强流电子束加速器重复频率脉冲电源研究
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摘要
本论文研制完成了一台为某强流电子束加速器配套使用的高功率重复频率脉冲电源。它主要由四部分组成：三相整流直流电源，谐振充电及电压反向单元，继电器控制单元，计算机控制单元。装置的主要参数为：平均功率45KW，最高输出电压400V，最大输出电流50KA，重复频率1～100Hz连续可调，预充电时间35秒。设计的直流电源用最简单的无源滤波电路，滤波电容的容量为264mF。对脉冲电容器采用LRC谐振充电原理，脉冲电容的容量选为14mF。谐振充电电感采用4个30μF的空气心电感并联组成。脉冲电源的充电、泄放电和快速充电等单元的控制采用抗干扰能力很强的继电器—接触器控制单元来完成。运行频率的设定以及快速晶闸管触发脉冲的产生由计算机控制单元完成。采用多晶闸管并联的方法满足放电电流的要求。设计三级脉冲变压器来隔离和放大计算机产生的触发脉冲，得到强触发信号满足了多个快速晶闸管并联触发的功率要求以及系统的抗反击电压的要求。选取R=54Ω，C=0.22μF的阻容缓冲吸收电路有效降低了快速晶闸管关断感性负载产生的过电压。为满足脉冲电源重复频率运行时直流电源的稳压性问题，设计了晶闸管快速充电自停自补单元，同时也提高了整个电源系统的效率。重复频率脉冲电源在100Hz的重复频率下能够稳定运行，完全实现了与加速器整机的配套。本重复频率脉冲电源的结构新颖、功率大、抗干扰和反击电压的性能优越。本重复频率脉冲电源是为某加速器整机配套而研制的，但也可发掘其在其他脉冲放电领域如环保领域中中的应用。
In this paper, Pulse power supply for high-density Electron Beam Accelerator is designed and constructed. It is composed of four parts: DC (Direct Current) power supply, resonance charging and polarity reverse unit, electric relay control unit and computer control unit. The main parameter are: the mean power of 45kW, the highest output voltage of 400V, the maximum output current of 50kA, the maximum repetitive rate of 100 Hz, the preliminary charging time of 35S. The DC power supply consists of passive filter circuit. The capacity of passive filter is up to 264mF. RLC resonance charging method is utilized in charging pulse capacitor. The capacity of pulse capacitor is up to 14mF. Four 30 μ
F air corn inductances are connected in parallels in resonance circuit. Relay-contactor control unit is employed in pulse power supply to fulfill the function of charging, discharging and fast charging which has the features of the strong ability against the violent electromagnetic interference and the high stability. Computer control unit produces the trigger pulses for the fast switching thyristors. Fast switching thyristors are connected in parallels in order to meet the capacitance requirement of the circuit. Trigger pulses produced by computer are amplified and isolated by three pulse transformers. High amplitude trigger pulse meets the power requirements of many thyristors connected in parallels. The voltage peak emerged in switching off inductance circuit is amortized by resistor and capacitor absorbed circuit. In the case of repetition mode of the pulse power supply, Fast charging circuit is designed to enhance the stabilize and charging efficiency of the DC power supply. Repetitive pulse power supply can work stabilize under the repetitive of 100Hz,which totally meets the requirements of the accelerator. The pulse power supply is novelty in main circuit, superiority in anti- jamming and counterattack voltage. The repetition pulse power supply not only has been used in accelerator, but also can be applied in other pulse power technology. Such as environment protect fields.
