專利名稱：一種硅整流堆反向特性測試裝置及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅整流堆性能測試裝置及其操作方法，具體來說，涉及一種硅整
流堆反向特性測試裝置及其操作方法。
背景技術(shù)：
硅堆是加速器的關(guān)鍵部件之一。它由整流芯子和帶保護(hù)球隙的金屬屏蔽盒組成， 每個(gè)硅堆的平均輸出電壓為50KV。整流芯子由數(shù)百只硅二極管串聯(lián)而成，其電路設(shè)計(jì)采取 了均壓和限流措施。例如，地那米加速器利用多級串聯(lián)整流系統(tǒng)把高頻交流功率變換為高 壓直流功率。具體為高頻變壓器把高頻電壓加到兩塊直立的射頻電極之間，通過射頻電極 與整流柱的半環(huán)形電暈環(huán)之間的分布電容把高頻電壓耦合到電暈環(huán)上，硅堆就接在相對的 電暈環(huán)之間，從高壓電極到地形成一個(gè)串聯(lián)的整流電路。每個(gè)硅堆把相對的電暈環(huán)間耦合 得到的高頻電壓整流成直流高壓，這些直流高壓串聯(lián)迭加，就得到地那米加速器的直流高 壓。因?yàn)槊總€(gè)硅堆的平均輸出電壓為E0二50KV，而它的極性與二級管極性相反，因而，每個(gè) 硅堆承受的反向電壓平均為VG = 2E0 ;但實(shí)際上由于硅堆在整流柱中所處電位不同。各個(gè) 硅堆實(shí)際承受的反向電壓是不相等的。處于最高電位的硅堆，所承受的反向電壓最高，約是 平均值的1.4倍。為了保證硅堆在加速器中正常運(yùn)用，需要對其反向特性在正式使用前進(jìn) 行測試。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種硅整流堆反向特性測試裝置及其操作方法，以測試硅整
流堆的反向耐壓性能是否能夠滿足應(yīng)用要求。 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 —種硅整流堆反向特性測試裝置，其特征在于，包括工頻試驗(yàn)變壓器、高壓引線 球、絕緣柱、銅柱、密封容器、硅堆陽極端、硅堆陰極定位板、電阻電容組件、導(dǎo)體絕緣密封 套、導(dǎo)體棒、毫安表、絕緣套、定位板彈簧機(jī)構(gòu)、導(dǎo)氣系統(tǒng)、氣體壓力表、機(jī)架、抽真空裝置、四 通管、導(dǎo)線和螺栓； 所述的工頻試驗(yàn)變壓器、密封容器、毫安表、導(dǎo)氣系統(tǒng)、氣體壓力表、抽真空裝置位 于所述的機(jī)架上； 所述的絕緣柱、銅柱、硅堆陽極端、硅堆陰極定位板、電阻電容組件、導(dǎo)體絕緣密封 套、導(dǎo)體棒、絕緣套和定位板彈簧機(jī)構(gòu)位于所述的密封容器中；所述的絕緣柱呈柱狀體，中 間空心，其密封固定連接在所述的密封容器頂端；所述的銅柱固定于絕緣柱中空部位，其兩 端伸出絕緣柱。所述的銅柱底端與所述的硅堆陽極端固定連接；所述的硅堆陰極定位板上 有凸臺，其通過所述的絕緣套與固定在所述的密封容器底端的定位板彈簧機(jī)構(gòu)連接；所述 的導(dǎo)體絕緣密封套固定連接在密封容器底端；所述的導(dǎo)體棒套裝在導(dǎo)體絕緣密封套中，并 且其兩端伸出導(dǎo)體絕緣密封套；所述的硅堆陰極定位板和導(dǎo)體棒連接有電阻電容組件，該 電阻和電容通過導(dǎo)線并聯(lián)；
所述的高壓引線球是個(gè)金屬球，兩端有沉孔，其頂端沉孔連接到所述的工頻試驗(yàn)
變壓器正極，底端沉孔連接到銅柱頂端； 所述的毫安表與所述的導(dǎo)體棒下端連接； 所述的密封容器的底部連接一個(gè)四通管，分別連接所述的導(dǎo)氣系統(tǒng)、所述的氣體
