[发明专利]一种用于大功率电子管负载故障能量吸收的保护电路

说明书

本发明涉及一种用于大功率电子管负载故障能量吸收的保护电路，包括高压直流电源、大功率电子管负载、分布电容及分布电感，还包括能量吸收器；能量吸收器采用导磁性材料卷绕而成磁环形状；高压直流电源的正极通过高压传输电缆连接到分布电容、分布电感的一端，分布电感的另一端通过高压传输电缆穿过能量吸收器的中心孔后连接到大功率电子管负载的正极。吸收器采用导磁性材料卷绕而成，在电路正常工作时，不会吸收能量，对主电路工作无任何影响，仅在故障发生时，快速吸收瞬态故障能量，并转换为吸收器中导磁材料的涡流发热，以消耗掉故障能量。本发明整体结构简单，无需快速检测和控制电路，响应速度快，可靠性高，体积小，运行和维护更方便。

技术领域

本发明涉及电源技术领域，特别涉及一种用于大功率电子管负载故障能量吸收的保护电路。

背景技术

大功率电子管应用在聚变科学实验、发射机、军用通讯等诸多领域，其生产制造工艺复杂，价格昂贵。该类电子管需要大功率高压电源供电(电源输出电压数十至数百千伏)，运行在强电场条件下，工作过程中经常会出现极间打火和击穿短路现象，此时，需要在极短时间(数微秒)内切断高压直流电源，并快速转移故障能量，以避免过高的电弧电流给管体造成不可恢复的损伤。

在发生打火和击穿短路时，高压直流电源可以通过直流侧开关元件快速切断电源输出，但是高压直流电源距离距电子管负载较远(数百米)，在高压传输线上会存在较大的分布电容、杂散电容，其储存的电场能量位于高压电源后端，无法被高压电源切断，属于故障能量，这部分能量如果不能在几个微秒内被快速转移，将会传送到大功率电子管，造成电子管不可恢复的损伤，如一些速调管的短路能量不能超过5J，甚至更低，这些电子管价格非常昂贵，高达百万或数百万，而且主要还依赖进口。

普通真空开关、接触器虽具有带电分断功能，但开关动作时间相对过长显然无法满足需求。传统方法一般采用撬棒保护系统(如引燃管、晶闸管等电子开关器件，参考文献：黄懿赘.用撬棒快速保护技术保护高功率微波管[J].高电压技术,2005,31(6):66-68.)进行旁路故障能量，如图1，这不仅需要设计精密的过流检测和快速控制电路来触发撬棒保护开关动作；而且需要多个引燃管进行串并联组合，并采取均流和均压措施，以满足数十至数百千伏耐压要求以及旁路故障能量需求。

可见传统撬棒保护方法旁路故障能量，其电路和结构复杂，对过流检测和控制精度要求非常高，设备造价高、体积大，而且可靠性差，如引燃管可能会因内壁凝结水银而自导通，需要定期进行耐压测试，否则容易引起误动作。

发明内容

为避免这类大功率电子管在打火和击穿短路时遭到损坏，克服现有旁路故障能量方案的不足，本发明提供一种用于大功率电子管负载故障能量吸收的保护电路，与主电路无需直接接触，无需电流检测和控制回路，即可实现大功率电子管在打火和击穿短路时故障能量的快速吸收，保障电子管稳定、可靠运行。

为实现上述功能，本发明采用如下技术方案：

一种用于大功率电子管负载故障能量吸收的保护电路，包括高压直流电源、大功率电子管负载、分布电容及分布电感，还包括能量吸收器；

所述能量吸收器，采用导磁性材料卷绕而成，绕制为磁环形状；

高压直流电源的正极通过高压传输电缆连接到分布电容、分布电感的一端，分布电容和分布电感并联，分布电感的另一端通过高压传输电缆穿过能量吸收器的中心孔后连接到大功率电子管负载的正极，高压直流电源的负极通过高压传输电缆连接到大功率电子管的负极，分布电容的另一端连接到高压直流电源的负极输出电缆上；

其中，所述高压直流电源用于产生数十至数百千伏直流电压，用于给大功率电子管负载供电。

所述分布电容为所述高压直流电源输出至大功率电子管负载的高压传输线对地的分布电容。高压直流电源一般距离大功率电子管负载较远，高压传输线达到数十米至数百米不等，根据负载工作电流不同，高压传输线可能为数根同轴或非同轴电缆组成。