一种硅整流堆反向特性测试装置及其操作方法

《一种硅整流堆反向特性测试装置及其操作方法》涉及一种硅整流堆性能测试装置及其操作方法，具体来说，涉及一种硅整流堆反向特性测试装置及其操作方法。

硅堆是加速器的关键部件之一。它由整流芯子和带保护球隙的金属屏蔽盒组成，每个硅堆的平均输出电压为50千伏。整流芯子由数百只硅二极管串联而成，其电路设计采取了均压和限流措施。例如，地那米加速器利用多级串联整流系统把高频交流功率变换为高压直流功率。具体为高频变压器把高频电压加到两块直立的射频电极之间，通过射频电极与整流柱的半环形电晕环之间的分布电容把高频电压耦合到电晕环上，硅堆就接在相对的电晕环之间，从高压电极到地形成一个串联的整流电路。每个硅堆把相对的电晕环间耦合得到的高频电压整流成直流高压，这些直流高压串联迭加，就得到地那米加速器的直流高压。因为每个硅堆的平均输出电压为E₀＝50千伏，而它的极性与二级管极性相反，因而，每个硅堆承受的反向电压平均为V_G＝2E₀；但实际上由于硅堆在整流柱中所处电位不同。各个硅堆实际承受的反向电压是不相等的。处于最高电位的硅堆，所承受的反向电压最高，约是平均值的1.4倍。为了保证硅堆在加速器中正常运用，需要对其反向特性在正式使用前进行测试。

图1是《一种硅整流堆反向特性测试装置及其操作方法》装置的纵向剖视图。

图2是《一种硅整流堆反向特性测试装置及其操作方法》装置的工作原理图。

图中，1、工频试验变压器；2、高压引线球；3匀场垫圈；4、绝缘柱；5、铜柱；6、密封容器；7、硅堆阳极端；8、硅堆；9、硅堆阴极定位板；10、电阻电容组件；11、导体绝缘密封套；12、导体棒；13、毫安表；14、观察窗；15、绝缘套；16、定位板弹簧机构；17、导气系统；18、气体压力表；19、机架；20、抽真空装置。

2021年6月24日，《一种硅整流堆反向特性测试装置及其操作方法》获得第二十二届中国专利优秀奖。

如图1所示，《一种硅整流堆反向特性测试装置及其操作方法》的一种硅整流堆反向特性测试装置，包括工频试验变压器1、高压引线球2、绝缘柱4、铜柱5、密封容器6、硅堆阳极端7、硅堆阴极定位板9、电阻电容组件10、导体绝缘密封套11、导体棒12、毫安表13、绝缘套15、定位板弹簧机构16、导气系统17、气体压力表18、机架19、抽真空装置20、四通管、导线和螺栓。

工频试验变压器1、密封容器6、毫安表13、导气系统17、气体压力表18、抽真空装置20位于机架19上。

绝缘柱4、铜柱5、硅堆阳极端7、硅堆阴极定位板9、电阻电容组件10、导体绝缘密封套11、导体棒12、绝缘套15、定位板弹簧机构16位于密封容器6中。其中，绝缘柱4呈柱状体，中间空心。绝缘柱4密封固定连接在密封容器6顶端，并且一端在密封容器6外，另一端在密封容器6内。铜柱5固定于绝缘柱4中空部位，其两端伸出绝缘柱4。铜柱5底端与硅堆阳极端7通过螺栓固定连接。硅堆阴极定位板9上有凸台，其通过绝缘套15与固定在密封容器6底端的定位板弹簧机构16固定连接。导体绝缘密封套11密封固定连接在密封容器6底端，并且一端在密封容器6外，另一端在密封容器6内。导体棒12密封套装在导体绝缘密封套11中，并且其两端伸出导体绝缘密封套11。硅堆阴极定位板9和导体棒12之间有电阻电容组件10，其中电阻和电容通过导线并联，两端连接在硅堆阴极定位板9和导体棒12上。

高压引线球2是个金属球，位于密封容器6外部。高压引线球2顶端和底端开有沉孔，其顶端沉孔连接到工频试验变压器1正极，底端沉孔连接到铜柱5顶端。工频试验变压器1负极接地。