壓力表和所述的抽真空裝置；其中，該導(dǎo)氣系統(tǒng)中的氣體為絕緣氣體。 —種操作上述的硅整流堆反向特性測試裝置的方法，包括以下步驟 1):連接測試裝置； 2):安裝硅堆； 3):在密封容器中充入絕緣氣體； 4):連通電路，觀察電流變化，并計(jì)算硅堆的反壓； 5):試驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉工頻試驗(yàn)變壓器的電源開關(guān)；打開抽真空裝置的閥門，當(dāng)氣體 壓力表達(dá)到試驗(yàn)規(guī)定的壓力數(shù)值時(shí)，關(guān)閉抽真空裝置的閥門，隨后拆除密封容器，取出硅 堆。 采用上述技術(shù)方案，通過工頻試驗(yàn)變壓器、高壓引線球、絕緣柱、銅柱、密封容器、 硅堆陽極端、硅堆陰極定位板、電阻電容組件、導(dǎo)體絕緣密封套、導(dǎo)體棒、毫安表、絕緣套、定 位板彈簧機(jī)構(gòu)、導(dǎo)氣系統(tǒng)、氣體壓力表、機(jī)架、抽真空裝置、四通管、導(dǎo)線和螺栓的組裝，連通 電路，可以檢測出硅堆的反向耐壓性能，進(jìn)而判斷出這種硅堆是否可以應(yīng)用到加速器中。


圖1是本發(fā)明的一種硅整流堆反向特性測試裝置的縱向剖視圖。
圖2是本發(fā)明的一種硅整流堆反向特性測試裝置的工作原理圖。 圖中，1、工頻試驗(yàn)變壓器；2、高壓引線球；3勻場墊圈；4、絕緣柱；5、銅柱；6、密封 容器；7、硅堆陽極端；8、硅堆；9、硅堆陰極定位板；10、電阻電容組件；11、導(dǎo)體絕緣密封套； 12、導(dǎo)體棒；13、毫安表；14、觀察窗；15、絕緣套；16、定位板彈簧機(jī)構(gòu)；17、導(dǎo)氣系統(tǒng)；18、氣 體壓力表；19、機(jī)架；20、抽真空裝置。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的一種硅整流堆反向特性測試裝置，包括工頻試驗(yàn)變壓器1、 高壓引線球2、絕緣柱4、銅柱5、密封容器6、硅堆陽極端7、硅堆陰極定位板9、電阻電容組 件10、導(dǎo)體絕緣密封套11、導(dǎo)體棒12、毫安表13、絕緣套15、定位板彈簧機(jī)構(gòu)16、導(dǎo)氣系統(tǒng) 17、氣體壓力表18、機(jī)架19、抽真空裝置20、四通管、導(dǎo)線和螺栓。 工頻試驗(yàn)變壓器1、密封容器6、毫安表13、導(dǎo)氣系統(tǒng)17、氣體壓力表18、抽真空裝 置20位于機(jī)架19上。 絕緣柱4、銅柱5、硅堆陽極端7、硅堆陰極定位板9、電阻電容組件10、導(dǎo)體絕緣密 封套11、導(dǎo)體棒12、絕緣套15、定位板彈簧機(jī)構(gòu)16位于密封容器6中。其中，絕緣柱4呈柱 狀體，中間空心。絕緣柱4密封固定連接在密封容器6頂端，并且一端在密封容器6夕卜，另 一端在密封容器6內(nèi)。銅柱5固定于絕緣柱4中空部位，其兩端伸出絕緣柱4。銅柱5底 端與硅堆陽極端7通過螺栓固定連接。硅堆陰極定位板9上有凸臺，其通過絕緣套15與固 定在密封容器6底端的定位板彈簧機(jī)構(gòu)16固定連接。導(dǎo)體絕緣密封套11密封固定連接在密封容器6底端，并且一端在密封容器6夕卜，另一端在密封容器6內(nèi)。導(dǎo)體棒12密封套裝 在導(dǎo)體絕緣密封套11中，并且其兩端伸出導(dǎo)體絕緣密封套11。