一种高稳定度的大功率长脉冲高压电源及控制方法技术

本发明专利技术属于电力电子技术领域，具体公开了一种高稳定度的大功率长脉冲高压电源及控制方法，该高压电源包括发电机、真空隔离开关、高压移相多绕组变压器、电源模块、电动接地开关和负载，发电机输出端经真空隔离开关与高压移相多绕组变压器原边连接，高压移相多绕组变压器副边与电源模块输入端连接，电源模块输出端并联连接电动接地开关和负载，电源模块包括多个开关电源模块和多个可调电压模块，多个可调电压模块分别固定在不同的电压值上。本发明专利技术的高压电源具有输出电压高，输出电流大，电压纹波小，电容储能少，等特点，功率可以达到2MW，可以有效提高高压电源输出电压的稳定度和调节精度。精度。精度。

【技术实现步骤摘要】
一种高稳定度的大功率长脉冲高压电源及控制方法


[0001]本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种高稳定度的大功率长脉冲高压电源及控制方法。

技术介绍

[0002]HL
‑
2M是我国新建成的大型磁约束核聚变托卡马克装置，在托卡马克装置中，加热等离子体的方法主要是欧姆加热和电子回旋、低杂波、中性束注入等二级加热手段。其中电子回旋共振加热是聚变等离子体二级加热最常用的方法之一，其主要原理是利用高功率回旋管产生微波对等离子体加热。大功率高压电源则是直接给回旋管提供阴极高压，单只电子回旋管需要的高压通常55kV左右，单只回旋管电流45A左右，为节约建造成本，通常一套高压电源会同时給2
‑
4只回旋管提供高压，高压电源的稳定度直接影响其加热效率，因此，需要研制高稳定度的大功率高压电源。
[0003]现有技术的大功率高压电源大多是由高压多绕组变压器和多个6脉波直流电源模块组成，模块在直流侧串联从而构成高压电源，且每个直流电源模块的输出电压一致。为了减小高压多绕组变压器的加工难度，高压多绕组变压器副边绕组数量有限，高压电源的模块数量有限，根据目前的开关器件参数，考虑性价比，每个电源模块的输出电压通常都在800
‑
1000V左右。通常根据电压值来配备相应数量的开关电源模块。当回路中都采用开关电源模块时，电压调节最小值为800
‑
1000V，例如，当高压输出为55kV时，电压调节时输出电压精度约800V/55kV*100％＝1.5％，电压调节的精度直接影响高压电源的稳定度，同时影响回旋管的加热效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种高稳定度的大功率长脉冲高压电源及控制方法，该高压电源具有输出电压高，输出电流大，电压纹波小，电容储能少，等特点，功率可以达到2MW，可以有效提高高压电源输出电压的稳定度和调节精度。
[0005]实现本专利技术目的的技术方案：
[0006]一种高稳定度的大功率长脉冲高压电源，所述高压电源包括发电机、真空隔离开关、高压移相多绕组变压器、电源模块、电动接地开关和负载，发电机输出端经真空隔离开关与高压移相多绕组变压器原边连接，高压移相多绕组变压器副边与电源模块输入端连接，电源模块输出端并联连接电动接地开关和负载，电源模块包括多个开关电源模块和多个可调电压模块，多个可调电压模块分别固定在不同的电压值上。
[0007]所述发电机为双Y输出，双Y之间错30
°
的交流脉冲发电机。
[0008]所述高压移相多绕组变压器包括四个高压移相变压器，均采用高压三相多绕组移相变压器，采用原边移相，副边为星形接法；其中两个变压器原边移相+7.5
°
，另外两个变压器原边移相
‑
7.5
°
。
[0009]所述电源模块包括四个可调电压模块，可调电压模块的输出电压分别固定为
400V、200V、100V、100V。
[0010]所述开关电源模块和可调电压模块均为三相全桥整流结构。
[0011]所述真空隔离开关包括两个三相真空开关，分别用于发电机与高压移相多绕组变压器之间的分合。
[0012]所述电动接地开关为远程电动自动控制。
[0013]一种用于高稳定度的大功率长脉冲高压电源的控制方法，所述控制方法为：首先接入一个或多个开关电源模块，以使输出电压与设定电压的差值不大于开关电源模块的输出电压，然后根据输出电压与设定电压的差值，从多个可调电压模块中选取一个或多个可调电压模块投入使用，以使电源模块的输出电压与设定值电压的差值控制在预设范围内，预设范围不大于多个可调电压模块中的最小输出电压。
