[发明专利]中性束高压脉冲电源LR网络缓冲器

说明书

 

技术领域

本发明涉及中性束高压脉冲电源领域，尤其是一种中性束高压脉冲电源LR网络缓冲器。

 

背景技术

热核聚变反应堆需要通过中性束给等离子体加热，中性束高压电源是装置的关键子系统。由于不同的运行条件，高压电源负载电极之间打火时常发生，极板之间打火短路不可避免，尤其在高压锻炼以及束引出阶段，电极间打火、击穿现象频繁发生。为了保护离子源，在电极上的能量积累和击穿时的电流峰值必须加以限制。在电源保护时，高压系统分布电容储能无法通过开关断开，会直接通过负载释放，通常放电时间非常快，浪涌电流幅值高，必须加以限制。

目前，有些高压电源系统在主回路中串入大电感，用来限制电流上升率，使得快速开关动作之前释放到负载的能量和电流幅值补偿过允许值，有些则采用CORE-SNUBBER吸收分布电容储能。然而以上方式存在成本高、参数离散性较大、调整困难的问题。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低、可靠性高、易于设计和调试的中性束高压脉冲电源LR网络缓冲器。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种中性束高压脉冲电源LR网络缓冲器，包括嵌入式电感线圈，高压电阻阵列并联在嵌入式电感线圈的两端，嵌入式电感线圈与高压电阻阵列的两并联端引出高压引出线。

由上述技术方案可知，本发明在高压正常运行时，主回路电流通过嵌入式电感线圈，高压电阻阵列被旁路；当负载打火短路时，电源系统的分布电容C储能向负载释放能量，高压电阻阵列会吸收电源输出分布电容C的绝大部分储能，同时保持电源性能不变，高压电源输出电流无任何过冲，保证了负载和电源的安全可靠。此外，本发明的结构简单、成本低，易于设计和调试。

 

附图说明

图1、2均为本发明的结构示意图；

图3是本发明在高压电源系统中的电路连接图；

图4是本发明的电流波形图。

 

具体实施方式

一种中性束高压脉冲电源LR网络缓冲器，包括嵌入式电感线圈1，高压电阻阵列2并联在嵌入式电感线圈1的两端，嵌入式电感线圈1与高压电阻阵列2的两并联端引出高压引出线3，如图1、2所示。图1为本发明的主视图，图2为本发明的左视图。

如图1、2所示，所述的嵌入式电感线圈1设置在环氧筒5内，所述的高压电阻阵列2由多个并联的高压电阻组成，多个并联的高压电阻并联在嵌入式电感线圈1的两端。所述的嵌入式电感线圈1采用铜导体，所述的高压电阻的个数为8个。

如图3所示，所述嵌入式电感线圈1与高压电阻阵列2的并联端引出的一端高压引出线3接分布电容C，引出的另一端高压引出线3接负载，并联的嵌入式电感线圈1和高压电阻阵列2、分布电容C以及负载构成回路，高压电源并接在分布电容C上。LR网络缓冲器串联在高压的电源的输出回路中，其具体位置是介于电源输出分布电容C和负载之间。当输出短路时，初始短路电流流经嵌入式电感线圈1，电流的峰值为与输出电压成正比，与L/C的平方根成反比。因此，在分布电容C一定的情况下，只要有足够大的嵌入式电感线圈1，就能将高压电源短路电流抑制在一定的幅值之内。高压电阻阵列2的作用是LC振荡进行阻尼，将分布电容C的能量在一个谐振周波内消耗掉，其耐压值的功率是重要的指标。

如图1、2所示，所述的嵌入式电感线圈1嵌在环氧筒5的涡旋槽内，嵌入式电感线圈1上覆盖环氧树脂胶，所述的环氧筒5、高压电阻阵列2均固定在环氧绝缘支架4上，环氧绝缘支架4固定安装在支撑瓷瓶6上，支撑瓷瓶6安装在高压电源系统的输出端。由于网络中的电感瞬间承受极高的电压，可达50KV，因此采用嵌入式电感线圈1的设计方式，即将铜导体嵌在带有涡旋槽的环氧筒5中。高压电阻阵列2并联在嵌入式电感线圈1的两端，以保证LR网络在承受脉冲放电电流时的高可靠性。

在中性束高压电源系统中，输出额定电压50KV，输出额定稳态电流100A，电源等效负载Z=500                                               ，设置LR网络缓冲器中嵌入式电感线圈1的电感量为100uH，且为空芯电感，稳态100A，瞬态电流峰值800A，脉宽2us；高压电阻阵列2的阻值为10，稳态电流0A,瞬态3kA，无感，耐压50kV。在高压正常运行时，主回路电流通过嵌入式电感线圈1，高压电阻阵列2被旁路。