CN103730887A - 一种吸收分布电容释放能量的缓冲器 - Google Patents

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蒋才超
刘胜
胡纯栋
胡兵
刘智民
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Abstract

本发明公开了一种吸收分布电容释放能量的缓冲器，包括有多个并列放置的镍铁铁芯，在相邻的两个镍铁铁芯的之间设有绝缘垫片，在多个镍铁铁芯的四周分别开有多个相对应的通孔，在相对应的通孔内设有连接杆，在连接杆的两端分别连接有法兰，通过法兰和连接杆将多个镍铁铁芯和绝缘垫片紧密连接组合成缓冲器核芯，在缓冲器核芯的外部套有圆柱套筒，在两个法兰与圆柱套筒的两端的接触面上开有环形槽，在环形槽内设有缓冲垫片，在圆柱套筒外绕有铜线圈并包裹有绝缘层。本发明外套在强流离子源供电电缆外部，其不影响供电电源的正常工作，只在离子源打火故障时起作用，限制打火电流同时吸收分布电容所释放的能量，从而保护离子源和其他设备的安全。

Description

一种吸收分布电容释放能量的缓冲器
技术领域
    本发明涉及一种吸收分布电容释放能量的缓冲器。
背景技术
由于大功率强流粒子束系统的离子源运行在强电场条件下的等离子体负载状态，这使得高压击穿现象时有发生，如果没有保护措施，高压传输线上各种分布电容的能量将进入离子源电极上，研究表明，如果负载故障时吸收的能量大于几个焦耳(约>5J)，离子源将受到严重损坏，其代价是很昂贵的。为了防止离子源在打火时受到损坏，必须在电路中设计有缓冲器保护单元，以起到限制故障电流，同时吸收分布电容所释放能量的作用。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种吸收分布电容释放能量的缓冲器，适用于大功率强流粒子束系统中电力供应部分的分布电容释放能量的吸收，从而保护离子源和其它系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种吸收分布电容释放能量的缓冲器，包括有多个并列放置的镍铁铁芯，在相邻的两个镍铁铁芯的之间设有绝缘垫片，在多个镍铁铁芯的四周分别开有多个相对应的通孔，在相对应的通孔内设有连接杆，在连接杆的两端分别连接有法兰，通过法兰和连接杆将多个镍铁铁芯和绝缘垫片紧密连接组合成缓冲器核芯，在缓冲器核芯的外部套有圆柱套筒，在两个法兰与圆柱套筒的两端的接触面上开有环形槽，在环形槽内设有缓冲垫片，在圆柱套筒外侧缠绕有漆包铜线圈，在铜线圈外包裹有绝缘层。
在所述的两个法兰上均设有支撑耳和支撑底座。
镍铁铁芯是整个缓冲器的核心部件，其功能是由多个紧密组合在一起形成SNUBBER工作时的等效电感和电阻消弱离子源打火击穿时的电流，吸收大部分能量，因此该材料需要选择饱和磁通密度大的材料；因为每一个铁芯线圈所感应的电压不一样，因此需要在相连的两个镍铁铁芯之间加一个绝缘垫片，其有两个作用，一是将各个镍铁铁芯线圈相互绝缘隔离，使其避免在电位过高时避免击穿，破坏线圈的绝缘层；二是将镍铁铁芯固定在绝缘垫片内，使得整个缓冲器的镍铁铁芯成为一个整体，确保其强度；缓冲器需要将绝缘垫片套镍铁铁芯紧密连接在一起，因此在绝缘垫片的四周对称开有多个通孔，所有绝缘垫片的通孔都对称在一个轴心上，用于插入连接杆来将其紧密组合在一起；通过端头法兰和连接杆将所有的镍铁铁芯和绝缘垫片紧密组合在一起构成缓冲器的核芯，外部设计一圆柱套筒来将其固定；在缓冲器的圆柱套筒外缠有特制的漆包铜线圈，其功能是为缓冲器内部的镍铁铁芯提供偏置电流，防止发生磁饱和；为了避免刚性连接，在端头法兰的外端开槽与圆柱套筒连接内部设计一缓冲垫片来实现连接；为了便于缓冲器吊装和支撑，在其两端头法兰上设计有支撑耳和支撑底座。
