一種初級(jí)能源中間模塊結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及脈沖功率初級(jí)能源中間模塊裝置，具體而言，是一種主要由原邊電容和固態(tài)開(kāi)關(guān)組成的中間模塊裝置，該裝置前端接給小功率直流源即可給原邊脈沖電容充電，后端接脈沖變壓器就可以給容性負(fù)載充電至較高電壓。主要用于重頻脈沖加速器初級(jí)能源系統(tǒng)中。
【背景技術(shù)】
[0002]在脈沖功率系統(tǒng)中，產(chǎn)生高壓電脈沖的技術(shù)路線主要有兩種:一種通過(guò)Marx電路直接倍壓，另一種是通過(guò)LTD電路感應(yīng)疊加倍壓。LTD技術(shù)由于明顯降低了原邊的絕緣壓力，具有模塊化和通用性，在某些方面呈現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)。LTD單模塊產(chǎn)生脈沖的容性負(fù)載如PFN —般要求一定的充電電壓，然后通過(guò)LTD模塊疊加產(chǎn)生MV甚至更高的電脈沖。PFN對(duì)初級(jí)能源而言相當(dāng)于負(fù)載，給PFN充電的初級(jí)能源一般根據(jù)PFN參數(shù)不同，設(shè)計(jì)的初級(jí)能源參數(shù)結(jié)構(gòu)各不相同，不具通用性。
[0003]根據(jù)目前初級(jí)能源的情況看，絕大多數(shù)重頻脈沖加速器的初級(jí)能源的實(shí)現(xiàn)主要有三種方式:一是中間儲(chǔ)能方式，國(guó)內(nèi)外很多加速器初級(jí)能源如SINUS和RADAN系列就是采用電容儲(chǔ)能的方式實(shí)現(xiàn)重頻脈沖運(yùn)行的。二是直接供電恒壓充電方式，恒壓充電采用三相電網(wǎng)直接供電，經(jīng)整流二極管整流后通過(guò)限流電阻電容進(jìn)行充電。但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，但充電效率不高。三是直接供電恒流充電方式，采用恒流充電，電容上的電壓上升速度均勻，充電時(shí)間短，回路沒(méi)有限流電阻，充電效率高，充電瞬間對(duì)電網(wǎng)沖擊小。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種需直流充電的原邊電容和固態(tài)開(kāi)關(guān)集成裝置，應(yīng)用于脈沖功率脈沖形成線充電脈沖變壓器復(fù)邊和恒流源之間，該集成裝置通過(guò)即中間模塊通過(guò)前端連接直流源，后端連接脈沖變壓器，就可以給容性負(fù)載提供幅值重頻數(shù)可調(diào)的充電會(huì)κΜ。
[0005]一種初級(jí)能源中間模塊結(jié)構(gòu)，中間模塊結(jié)構(gòu)的前端連接直流電源，后端連接脈沖變壓器；包括固態(tài)開(kāi)關(guān)、原邊電容、開(kāi)關(guān)觸發(fā)電路和偏磁電路，所述固態(tài)開(kāi)關(guān)與原邊電容串聯(lián)，直流電源的輸出端連接到固態(tài)開(kāi)關(guān)與原邊電容之間用于給原邊電容充電，原邊電容的另一極連接到脈沖變壓器的輸入端；所述偏磁電路通過(guò)一個(gè)電感連接到脈沖變壓器的輸入端，用于后端脈沖變壓器磁芯的復(fù)位；控制信號(hào)通過(guò)開(kāi)關(guān)觸發(fā)電路輸出到固態(tài)開(kāi)關(guān)，所述固態(tài)開(kāi)關(guān)包括一個(gè)晶閘管，且在晶閘管的兩端并聯(lián)一個(gè)反峰二級(jí)管和一組串聯(lián)的電阻和電容。
[0006]在上述技術(shù)方案中，所述控制信號(hào)輸入到晶閘管。
[0007]在上述技術(shù)方案中，所述一路串聯(lián)的電阻和電容中的電阻一端與直流電源的正極輸出端連接，電容的一端連接到地。
[0008]在上述技術(shù)方案中，所述中間模塊結(jié)構(gòu)包括若干路，每一路包括獨(dú)立的一個(gè)開(kāi)關(guān)觸發(fā)電路、固態(tài)開(kāi)關(guān)、原邊電容，所述的直流電源的輸出端連接到每一路的原邊電容用于給原邊電容充電，每一路的原邊電容的的輸出端均連接到脈沖變壓器的輸入端，控制信號(hào)連接到每一路的開(kāi)關(guān)觸發(fā)電路。
