kA级双阶梯脉冲电源方案设计与分析

托卡马克装置预电离过程中,环向磁场应与电子回旋波频率相匹配,NCST装置现有的电子回旋波频率较低,为了让环向场与已有的电子回旋波频率匹配,提出新的环向场线圈电流产生方案,在原方案的磁场线圈平顶电流产生之前增加一个低电流台阶。回顾NCST球形托卡马克装置环向场线圈电源的原有方案后,设计了全控型和半控型两种方案,从电压电流的高次谐波、电流的可控性和纹波、改动成本和安装便捷性四方面对比两个方案的优缺点,最终选定半控型改造方案。根据现场条件制作电源改造柜,尽量减少对原有电源柜的改动。实际测试结果显示,两个电流台阶衔接正常,低电流台阶宽度可调、幅值可调,满足改造要求。

基于混合式开关的超导磁体失超保护系统仿真研究

设计了一种基于混合式开关的新型失超保护电路。该电路采用二极管桥与IGBT组合实现电流双向流动,减少了开关数量需求,提高了可靠性;通过调节电路中能耗电阻值实现电流快速下降,提高了耗能速度,能更好完成超导磁体保护要求。采用等效电路的方式对失超保护过程中的多级换流和移能过程进行了分析,给出了保护动作逻辑和能耗电阻的阻值调节策略,并通过电路仿真进行了技术验证。

HL-3装置电子回旋用大功率脉冲高压电源

阴极高压电源采用单相桥式整流电源模块串联的结构,通过优化的控制算法控制不可调电源模块的开通个数,实现高压输出的初步建立,再利用算法使其可调电源模块动态输出,实现快速跟踪设定值以达到高稳定度的电压波形输出。目前该80 kV/50 A/3s电源控制系统已完成输出电压、电流、电压纹波、过流保护时间等多次统计测试。测试结果表明,其在输出电压53 kV时,平顶电压纹波系数为0.57%,可满足电子回旋共振加热系统相关指标要求。

一种基于操纵杆控制微操作系统三维运动的方法

介绍了一种操作杆控制微操作系统的三维运动的新方法 ,其利用一种通用的操纵杆 ,基于windows环境下 ,通过对微操作系统的步进电机部分进行细分控制和操纵杆特性参数的设定 ,利用立体视觉成像系统 ,实现微操作系统的三维运动精密控制 ,操作台行程 5 0mm ,控制精度可达 0 .3μm。

欧姆电源逻辑无环流仿真分析及其运行

介绍了HL-2A装置欧姆加热电源逻辑无环流运行的基本原理和实现步骤。通过对系统的理论分析和仿真,提出了正组变流器逆变可靠运行的控制方案。对出现环流以后的控制策略进行了探讨,实验结果验证了分析的正确性。

H桥式大电流快控电源设计

介绍了HL-2A升级改造装置用于控制等离子体垂直位移的H桥式大电流快控电源的设计方案,内容包括快控电源方案与工作模式的仿真,开关元件的选择和改善IGBT静态均流的措施。利用实验平台,通过改变并联元件的回路参数将IGBT并联电流不均衡率由16.5%降低到6.8%。计算了IGBT模块工作时可能产生的最大损耗,并给出满足模块温度要求的散热方案。

HL-2A欧姆电源逻辑无环流运行

介绍了HL-2A欧姆电源及其逻辑无环流运行方式。用于判断负载电流过零点的变流器状态检测器通过监测变流器每个晶闸管桥臂的状态来判断负载电流是否为零,克服了直接测量负载电流精度低、可靠性差的不足。此检测器的响应时间可达1ms。欧姆电源运行在逻辑无环流方式下可使欧姆变压器的伏秒数得到充分利用,提高装置的放电参数,等离子体电流可达420kA。

HL-2A装置欧姆电源的变流器状态检测器

简要介绍了HL-2A装置的欧姆电源系统及其逻辑无环流工作方式,其中变流器状态检测器通过测量每个晶闸管的开通或关断状态来判断变流器的输出电流是否为零。由于第一版检测器的精度和可靠性并不高,为此对检测器进行了改进并给出了实验结果。目前第二版的检测器取得了较好的性能,响应时间约为1ms,并且在电源工作异常的情况下也能准确反映变流器的状态。

