40kW高频功率源设计

发布时间：2020-11-07 11:41

　　 高频功率源是回旋加速器的重要组成部分,担负着为粒子的运动提供能量的任务,其工作对加速器运行具有重要的影响。高频功率源的设计在实现大功率输出、稳定频率的同时,不仅要实现对功率源的启动、停止和运行状态的实时监测及记录,还要具有良好的人机交互能力和网络通信能力。在阅读文献资料和了解高频功率源工作原理及其组成的基础上,为满足用户提出的要求,完成了功放系统和控制系统的设计。(1)根据用户的实际要求设计了高频功率放大系统。为了获得足够大的输出功率,采用了由功率分配器和功率合成器组成的四级合成方式,利用多个750W功放模块,实现了高达40kW的功率输出;并针对功放管的散热采用水循环的方式进行了冷却,最终完成了高频功放系统的设计。(2)结合控制系统的要求完成高频功率源的控制系统硬件设计。选择西门子PLC与研华触摸屏组合的方式,设计了以PLC为核心的控制系统硬件组成,实现对高频功率放大系统中的前级功放、末级功放等各个部分的运行状态进行监控,保证控制系统安全可靠地运行,同时利用触摸屏实现人机交互操作。(3)完成控制系统的软件设计。在Step7软件开发环境下,利用梯形图完成了控制系统的PLC程序设计,主要包括实时数据采集、开关机控制、故障分析处理的设计。选择WINCC作为上位机界面的组态软件,完成了监控界面、系统设置界面和故障显示界面的组态,同时具有历史记录和故障记录查询的功能。经过实验室调试和现场长时间的拷机测试,顺利通过了用户的测试验收。该系统工作稳定可靠、人机界面友好、功能完善,能够满足系统的要求。
【学位单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TL542
【部分图文】：

图 4-4 触摸屏主板接口示意图Fig. 4-4 Schematic diagram of touch screen interface board系统中 PLC 作为中央控制器，触摸屏可以节省 PLC 的 I/O 点数，关参数的设定可以通过触摸屏输入给 PLC，PLC 的输出端指示灯数、曲线，可以在触摸屏上显示，以利于操作人员方便准确的了作情况。而且触摸屏可以通过 RS485 与前级功放进行通信，利用m 串口控件，根据相应的通信协议，利用串口向下层的功率控制器询功率数据，并可对其进行频率的设置和升降功率的控制[41]。触纽，用它来代替原始的控制台和显示器，用于数据的实时显示和面还设有历史记录和故障查询的按钮，以方便工作人员对接收 PL和处理；而且触摸屏界面上还设有开关机控制按钮，通过进行人作等。而且选择的触摸屏拥有双网卡构成，其中一个网口用于和和远程客户机之间通信，如果客户机较多，需要交换机或路由器远程访问和监控。系统的软件设计与实现

模拟量滤波开关量监测开关机控制故障分析处理图 4-5 PLC 程序主流程图Fig. 4-5 The PLC program flowchart（1）数据采集针对高频功率数据的实时采集，采用先对其原始数据进行统一采集，然后对这些数据进行统一滤波。Step7 环境下的功能模块 FC11 和 FC2 负责对高频功率源所有模拟量数据和所有开关量，每隔 500ms 处理和采集一次，然后把这些处理好的数据存储起来。模拟量的滤波操作是通过 FC22 功能块和 OB35 中断组织块，二者循环配合实现，采集四次，进行次均值滤波操作，最后才把处理后的数据输出。如图所示，图 4-6 左为部分模拟量数据的采集程序，图 4.6 右为模拟量数据的滤波程序。

而且具有锁存的功能，即对导致故障发生的原因进行锁存处理，方便人员查询。a) b)图4-8 故障处理程序Fig. 4-8 The program of fault treatment另外，还有一个特殊类故障，即整机负载过荷，该故障是由于高频能量在传输的过程中，产生的部分能量反射与前进的部分干扰汇合，发生了驻波，最终变成热量，使得馈线升温。因此针对驻波比过大时，要有过荷保护的功能。本课题中针对驻波比保护最大值为2，即如若3秒内持续驻波比大于2或连续3次瞬时驻波比大于2，将会出现过荷保护；由于其过程不是凭借一次异常判定的，需要一段时间内连续且多次出现时才能够判定的故障，所以处理时较为复杂。如图4-9所示
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本文编号：2873897