同步加速器脉冲励磁电流质量量化方法

同步加速器中,磁铁励磁电流高频的纹波误差能够引起磁场纹波,进而导致束流接受度降低。励磁电流低频的跟踪误差会影响磁场与束流能量的匹配程度,同时会引起束流闭合轨道畸变。为了从以上两方面评估励磁电流误差对于束流的影响,研究了HIAF BRing二极磁铁磁场纹波与励磁电流纹波之间的关系,并提出了一套基于高低频分离的脉冲励磁电流质量量化方法。该方法利用高斯平滑处理得到励磁电流低频的跟踪误差分量和高频的纹波误差分量,采用三倍标准差作为励磁电流跟踪性能及纹波质量的量化指标。方法中低通滤波器参数由磁铁磁场纹波与励磁电流纹波的响应关系确定,该方法同时准确地量化评估了磁场纹波质量。此外,由该方法得到的电流跟踪误差波形能够应用于同步加速器励磁电源的给定修正,进而提高磁场与束流能量匹配程度。

一种快校正磁铁电源设计与仿真

快校正磁铁电源是光源和加速器中重要的设备。随着光源性能的提升,加速器对快校正磁铁电源的性能也提出了更高要求。为满足快校正磁铁电源性能要求和简化设计过程,开展了快校正磁铁电源控制策略和仿真研究,并提出了PI控制加二阶相位补偿的方法作为快校正磁铁电源的控制策略;利用伯德图设计快校正磁铁电源的相位补偿参数,以提高电源系统相位裕量。该方法不仅保证了电源系统工作在深度负反馈状态,而且简化了相位补偿的参数计算过程。为了验证控制策略的正确性和有效性,提出用压控电压源代替开关器件开展电源性能仿真的方法。仿真结果验证了上述控制策略的可行性和有效性,同时验证了上述仿真方法的有效性和高效性。

基于小波集成一维卷积神经网络的抗噪声聚变电源故障诊断方法研究

数据驱动的电源故障诊断方法高度依赖于电源传感器的信号数据质量,托卡马克聚变装置中的电源系统往往在复杂电磁场耦合的环境下运行,导致其采集到的具有物理特征的信号常与大量无法解耦的噪声混合。为了抑制噪声对最终诊断结果的影响,提出了一种利用抗噪声小波增强一维卷积神经网络的多分支降噪网络(Hierarchy Branch Denoising Convolutional Neural Network,HBD-CNN),以完成噪声干扰下的电源系统故障诊断任务。具体而言,本研究将离散小波变换(Discrete Wavelet Transform,DWT)的信号分解功能植入CNN的网络层中,结合对噪声更加鲁棒的指数线性激活单元(Exponentially Linear Unit,ELU),对传统1D-CNN网络结构进行深度优化。此外,根据先验知识构建起的数据多层级结构,搭配网络中分层级的分类模块,提高了HBDCNN的泛化能力。最后,基于仿真电源数据集开展了对本模型架构的初步验证,当信噪比为10 dB时,对电源变换器的故障诊断准确率可达98.31%;当信噪比为2 dB时,准确率仍能保持92%以上。实验结果表明,HBDCNN在噪声工况下具有良好的故障诊断性能。

中性束离子源实验平台80k V/50A/20ms高压电源设计分析与优化

高压电源是中性束加热用离子源束流引出的关键设备,其运行参数和性能直接决定引出束粒子能量和离子源引出效率。为了进一步提高中性束离子源实验平台高压运行参数和性能,重新优化设计并研制了80k V/50A高压电源的所有模块。首先介绍了80k V/50A高压模块电源的主电路拓扑结构和电源模块,运用仿真软件对高压电源主回路进行了充放电、打火保护仿真,仿真结果符合设计要求。最后,通过调试实验发现了电源模块存在空间绝缘不足、整流桥击穿、触发控制不响应等问题,进行了分析优化改进,完成了80k V/50A高压模块电源的升级研制。

HIAF-BRing快循环全储能脉冲电源高低压切换控制及其切换点平滑算法

应用于强流重离子加速器装置增强环(HIAF-BRing)的快循环全储能脉冲电源需要在极宽的输出电压范围内保持极高的控制精度,为此电源采用了高压功率单元和低压功率单元串联的拓扑方式,在低压段采用低压功率单元,电压升高之后切换到高压功率单元,通过高低压切换控制来实现电流全阶段的高精度输出。但是在样机实测中发现存在切换点的振荡问题,导致切换点处的输出电流绝对误差无法满足指标要求。本文提出了一种切换点平滑控制算法来平滑处理切换点占空比,给出了仿真结果,并且在HIAF-BRing快循环全储能脉冲电源样机上面实际验证了高低压切换控制方法及其切换点平滑控制算法的有效性。实验结果表明:100 A注入平台的输出电流绝对误差由±500 mA降至±50 mA,100 A注入平台的切换点处输出电流绝对误差由±1.16 A降至±120 mA,100 A注入平台输出精度较低的问题得以解决。

