一种大功率微波真空管钛泵电源系统的制作方法
【专利摘要】本发明属于等离子体加热领域，具体涉及微波加热系统中大功率微波真空管所需的钛泵电源系统。一种大功率微波真空管钛泵电源系统，应用于等离子体加热系统实验运行中，主要由220V交流调压器、5kV升压变压器、高压整流滤波装置、控制装置、保护装置、显示装置、电流检测装置、光纤信号转换装置、远程计算机和大功率微波真空管等部分组成；钛泵电源采用220V单相交流供电，通过220V交流调压器，将交流电压送至5kV升压变压器，变压器次级经高压整流滤波装置倍压整流滤波后输出0～5kV直流高压；钛泵电源远程监测监控采用光纤隔离技术，将电源的数字和模拟两种信号隔离后送给远程计算机进行控制和监测。
【专利说明】一种大功率微波真空管钛泵电源系统
【技术领域】
[0001]本发明属于等离子体加热领域，具体涉及微波加热系统中大功率微波真空管所需的钛泵电源系统。
【背景技术】
[0002]微波加热是磁约束聚变研究中重要的加热手段。HL-2A装置具有电子回旋共振加热和低混杂波加热等系统，在这些系统中，主要的波源需要使用长脉冲大功率微波真空管。
[0003]大功率微波真空管工作于高电压状况，管子内部需保持10_8Pa的高真空。在真空管正常和非正常工作状况下，由于微波对管壁等部件的轰击、或管体内部打火等等，管子内部将有气体放出而导致真空变坏。为了修复管子真空状况，生产中大功率微波真空管内安装有钛离子泵，通过外部给离子泵施加一定电压，离子泵的工作使真空管内部高真空得到维持。微波系统所用长脉冲大功率微波真空管，单管输出可达兆瓦量级，脉冲工作时间数秒。微波加热系统中大功率微波真空管的数量可达几十只，工作中，需要适时了解各个管子的真空和离子泵的工作状况。这就需要使用高指标、性能稳定可靠并具有远程监控功能的钛泵电源。微波系统中大功率微波真空管对于钛泵电源的要求:能方便输出0-5kV可调直流高压，电源最大输出功率50W。要求电源具有漏电流小、测量范围宽和抗干扰能力强。具备静态信号输出、过流保护、复位及高压启动等功能。具有远程控制和实时监测功能。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种满足高指标、性能稳定可靠并具有远程监控功能的钛泵电源。
[0005]为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是:
[0006]一种大功率微波真空管钛泵电源系统，应用于等离子体加热系统实验运行中，主要由220V交流调压器、5kV升压变压器、高压整流滤波装置、控制装置、保护装置、显示装置、电流检测装置、光纤信号转换装置、远程计算机和大功率微波真空管等部分组成；
[0007]钛泵电源采用220V单相交流供电，通过220V交流调压器，将交流电压送至5kV升压变压器，变压器次级经高压整流滤波装置倍压整流滤波后输出O?5kV直流高压；高压输出端口选用同轴连接器，该高压经同轴高压电缆传送至大功率微波真空管，供真空管内钛尚子栗工作使用；
[0008]电源设为低压和高压分级启动，高压启动后，给出电源工作信号，供加热系统其它设备使用，此信号给出后不受钛泵电源过流保护控制；关闭电源低压控制开关后信号取消；
[0009]钛泵电源远程监测监控采用光纤隔离技术，将电源的数字和模拟两种信号隔离后送给远程计算机进行控制和监测:由电源检测控制装置输出的电流检测模拟信号通过压频转换器送入光纤，再经频压转换器转换后，与电源检测控制装置输出的数字开关信号一起，传送到PLC控制装置和光端机，通过光端机将所有信号送到远程计算机，最终由监测终端和监控终端对钛泵电源进行远程监测和监控；
[0010]电流检测为分档显示，在O?IOmA间设置不同档的电流分辨率；电源本地显示设计为表头形式，每档过流保护值与表头电流数值对应；远程监测终端对电流的监测通过分档识别信号实现:对于不同档的电流分辨率，分档识别信号输出不同的电压信号，从而在远程监控界面上，对应相应的电流分辨率。