[0009]在上述技術(shù)方案中，所述開(kāi)關(guān)觸發(fā)電路的觸發(fā)信號(hào)連接到晶閘管的觸發(fā)極。
[0010]在上述技術(shù)方案中，所述晶閘管耐壓值不少于5kV。
[0011]在本方案中，中間模塊外部，前端接小功率5kV直流源，由于功率小，電壓不高，可以降低設(shè)計(jì)難度。(小功率，電壓不高的直流源比較好做)
[0012]中間模塊外部，后端接一定變比的變壓器，用于對(duì)電壓的拉升。
[0013]本方案中，直流源對(duì)原邊電容充電，原邊電容的耐壓比直流源稍高即可，原邊電容的通流能力不足時(shí)，需要多路并聯(lián)。
[0014]固態(tài)開(kāi)關(guān)采用大功率的SCR開(kāi)關(guān)，并聯(lián)的反峰二極管起著隔離電壓電流的作用；這點(diǎn)十分必要。
[0015]同時(shí)并聯(lián)一路中為電阻和電容串聯(lián)電路，起著動(dòng)態(tài)和靜態(tài)均壓作用，反峰二極管D，電容C，電阻R，組合成了 RCD開(kāi)關(guān)保護(hù)電路。
[0016]5KV直流源對(duì)原邊電容充電完畢后，通過(guò)固態(tài)開(kāi)關(guān)放電。固態(tài)開(kāi)關(guān)觸發(fā)接受來(lái)自直流源的觸發(fā)信號(hào)開(kāi)始放電，此時(shí)變壓器的初級(jí)相對(duì)于放電回路相當(dāng)于一個(gè)電感。通過(guò)變壓器升壓，將放電能量傳遞至變壓器次級(jí)。
[0017]重頻工作狀態(tài)下，脈沖變壓器的磁芯需要復(fù)位，這通過(guò)偏磁電源提供的直流電實(shí)現(xiàn)。
[0018]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0019]一、提供固定的開(kāi)關(guān)和原邊電容，通過(guò)改變脈變可以提供各種電壓的脈沖充電信號(hào)。若開(kāi)關(guān)和原邊電容的尺寸相差不大，可以通過(guò)改變開(kāi)關(guān)和電容改變中間模塊的主要參數(shù)。
[0020]二、整體結(jié)構(gòu)緊湊，便于利用空間，通過(guò)拆分前端恒流電源和后端脈沖變壓器即可充分利用加速器空間，不必單獨(dú)配置電源柜。
[0021]三、本裝置為了脈沖形成線充電實(shí)驗(yàn)用，提供儲(chǔ)能和開(kāi)關(guān)觸發(fā)功能，但只要是容性負(fù)載、通過(guò)改變脈變和恒流源的參數(shù)，都可以采用，用途很廣。
【附圖說(shuō)明】
[0022]本實(shí)用新型將通過(guò)例子并參照附圖的方式說(shuō)明，其中:
[0023]圖1是本實(shí)用新型的原理結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2是本實(shí)用新型的實(shí)物結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]其中:1是開(kāi)關(guān)觸發(fā)電路；2是后端脈變接口 ；3是固態(tài)開(kāi)關(guān)；4是前端直流源接口 ；5是原邊電容；6是偏磁電源。
【具體實(shí)施方式】
[0026]如圖1所示，本實(shí)用新型的主要部分為虛線中的部分，一路開(kāi)關(guān)電路由開(kāi)關(guān)觸發(fā)電路、固態(tài)開(kāi)關(guān)、原邊電容組成，固態(tài)開(kāi)關(guān)為晶閘管、反峰二極管、串聯(lián)的電阻電容并聯(lián)組成；固態(tài)開(kāi)關(guān)與原邊電容串聯(lián)，直流電源的輸出端連接到固態(tài)開(kāi)關(guān)與原邊電容之間對(duì)其充電，原邊電容的另一極連接到脈沖變壓器的輸入端；控制系統(tǒng)的控制信號(hào)通過(guò)開(kāi)關(guān)觸發(fā)電路輸入到固態(tài)開(kāi)關(guān)中的晶閘管。偏磁電路連接到脈沖變壓器的輸入端用于對(duì)磁芯的復(fù)位。
