CN202334366U - 一种大电流脉冲电源装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种大电流脉冲电源装置，包括闸流管、与直流充电电源相串联的充电电阻和与充电电阻另一端相连接的脉冲电容器，闸流管的一端接充电电阻与脉冲电容器的公共端；脉冲电容器与闸流管之间还连接有阻尼电阻、饱和电抗器和平衡变压器；平衡变压器的第一绕组一端与闸流管的另一端相连接，第一绕组另一端与第一冲击磁铁负载相连接；平衡变压器的第二绕组一端与饱和电抗器的一端相连接，第二绕组另一端与第二冲击磁铁负载相连接；闸流管与第一绕组的公共端、第一冲击磁铁负载的另一端和第二冲击磁铁负载的另一端均接地。本实用新型可以给出大电流脉冲，降低了系统的工作电压，提高了系统的可靠性和可维护性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种脉冲电源，具体涉及一种大电流脉冲电源装置。
背景技术
脉冲源是将直流电转换成输出脉冲型式的电源，广泛应用于电子技术领域，例如脉冲发射机调制器、电子对撞机的冲击磁铁电源等。
北京正负电子对撞机重大改造工程的冲击磁铁电源仍然延用比较成熟的基于重氢闸流管开关的LC谐振放电方案。但与原有系统设备不同的是这次改造采用一种新型的具有低束流阻抗的冲击磁铁(Slotted pipekiker，它是产生高电压、大电流、快脉冲磁场的装置)，这种冲击磁铁对脉冲电源提出了更高的技术要求，例如要求脉冲源必须为一个双极性脉冲电源，不平衡度必须控制在一定范围内。高压电源达30kV，重复频率提高到50Hz，要求产生幅度大于2.1kA、底宽小于600ns的半正弦波脉冲电流，波形光滑一致以及设备年故障时间小于20小时等。现有的脉冲电源装置很难满足各项基本指标，且系统的可靠性和可维护性低。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型目的是提供一种可以满足各项基本设计指标的大电流脉冲电源装置，提高了系统的可靠性和可维护性。
为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：
本实用新型包括闸流管、与直流充电电源相串联的充电电阻和与充电电阻另一端相连接的脉冲电容器，闸流管的一端接充电电阻与脉冲电容器的公共端；脉冲电容器与闸流管之间还连接有阻尼电阻、饱和电抗器和平衡变压器；平衡变压器的第一绕组一端与闸流管的另一端相连接，第一绕组另一端与第一冲击磁铁负载相连接；平衡变压器的第二绕组一端与饱和电抗器的一端相连接，第二绕组另一端与第二冲击磁铁负载相连接；闸流管与第一绕组的公共端、第一冲击磁铁负载的另一端和第二冲击磁铁负载的另一端均接地。
上述闸流管、脉冲电容器、阻尼电阻和饱和电抗器同轴连接。
上述平衡变压器采用的是平行导体结构平衡变压器。
本实用新型引入阻尼电阻和饱和电抗器，可以有效地避免闸流管频繁地发生逆弧现象，不但提高了设备的可靠性，而且延长了闸流管的使用寿命；采用同轴设计有效地降低了寄生电感；引入平衡变压器避免了采用脉冲电源悬浮工作(即闸流管阴极悬浮)方案所要解决的技术难题，有效地控制了两个冲击磁铁负载的励磁电流不平衡度；本实用新型降低了系统的工作电压，提高了系统的可靠性和可维护性。
附图说明
图1为本实用新型的电气原理图；
图2为本实用新型的结构示意图。
图中各标号：闸流管1，脉冲电容器2，阻尼电阻3，饱和电抗器4，平衡变压器5，充电电阻6，第一冲击磁铁负载7-1，第二冲击磁铁负载7-2。
具体实施方式
为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。
参见图1，本实用新型包括闸流管1、与直流充电电源(图中未画出)相串联的充电电阻6和与充电电阻6右端相连接的脉冲电容器2。
闸流管1的上端接充电电阻6与脉冲电容器2的公共端。