本发明的优点是：本发明是一种内部为空心结构，外套在强流离子源供电电缆外部，其不影响供电电源的正常工作，只在离子源打火故障时起作用，限制打火电流同时吸收分布电容所释放的能量，从而保护离子源和其他设备的安全；只在负载短路时起作用，它不影响大功率强流离子源束系统电源的正常运行；缓冲器抑制了离子源在最高输出电压80kVDC时的短路电流峰值小于800A，吸收了离子源故障打火时分布电容所释放的大部分能量，使得在离子源电极端释放的能量小于5焦耳；也可以应用于其他需要抑制短路电流和吸收分布电容释放能量的相关电力供电场合。
附图说明
    图1为本发明的结构图。
具体实施方式
如图1所示，一种吸收分布电容释放能量的缓冲器，包括有多个并列放置的镍铁铁芯1，在相邻的两个镍铁铁芯1的之间设有绝缘垫片2，在多个镍铁铁芯1的四周分别开有多个相对应的通孔，在相对应的通孔内设有连接杆3，在连接杆3的两端分别连接有法兰9，通过法兰9和连接杆3将多个镍铁铁芯1和绝缘垫片2紧密连接组合成缓冲器核芯，在缓冲器核芯的外部套有圆柱套筒4，在两个法兰9与圆柱套筒4的两端的接触面上开有环形槽，在环形槽内设有缓冲垫片6，在圆柱套筒4外侧缠绕有漆包铜线圈5，在漆包铜线圈5外包有绝缘层10。
在所述的两个法兰9上均设有支撑耳7和支撑底座8。
本发明是一种利用铁磁材料涡流损耗和磁滞损耗消耗故障能量的方法，通过将镍铁铁芯套在通向离子源的电流导线上实现的。缓冲器的铁芯可以等效成电感和电阻的并联，当发生打火故障时，短路电流被铁芯等效的大电感限制，放电能量就转移到损耗电阻上消耗掉，而一定体积的铁芯能产生的铁芯损耗是有限的，为了避免根据电源参数设计出的缓冲器体积过大，缓冲器设置反向偏置电路以获得反向磁通初始值，以防止磁饱和，偏置到负饱和位置也可使非故障时的铁芯电感很小，不影响电路正常运行。铁芯缓冲器的材料和尺寸都必须合理选择，使故障电流限制在合理的范围并能迅速衰减，从而保护离子源。

Claims (2)

1.一种吸收分布电容释放能量的缓冲器，其特征在于：包括有多个并列放置的镍铁铁芯，在相邻的两个镍铁铁芯的之间设有绝缘垫片，在多个镍铁铁芯的四周分别开有多个相对应的通孔，在相对应的通孔内设有连接杆，在连接杆的两端分别连接有法兰，通过法兰和连接杆将多个镍铁铁芯和绝缘垫片紧密连接组合成缓冲器核芯，在缓冲器核芯的外部套有圆柱套筒，在两个法兰与圆柱套筒的两端的接触面上开有环形槽，在环形槽内设有缓冲垫片，在圆柱套筒外侧缠绕有漆包铜线圈，在铜线圈外包裹有绝缘层。
2.根据权利要求1所述的一种吸收分布电容释放能量的缓冲器，其特征在于：在所述的两个法兰上均设有支撑耳和支撑底座。
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US4272750A (en) * 1978-08-24 1981-06-09 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Power breaker apparatus
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Title
谢飞等: "分布式直流高压缓冲器的研制", 《北京理工大学学报》 *
赵少华: "转管机枪缓冲器优化设计", 《中北大学学位论文》, 15 May 2011 (2011-05-15) *

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