[0027]本實(shí)用新型的核心思想就是利用晶閘管組成開(kāi)關(guān)充電電路，將多路開(kāi)關(guān)充電電路集成為一體，在實(shí)用過(guò)程中只需要將其前端與后端連接，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)其電壓的提升，達(dá)到需要的目標(biāo)電壓。為了實(shí)現(xiàn)這一思想，主要在上述的原理下通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)。
[0028]一、首先設(shè)計(jì)固態(tài)開(kāi)關(guān)的技術(shù)參數(shù):開(kāi)關(guān)的耐壓水平直接決定了脈變的變比和直流源的充電電壓，而且在工程應(yīng)用中需留有一定的余量；在耐壓滿足需求的情況下考慮開(kāi)關(guān)的通流情況，主要包括峰值電流、平均電流和有效電流，單開(kāi)關(guān)通流能力不足時(shí)多路并聯(lián)處理，在耐壓通流都合適的情況下一般選用高頻、高速器件，此時(shí)反向漏電流小，恢復(fù)時(shí)間短可以有效開(kāi)關(guān)在高頻尖峰振蕩下的損耗。
[0029]二、開(kāi)關(guān)參數(shù)確定之后，根據(jù)負(fù)載需求可以確定脈變和直流源充電電壓，此時(shí)原邊電容的參數(shù)就根據(jù)負(fù)載和變比計(jì)算得出，其它電學(xué)參數(shù)和配置隨之確定。
[0030]三、電學(xué)參數(shù)確定之后，合理布局開(kāi)關(guān)和電容及附屬電路的位置，考慮絕緣和測(cè)量，通信，散熱等問(wèn)題，即可實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)和電容集成裝置。
[0031]如圖2所示，按照上述方案進(jìn)行設(shè)施，四只10uF/5kV的薄膜電容構(gòu)成原邊電容，5kV的晶閘管開(kāi)關(guān)構(gòu)成主開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)的觸發(fā)電路置于裝置的上端，整流橋用于次級(jí)變壓器磁芯的偏磁電源。
[0032]通過(guò)外部界恒流源和脈沖變壓器，將最高充電至5kV的恒流電源經(jīng)過(guò)原邊電容和開(kāi)關(guān)的作用，經(jīng)過(guò)1:35的變壓器可以產(chǎn)生30Hz的重頻充電脈沖，脈沖電壓150kV，充電時(shí)間小于20uso
[0033]本實(shí)用新型中，外部框架的一端為前端直流源接口，另一端后端脈變接口，在框架內(nèi)，四個(gè)固態(tài)開(kāi)關(guān)并聯(lián)設(shè)置，每一個(gè)固態(tài)開(kāi)關(guān)上方設(shè)置一個(gè)原邊電容，偏磁電路與開(kāi)關(guān)觸發(fā)電路均設(shè)置在框架的最上層。通過(guò)合理設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)使得初級(jí)能源體積減小，適應(yīng)能力強(qiáng)，運(yùn)行可靠。
[0034]本實(shí)用新型并不局限于前述的【具體實(shí)施方式】。本實(shí)用新型擴(kuò)展到任何在本說(shuō)明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過(guò)程的步驟或任何新的組入口 ο
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種初級(jí)能源中間模塊結(jié)構(gòu)，中間模塊結(jié)構(gòu)的前端連接直流電源，后端連接脈沖變壓器；其特征在于:包括固態(tài)開(kāi)關(guān)、原邊電容、開(kāi)關(guān)觸發(fā)電路和偏磁電路，所述固態(tài)開(kāi)關(guān)與原邊電容串聯(lián)，直流電源的輸出端連接到固態(tài)開(kāi)關(guān)與原邊電容之間用于給原邊電容充電，原邊電容的另一極連接到脈沖變壓器的輸入端；所述偏磁電路通過(guò)一個(gè)電感連接到脈沖變壓器的輸入端，用于后端脈沖變壓器磁芯的復(fù)位；控制信號(hào)通過(guò)開(kāi)關(guān)觸發(fā)電路輸出到固態(tài)開(kāi)關(guān)，所述固態(tài)開(kāi)關(guān)包括一個(gè)晶閘管，且在晶閘管的兩端并聯(lián)一個(gè)反峰二級(jí)管和一組串聯(lián)的電阻和電容。