束流轨道快校正磁铁电源研究进展

快校正磁铁电源能够对束流轨道的偏离进行快速校正,提升同步辐射光源运行的可靠性。随着第四代衍射极限储存环(DLSR)光源品质的进一步提高,为了保证束流轨道的稳定性,快速轨道反馈(FOFB)系统对校正磁铁电源的性能也提出了更高的要求。针对先进同步辐射光源FOFB系统对快校正磁铁电源的需求,将目前国内外第四代同步辐射光源束流轨道快速校正磁铁电源的研究成果分为线性电源和开关电源两类,对各方案的拓扑结构、控制策略以及性能参数的特点等进行了简要对比分析,可以看出目前国内外正在研制的快校正磁铁电源响应带宽基本可以达到5 kHz甚至10 kHz水平,线性电源的低纹波噪声特性具备应用优势但需要关注效率低的问题;开关电源方案具有高效、模块化等特点,如果可以有效解决纹波噪声问题,将会更广泛地应用在快校正磁铁电源的设计中。

40kV/20kW开关型脉冲成形网络充电高压电源

采用软开关恒流充电技术,研制了一台40kV/20kW开关型脉冲成形网络(PFN)充电高压电源装置,该装置在重复频率范围、PFN电容容量较大变动时,都能达到高的稳定性,并具有体积小、效率高、可并联运行的特点,可用于环型加速器注入引出、直线加速器、雷达发射等领域。介绍了该装置的研制及带PFN负载的实验状况。

采用逆变高压电源的50MW脉冲调制器保护电路

介绍了合肥同步辐射光源50 Mw大功率速调管脉冲调制器的恒流逆变充电电源。分析了充电电源和脉冲形成网络连接时反向电压对电源高压输出电路的不利影响,使用数值模拟程序模拟计算了PFN电路中的反向电压,设计了充电电源保护电路并给出了实际运行中的工作波形。

采用FPGA的多路高压IGBT驱动触发器研制

为有效控制固态功率调制设备,提高系统的可调性和稳定性,介绍了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)和微控制器(MCU)的多路高压IGBT驱动触发器的设计方法和实现电路。该触发器可选择内或外触发信号,可遥控或本控,能产生多路频率、宽度和延时独立可调的脉冲信号,信号的输入输出和传输都使用光纤。将该触发器用于高压IGBT(3300V/800A)感应叠加脉冲发生器中进行实验测试,给出了实验波形。结果表明,该多路高压IGBT驱动触发器输出脉冲信号达到了较高的调整精度,频宽'脉宽及延时可分别以步进1Hz、0.1μs、0.1μs进行调整,满足了脉冲发生器的要求,提高了脉冲功率调制系统的性能。

200kV高压开关电源研制

采用软开关电源技术和叠层式倍压器方法,研制成一台200 kV高压发生器,介绍了其工作原理和结构。高压开关电源主要由功率变换器、中频升压变压器和高压倍压器组成。其主要技术指标为:高压200kV,输出电流10 mA,工作频率20 kHz,电压稳定度1%,纹波系数2%,连续工作时间为8 h。测试结果表明,该高压开关电源的性能指标达了设计要求。

强流四脉冲电子束源实验研究

为了进行强流多电子束源研究,对现有2MeVLIA注入器进行了四脉冲改造,二极管脉冲电压约500kV。实验研究了天鹅绒阴极在四脉冲条件下的发射能力、传导电流负载效应以及阴极等离子体运动对阴极电子发射和束能量的影响。利用空间电荷限制流模型推算出阴极等离子体膨胀速率在1～4cm/μs之间。

一种实用的高精度ADC测试方法

模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)是模拟数字混合信号系统中的重要模块,是电子器件中的关键器件。随着ADC速度和精度的提高,如何高效、准确地测试其动态和静态参数是ADC测试研究的重点。本文阐述在缺少现成的标准输入信号源情况下进行高精度ADC线性度和分辨率的测试,实现低成本、高可靠性的高精度ADC计算机辅助测试的方法。该方法在几类AD转换卡(数据采集卡)上进行了验证。