[0011]进一步的，如上所述的一种大功率微波真空管钛泵电源系统中，等离子体加热系统实验运行中，对于同时运行的不同类型加热系统中的大功率微波真空管，在不同系统的钛泵电源与220V交流供电之间，分别接入隔离电压为5000V的隔离变压器，使电源和各系统之间相互隔离，不同的系统独立供电。
[0012]进一步的，如上所述的一种大功率微波真空管钛泵电源系统中，钛泵电源工作电压为IkV?4.5kV,正常运行时，工作电压在3kV?3.5kV之间；钛泵电源直流高压输出设计为O?5kV。
[0013]进一步的，如上所述的一种大功率微波真空管钛泵电源系统中，电流控制和显示采用本地和远程两种方式。
[0014]进一步的，如上所述的一种大功率微波真空管钛泵电源系统中，钛泵电源高压输出端口选用绝缘材料为聚四氟乙烯的同轴连接器，采用同轴高压电缆连接电源和大功率微波真空管；同轴高压电缆的耐压性能为直流8kV?IOkV ;同轴高压电缆的外径为7mm，内导体为与同轴连接器配套的直径1_的镀银实心铜芯线，作为高压输出；外导体为镀锡编织铜网，连接高压地；中间绝缘层采用硅橡胶，厚度为2_。
[0015]进一步的，如上所述的一种大功率微波真空管钛泵电源系统中，电流检测具体分为50uA、250uA、500uA、5mA、10mA共5档，电源本地显示设计为表头形式，每档过流保护值与其对应，各档对应过流保护值为50uA、250uA、500uA、5mA和IOmA ;远程监测终端对电流的监测通过分档识别信号实现:对于50uA、250uA、500uA、5mA、IOmA各档，分档识别信号输出值分别为2V、4V、6V、8V、10V，在远程监控界面上，不同的档位对应相应的电流分辨率。
[0016]本发明所述的大功率微波真空管钛泵电源系统，在等离子体波加热系统中，对长脉冲大功率速调管、电子回旋管等大功率微波管进行高真空维持，通过实时监测其内部真空，有助于分析真空管工作状况，为大功率微波真空管选择正确工作点提供参考依据，使加热系统工作更加安全，稳定。电源通过标准输出插座的选择和同轴高压电缆的设计、通过本地控制、远程计算机控制两种方式的设计和钛泵电源电流分档显示设计以及光纤隔离技术的运用等等，可以方便的提供给不同环境、不同状况下各种大功率微波真空管进行使用，用以维持和监测其内部真空。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是大功率微波真空管钛泵电源系统结构示意图；
[0018]图2是钛泵电源静态信号及高压启动控制示意图；
[0019]图3是钛泵电源远程监控结构示意图；
[0020]图4是IOkV同轴高压电缆构造示意图。
[0021]图中:1-220V交流调压器；2_5kV升压变压器；3_高压整流滤波装置；4_控制装置；5_保护装置；6_显示装置；7_大功率微波真空管；8_电流检测装置；9_光纤信号转换装置；10-远程计算机；11_电源检测控制装置；12-模拟信号；13-数字开关信号；14_压频转换器；15-PLC控制装置；16_光纤；17_光端机；18-频压转换器；19_监测终端；20_监控终端；21_实芯铜线；22_聚氯乙烯护套；23_编织铜网；24_硅橡胶绝缘层。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明技术方案进行详细说明。
[0023]一种大功率微波真空管钛泵电源系统，应用于等离子体加热系统实验运行中，如图1所示，主要由220V交流调压器l、5kV升压变压器2、高压整流滤波装置3、控制装置4、保护装置5、显示装置6、光纤信号转换装置9、电流检测装置8、远程计算机10和大功率微波真空管7等部分组成；