在脉冲电容器2与闸流管1之间还连接有阻尼电阻3、饱和电抗器4和平衡变压器5。阻尼电阻3和饱和电抗器4的引入可以有效地避免闸流管1频繁地发生逆弧现象，不但提高了设备的可靠性，而且延长了闸流管1的使用寿命。
平衡变压器5的第一绕组上端与闸流管1的下端相连接，第一绕组下端与第一冲击磁铁负载7-1的右端相连接；平衡变压器5的第二绕组上端与饱和电抗器4的右端相连接，第二绕组下端与第二冲击磁铁负载7-2的右端相连接。
闸流管1与第一绕组的公共端、第一冲击磁铁负载7-1左端和第二冲击磁铁负载7-2左端均接地。平衡变压器5的引入，使闸流管1的阴极接地，而不是悬浮在高电位上工作，并有效的控制第一冲击磁铁7-1和第二冲击磁铁7-2的励磁电流不平衡度。
参见图2，闸流管1、脉冲电容器2、阻尼电阻3和饱和电抗器4同轴连接，有效地降低了寄生电感。
封闭的同轴腔不利于散热，因此在闸流管1、脉冲电容器2以及饱和电抗器4的同轴腔壁轴向上开有均匀分布的长孔(图中未标出)，阻尼电阻3更是做成同轴的鼠笼结构，以利于通风散热。
同轴结构内外导体的绝缘支撑及导电件的连接装配在结构设计上既要保证一定的绝缘强度，同时考虑到体击穿和延面击穿，并留出一定的裕量，又要保证足够的机械强度和通风散热的间隙以及拆装维护的方便。为了方便现场拆装闸流管1或脉冲电容器2，这两个部件的同轴腔体被轴向剖成两半。
除了要保证足够的绝缘距离外，还要注意脉冲放电回路各部件的电场分布情况，在结构和布局上改善电场分布，避免局部场强过高而引起击穿、微放电和电晕现象。在研制过程中做了一些这方面的设计考虑和改进：1、高压馈线连接处采用防晕球和防晕罩；2、有棱角的地方都倒成圆角；3、将电流互感器的安装位置由处于高电位的内导体(饱和电抗器4与平衡变压器5的电流板之间过渡部分)移到处于低电位的外导体上(阻尼电阻3的导流杆)。
本实用新型充分考虑到与冲击磁铁负载的连接、电磁兼容等实际问题。整个脉冲源屏蔽机柜直接安装在冲击磁铁负载的上方，之间通过平行结构的铜皮连接，并罩上一个截止波导。为了控制温升，闸流管1、脉冲电容器2、阻尼电阻3均配有冷却风扇进行风冷，高压屏蔽室顶部还装有两个大排风扇，确保设备长期稳定可靠工作。
本实用新型的工作过程如下：
直流充电电源通过充电电阻6给一个20nF的脉冲电容器2充电，充电完毕，闸流管1(thyratron)开关受触发导通，回路发生LCR欠阻尼串联谐振放电，谐振电容C≈20nF，谐振电感L≈1.8μH(包括冲击磁铁负载LM和回路的寄生电感)，阻尼电阻R＝4.5Ω，闸流管1在谐振的负半周反向关断，产生幅度大于2.1kA的半正弦电流脉冲。在阻尼电阻3的作用下，闸流管1开关后，阳极承受的反向电压幅度被限制在10～15kV；饱和电抗器4在闸流管1电流过零关断时呈现很大的电感，开始承受回路中绝大部分的反压，直到饱和电抗器4磁芯被推向负向饱和，从而避免闸流管1关断后过早的承受较大的反压；阻尼电阻3和饱和电抗器4的引入可以有效的避免闸流管1频繁的发生逆弧现象，不但提高了设备的可靠性而且延长了闸流管1的使用寿命。平衡变压器5(balun)是一个1∶1的脉冲变压器，引入平衡变压器5是使闸流管1阴极能接地，并将流过第一冲击磁铁负载7-1和第二冲击磁铁负载7-2的不平衡电流控制在允许的范围内，为满足平衡变压器5平衡度的要求，必须减小漏感来提高耦合系数，同时降低漏感还有利于降低整个脉冲电源的工作电压。为了把漏感降低到微亨的量级，平衡变压器5只采用一匝(1∶1变比)线圈，即在满足耐压的前提下，将平行导体结构平衡变压器的第一绕组和第二绕组导体简化成两个平行的宽铜板。这种结构简单紧凑，也降低了加工难度。本实用新型控制第一冲击磁铁负载7-1和第二冲击磁铁负载7-2的励磁电流不平衡度＜1％。
本实用新型完全达到设计指标；表1是脉冲源主要技术指标的测试结果，表2给出了脉冲源同轴结构寄生电感的测试结果。
测试时间2005年9月30日
表1脉冲源技术指标测试结果
测试时间2004年11月20日
表2脉冲源同轴结构寄生电感测试结果
| 脉冲放电回路各结构部件 | 寄生电感(nH) |