高稳定度电源设计的关键因素

通过传递函数 ,从 7个方面系统分析了影响电源高稳定度的各种因素 ,讨论了电源基本参数及它们之间的关系 ,得出影响电源稳定度的直接因素是基准电压的稳定度、分流器阻值随温度的变化、放大器输入端电压的漂移 ,间接因素是放大器本身参数的变化、放大器输入端内阻漂移、负载电阻随温度的变化。

冲击磁铁脉冲发生器技术分析

为了配合合肥光源的满能量注入系统升级,分析了传输线型,简化PFN(脉冲形成网络)型和固态感应叠加型等几种用于冲击磁铁的高压大电流脉冲发生器技术和升级需要的冲击磁铁参数。建立了几种脉冲发生技术相应的的基本电路模型,并利用通用电路仿真软件Pspice仿真计算了相关参数,比较分析了各自的技术特点。重点介绍了新型的磁耦合固态感应叠加型脉冲发生器,建立了基于IGBT开关的感应叠加脉冲发生器样机,给出了实验波形。结果表明,感应叠加型脉冲发生器可以满足升级改造的要求,并具有脉冲上升下降时间较快,脉宽可调的特点。

PFN充电高压电源的IGBT驱动电路设计

介绍了用于速调管调制器逆变恒流高压充电电源的IGBT驱动电路设计,以及IGBT驱动器2SD315A模块的原理和保护电路设计方法,并进行了实验,给出了有关的实验波形。实验结果表明合理地计算选择电路参数,驱动电路具有可靠的过流保护功能。

高能同步辐射光源储存环快校正磁铁电源设计

高能同步辐射光源(HEPS)具有0.1 nm·rad的超低发射度,对束流稳定度提出了较高要求,研制1台高性能快校正磁铁电源用来提高快速轨道反馈系统(FOFB)的性能以提升束流稳定度。电源样机采用新颖的多电平级联拓扑结构提升电源样机的动态性能,使用基于数字控制的新颖控制方法实现样机的动态性能提升。软件仿真与样机试验数据证明,电源样机具有10 kHz小信号带宽、电源阶跃响应时间小于70μs、输出电流纹波低于20 ppm,电源样机可很好地满足HEPS建设需求。

基于FPGA的数字电源调节器研究与设计

详细描述了基于FPGA方案的数字电源调节器。首先介绍了数字调节器的硬件功能模块设计,重点对用于采样电源输出电流的高速高精度AD7634的工作原理做了描述,并给出了AD7634采集一个电压信号的工作波形;其次介绍了数字调节器的软件设计,包括调节器算法、功能以及在FPGA内的实现方法;最后,以一台15 A/15 V校正磁铁电源为样机,进行了闭环调节实验,给出了测试结果。

ECRH负高压脉冲电源系统控制特性研究

负高压脉冲电源是ECRH系统最重要的组成部分之一。电源系统工作的可靠性与稳定性直接影响整个ECRH系统的运行。给出了电源系统各环节的动态数学模型,设计出带有前馈的PI调节器。利用MATLAB仿真确定了调节器参数。实验结果显示,该电源系统具有较好的控制特性。

Ni-Zn铁氧体的动态磁特性

设计并制作了基于没有附加磁芯复位电路的单级、双级磁脉冲压缩系统电路,用于测试Ni-Zn铁氧体磁芯在μs及亚μs级脉冲激励下的动态磁特性。磁芯的磁滞回线由测量到的磁开关两端电压和电流数据经计算得到,由磁滞回线可知磁芯在μs及亚μs级脉冲激励下的各种特性参数如饱和磁感应强度、剩余磁感应强度、矩形比、磁通密度跳变、矫顽力、饱和磁场强度及单位体积材料磁滞损耗;通过比较两块磁芯在μs及亚μs级脉冲激励下的各种动态磁特性参数可知:两块磁芯随激励脉冲宽度变窄磁芯磁性能有不同程度的下降,亚μs级脉冲激励下的矫顽力和单位体积材料磁滞损耗都比μs级脉冲激励下增大约3倍;饱和磁感应强度小、剩余磁感应强度大的Ni-Zn铁氧体磁芯动态磁特性性能优异,适合用于更窄脉冲的压缩电路中。

基于虚拟仪器的数字化电源DCCT线性度测试系统

利用虚拟仪器技术LabVIEW建立了一套可靠、有效的SSRF数字电源中高精密DCCT(DC current transducer)的线性度测试系统,实现了仪器控制和数据采集与记录。软件设计通过GPIB接口进行通讯,友好的人机界面能够方便地进行数字电源DCCT线性度测控,并显示即时的电流值,同时通过RS232控制高精度大电流稳流电源开关与电流输出。Excel格式数据存储通过该软件完成,得出线性度,并为进一步分析DCCT性能提供依据。