[0024]钛泵电源采用220V单相交流供电，通过220V交流调压器1，将交流电压送至5kV升压变压器2，变压器次级经高压整流滤波装置3倍压整流滤波后输出O?5kV直流高压；高压输出端口选用同轴连接器，该高压经同轴高压电缆传送至大功率微波真空管7，供真空管内钛离子泵工作使用；
[0025]电源设为低压和高压分级启动，高压启动后，给出电源工作信号，供加热系统其它设备使用，此信号给出后不受钛泵电源过流保护控制；关闭电源低压控制开关后信号取消；
[0026]钛泵电源远程监测监控采用光纤隔离技术，将电源的数字和模拟两种信号隔离后送给远程计算机10进行控制和监测:如图3所示，由电源检测控制装置输出的电流检测模拟信号12通过压频转换器14送入光纤16，再经频压转换器18转换后，与电源检测控制装置11输出的数字开关信号13 —起，传送到PLC控制装置15和光端机17，通过光端机17将所有信号送到远程计算机10，最终由监测终端19和监控终端20对钛泵电源进行远程监测和监控；
[0027]电流检测为分档显示，在O?IOmA间设置不同档的电流分辨率；电源本地显示设计为表头形式，每档过流保护值与表头电流数值对应；远程监测终端对电流的监测通过分档识别信号实现:对于不同档的电流分辨率，分档识别信号输出不同的电压信号，从而在远程监控界面上，对应相应的电流分辨率。
[0028]进一步的，如上所述的一种大功率微波真空管钛泵电源系统，等离子体加热系统实验运行中，对于同时运行的不同类型加热系统中的大功率微波真空管，在不同系统的钛泵电源与220V交流供电之间，分别接入隔离电压为5000V的隔离变压器，使电源和各系统之间相互隔离，不同的系统独立供电。钛泵电源工作电压为IkV?4.5kV，正常运行时，工作电压在3kV?3.5kV之间；钛泵电源直流高压输出设计为O?5kV。电流控制和显示采用本地和远程两种方式。如图4所示，钛泵电源高压输出端口选用绝缘材料为聚四氟乙烯的同轴连接器，采用同轴高压电缆连接电源和大功率微波真空管7 ;同轴高压电缆的耐压性能为直流8kV?IOkV ;同轴高压电缆的外径为7mm，内导体为与同轴连接器配套的直径Imm的镀银实心铜芯线，作为高压输出；外导体为镀锡编织铜网，连接高压地；中间绝缘层采用娃橡胶，厚度为2mm。电流检测具体分为50uA、250uA、500uA、5mA、IOmA共5档，电源本地显示设计为表头形式，每档过流保护值与其对应，各档对应过流保护值为50uA、250uA、500uA、5mA和IOmA ;远程监测终端对电流的监测通过分档识别信号实现:对于50uA、250uA、500uA、5mA、IOmA各档，分档识别信号输出值分别为2V、4V、6V、8V、10V，在远程监控界面上，不同的档位对应相应的电流分辨率。
[0029]图2是钛泵电源静态信号及高压启动控制示意图。当Kl闭合，220V电压加上之后，J3同时吸合。此时，高压启动开关K2按下，JO、Jl吸合，高压回路outl和静态信号outO都有输出；当电源过流保护后，J3断开致使Jl断开，高压回路没有输出，但J仍然吸合，静态信号outO仍有输出，此时连接outO的辅助设备(如灯丝电源)可继续工作；这样，既避免了对微波管灯丝的冲击，又节省了重升灯丝电源的时间(重升灯丝需要20分钟以上时间)。钛泵电源过流保护后，根据远程计算机终端监控，可立即进行远程复位和启动，以恢复和保持微波管的内部高真空。
[0030]大功率微波真空管钛泵电源系统远程控制时，等离子体波加热系统中各个微波管运行时钛泵电流的监测界面图中每条曲线表示对应微波管的钛泵电源电流趋势。当每次放电时，运行的微波管其钛泵电流会出现一个脉冲，根据峰值可知电流大小，从而判断即微波管内部真空情况，间接判断微波管的工作状况。系统中各个微波管钛泵电源的远程监控界面，可以观察各钛泵电源的工作状况；一旦有钛泵电源保护，界面将给出报警提示，此时，不能继续放电，只有点击钛泵电源复位、启动按钮后，才能继续放电。