| 闸流管1 | 104 |
| 脉冲电容器2 | 141 |
| 阻尼电阻3 | 114 |
| 饱和电抗器4 | 46 |
| 平衡变压器5 | 67 |
| 各部件寄生电感之和 | 472 |
| 脉冲源结构件总电感测量结果 | 454 |
本实用新型在满足各项基本技术指标的基础上，有效地降低了系统的工作电压，提高了系统可靠性和可维护性。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.一种大电流脉冲电源装置，其特征在于，包括闸流管(1)、与直流充电电源相串联的充电电阻(6)和与充电电阻(6)另一端相连接的脉冲电容器(2)，
所述闸流管(1)的一端接充电电阻(6)与脉冲电容器(2)的公共端；
所述脉冲电容器(2)与闸流管(1)之间还连接有阻尼电阻(3)、饱和电抗器(4)和平衡变压器(5)；
所述平衡变压器(5)的第一绕组一端与闸流管(1)的另一端相连接，第一绕组另一端与第一冲击磁铁负载(7-1)相连接；
所述平衡变压器(5)的第二绕组一端与饱和电抗器(4)的一端相连接，第二绕组另一端与第二冲击磁铁负载(7-2)相连接；
所述闸流管(1)与第一绕组的公共端、第一冲击磁铁负载(7-1)的另一端和第二冲击磁铁负载(7-2)的另一端均接地。
2.根据权利要求1所述的大电流脉冲电源装置，其特征在于，所述闸流管(1)、脉冲电容器(2)、阻尼电阻(3)和饱和电抗器(4)同轴连接。
3.根据权利要求1或2所述的大电流脉冲电源装置，其特征在于，所述平衡变压器(5)采用的是平行导体结构平衡变压器。
Priority Applications (1)
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| CN2011204076213U CN202334366U (zh) | 2011-10-24 | 2011-10-24 | 一种大电流脉冲电源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| CN202334366U true CN202334366U (zh) | 2012-07-11 |
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ID=46446330
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| CN2011204076213U Expired - Lifetime CN202334366U (zh) | 2011-10-24 | 2011-10-24 | 一种大电流脉冲电源装置 |
Country Status (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110401373A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-11-01 | 中国科学院上海高等研究院 | 一种冲击磁铁的脉冲电源 |
| CN111921097A (zh) * | 2020-07-15 | 2020-11-13 | 华中科技大学 | 一种踢轨磁铁的脉冲电源 |
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2011
- 2011-10-24 CN CN2011204076213U patent/CN202334366U/zh not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN110401373B (zh) * | 2019-07-04 | 2024-03-08 | 中国科学院上海高等研究院 | 一种冲击磁铁的脉冲电源 |
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