[0014]当所述多个可调电压模块的输出电压为400V、200V、100V时，若输出电压与设定电压的差值为负200V时，投入输出电压模块为200V的可调电压模块；若输出电压与设定电压的差值为负400V时，投入输出电压模块为400V的可调电压模块；若输出电压与设定电压的差值为负600V时，投入输出电压模块为200V和输出电压模块为400V的可调电压模块。
[0015]本专利技术的有益技术效果在于：
[0016]1、本专利技术的一种高稳定度的大功率长脉冲高压电源采用两组移相错30
°
的Y发电机供电，采用了四个移相变压器，其中两个变压器原边移相+7.5
°
，另外两个变压器原边移相
‑
7.5
°
。经开关模块整流串联后，可以生成24脉波直流，既减小输出电压的纹波，又可以减小每个开关电源模块的电容，减小了模块的体积，节约成本。
[0017]2、本专利技术的一种高稳定度的大功率长脉冲高压电源采用了4个可调电压模块，其中一个为备用模块，其余三个模块将模块电压分别固定在400V，200V，100V。在高压电源进行反馈控制时，采用反馈算法，通过控制一个开关电源模块和三个可调电压模块，可以将电压的调节精度控制在100V，简化控制算法和难度，大大提高了高压电源输出的电压精度，电压的最小调节值可以达到100V，例如在直流高压为55kV时，电压的调节精度可以达到100V/55kV*100％＝0.18％，这样能提高高压电源输出电源的稳定度，完全满足这种回旋管负载的需求。
[0018]3、本专利技术的一种高稳定度的大功率长脉冲高压电源采用了电动接地开关，若不满足实验条件，电动接地开关不会抬起离地，并且将触发真空开关的跳闸，保护试验设备和人身安全。
[0019]4、本专利技术的一种高稳定度的大功率长脉冲高压电源的电源拓扑可以扩展，目前的技术可以适用于400kV/200A以下的高压电源，只需增加对应的高压多绕组变压器和模块数量即可，高压电源电压越高，这种电路的优势越明显。这种电源拓扑经回路中加入水冷等循环系统后，也可用于长稳态工作。
附图说明
[0020]图1为本专利技术所提供的一种高稳定度的大功率长脉冲高压电源的主电路示意图；
[0021]图2为本专利技术所提供的一种高稳定度的大功率长脉冲高压电源的具体电源拓扑图；
[0022]图3为本专利技术所提供的一种高稳定度的大功率长脉冲高压电源的开关电源模块示
意图；
[0023]图4为本专利技术所提供的一种高稳定度的大功率长脉冲高压电源的可调开关电源模块示意图。
[0024]图中：G
‑
发电机；S
‑
真空隔离开关；K
‑
电动接地开关；Load
‑
负载；
[0025]T1
‑
第一高压移相多绕组变压器；T2
‑
第二高压移相多绕组变压器、T3
‑
第三高压移相多绕组变压器；T4
‑
第四高压移相多绕组变压器；
[0026]100
‑
高压移相多绕组变压器模块；
[0027]200
‑
电源模块；201...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高稳定度的大功率长脉冲高压电源，其特征在于，所述高压电源包括发电机、真空隔离开关、高压移相多绕组变压器、电源模块、电动接地开关和负载，发电机输出端经真空隔离开关与高压移相多绕组变压器原边连接，高压移相多绕组变压器副边与电源模块输入端连接，电源模块输出端并联连接电动接地开关和负载，电源模块包括多个开关电源模块和多个可调电压模块，多个可调电压模块分别固定在不同的电压值上。2.根据权利要求1所述的一种高稳定度的大功率长脉冲高压电源，其特征在于，所述发电机为双Y输出，双Y之间错30
°
的交流脉冲发电机。3.根据权利要求1所述的一种高稳定度的大功率长脉冲高压电源，其特征在于，所述高压移相多绕组变压器包括四个高压移相变压器，均采用高压三相多绕组移相变压器，采用原边移相，副边为星形接法；其中两个变压器原边移相+7.5
°
，另外两个变压器原边移相
‑
7.5
°
。4.根据权利要求3所述的一种高稳定度的大功率长脉冲高压电源，其特征在于，所述电源模块包括四个可调电压模块，可调电压模块的输出电压分别固定为400V、200V、100V、100V。5.根据权利要求1所述的一种高稳定度的大功率长脉冲高压电源，其特征在于，所述开关电源模块和可调电压模块均为三相全桥整流结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛晓惠，李春林，李青，夏于洋，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院，
类型：发明
国别省市：