机架19上的毫安表13与导体棒12下端连接。毫安表13另一端接地。密封容器6的底部有一孔，连接一个四通管道，分别连接导气系统17、气体压力表18和抽真空装置20。

试验中，工频试验变压器采用极限电压是50千伏，极限功率500伏·安，高压引线头的极限电压是50千伏为佳。

为增加爬电距离和均匀电场的作用，绝缘柱4轴向截面外形呈波浪形。

为了均匀电场，可以在高压引线球2和绝缘柱4之间，以及绝缘柱4和硅堆阳极端7之间各添加一个匀场垫圈3。

为了观测硅堆8在通电后的状态，可以在密封容器6的壁面上设置观察窗14。

导气系统17中的气体为绝缘气体，以六氟化硫气体为佳。

使用上述测试装置时，包括以下步骤：

第一步：连接好测试装置，具体包括：

1.1：将定位板弹簧机构16连接在密封容器6底端；

1.2：通过螺栓将绝缘套15一端固定在定位板弹簧机构16上，另一端固定在硅堆阴极定位板9底端；

1.3：将套有导体棒12的导体绝缘密封套11密封安装在密封容器6底端上，并且其一端在密封容器6中，另一端在密封容器6外；

1.4：将电阻电容组件10通过导线连接到硅堆阴极定位板9和导体棒12之间；

1.5：通过导线，毫安表13连接在导体棒12底端，毫安表13另一端接地；

1.6：在密封容器6的底端连接一个四通管，其一端连接气体压力表18，一端连接导气系统17，一端连接抽真空装置20；

1.7：用密封垫圈密封固定连接绝缘柱4和铜柱5；并将其整体固定密封连接在密封容器6的顶端；

1.8：在铜柱5两端安装匀场垫圈3，并通过螺栓将其底端固定连接硅堆阳极端7；

以上1.1至1.8步骤的顺序可以随意调整，只要能够连接测试装置即可。

第二步：安装硅堆，连通电路，具体包括：

2.1：将硅堆8放在硅堆阴极定位板9顶端，并使硅堆8底端的凹口与硅堆阴极定位板9上的凸台相对应；

2.2：将硅堆阳极端7压在硅堆8的顶面；

2.3：通过螺栓密封连接密封容器6的顶盖，以保证密封容器6内能承受试验规定的气体压力。通过定位板弹簧机构16的调节，可以使硅堆8与硅堆阳极端7、硅堆阴极定位板9之间连接可靠。

2.4：安装高压引线球2，将高压引线球2的底端沉孔插入铜柱5顶端中，并将高压引线球2的顶端通过导线连接在工频变压器1的正极。

第三步：在密封容器6中充入绝缘气体，具体包括：

3.1；打开抽真空装置20阀门，并使导气系统17阀门保持关闭状态。观察气体压力表18的变化，当其达到试验规定压力数值时，关闭抽真空装置20阀门。为了保证真空状态，当密封容器6中的压力为负值时，例如负0.1兆帕，才关闭抽真空装置20阀门。

3.2：打开导气系统17阀门，并使抽真空装置20阀门保持关闭状态。观察气体压力表18的变化，当其达到试验规定压力数值时，关闭导气系统17阀门。

第四步：连通电源，观察电流变化，并计算硅堆反压。逐渐升高输入的交流电压，观察毫安表13，电流应该逐渐同步上升。如果硅整流器工作正常，在负载上将建立直流高压，并能测量到正常的稳定的负载电流。如果硅整流器不正常，负载毫安表13的指针跳动或晃动，同时还可能在观察窗14里看到球隙打火亮光。

硅整流器的反压可以由输入的交流电压按电容负载半波整流电路的公式算出。

其中：U_R：被测元件硅整流器上所承受最大反向电压；

U₀：工频试验变压器输出的电压有效值。

第五步：实验结束，关闭电源，抽回绝缘气体，拆除装置。

当试验结束时，关闭工频试验变压器1的电源开关。打开抽真空装置20的阀门，并使导气系统17阀门保持关闭状态。观察气体压力表18的变化，当其达到试验规定的压力数值时，可以关闭抽真空装置20的阀门。随后可以拆除密封容器6，取出硅堆8。