基于PSM技术高压脉冲电源的模拟实验

PSM控制方法是通过多组PWM脉冲信号按一定的控制时序步进控制众多串联的直流斩波器循环工作,并调制它们的输出电压脉冲宽度来实现总输出电压的调整。基于PSM技术和开关器件的高压脉冲直流电源系统构成简单,操作简洁,能够实现输出高功率,且具有系统输出级储能小,关断时间短,维护方便等特点。本文通过6开关模块PSM电源的仿真和实验,实现了PSM控制模式和高功率的输出,为进一步开发中国环流器2号A装置(HL—2A)60kV/1MW/3s二级加热高压脉冲电源提供了坚实的基础。

PSM高压脉冲电源单元研制

为了提高HL-2A装置的物理实验参数,二级加热功率将达到10MW,需要开发新的高压大功率电源来满足不同的加热系统的要求。采用国际上近些年发展起来的PSM技术和快速开关元件,研制基于高功率固态技术的高压电源并进行了PSM单元制作,其输出参数最高达15kV/100A。对此电源使用的PSM控制原理,开关电源模块的研制以及28个开关电源模块串联调节等情况作了描述。测试结果表明,该电源输出电压、电流、输出直流侧有效高频和关断快速性等参数达到了设计要求。

HL-2A装置ECRH主高压电源的研制

介绍了HL-2A装置电子回旋系统主高压电源的研制。用星点控制技术实现了高压直流平台输出电压的调节;用TM-703FB大功率调制管为核心的高压调制技术实现了高压电源输出电压的快速升降及电源的快速保护。用前馈补偿和反馈控制技术实现了输出电压波纹小于1%。电源输出总体指标为?60kV/(25A×4)/1s,满足了ECRH系统的要求。

基于PSM技术的70kV／90A高压脉冲电源的研制

在受控核聚变实验中,辅助加热系统采用高功率微波和高能粒子对等离子体进行加热或驱动。这些部件不仅要求为其供电的高压电源稳定度高,而且要求在它们发生打火现象时,保护时间短(<10μs),高压电源对其释放的能量小,否则这些关键部件极易受到损坏。基于脉冲步进调制PSM技术的高压脉冲电源是许多相同的脉冲电源串联并经过特定的调制方式控制,从而实现高压大功率输出。该高压电源有控制方式灵活、输出功率高、功率因数高、稳定度高、响应速度快、保护时间短、故障时系统对负载的释能小等众多优点。尤其保护时该电源系统储能小,时间短,满足各种高功率微波管和加速器的要求。本文分析了基于主回路的三种控制方式,并选取了PSM技术作为最终控制方式。在此基础上,设计并研制了一套基于PSM技术的高压脉冲电源,实验及运行结果表明该高压电源的线路简洁,控制方式灵活,且各项参数均优于现有基于晶闸管器件的高压电源,最高输出参数约为72kV/90A,能够满足辅助加热系统的要求。

PSM高压脉冲电源用多绕组变压器分布参数的分析

为保护PSM高压脉冲电源的大功率微波管、回旋管和离子源这类负载的安全,要求该电源系统在打火时注入负载的能量非常小,而保护时系统对负载的释能主要由滤波电容和系统分布参数提供。由于滤波电容的储能大小一定,因而多副边绕组变压器的分布参数,尤其是分布电容的大小对该系统的储能大小有极为重要的影响,为清楚了解这一影响,通过仿真分析得到分布电容电压与电源输出电压的对应关系以及系统储能大小与分布电容大小、输出电压的对应关系。根据系统所要求的储能大小确定分布电容的最大值,在此基础上研制了多副边绕组变压器并进行PSM单元的初步调试实验,测得了单元系统的分布电容大小。实验结果表明所研制的多副边绕组变压器的分布电容能够满足该系统的要求,整个系统的构建是合理可行的。