In this paper, Pulse power supply for high-density Electron Beam Accelerator is designed and constructed. It is composed of four parts: DC (Direct Current) power supply, resonance charging and polarity reverse unit, electric relay control unit and computer control unit. The main parameter are: the mean power of 45kW, the highest output voltage of 400V, the maximum output current of 50kA, the maximum repetitive rate of 100 Hz, the preliminary charging time of 35S. The DC power supply consists of passive filter circuit. The capacity of passive filter is up to 264mF. RLC resonance charging method is utilized in charging pulse capacitor. The capacity of pulse capacitor is up to 14mF. Four 30 μ
F air corn inductances are connected in parallels in resonance circuit. Relay-contactor control unit is employed in pulse power supply to fulfill the function of charging, discharging and fast charging which has the features of the strong ability against the violent electromagnetic interference and the high stability. Computer control unit produces the trigger pulses for the fast switching thyristors. Fast switching thyristors are connected in parallels in order to meet the capacitance requirement of the circuit. Trigger pulses produced by computer are amplified and isolated by three pulse transformers. High amplitude trigger pulse meets the power requirements of many thyristors connected in parallels. The voltage peak emerged in switching off inductance circuit is amortized by resistor and capacitor absorbed circuit. In the case of repetition mode of the pulse power supply, Fast charging circuit is designed to enhance the stabilize and charging efficiency of the DC power supply. Repetitive pulse power supply can work stabilize under the repetitive of 100Hz,which totally meets the requirements of the accelerator. The pulse power supply is novelty in main circuit, superiority in anti- jamming and counterattack voltage. The repetition pulse power supply not only has been used in accelerator, but also can be applied in other pulse power technology. Such as environment protect fields.
引文
[1] 王淦昌．全国高功率粒子束十年文集序言．见：中国粒子加速器学会，全国高功率粒子束十年文集．绵阳：1995