在第五步中，为了保证绝缘气体被全部抽回，当气体压力表18中的压力为负值时，例如负0.1兆帕，才关闭抽真空装置20的阀门。

连通电路后，电流从工频试验变压器1流出，依次经过高压引线球2，铜柱5，硅堆阳极端7，硅堆8，硅堆阴极定位板9，电阻电容组件10，导体棒12，毫安表13。

该测试装置的工作原理：这是一个单相半波整流电路，交流高压通过被测的硅整流器整流，以高电阻和电容的并联组件为负载，电容与电阻值的选取，应保证负载是电容性的。逐渐升高输入的交流电压，观察负载毫安表13，电流应该逐渐同步上升。如果硅整流器工作正常，在负载上将建立直流高压，并能测量到正常的稳定的负载电流。如果硅整流器不正常，负载毫安表13的指针会跳动或晃动，同时还可能在观察窗14里看到球隙打火亮光。

一种硅整流堆反向特性测试装置及其操作方法专利目的

《一种硅整流堆反向特性测试装置及其操作方法》的目的是提供一种硅整流堆反向特性测试装置及其操作方法，以测试硅整流堆的反向耐压性能是否能够满足应用要求。

一种硅整流堆反向特性测试装置及其操作方法技术方案

一种硅整流堆反向特性测试装置，其特征在于，包括工频试验变压器、高压引线球、绝缘柱、铜柱、密封容器、硅堆阳极端、硅堆阴极定位板、电阻电容组件、导体绝缘密封套、导体棒、毫安表、绝缘套、定位板弹簧机构、导气系统、气体压力表、机架、抽真空装置、四通管、导线和螺栓；

所述的工频试验变压器、密封容器、毫安表、导气系统、气体压力表、抽真空装置位于所述的机架上；

所述的绝缘柱、铜柱、硅堆阳极端、硅堆阴极定位板、电阻电容组件、导体绝缘密封套、导体棒、绝缘套和定位板弹簧机构位于所述的密封容器中；所述的绝缘柱呈柱状体，中间空心，其密封固定连接在所述的密封容器顶端；所述的铜柱固定于绝缘柱中空部位，其两端伸出绝缘柱。所述的铜柱底端与所述的硅堆阳极端固定连接；所述的硅堆阴极定位板上有凸台，其通过所述的绝缘套与固定在所述的密封容器底端的定位板弹簧机构连接；所述的导体绝缘密封套固定连接在密封容器底端；所述的导体棒套装在导体绝缘密封套中，并且其两端伸出导体绝缘密封套；所述的硅堆阴极定位板和导体棒连接有电阻电容组件，该电阻和电容通过导线并联；

所述的高压引线球是个金属球，两端有沉孔，其顶端沉孔连接到所述的工频试验变压器正极，底端沉孔连接到铜柱顶端；

所述的毫安表与所述的导体棒下端连接；

所述的密封容器的底部连接一个四通管，分别连接所述的导气系统、所述的气体压力表和所述的抽真空装置；其中，该导气系统中的气体为绝缘气体。

一种操作上述的硅整流堆反向特性测试装置的方法，包括以下步骤：

1）：连接测试装置；

2）：安装硅堆；

3）：在密封容器中充入绝缘气体；

4）：连通电路，观察电流变化，并计算硅堆的反压；

5）：试验结束，关闭工频试验变压器的电源开关；打开抽真空装置的阀门，当气体压力表达到试验规定的压力数值时，关闭抽真空装置的阀门，随后拆除密封容器，取出硅堆。

采用上述技术方案，通过工频试验变压器、高压引线球、绝缘柱、铜柱、密封容器、硅堆阳极端、硅堆阴极定位板、电阻电容组件、导体绝缘密封套、导体棒、毫安表、绝缘套、定位板弹簧机构、导气系统、气体压力表、机架、抽真空装置、四通管、导线和螺栓的组装，连通电路，可以检测出硅堆的反向耐压性能，进而判断出这种硅堆是否可以应用到加速器中。