硅堆陰極定位板9和導(dǎo)體 棒12之間有電阻電容組件IO，其中電阻和電容通過導(dǎo)線并聯(lián)，兩端連接在硅堆陰極定位板 9和導(dǎo)體棒12上。 高壓引線球2是個(gè)金屬球，位于密封容器6外部。高壓引線球2頂端和底端開有 沉孔，其頂端沉孔連接到工頻試驗(yàn)變壓器1正極，底端沉孔連接到銅柱5頂端。工頻試驗(yàn)變 壓器1負(fù)極接地。 機(jī)架19上的毫安表13與導(dǎo)體棒12下端連接。毫安表13另一端接地。密封容器 6的底部有一孔，連接一個(gè)四通管道，分別連接導(dǎo)氣系統(tǒng)17、氣體壓力表18和抽真空裝置 20。 試驗(yàn)中，工頻試驗(yàn)變壓器采用極限電壓是50kV，極限功率500VA，高壓引線頭的極 限電壓是50kV為佳。 為增加爬電距離和均勻電場的作用，絕緣柱4軸向截面外形呈波浪形。 為了均勻電場，可以在高壓引線球2和絕緣柱4之間，以及絕緣柱4和硅堆陽極端
7之間各添加一個(gè)勻場墊圈3。 為了觀測硅堆8在通電后的狀態(tài)，可以在密封容器6的壁面上設(shè)置觀察窗14。 導(dǎo)氣系統(tǒng)17中的氣體為絕緣氣體，以六氟化硫氣體為佳。 使用上述測試裝置時(shí)，包括以下步驟 第一步連接好測試裝置，具體包括 1. 1 :將定位板彈簧機(jī)構(gòu)16連接在密封容器6底端； 1. 2 :通過螺栓將絕緣套15 —端固定在定位板彈簧機(jī)構(gòu)16上，另一端固定在硅堆 陰極定位板9底端； 1. 3 :將套有導(dǎo)體棒12的導(dǎo)體絕緣密封套11密封安裝在密封容器6底端上，并且 其一端在密封容器6中，另一端在密封容器6外； 1. 4 :將電阻電容組件10通過導(dǎo)線連接到硅堆陰極定位板9和導(dǎo)體棒12之間；
1. 5 :通過導(dǎo)線，毫安表13連接在導(dǎo)體棒12底端，毫安表13另一端接地；
1.6 :在密封容器6的底端連接一個(gè)四通管，其一端連接氣體壓力表18，一端連接 導(dǎo)氣系統(tǒng)17，一端連接抽真空裝置20 ; 1. 7 :用密封墊圈密封固定連接絕緣柱4和銅柱5 ;并將其整體固定密封連接在密 封容器6的頂端； 1. 8 :在銅柱5兩端安裝勻場墊圈3，并通過螺栓將其底端固定連接硅堆陽極端7 ;
以上1. 1至1. 8步驟的順序可以隨意調(diào)整，只要能夠連接測試裝置即可。
第二步安裝硅堆，連通電路，具體包括 2. 1 :將硅堆8放在硅堆陰極定位板9頂端，并使硅堆8底端的凹口與硅堆陰極定
位板9上的凸臺相對應(yīng)； 2. 2 :將硅堆陽極端7壓在硅堆8的頂面； 2. 3 :通過螺栓密封連接密封容器6的頂蓋，以保證密封容器6內(nèi)能承受試驗(yàn)規(guī)定 的氣體壓力。通過定位板彈簧機(jī)構(gòu)16的調(diào)節(jié)，可以使硅堆8與硅堆陽極端7、硅堆陰極定位 板9之間連接可靠。
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2. 4 :安裝高壓引線球2，將高壓引線球2的底端沉孔插入銅柱5頂端中，并將高壓 引線球2的頂端通過導(dǎo)線連接在工頻變壓器1的正極。
第三步在密封容器6中充入絕緣氣體，具體包括 3. 1 ;打開抽真空裝置20閥門，并使導(dǎo)氣系統(tǒng)17閥門保持關(guān)閉狀態(tài)。觀察氣體壓
力表18的變化，當(dāng)其達(dá)到試驗(yàn)規(guī)定壓力數(shù)值時(shí)，關(guān)閉抽真空裝置20閥門。為了保證真空狀
