基于PREF的扫描磁铁电源设计与实现

PREF装置是中国科学院新疆理化技术研究所与近代物理研究所联合设计建造的10~60 MeV质子同步加速器,属于国内唯一的位移损伤效应模拟试验专用装置。针对该装置的扫描磁铁电源输出电流频率200 Hz、跟踪误差小于≤±5×10^(-3)的技术要求,采用三组H桥串联拓扑方案,通过移相控制,基于脉宽调制实现技术要求。经仿真与测试结果表明:电源能够输出峰-峰值为±420 A,幅值与频率均连续可调的高精度三角波电流,满足工程应用要求。

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。

脉冲开关电源跟踪误差测试方法研究

在CSR电源系统中,跟踪误差是一个很重要的参数。本文通过对测试方案及测试电路的设计进行了论证研究,得到测试方法及测试数据,为CSR调束人员提供真实可靠电源跟踪误差参数。

强流重离子加速器装置电源预研及进展

介绍了强流重离子加速器装置(HIAF)磁铁励磁电源的需求,针对这些特殊需求进行了电源相关技术的预研,并介绍了样机研制最新进展。

兰州重离子加速器冷却储存环主环二极铁电源设计

主环二极铁电源是兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)工程的关键设备和指标要求最高的一台电源,采用了独特的拓扑和控制策略。为满足峰值功率3.15MW(3kA,1.45kV)的输出能力和快脉冲要求,采用了晶闸管整流并联脉宽调制补偿单元的主电路拓扑结构和特殊的控制方式,这套综合方案确保电源满足了全部技术指标。本文介绍了该拓扑结构的原理和优势,讨论了为满足±2×10-4的跟踪误差的要求而采用的控制拓扑和双基准给定的原理,并简介了调试过程和近年来的运行和改进情况。

HIRFL-CSR实验环电子冷却装置磁场测量

在HIRFL-CSR实验环电子冷却装置上采用了独立的高精度螺线管串联产生纵向磁场的设计,获得很高的冷却段磁场平行度。使用霍尔片测量磁场的分布,使用磁针测磁方法测量冷却段磁场的磁轴偏角,并根据测量及计算结果对单个线圈磁轴进行微调。测量及调试结果表明,在施加电流为额定电流的一半时,冷却段磁感应强度为0.078T,剩余磁场小于2×10-4T,磁场不平行度小于1×10-4,达到了预期的设计目标。

HIRFL-CSR电子冷却装置电子枪的参数测试

在用实心电子束对离子进行冷却过程中,束流累积会增强电子离子重组概率和空间电荷效应而引起束流损失。针对这个问题,HIRFL-CSR电子冷却装置采用了一种能够产生从实心到空心电子束且电子束密度连续可调的特殊电子枪设计。本文介绍电子枪的结构及工作特点,给出一些主要参数的实验结果,并通过理论计算分析了用空心电子束进行冷却的优点。

两级拓扑结构的脉冲电源控制策略研究

介绍了兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)脉冲电源,并对主环(CSRm)四极铁电源运行过程中的纹波和电流误差进行了理论分析,给出了一种带前级调压的斩波电源解决方案。对拓扑结构的控制策略仿真,并在数字电源平台上进行实验,结果表明,主电路结构和控制方式是切实可行的。

兰州重离子深层治癌终端脉冲电源研究与设计

研制了兰州重离子加速器深层治癌脉冲开关电源,阐述了双闭环的控制原理,给出了电流环与电压环的开环伯特图。进行了仿真,并在1台电源上进行了比较研究和试验,电流误差与单电流环脉冲电源相比明显减小。对测试结果进行了分析,表明主电路结构和双闭环控制方案是切实可行的。

基于感应电压的大功率IGBT模块结温检测研究

大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块广泛应用于电力系统、机车牵引和风力发电等众多领域,其健康状态与可靠运行是电力电子系统关注的重点。IGBT结温检测是其可靠性分析与状态检测研究的关键。基于热敏感电参数(TSEP)法,分析了感应电压与结温之间的关系,通过实测建立了感应电压测量结温的三维模型,最后设计和搭建了基于H桥拓扑结构的工况复现平台,研究了大容量IGBT模块在工况下的结温波动特征,使用红外摄像仪进行温度测量对比,验证了所研究检测方法的准确性和实用性。

兰州重离子加速器数字脉冲电源同步功能的实现

介绍了同步加速器脉冲电源的同步性能对提高加速器性能的重要性,提出了一种基于FPGA的、适用于全数字脉冲电源的可编程片上系统实现方案,该方案以光纤及连接器为信号载体、以同步光纤组件模块为核心部件。测试结果表明,该方案满足数字脉冲电源的功能性要求,且达到设计指标。

HIRFL-CSR实验环电子冷却装置调试

HIRFL CSR实验环电子冷却装置采用了能够产生空心电子束的电子枪,弯曲螺线管内采用了静电偏转电极,冷却段采用了独立的高精度螺线管串联产生纵向磁场的设计。测量了沿离子束运动方向冷却段磁场分布及磁场平行度、电子枪和收集器性能、300kV高压电源相关参数。结果表明,此装置达到了预期的设计目标。