HL-2A装置欧姆电源的全关断检测

为准确判断HL-2A装置欧姆电源过零时刻,介绍了一种实现欧姆逻辑无环流运行的电流过零检测方案———晶闸管整流器全关断检测,即用检测晶闸管管压降的方法判断整流器是否关断。理论分析证明该检测方案可行,并研发了相应的全关断检测电路。综合判断了实验中全关断信号与软、硬件检测2种信号,从而准确可靠地实现欧姆的逻辑无环流运行。

HL-2A等离子体平衡响应建模和仿真研究

根据基尔霍夫电律和牛顿力学,推导出了HL-2A等离子体平衡响应线性模型。基于matlab/simulink仿真平台并利用HL-2A装置历史实验数据,对等离子体响应模型进行了仿真分析。结果表明,此响应模型能够较好地反映极向场线圈电压与等离子体参数、磁通、磁场等物理量之间的关系,可以作为HL-2M装置位形控制器的研究设计基础。

托卡马克脉冲电源实时控制系统设计

为提高托卡马克装置磁场电源的控制性能,实现对等离子体的先进控制,设计了基于LabVIEW RT和FPGA的磁场电源实时控制系统。根据等离子体控制对电源控制系统实时控制的要求,使用反射内存卡实现实时数据传输,应用实时操作系统来保证系统的确定性应用和系统的可靠性,采用NI 7813R系列数据采集卡实现对晶闸管变流器的控制。实验结果表明,该系统满足等离子体放电对电源控制系统实时性的要求,并具备较高的可靠性和稳定性。

HL-2A高压电源测量系统的研制与应用

分析并设计了分压器的参数,采用高频无感釉膜电阻制作分压器,与基于压频转换的光纤隔离技术相结合,组成了HL-2A用高压电源测量系统。同时将数字信号处理芯片用于光纤转换环节,实现压频型A/D转换,简化线路,提高数据传输速度和信号干扰能力。该高压测量系统已运用于HL-2A装置的长脉冲(5s)放电实验,结果表明:该系统不仅实现了DC 80kV高压电源的高低电位完全隔离,而且所测量电压波形真实反映了电源的输出,为反馈系统和保护系统提供了实时电压数据信号。

HL-2M装置供电系统研制

为满足HL-2M装置的供电需求,须配套建设相应的供电系统。通过仿真计算HL-2M装置的总体供电需求,考虑到HL-2A装置现有的供电系统设备,提出了兼顾HL-2A和HL-2M装置供电需求的总体配置方案。介绍了国内首台300MVA立式交流脉冲发电机组、磁体电源、高压电源和电源控制系统的研制情况。

HL-2A共振磁扰动线圈电源的方案设计与仿真

介绍了共振磁扰动(RMP)电源的电路拓扑结构,基本元器件的选取,初步控制方案以及电路相关的计算与仿真。RMP线圈将由最大4k A的直流电流或者最大频率1k Hz最大4k A的交流正弦电流供电。通过选择合理的电源结构和控制方式,以实现响应速度快和电流纹波小的要求,并使RMP线圈电源满足ELM控制的需求,尽量降低对等离子体控制的不利影响。

HL-2M装置300MVA脉冲发电机组的设计

为了满足HL-2M装置的供电需求,建造了一套额定功率300MVA、额定释能1350MJ的脉冲发电机组。通过对机组卧式和立式两种方案的前期设计和对比分析,确定机组采取轴系稳定性更高的立式无单独飞轮方案。机组由六相凸极同步发电机和同轴的8500kW异步电动机组成,为国内首台采取立式结构的大功率脉冲发电机组。其技术设计主要包括机组结构设计和发电机电磁设计等内容,并通过机组等效模型对其启动和放电动态过程进行了模拟仿真研究。研究结果显示,设计的机组在15min内能启机到额定转速498rpm,发电机电磁参数能满足HL-2M装置的特殊负载放电要求。机组的前期设计和技术设计为机组成功研制打下了良好基础,建立的仿真模型可以作为后期机组运行控制策略研究的辅助工具。