[2] 常安碧，罗敏，张之福，等．100kV低阻抗非均匀集中参数Blumlein脉冲形成网络的研究．见：中国工程物理研究院应用电子学研究所，微秒强流脉冲电子束加速器研究论文集．绵阳：1997．41～45
[3] 东冲．线性脉冲调制器理论基础与专用电路．北京：国防工业出版社，1978
[4] 常安碧，张之福，张德泉．微秒脉冲强流电子束加速器的设计与实验研究．见：中国工程物理研究院应用电子学研究所，微秒强流脉冲电子束加速器研究论文集．绵阳：1997．14～26
[5] 谭宇刚．100kV／200kW三相恒流重复频率自动充电装置的研制：[硕士学位论文]．北京：清华大学电机工程与应用电子技术系，2001
[6] 刘君华等 虚拟仪器编程语言Labwindows／CVI教程．北京：电子工业出版社，2001
[7] 钱晓捷，陈涛．16／32位微机原理、汇编语言及接口技术．北京：机械工业出版社，2001
[8] 沈安俊．电气自动控制．北京：机械工业出版社，1984
[9] 周明宝，瞿文龙．电力电子技术．北京：机械工业出版社，1997
[10] 莫正康．电力电子应用技术．北京：机械工业出版社，2000
[11] 童诗百．模拟电子技术基础．北京：高等教育出版社，1988
[12] 许建军．一种新型的恒流高压直流充电电源．电气时代，2002．8
[13] 李亚伯．数字电路与系统．北京：电子工业出版社，1998
[14] 清华大学、西安交通大学合编．高电压绝缘．北京：电力工业出版社
[15] 金如麟．电力电子技术基础．北京：机械工业出版社，1997
[16] 王瑞华．脉冲变压器设计．北京：科学出版社，1996
[17] 余存仪．强流陡脉冲高电压技术．西安交通大学教材，1992
[18] 沈本荫．现代交流传动及其控制系统．中国铁道出版社，1997
[19] 方鸿发．低压电器．西安交通大学教材
[20] 王士元．C高级实用程序设计．北京：清华大学出版社，1996
[21] 徐金梧 杨德斌 徐科．Turbo C实用大全．北京：机械工业出版社，1996
[22]谭浩强．C程序设计(第二版)．北京：清华大学出版社，1999
[23]邱关源．电路．北京：高等教育出版社，1992
[24]常用三极管替换手册．北京：北京科学技术出版社，2002-6-12
[25]许建军．快速晶闸管在加速器电源系统中的应用．电源技术应用．2002．12
[26]刘明光．高电压绝缘及试验技术．西南交通大学出版社．1998
[27]陈安凯，陈嘉．最新国外集成电路数据手册．人民邮电出版社．1995
[28]李明，王晓宝，有效抑制IGBT模块中的过电压．电焊机，2001年3月．
[29]邵丙衡，电力电子技术．中国铁道出版社，1997．
[30]赵良炳，现代电力电子技术基础．清华大学出版社，1997
[31]曾家智，周小华，黄克军，现代微机系统和接口。电子科技大学出版社，1999
[32]张凤均，Labwindows／CVI开发入门和进阶．北京航空航天大学出版社，2001
[33]彭立信，微型计算机在开业控制中的作用．安徽科学技术出版社，1985
[34]李瀚荪，电路分析基础．高等教育出版社，1998
[35]叶欣TURBOC2.0参考手册．学苑出版社，1993
[36]PC—Labcard Series User's Manual.ADVANTECH
[37]SINUS-GENERATOR Siberia Russia;1995
[38]刘锡三．全国高功率粒子束十年文集序言．见：中国粒子加速器学会，全国高功率粒子束十年文集．绵阳：1995
[39]丁卫东，张乔根，邱毓昌．高电压恒流源的应用与发展．高电压技术，1999，25(4)
[40]陈首新，李丁九．重复频率脉冲功率技术．中南民族学院学报(自然科学版)，2000，No．2：5
[41]赵维晋．科技报告(第一分册)高功率脉冲技术与自由电子激光．1990：11～12
[42]朗家骏．电除尘的高效恒流高压直流电源．硫酸工业，1998，No．1：28～30
[43]波尔科夫，瓦库连科．激光器的电源，孙乃根，王世贵．北京：科学出版社 1980
[44]王志良．电力电子器件及其应用技术．北京：机械工业出版社，1996．364～365
[45]常安碧，张德泉，张之福．600kV高压大电流脉冲变压器的研制．强激光与粒子束．1998．8
[46]常安碧，谭杰，马乔生．宽脉冲强流电子束加速器重复运行实验研究．中物院高功率微波技术研究室论文集(1998～2001) No：130～135
[47]邹光荣，常安碧，马乔生．强流电子加速器电源系统．中物院高功率微波技
术研究室论文集(1998～2001) No：157～160
[48]杨自祥．全国高功率粒子束十年文集，(1995) No：207～209
[49]陈洪斌，常安碧，甘延青．调制器型加速器的波形整形．中物院高功率微波技术研究室论文集(1998～2001) No：161～165
[50]曹绍云，罗敏，常安碧．100KV/2A恒流充电电源的调试与试验．中物院高功率微波技术研究室论文集(1998～2001) No：166～171