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種初級(jí)能源中間模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述一路串聯(lián)的電阻和電容中的電阻一端與直流電源的正極輸出端連接，電容的一端連接到地。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種初級(jí)能源中間模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述中間模塊結(jié)構(gòu)包括若干路，每一路包括獨(dú)立的一個(gè)開(kāi)關(guān)觸發(fā)電路、固態(tài)開(kāi)關(guān)、原邊電容，所述的直流電源的正極輸出端連接到每一路的原邊電容用于給原邊電容充電，每一路的原邊電容的的輸出端均連接到脈沖變壓器的輸入端，控制系統(tǒng)的控制信號(hào)連接到每一路的開(kāi)關(guān)觸發(fā)電路。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種初級(jí)能源中間模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述開(kāi)關(guān)觸發(fā)電路的觸發(fā)信號(hào)連接到晶閘管的觸發(fā)極。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種初級(jí)能源中間模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述晶閘管耐壓值不少于5kV。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種初級(jí)能源中間模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述控制信號(hào)輸入到晶閘管。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種初級(jí)能源中間模塊結(jié)構(gòu)，包括固態(tài)開(kāi)關(guān)、原邊電容、開(kāi)關(guān)觸發(fā)電路和偏磁電路，固態(tài)開(kāi)關(guān)與原邊電容串聯(lián)，原邊電容的另一極連接到脈沖變壓器的輸入端；控制信號(hào)通過(guò)開(kāi)關(guān)觸發(fā)電路輸出到固態(tài)開(kāi)關(guān)，所述固態(tài)開(kāi)關(guān)包括一個(gè)晶閘管，且在晶閘管的兩端并聯(lián)一個(gè)反峰二級(jí)管和一組串聯(lián)的電阻和電容。本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)緊湊，便于利用空間，通過(guò)拆分前端恒流電源和后端脈沖變壓器即可充分利用加速器空間，不必單獨(dú)配置電源柜；本裝置為了脈沖形成線充電實(shí)驗(yàn)用，提供儲(chǔ)能和開(kāi)關(guān)觸發(fā)功能，但只要是容性負(fù)載、通過(guò)改變脈變和恒流源的參數(shù)，都可以采用，用途很廣。
【IPC分類】H02M9/04
【公開(kāi)號(hào)】CN204696958
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520337937
【發(fā)明人】羅光耀, 楊曉亮, 羅敏, 金暉, 康強(qiáng), 王朋
【申請(qǐng)人】中國(guó)工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所
【公開(kāi)日】2015年10月7日
【申請(qǐng)日】2015年5月25日