本實用新型涉及離子源的弧電源反饋控制系統(tǒng)，其實質(zhì)是離子源的等離子體放電控制技術(shù)，尤其是能用于中性束注入器的大功率熱陰極離子源，滿足其在不同時期對等離子體放電的需求。

背景技術(shù)：

離子源剛加工安裝完成時，由于其內(nèi)部表面不潔凈，在此期間如果弧電源輸出電壓過高會引起頻繁的打火，等離子體難以建立，更為嚴(yán)重的會造成整個弧室燒蝕損壞。

離子源等離子體的建立是一個復(fù)雜的過程，主要通過陰極燈絲發(fā)射電子，經(jīng)過弧電壓加速與中性氣體的碰撞電離產(chǎn)生。由于燈絲電源和弧電源是共陰極的,當(dāng)弧電源電流增加時,會有較多的電流流向陰極,增加燈絲發(fā)射更多的熱電子,增加了氣體電離度,使弧電源電流不斷增加，影響放電的穩(wěn)定。

在離子源等離子體放電時，弧電源的負(fù)載為等離子體，其在一定時刻出現(xiàn)的非線性和負(fù)阻特性決定了在該時刻電壓與電流之間沒有直接的比例關(guān)系，運用常規(guī)的電壓電流取樣反饋控制很難實現(xiàn)高的反饋調(diào)節(jié)精度和長脈沖準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)等離子體放電和離子束引出運行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了滿足熱陰極離子源在不同時期對等離子體放電的不同需求，本實用新型提供了基于不同變量反饋控制弧電源的反饋控制系統(tǒng)，從而達(dá)到控制大功率熱陰極離子源等離子體放電的目的，該反饋控制系統(tǒng)的核心是設(shè)計用不同變量運行來實現(xiàn)。在離子源初始等離子體放電清洗內(nèi)部表面時期，為了防止過高的弧壓造成的頻繁打火和拉弧現(xiàn)象發(fā)生，弧電源通過其輸出電壓反饋模式來控制輸出電壓逐漸的加高，以在弧室產(chǎn)生不同功率的等離子體，從而達(dá)到清洗離子源的目的；在需要穩(wěn)定的等離子體電流輸出的時候，利用弧電源所輸出的電流作為反饋控制信號來控制弧電源輸出，達(dá)到控制弧電源電流穩(wěn)定輸出的目的，即得到穩(wěn)定的等離子體電流；在中性束注入器中，離子源的主要作用是產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體和加速離子形成穩(wěn)定的離子束，而產(chǎn)生穩(wěn)定離子束的前提是需要有密度均勻的等離子體放電，因此，在弧室內(nèi)插入幾路朗謬爾探針，采集等離子體的密度信號，經(jīng)過處理后反饋控制弧電源的輸出，從而實現(xiàn)長脈沖準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的等離子體放電和離子束引出。

本實用新型的技術(shù)方案如下：

一種大功率離子源弧電源反饋控制系統(tǒng)，所述的離子源為熱陰極離子源，所述的弧電源由弧電源控制器控制，其特征在于：分別對弧電源的輸出電壓、電流以及安裝于弧室內(nèi)的六路探針信號采樣，獲得電壓采樣反饋信號、電流采樣反饋信號以及探針反饋信號，將電壓采樣反饋信號、電流采樣反饋信號以及探針反饋信號與總控系統(tǒng)發(fā)出的電壓設(shè)置、電流設(shè)置和探針設(shè)置進(jìn)行比較放大，其誤差信號經(jīng)由PID組成的運算調(diào)節(jié)單元處理后輸出至弧電源輸出控制器，來實現(xiàn)弧電源輸出的閉環(huán)反饋控制，從而達(dá)到大功率熱陰極離子源等離子體放電控制的目的。

所述的安裝于弧室內(nèi)的六路探針為郎繆爾探針，用于采集等離子體密度信號，該信號經(jīng)線性光電隔離轉(zhuǎn)換器以及六路探針信號綜合處理獲得用于弧電源控制的探針反饋信號。

本技術(shù)主要利用不同變量來反饋控制弧電源的輸出，以實現(xiàn)不同時期離子源等離子體放電的需求。在需要弧電源電壓穩(wěn)定可調(diào)輸出時，利用電壓反饋來控制，而需要離子源長脈沖穩(wěn)定的等離子體放電和離子束引出時，則通過電流反饋和探針反饋控制弧電源來完成。

本實用新型的有益效果：

（1）、本實用新型通過不同變量來反饋控制調(diào)節(jié)弧電源的輸出，能滿足離子源在任何時候?qū)Φ入x子體放電的需求；

（2）、本實用新型對大功率熱陰極離子源的安全穩(wěn)定以及長脈沖運行奠定了基礎(chǔ)，對其放電的物理特性研究提供了技術(shù)手段；

（3）、本實用新型可以為其他多變量控制場合提供技術(shù)參考。

附圖說明

圖1所示為本實用新型原理結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方案

參見圖1，一種大功率離子源弧電源反饋控制系統(tǒng)，所述的離子源為熱陰極離子源，所述的弧電源由弧電源控制器控制，本技術(shù)的核心是通過利用不同變量反饋控制弧電源的輸出，其特征在于：分別對弧電源的輸出電壓、電流以及安裝于弧室內(nèi)的六路探針信號采樣，獲得電壓采樣反饋信號、電流采樣反饋信號以及探針反饋信號，將電壓采樣反饋信號、電流采樣反饋信號以及探針反饋信號與總控系統(tǒng)發(fā)出的電壓設(shè)置、電流設(shè)置和探針設(shè)置進(jìn)行比較，其誤差信號經(jīng)由PID組成的運算調(diào)節(jié)單元處理后輸出至弧電源輸出控制器，來實現(xiàn)弧電源輸出的閉環(huán)反饋控制，從而達(dá)到大功率熱陰極離子源等離子體放電控制的目的。所述的安裝于弧室內(nèi)的六路探針為郎繆爾探針，用于采集等離子體密度信號，該信號經(jīng)線性光電隔離轉(zhuǎn)換器以及六路探針信號綜合處理獲得用于弧電源控制的探針反饋信號。

實際使用中，本反饋控制系統(tǒng)在EAST-NBI強流離子源上已經(jīng)很好應(yīng)用，其在離子源鍛煉和長脈沖穩(wěn)定運行中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，已經(jīng)完成了多臺離子源的鍛煉，同時實現(xiàn)了大于100秒的長脈沖等離子體放電和束引出。