3)与高压调制器(6)连接，高压调制器(6)分别与调制器(5)、数据采集装置(7)和负载(8)连接，调制器(5)与单相隔离变压器(4)连接，调制器(5)和单片机(2)还与光纤转换信号(11)连接，光纤转换信号(11)分别与计算机(10)和测量装置(9)连接，测量装置(9)与计算机(10)连接。

2.如权利要求1所述的一种电子回旋管阳极高压电源，其特征在于：所说的测量装置(9)为一侧绕有铜芯线(14)的霍尔传感器(13)。

3.如权利要求1所述的一种电子回旋管阳极高压电源，其特征在于：所说的高压调制器中的调整管为金属陶瓷四极管。

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