態(tài)，當(dāng)密封容器6中的壓力為負(fù)值時(shí)，例如負(fù)O. 1Mpa，才關(guān)閉抽真空裝置20閥門。 3. 2 :打開導(dǎo)氣系統(tǒng)17閥門，并使抽真空裝置20閥門保持關(guān)閉狀態(tài)。觀察氣體壓
力表18的變化，當(dāng)其達(dá)到試驗(yàn)規(guī)定壓力數(shù)值時(shí)，關(guān)閉導(dǎo)氣系統(tǒng)17閥門。 第四步連通電源，觀察電流變化，并計(jì)算硅堆反壓。逐漸升高輸入的交流電壓，觀
察毫安表13，電流應(yīng)該逐漸同步上升。如果硅整流器工作正常，在負(fù)載上將建立直流高壓，
并能測量到正常的穩(wěn)定的負(fù)載電流。如果硅整流器不正常，負(fù)載毫安表13的指針跳動或晃
動，同時(shí)還可能在觀察窗14里看到球隙打火亮光。 硅整流器的反壓可以由輸入的交流電壓按電容負(fù)載半波整流電路的公式算出。 = 2加0 其中UK :被測元件硅整流器上所承受最大反向電壓； U。工頻試驗(yàn)變壓器輸出的電壓有效值。
第五步實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉電源，抽回絕緣氣體，拆除裝置。
當(dāng)試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，關(guān)閉工頻試驗(yàn)變壓器1的電源開關(guān)。打開抽真空裝置20的閥門， 并使導(dǎo)氣系統(tǒng)17閥門保持關(guān)閉狀態(tài)。觀察氣體壓力表18的變化，當(dāng)其達(dá)到試驗(yàn)規(guī)定的壓 力數(shù)值時(shí)，可以關(guān)閉抽真空裝置20的閥門。隨后可以拆除密封容器6，取出硅堆8。
在第五步中，為了保證絕緣氣體被全部抽回，當(dāng)氣體壓力表18中的壓力為負(fù)值 時(shí)，例如負(fù)0. 1Mpa，才關(guān)閉抽真空裝置20的閥門。 連通電路后，電流從工頻試驗(yàn)變壓器1流出，依次經(jīng)過高壓引線球2，銅柱5，硅堆 陽極端7，硅堆8，硅堆陰極定位板9，電阻電容組件IO，導(dǎo)體棒12，毫安表13。
該測試裝置的工作原理這是一個(gè)單相半波整流電路，交流高壓通過被測的硅整 流器整流，以高電阻和電容的并聯(lián)組件為負(fù)載，電容與電阻值的選取，應(yīng)保證負(fù)載是電容性 的。逐漸升高輸入的交流電壓，觀察負(fù)載毫安表13，電流應(yīng)該逐漸同步上升。如果硅整流器 工作正常，在負(fù)載上將建立直流高壓，并能測量到正常的穩(wěn)定的負(fù)載電流。如果硅整流器不 正常，負(fù)載毫安表13的指針會跳動或晃動，同時(shí)還可能在觀察窗14里看到球隙打火亮光。
本發(fā)明實(shí)施例中可以應(yīng)用的零部件不限于上文中所提及具體零部件，只要能夠?qū)?現(xiàn)此種功能的零部件皆可替代，例如，硅是半導(dǎo)體材料，那么其他半導(dǎo)體材料的整流堆反向 特性測試裝置也可以采用上文中的方案；連接銅柱起到導(dǎo)體的作用，只要能夠?qū)崿F(xiàn)導(dǎo)電功 能的金屬柱體皆可替代；螺栓起到固定連接兩個(gè)零件的作用，只要能起到固定連接作用的 零件，都可以替代螺栓。
權(quán)利要求