【权利要求】
1.一种大功率微波真空管钛泵电源系统，应用于等离子体加热系统实验运行中，其特征在于:主要由220V交流调压器(l)、5kV升压变压器(2)、高压整流滤波装置(3)、控制装置(4)、保护装置(5)、显示装置(6)、光纤信号转换装置(9)、电流检测装置(8)、远程计算机(10)和大功率微波真空管(7)等部分组成； 钛泵电源采用220V单相交流供电，通过220V交流调压器(1)，将交流电压送至5kV升压变压器(2)，变压器次级经高压整流滤波装置(3)倍压整流滤波后输出O?5kV直流高压；高压输出端口选用同轴连接器，该高压经同轴高压电缆传送至大功率微波真空管(7)，供真空管内钛离子泵工作使用； 电源设为低压和高压分级启动，高压启动后，给出电源工作信号，供加热系统其它设备使用，此信号给出后不受钛泵电源过流保护控制；关闭电源低压控制开关后信号取消； 钛泵电源远程监测监控采用光纤隔离技术，将电源的数字和模拟两种信号隔离后送给远程计算机(10)进行控制和监测:由电源检测控制装置输出的电流检测模拟信号(12)通过压频转换器(14 )送入光纤(16 )，再经频压转换器(18 )转换后，与电源检测控制装置(11)输出的数字开关信号(13)—起，传送到PLC控制装置(15)和光端机(17)，通过光端机(17)将所有信号送到远程计算机(10)，最终由监测终端(19)和监控终端(20)对钛泵电源进行远程监测和监控； 电流检测为分档显示，在O?IOmA间设置不同档的电流分辨率；电源本地显示设计为表头形式，每档过流保护值与表头电流数值对应；远程监测终端对电流的监测通过分档识别信号实现:对于不同档的电流分辨率，分档识别信号输出不同的电压信号，从而在远程监控界面上，对应相应的电流分辨率。
2.如权利要求1所述的一种大功率微波真空管钛泵电源系统，其特征在于:等离子体加热系统实验运行中，对于同时运行的不同类型加热系统中的大功率微波真空管，在不同系统的钛泵电源与220V交流供电之间，分别接入隔离电压为5000V的隔离变压器，使电源和各系统之间相互隔离，不同的系统独立供电。
3.如权利要求1所述的一种大功率微波真空管钛泵电源系统，其特征在于:钛泵电源工作电压为IkV?4.5kV,正常运行时，工作电压在3kV?3.5kV之间；钛泵电源直流高压输出设计为O?5kV。
4.如权利要求1所述的一种大功率微波真空管钛泵电源系统，其特征在于:电流控制和显示采用本地和远程两种方式。
5.如权利要求1所述的一种大功率微波真空管钛泵电源系统，其特征在于:钛泵电源高压输出端口选用绝缘材料为聚四氟乙烯的同轴连接器，采用同轴高压电缆连接电源和大功率微波真空管(7);同轴高压电缆的耐压性能为直流8kV?IOkV ;同轴高压电缆的外径为7mm,内导体为与同轴连接器配套的直径Imm的镀银实心铜芯线，作为高压输出；外导体为镀锡编织铜网，连接高压地；中间绝缘层采用硅橡胶，厚度为2_。
6.如权利要求1所述的一种大功率微波真空管钛泵电源系统，其特征在于:电流检测具体分为50uA、250uA、500uA、5mA、10mA共5档，电源本地显示设计为表头形式，每档过流保护值与其对应，各档对应过流保护值为50uA、250uA、500uA、5mA和IOmA ;远程监测终端对电流的监测通过分档识别信号实现:对于50uA、250uA、500uA、5mA、IOmA各档，分档识别信号输出值分别为2V、4V、6V、8V、10V，在远程监控界面上，不同的档位对应相应的电流分辨率。
【文档编号】H05B6/66GK103533689SQ201210232806
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2012年7月6日 优先权日:2012年7月6日
【发明者】康自华, 李立, 黄梅, 卢波 申请人:核工业西南物理研究院