一种高功率回旋管阳极尖峰电流主动回避过流保护装置

摘要

本发明属于等离子体加热领域，具体涉及一种电子回旋共振加热系统中高功率回旋管控制与保护系统，主要由电流传感器、电压比较器、锁存器、组合逻辑、微控制器、光纤和光纤通信模块组成；电流传感器把阳极回路电流信号转换为电压信号；通过电压比较器将该电压信号与两路阈值进行比较，过流保护阈值在阳极尖峰电流期间和正常工作时过流期都会输出高电平；另一路阈值判断阳极回路开通状态，在尖峰电流期间和正常工作期间都会输出高电平，在阳极电压没有加入期间输出低电平；接着将这两路数字逻辑信号送入锁存器和组合逻辑进行处理，在尖峰电流期间组合逻辑输出低电平，在正常工作期间且阳极回路过流时输出高电平；从而判断尖峰电流和正常工作时间。

说明书

技术领域

本发明属于等离子体加热领域，具体涉及一种电子回旋共振加热系统中高功率回旋管控制与保护系统。 

背景技术

电子回旋共振加热是磁约束聚变研究中一种重要的加热手段。在HL-2A装置配备有3MW电子回旋共振加热系统。研究等离子体输运、抑制磁流体不稳定性等物理实现需要电子回旋波功率高频调制。 

通过调制回旋管阳极电压，可实现输出微波功率调制。阳极电压在开通过程中，阳极回路分布参数引起阳极回路存在数倍于正常工作电流的上电尖峰电流。阳极电压上升速度越快，尖峰电流越大。为了保护回旋管的安全，通常给阳极电流设置保护阀值。阈值太高，正常保护时间越长，有可能损坏回旋管；阈值太低，上电尖峰电流会引起过流保护。阳极尖峰电流是限制高功率回旋管功率调制频率的关键因素之一。 

常用的解决方法为引入延时器件，在上电时避开尖峰，使阈值可以不受尖峰电流的影响，针对工作电流设置。这种方法存在的问题主要是，延时时间不易确定，若延时时间太短，则不足以避开尖峰，发生误保护；时间太长，则可能引起漏保护，并且每次尖峰的时间长度也不一致，更不易确定延时时间。为了提高功率调制频率，本发明发展了一种尖峰电流主动回避过流保护电路。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种新的过流保护方法，以解决阳极尖峰电流引起过流保护的问题，从而提高回旋管微波功率调制频率。 

为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是一种高功率回旋管阳极尖峰电流主动回避过流保护装置，主要由电流传感器、电压比较器、锁存器、组合逻辑、微控制器、光纤和光纤通信模块组成； 

电流传感器把阳极回路电流信号转换为电压信号；然后通过两个电压比较器将该电压信号与两路阈值进行比较，一路为过流保护阈值，在阳极尖峰电流期间和正常工作时过流期都会输出高电平；另一路阈值用于判断阳极回路开通状态，在尖峰电流期间和正常工作期间都会输出高电平，在阳极电压没有加入期间输出低电平；接着将这两路数字逻辑信号送入锁存器和组合逻辑进行处理，过流信号与锁存器输出的逻辑信号进入组合逻辑进行运算，在尖峰电流期间组合逻辑输出低电平，在正常工作期间且阳极回路过流时输出高电平；从而判断尖峰电流和正常工作时间，实现在阳极尖峰电流期间，不进行过流保护；在正常工作期间，进行过流保护；最后该信号经光纤送给电子回旋加热综合保护系统，用于保护回旋管安全；微控制器和光纤通信模块用于远程设置保护阀值和监测过渡保护器状态。 

本发明的尖峰电流主动回避装置解决了回旋管功率高频调制时，阳极尖峰电流引起过流保护的问题。引入本发明的过流保护方法后，可提高回旋管功率调制频率，为开展磁约束等离子体输运研究、高频调制电子回族电流驱动抑制磁流体不稳定性等前沿实验奠定了基础。 

附图说明

图1是尖峰电流主动回避过流保护原理示意图； 

图2是尖峰电流主动回避过流保护器实验测量波形图。 

图中：1-电流传感器；2-电压比较器；3-电压比较器；4-锁存器；5-组合 逻辑；6-数字光纤；7-微控制器；8-光纤通信模块，9-电子回旋加热综合保护系统。 

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的尖峰电流主动回避过流保护方法所采取的技术方案做进一步说明： 

如图1所示，一种高功率回旋管阳极尖峰电流主动回避过流保护装置，主要由电流传感器、电压比较器、锁存器、组合逻辑、微控制器、光纤和光纤通信模块组成。 

电流传感器把阳极回路电流信号转换为电压信号； 

然后通过两个电压比较器将该电压信号与两路阈值进行比较，一路为过流保护阈值，在阳极尖峰电流期间和正常工作时过流期都会输出高电平；另一路阈值用于判断阳极回路开通状态，在尖峰电流期间和正常工作期间都会输出高电平，在阳极电压没有加入期间输出低电平； 

接着将这两路数字逻辑信号送入锁存器和组合逻辑进行处理，过流信号与锁存器输出的逻辑信号进入组合逻辑进行运算，在尖峰电流期间组合逻辑输出低电平，在正常工作期间且阳极回路过流时输出高电平；从而判断尖峰电流和正常工作时间，实现在阳极尖峰电流期间，不进行过流保护；在正常工作期间，进行过流保护； 

最后该信号经光纤送给电子回旋加热综合保护系统，用于保护回旋管安全； 

微控制器和光纤通信模块用于远程设置保护阀值和监测过渡保护器状态。 

图2为尖峰电流主动回避过流保护器实验测量波形图。示波器通道2为使 用信号发生器模拟的阳极电流信号，阳极电流在上电期间存在很大的尖峰电流，在正常工作期间存在过流。通道4为电路自动识别的正常工作区别，在尖峰电流期间和阳极关断期间为低电平，在正常工作期间为高电平。通道3为过流保护器输出的保护信号，从波形看出，在尖峰电流期间，无保护信号输出，在正常工作期间内的过流被正确探测到。该电路实现了尖峰电流主动回避。 

本发明的尖峰电流主动回避过流保护方法与最接近的现有技术的区别主要为：相对于常规过流保护方法，在同样保护阀值条件下，本发明的尖峰电流主动回避过流保护在阳极尖峰电流期间不出输出过流保护信号。使用常规过流保护，为了在尖峰电流期间不输出过流保护信号，需要把保护阀值提高到尖峰电流以上，使得正常工作时的保护时间变长，有可能危及回旋管的安全。由于功率调制频率越高，尖峰电流越大，从而常规过流保护方法也限制了微波功率调制频率。本发明解决了阳极尖峰电流引起误保护的问题，可提高微波功率调制频率。 

相对于使用延时器件来避开尖峰电流的过流保护方法，本发明的方法能够只根据阳极电流自动判断过流保护期间和正常工作期间。本发明的尖峰电流主动回避过流保护方法无延时器件，不需引入阳极开通信号，避免了延时时间不易确定的问题。本发明从一定程度上简化了电路，避免了由于延时时间设置不合理引起的漏保护，提高了电子回旋系统的安全性和可靠性。