一種硅整流堆反向特性測試裝置，其特征在于，包括工頻試驗(yàn)變壓器(1)、高壓引線球(2)、絕緣柱(4)、銅柱(5)、密封容器(6)、硅堆陽極端(7)、硅堆陰極定位板(9)、電阻電容組件(10)、導(dǎo)體絕緣密封套(11)、導(dǎo)體棒(12)、毫安表(13)、絕緣套(15)、定位板彈簧機(jī)構(gòu)(16)、導(dǎo)氣系統(tǒng)(17)、氣體壓力表(18)、機(jī)架(19)、抽真空裝置(20)、四通管、導(dǎo)線和螺栓；所述的工頻試驗(yàn)變壓器(1)、密封容器(6)、毫安表(13)、導(dǎo)氣系統(tǒng)(17)、氣體壓力表(18)、抽真空裝置(20)位于所述的機(jī)架(19)上；所述的絕緣柱(4)、銅柱(5)、硅堆陽極端(7)、硅堆陰極定位板(9)、電阻電容組件(10)、導(dǎo)體絕緣密封套(11)、導(dǎo)體棒(12)、絕緣套(15)和定位板彈簧機(jī)構(gòu)(16)位于所述的密封容器(6)中；其中，所述的絕緣柱(4)呈柱狀體，中間空心，其密封固定連接在密封容器(6)頂端；所述的銅柱(5)固定于絕緣柱(4)中空部位，其兩端伸出絕緣柱(4)；所述的銅柱(5)底端與硅堆陽極端(7)固定連接；所述的硅堆陰極定位板(9)上有凸臺，其通過所述的絕緣套(15)與固定在密封容器(6)底端的定位板彈簧機(jī)構(gòu)(16)連接；所述的導(dǎo)體絕緣密封套(11)固定連接在密封容器(6)底端；所述的導(dǎo)體棒(12)套裝在導(dǎo)體絕緣密封套(11)中，并且其兩端伸出導(dǎo)體絕緣密封套(11)；所述的硅堆陰極定位板(9)和導(dǎo)體棒(12)連接有電阻電容組件(10)，該電阻和電容通過導(dǎo)線并聯(lián)；所述的高壓引線球(2)是個(gè)金屬球，兩端有沉孔，其頂端沉孔連接到工頻試驗(yàn)變壓器(1)正極，底端沉孔連接到銅柱(5)頂端；所述的毫安表(13)與導(dǎo)體棒(12)下端連接；所述的密封容器(6)的底部連接一個(gè)四通管，分別連接導(dǎo)氣系統(tǒng)(17)、氣體壓力表(18)和抽真空裝置(20)；其中，該導(dǎo)氣系統(tǒng)(17)中的氣體為絕緣氣體。
2. 按照權(quán)利要求1所述的硅整流堆反向特性測試裝置，其特征在于，還包括勻場墊圈(3) ;該勻場墊圈(3)有兩個(gè)，一個(gè)位于所述的高壓引線球(2)和所述的絕緣柱(4)之間，另一個(gè)位于所述的絕緣柱(4)和所述的硅堆陽極端(7)之間。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的硅整流堆反向特性測試裝置，其特征在于，所述的絕緣柱(4) 軸向截面外形呈波浪形。
4. 按照權(quán)利要求3所述的硅整流堆反向特性測試裝置，其特征在于，還包括觀測口(14)，該觀測口 (14)位于密封容器(6)的壁面上。
5. 按照權(quán)利要求4所述的硅整流堆反向特性測試裝置，其特征在于，所述的絕緣氣體為六氟化硫氣體。
6. 按照權(quán)利要求5所述的硅整流堆反向特性測試裝置，其特征在于，所述的工頻試驗(yàn)變壓器(1)的極限電壓是50kV，極限功率是500VA;所述的高壓引線頭的極限電壓是50kV。
7. —種操作權(quán)利要求1所述的硅整流堆反向特性測試裝置的方法，包括以下步驟1) :連接測試裝置；2) :安裝硅堆(8);3) :在密封容器(6)中充入絕緣氣體；4) :連通電路，觀察電流變化，并計(jì)算硅堆(8)的反壓；5) :試驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉工頻試驗(yàn)變壓器(1)的電源開關(guān)；打開抽真空裝置(20)的閥門，當(dāng)氣體壓力表(18)達(dá)到試驗(yàn)規(guī)定的壓力數(shù)值時(shí)，關(guān)閉抽真空裝置(20)的閥門，然后可以拆除密封容器(6)，取出硅堆(8)。