1.一种硅整流堆反向特性测试装置，其特征在于，包括工频试验变压器（1）、高压引线球（2）、绝缘柱（4）、铜柱（5）、密封容器（6）、硅堆阳极端（7）、硅堆阴极定位板（9）、电阻电容组件（10）、导体绝缘密封套（11）、导体棒（12）、毫安表（13）、绝缘套（15）、定位板弹簧机构（16）、导气系统（17）、气体压力表（18）、机架（19）、抽真空装置（20）、四通管、导线和螺栓；所述的工频试验变压器（1）、密封容器（6）、毫安表（13）、导气系统（17）、气体压力表（18）、抽真空装置（20）位于所述的机架（19）上；所述的绝缘柱（4）、铜柱（5）、硅堆阳极端（7）、硅堆阴极定位板（9）、电阻电容组件（10）、导体绝缘密封套（11）、导体棒（12）、绝缘套（15）和定位板弹簧机构（16）位于所述的密封容器（6）中；其中，所述的绝缘柱（4）呈柱状体，中间空心，其密封固定连接在密封容器（6）顶端；所述的铜柱（5）固定于绝缘柱（4）中空部位，其两端伸出绝缘柱（4）；所述的铜柱（5）底端与硅堆阳极端（7）固定连接；所述的硅堆阴极定位板（9）上有凸台，其通过所述的绝缘套（15）与固定在密封容器（6）底端的定位板弹簧机构（16）连接；所述的导体绝缘密封套（11）固定连接在密封容器（6）底端；所述的导体棒（12）套装在导体绝缘密封套（11）中，并且其两端伸出导体绝缘密封套（11）；所述的硅堆阴极定位板（9）和导体棒（12）连接有电阻电容组件（10），该电阻和电容通过导线并联；所述的高压引线球（2）是个金属球，两端有沉孔，其顶端沉孔连接到工频试验变压器（1）正极，底端沉孔连接到铜柱（5）顶端；所述的毫安表（13）与导体棒（12）下端连接；所述的密封容器（6）的底部连接一个四通管，分别连接导气系统（17）、气体压力表（18）和抽真空装置（20）；其中，该导气系统（17）中的气体为绝缘气体。

2.按照权利要求1所述的硅整流堆反向特性测试装置，其特征在于，还包括匀场垫圈（3）；该匀场垫圈（3）有两个，一个位于所述的高压引线球（2）和所述的绝缘柱（4）之间，另一个位于所述的绝缘柱（4）和所述的硅堆阳极端（7）之间。

3.按照权利要求1或2所述的硅整流堆反向特性测试装置，其特征在于，所述的绝缘柱（4）轴向截面外形呈波浪形。

4.按照权利要求3所述的硅整流堆反向特性测试装置，其特征在于，还包括观测口（14），该观测口（14）位于密封容器（6）的壁面上。

5.按照权利要求4所述的硅整流堆反向特性测试装置，其特征在于，所述的绝缘气体为六氟化硫气体。

6.按照权利要求5所述的硅整流堆反向特性测试装置，其特征在于，所述的工频试验变压器（1）的极限电压是50千伏，极限功率是500伏·安；所述的高压引线球（2）的极限电压是50千伏。

7.一种操作权利要求1所述的硅整流堆反向特性测试装置的方法，包括以下步骤：1）：连接测试装置；2）：安装硅堆（8）；3）：在密封容器（6）中充入绝缘气体；4）：连通电路，观察电流变化，并计算硅堆（8）的反压；5）：试验结束后，关闭工频试验变压器（1）的电源开关；打开抽真空装置（20）的阀门，当气体压力表（18）达到试验规定的压力数值时，关闭抽真空装置（20）的阀门，然后拆除密封容器（6），取出硅堆（8）。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的1）步骤具体包括：1.1：将定位板弹簧机构（16）连接在密封容器（6）底端；1.2：通过螺栓将绝缘套（15）一端固定在定位板弹簧机构（16）上，另一端固定在硅堆阴极定位板（9）底端；1.3：将套有导体棒（12）的导体绝缘密封套（11）密封安装在密封容器（6）底端；1.4：将电阻电容组件（10）连接到硅堆阴极定位板（9）和导体棒（12）之间；1.5：将毫安表（13）连接在导体棒（12）底端；1.6：在密封容器（6）的底端连接一个四通管，其一端连接气体压力表（18），一端连接导气系统（17），一端连接抽真空装置（20）；1.7：密封固定连接绝缘柱（4）和铜柱（5）；并将其整体密封固定连接在密封容器（6）的顶端；1.8：在铜柱（5）两端安装匀场垫圈（3），并通过螺栓将其底端固定连接硅堆阳极端（7）；