HIAF-BRing电源样机模块故障联锁保护系统设计与实现

强流重离子加速器装置(HIAF)的增强器(BRing)二极铁电源样机采用多模块串并联的全储能快循环脉冲电源实现方案,电源功率达到MW级。由于电源规模庞大和功率巨大,为了在运行中迅速保护电源设备,设计并实现了一套双冗余的基于可编程逻辑控制器(PLC)、模块故障联锁板和现场可编程门阵列(FPGA)的模块故障联锁保护系统,利用硬件和软件同时对电源功率单元模块实施故障检测、故障传递和故障保护。设计完成后分别从电源联锁环路的响应时间、核心控制板故障引发电源环路联锁的总时间和设备故障响应等三个方面进行测试,测试结果表明,在电源发生故障时,模块故障联锁保护系统满足电源样机对实时性和可靠性的要求,达到设计目标。

两级式数字扫描电源的设计与实现

为了满足生物医学方面的实验要求,设计了一款前级Buck电路加后级H桥的两级拓扑结构数字扫描电源。分析了电源工作原理,介绍了基于现场可编程门阵列(FPGA)数字调节器的控制方法,给出了Simplorer仿真结果和电源测试结果。最终测试结果可证明,两级式拓扑可改善扫描电源在小电流运行时的性能,电源系统在整个工作范围内均有较高的输出精度和很小的电流纹波。

HIRFL-CSR六极磁铁电源研究与设计

介绍了兰州重离子加速器冷却储存环(HeavyIonResearchedFacilityofLanzhouCoolingStoringRing,简称HIRFL-CSR)六极磁铁电源工作原理及设计过程,研制了一台样机,介绍了调试过程中碰到的主要问题及其解决方法,并给出了实验结果。电源跟踪误差小于±4×10-4,满足了HIRFL-CSR的需要。

SESRI两级电源联锁保护与回读数据传输软件设计

空间辐照地面模拟装置(SESRI)的加速器磁铁中等功率电源采用了前后两级的主回路拓扑结构。为提高运行的安全、可靠性以及同步性测试、标定和运维工作的效率与便捷性,电源控制系统开发了基于FPGA的前后级开关机与故障联锁保护软件,并增加了回读数据传输软件用于发送电源的运行数据。软件通过定时查询前后级的工作状态对电源进行保护,FPGA通过光纤串行发送回读数据,并利用CRC-4校验手段保证传输数据的准确性。实际离线测试结果显示,电源的联锁保护功能与回读数据传输功能均可正常工作,可靠性与稳定性测试结果符合电源上线标准。

兰州重离子回旋加速器主场电源改造

为满足分离扇回旋加速器(SSC)对于磁场精度的需求,需对其主场电源进行改造。提出开关电源与线性电源相结合的方式作为SSC主场电源的改造方案。电源总体分为两部分,采用模块化的开关电源作为前级电压源,三极管线性调整电路作为后级模块的主电路,充分利用两种电源的优势,实现高稳定度、低纹波的电流输出,同时大幅度提升电源的功率密度和可靠性。文章介绍了电源的工作原理及改造过程,详细阐述了三极管线性放大原理以及管压降控制电路、输出电流控制电路的设计与实现,通过仿真对电路进行功能验证,最终在电源样机上进行实验测试。测试结果表明:改造后主场电源输出电流稳定度达到了±3.99×10^(−6),电流纹波达到了2.7×10^(−9),各项性能均优于改造前。

加速器脉冲电源的IGBT结温波动预测

兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)磁铁电源大多是开关电源,工作于脉冲大电流、高精度模式,各种功率等级的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)数量庞大,IGBT的稳定工作对电源可靠、稳定工作至关重要。从IGBT损耗计算入手,分析和测量了 IGBT在特定脉冲运行模式下的结温波动规律。以600 A/1 200 V IGBT为例,对3种实际电流工况进行了实验分析,采用热成像仪对IGBT结温进行测量,结温数据的误差在3.5℃以内,验证了所提结温分析方法的正确性。最后,根据Bayerer寿命模型进行了基于结温波动的可靠性评估。

基于SiC MOSFET的磁铁电源传导EMI特性研究

随着磁铁电源的高频化,碳化硅(SiC)材料的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)已经开始在加速器磁铁电源中使用,由此带来更严重的电磁干扰(EMI)问题。这里基于SiC MOSFET的磁铁电源,对其传导EMI特性进行了研究,主要研究了其干扰源和传导路径,找到了影响传导EMI的关键因素:开关频率和上升时间。此处的研究为SiC器件的磁铁电源从干扰源和传导路径上抑制传导EMI提供了理论和实验基础。

陈家山矿增强职工业务技能有“绝招”

近年来,陈家山矿不断创新职工业务技能培训模式,促进了全员技能素质、实际操作水平的持续提高。该矿请煤机、支架、电气维修等各工种的“能手、专家”给职工当“教官”。在技术培训时段内,将各类“实战”学习内容发到职工手中,组织阅读预习,讲课时由“岗位能手、专家”解难释疑,让职工熟悉本岗位设备结构、性能和运行规律等,掌握设备操作技术,设备状况,操作过程应注意的事项及易发生问题的故障点。