8. 按照權(quán)利要求7所述的操作方法，其特征在于，所述的1)步驟具體包括1. 1 :將定位板彈簧機(jī)構(gòu)(16)連接在密封容器(6)底端；1.2 :通過螺栓將絕緣套(15) —端固定在定位板彈簧機(jī)構(gòu)(16)上，另一端固定在硅堆陰極定位板(9)底端；1. 3 :將套有導(dǎo)體棒(12)的導(dǎo)體絕緣密封套(11)密封安裝在密封容器(6)底端；1.4 :將電阻電容組件(10)連接到硅堆陰極定位板(9)和導(dǎo)體棒(12)之間；1. 5 :將毫安表(13)連接在導(dǎo)體棒(12)底端；1.6 :在密封容器(6)的底端連接一個(gè)四通管，其一端連接氣體壓力表(18)，一端連接導(dǎo)氣系統(tǒng)(17)，一端連接抽真空裝置(20);1. 7 :密封固定連接絕緣柱(4)和銅柱(5);并將其整體密封固定連接在密封容器(6)的頂端；1.8:在銅柱(5)兩端安裝勻場墊圈(3)，并通過螺栓將其底端固定連接硅堆陽極端(7);
9. 按照權(quán)利要求7所述的操作方法，其特征在于，所述的2)步驟具體包括2. 1 :將硅堆(8)放在硅堆陰極定位板(9)頂端，并使硅堆(8)底端的凹口與硅堆陰極定位板(9)上的凸臺相對應(yīng)；2. 2 :將硅堆陽極端(7)壓在硅堆(8)的頂面；2. 3 :安裝密封容器(6)的頂蓋；2.4 :將高壓引線球(2)的底端沉孔插入銅柱(5)頂端中，并將高壓引線球(2)的頂端連接到工頻試驗(yàn)變壓器(1)的正極。
10. 按照權(quán)利要求7所述的操作方法，其特征在于，所述的3)步驟具體包括3. 1 :打開抽真空裝置(20)閥門，保持導(dǎo)氣系統(tǒng)(17)閥門關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)其達(dá)到試驗(yàn)規(guī)定壓力數(shù)值時(shí)，關(guān)閉抽真空裝置(20)閥門；3.2:打開導(dǎo)氣系統(tǒng)(17)閥門，保持抽真空裝置(20)閥門關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)其達(dá)到試驗(yàn)規(guī)定壓力數(shù)值時(shí)，關(guān)閉導(dǎo)氣系統(tǒng)(17)閥門。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種硅整流堆反向特性測試裝置及其操作方法，該裝置包括工頻試驗(yàn)變壓器、高壓引線球、絕緣柱、銅柱、密封容器、硅堆陽極端、硅堆陰極定位板、電阻電容組件、導(dǎo)體絕緣密封套、導(dǎo)體棒、毫安表、絕緣套、定位板彈簧機(jī)構(gòu)、導(dǎo)氣系統(tǒng)、氣體壓力表、機(jī)架、抽真空裝置、四通管。該測試裝置的操作方法是先連接好上述零件，再將硅堆置于硅堆陰極定位板上，然后將硅堆陽極端壓在硅堆頂面，通過抽真空裝置和導(dǎo)氣系統(tǒng)保持密封容器內(nèi)部有一定壓力的絕緣氣體，最后連通電源。通過觀察毫安表的數(shù)值變化，可以測算出硅堆的反向壓力，進(jìn)而判斷出該硅堆是否符合應(yīng)用要求。
文檔編號G01R31/12GK101694509SQ200910036048
公開日2010年4月14日 申請日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者斯厚智, 陸潔平 申請人:江蘇達(dá)勝加速器制造有限公司;