[2] 常安碧，罗敏，张之福，等．100kV低阻抗非均匀集中参数Blumlein脉冲形成网络的研究．见：中国工程物理研究院应用电子学研究所，微秒强流脉冲电子束加速器研究论文集．绵阳：1997．41～45
[3] 东冲．线性脉冲调制器理论基础与专用电路．北京：国防工业出版社，1978
[4] 常安碧，张之福，张德泉．微秒脉冲强流电子束加速器的设计与实验研究．见：中国工程物理研究院应用电子学研究所，微秒强流脉冲电子束加速器研究论文集．绵阳：1997．14～26
[5] 谭宇刚．100kV／200kW三相恒流重复频率自动充电装置的研制：[硕士学位论文]．北京：清华大学电机工程与应用电子技术系，2001
[6] 刘君华等 虚拟仪器编程语言Labwindows／CVI教程．北京：电子工业出版社，2001
[7] 钱晓捷，陈涛．16／32位微机原理、汇编语言及接口技术．北京：机械工业出版社，2001
[8] 沈安俊．电气自动控制．北京：机械工业出版社，1984
[9] 周明宝，瞿文龙．电力电子技术．北京：机械工业出版社，1997
[10] 莫正康．电力电子应用技术．北京：机械工业出版社，2000
[11] 童诗百．模拟电子技术基础．北京：高等教育出版社，1988
[12] 许建军．一种新型的恒流高压直流充电电源．电气时代，2002．8
[13] 李亚伯．数字电路与系统．北京：电子工业出版社，1998
[14] 清华大学、西安交通大学合编．高电压绝缘．北京：电力工业出版社
[15] 金如麟．电力电子技术基础．北京：机械工业出版社，1997
[16] 王瑞华．脉冲变压器设计．北京：科学出版社，1996
[17] 余存仪．强流陡脉冲高电压技术．西安交通大学教材，1992
[18] 沈本荫．现代交流传动及其控制系统．中国铁道出版社，1997
[19] 方鸿发．低压电器．西安交通大学教材
[20] 王士元．C高级实用程序设计．北京：清华大学出版社，1996
[21] 徐金梧 杨德斌 徐科．Turbo C实用大全．北京：机械工业出版社，1996
[22]谭浩强．C程序设计(第二版)．北京：清华大学出版社，1999
[23]邱关源．电路．北京：高等教育出版社，1992
[24]常用三极管替换手册．北京：北京科学技术出版社，2002-6-12
[25]许建军．快速晶闸管在加速器电源系统中的应用．电源技术应用．2002．12
[26]刘明光．高电压绝缘及试验技术．西南交通大学出版社．1998
[27]陈安凯，陈嘉．最新国外集成电路数据手册．人民邮电出版社．1995
[28]李明，王晓宝，有效抑制IGBT模块中的过电压．电焊机，2001年3月．
[29]邵丙衡，电力电子技术．中国铁道出版社，1997．
[30]赵良炳，现代电力电子技术基础．清华大学出版社，1997
[31]曾家智，周小华，黄克军，现代微机系统和接口。电子科技大学出版社，1999
[32]张凤均，Labwindows／CVI开发入门和进阶．北京航空航天大学出版社，2001
[33]彭立信，微型计算机在开业控制中的作用．安徽科学技术出版社，1985
[34]李瀚荪，电路分析基础．高等教育出版社，1998
[35]叶欣TURBOC2.0参考手册．学苑出版社，1993
[36]PC—Labcard Series User's Manual.ADVANTECH
[37]SINUS-GENERATOR Siberia Russia;1995
[38]刘锡三．全国高功率粒子束十年文集序言．见：中国粒子加速器学会，全国高功率粒子束十年文集．绵阳：1995
[39]丁卫东，张乔根，邱毓昌．高电压恒流源的应用与发展．高电压技术，1999，25(4)
[40]陈首新，李丁九．重复频率脉冲功率技术．中南民族学院学报(自然科学版)，2000，No．2：5
[41]赵维晋．科技报告(第一分册)高功率脉冲技术与自由电子激光．1990：11～12
[42]朗家骏．电除尘的高效恒流高压直流电源．硫酸工业，1998，No．1：28～30
[43]波尔科夫，瓦库连科．激光器的电源，孙乃根，王世贵．北京：科学出版社 1980
[44]王志良．电力电子器件及其应用技术．北京：机械工业出版社，1996．364～365
[45]常安碧，张德泉，张之福．600kV高压大电流脉冲变压器的研制．强激光与粒子束．1998．8
[46]常安碧，谭杰，马乔生．宽脉冲强流电子束加速器重复运行实验研究．中物院高功率微波技术研究室论文集(1998～2001) No：130～135
[47]邹光荣，常安碧，马乔生．强流电子加速器电源系统．中物院高功率微波技
术研究室论文集(1998～2001) No：157～160
[48]杨自祥．全国高功率粒子束十年文集，(1995) No：207～209
[49]陈洪斌，常安碧，甘延青．调制器型加速器的波形整形．中物院高功率微波技术研究室论文集(1998～2001) No：161～165
[50]曹绍云，罗敏，常安碧．100KV/2A恒流充电电源的调试与试验．中物院高功率微波技术研究室论文集(1998～2001) No：166～171