9.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的2）步骤具体包括：2.1：将硅堆（8）放在硅堆阴极定位板（9）顶端，并使硅堆（8）底端的凹口与硅堆阴极定位板（9）上的凸台相对应；2.2：将硅堆阳极端（7）压在硅堆（8）的顶面；2.3：安装密封容器（6）的顶盖；2.4：将高压引线球（2）的底端沉孔插入铜柱（5）顶端中，并将高压引线球（2）的顶端连接到工频试验变压器（1）的正极。

10.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的3）步骤具体包括：3.1：打开抽真空装置（20）阀门，保持导气系统（17）阀门关闭状态；当其达到试验规定压力数值时，关闭抽真空装置（20）阀门；3.2：打开导气系统（17）阀门，保持抽真空装置（20）阀门关闭状态；当其达到试验规定压力数值时，关闭导气系统（17）阀门。

负载效应不仅会发生于传感器与被测物体间，而且存在于测量装置的前后环节之间。

测量装置的负载效应是其固有特性，在设计搭建测量系统时，要考虑将其将其影响降到最小，以提高测试精度。2100433B

《一种反应堆下部堆内构件》涉及压水堆核电厂核反应堆设计技术领域，具体涉及一种反应堆下部堆内构件。

一种反应堆下部堆内构件专利目的

《一种反应堆下部堆内构件》的目的是提供一种结构简单、流量分配均匀、阻力系数小、便于维修和更换的反应堆下部堆内构件。

一种反应堆下部堆内构件技术方案

《一种反应堆下部堆内构件》包容在反应堆压力容器内部，包括堆芯支承下板、流量分配装置、支承柱、能量吸收装置、防断底板和涡流抑制板；其中，堆芯支承下板固定于堆芯底部，若干个支承柱安装固定在堆芯支承下板的底部，堆芯支承下板底部同轴安装固定有设有若干圆孔的流量分配装置，堆芯支承下板上开流水孔，支承柱穿过流量分配装置并与堆芯支承下板的底部固定连接，支承柱下端面水平固定连接涡流抑制板，涡流抑制板下部安装固定有若干能量吸收装置，能量吸收装置下安装固定防断底板。

所述涡流抑制板下部安装固定有4个能量吸收装置。

所述流量分配装置包括流量分配环板、与流量分配环板下部周向固定连接的分配底板、与分配底板上表面固定连接的加强柱，流量分配环板、分配底板通过整体锻造或锻环与板材焊接而成为一体，流量分配环板上表面与加强柱的上表面共面。

所述流量分配环板与分配底板形成的角度与压力容器的下封头内表面轮廓匹配。

所述流量分配环板上设有若干凸部，凸部内设有螺纹连接件沉孔。

所述流量分配环板的周向侧壁上设有等直径的圆孔，圆孔呈旋转对称布置。

所述流量分配环板凸部处通常不布置圆孔。

所述分配底板上均匀设有等直径的小圆孔，小圆孔布置旋转对称，每一小圆孔均对应堆芯支承下板上的4个流水孔。

所述分配底板上在支承柱穿过位置开有若干大圆孔，大圆孔比支承柱下端的法兰直径大，支承柱穿过大圆孔与堆芯支承下板固定连接，在大圆孔和支承柱间形成流水环段。

一种反应堆下部堆内构件改善效果

《一种反应堆下部堆内构件》通过流量分配装置上设置合适大小、数量、形状和位置的圆孔，实现了冷却剂进入堆芯前很好的分配效果，减少了沿程阻力损失，满足了邻近组件的入口流量分配偏差允许值、最大平均流量等指标。