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HL-2A装置3MW ECRH系统采用双高压电源形式的电子回旋管,阴极高压电源为回旋管提供加速束电流,阳极高压电源对通过转换区后的束电流施加减速作用,利于回旋管收集极吸收。根据回旋管运行特点和各回旋管不同的工作特性,合理优化回旋管阴极、阳极高压电源工作电压和其他参数。通过远程监控系统,使同时工作的回旋管处于较好的工作状态,充分提高 HL-2A 装置 ECRH 系统多管运行的微波输出功率。实验中,6支回旋管同时运行时,微波最高输出功率2.5MW,达到设计额定值83%,使HL-2A装置中等离子体得到了有效的加热。     

HL-2A装置ECRH高压电源分析计算和模拟仿真

HL-2A装置电子回旋共振加热系统主要由4只68GHz，550kW，脉宽1s，管体接地，阴极电压-55kv，阳极电压25kV，电流25A的回旋管组成。本文介绍的ECRH高压电源是同旋管的主高压电源，它主要用于加速束电流，提供直流输入功率．主高压电源的稳定对有效地提高回旋管的电功率与微波功率的转换效率起着重要的作用。     

HL-2A装置ECRH系统回旋管次高压电源研制

ECRH作为一种有效的加热手段，在托卡马克聚变装置实验中运用广泛，HL-2A装置ECRH系统采用了双高压电源模式的电子回旋管。这种结构的回旋管最大优点是输出效率高，对主高压电源要求相对较低。为了满足实验要求，使回旋管正常工作并得到较大的输出功率，研制性能稳定可靠、控制方便并具有较高技术指标的次高压电源必不可少。     

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HL-2A装置电子回旋共振加热系统的主要指标是2MW/1s/68GHz,系统由4个单元组成,每个单元包括一只回旋管,微波传输系统,控制保护测量和冷却等子系统。通过对ECRH系统和回旋管的调试,每只管子微波输出功率500kW,脉冲宽度1s,四管并联运行时总输出功率达到1.63MW,系统使用效率高于80%。     

HL-2A装置ECRH系统指标介绍

在HL-2A装置上正在开展电子回旋共振加热（ECRH）项目的工程研制，系统具有1MW，68GHz，1s的微波规模。采用弱场侧O模式注入，ECRH的定域加热特性可以用于等离子体加热、电流驱动和分布控制以及改善约束等实验的物理研究。到目前为止，电子回旋共振加热的各项子系统正在设计和研制中，系统的总体物理和工程参数已经初步确定，在此对其作一介绍。     

HL-2M 装置电子回旋共振加热及电流驱动系统设计与研制进展

根据 HL-2M 装置物理实验加热的需求,完成了总功率为 8MW 的电子回旋共振加热及电流驱动 (ECRH/ECCD)系统设计,开展了波源、传输及天线等关键部件研制。8MW ECRH/ECCD 系统,由 8 套 105GHz/  1MW/3s 波源系统、8 条内径为 63.5mm 的真空传输线及三套极向实时可控的发射天线构成。目前,已完成 ECRH/ECCD 系统关键部件研制及其相关的桌面与高功率性能测试。测试结果表明,微波源回旋管输出微波功率 达到1MW/3s,在真空度为 10^‒2Pa 的过模波纹圆波导传输线中能低耗稳定传输,发射天线极向全量程角度转动响 应时间在 50ms 以内。      

HL-2A装置ECRH系统的微波功率测量

新研制的微波功率测量系统主要由温度传感器、功率标定电源、电子学处理单元、数据采集和数据处理单元等几部分组成,通过测量EC系统MOU部件冷却水回路进水口和出水口的温度变化,得到MOU吸收的杂模功率。根据回旋管输出功率中的杂模含量比,计算得到回旋管的输出功率。在回旋管调试和ECRH实验期间,測量了4路回旋管的输出功率。从测量结果可知,HL-2A装置ECRH系统可提供大于1.6MW的总输出功率。     

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。     

HL-2A装置ECRH系统传输效率的测量研究

介绍了HL-2A装置ECRH系统传输效率的测量方法。通过对MOU、回旋管输出窗口及真空密封窗口吸收功率的测量,得到HL-2A电子回旋系统的传输效率为90％左右。提出了除由MOU处测量微波功率外,可以由传输线的其他部位确定功率的方法。     

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介绍了HL-2A装置ECRH系统传输效率的测量方法。通过对MOU、回旋管输出窗口及真空密封窗口吸收功率的测量,得到HL-2A电子回旋系统的传输效率为90％左右。提出了除由MOU处测量微波功率外,可以由传输线的其他部位确定功率的方法。     

EAST装置电子回旋共振加热系统中央控制器设计

介绍了基于可编程逻辑门阵列(FPGA)芯片的电子回旋共振加热(ECRH)系统中央控制器的设计,阐 述了中央控制器对输入的总控触发信号、等离子体电流信号、ECRH 系统状态信号、高压输出状态信号、波输出 状态信号、各类停止信号以及各输出控制信号等的处理与控制逻辑。对 FPGA 程序做了时序仿真,仿真结果表明,该控制器能够实时响应总控触发信号、精确控制阴极与阳极高压电源的开关、处理各种异常情况,满足 ECRH 系统的控制需求,且具有极高的可靠性。     

HL-2A装置等离子体电子回旋加热的理论研究

电子回旋加热是HL-2A装置主要二级加热手段之一。在通常运行条件下，HL-2A装置欧姆加热功率估计为300-450kW范围（按总环向电流300kA，环压1-1．5V估算）。而电子回旋加热的总功率已达1MW，有望增加到2MW。     

HL-2A 装置ECRH系统阳极回路的计算与分析

频率为68GHz，总功率为1．7MW（4只管子）的电子回旋共振加热系统（ECRH）已经在HL-2A装置上建成。在2004年的工程调试中频繁出现的一个问题是，阳极电压回路在电源接通瞬间出现电流尖峰。这个峰值可以比电路中正常电流大得多，有时甚至为其几倍。频繁的触发严重影响了调制器保护电路的正常工作和电子回旋管的调试进度。本文给出了ECRH供电回路的一组解析方程，用来分析阳极回路出现的问题。基于这组公式编辑的程序进行的数值模拟计算结果和示波器记录的波形是精确地吻合的。计算结果和分析表明，当回路中电源电压一定时，电流峰值与回路中电缆的特征电容C、阳极电压上升沿的斜率和电感有关。减小电缆的特征电容C，减缓电压的上升沿可有效地消除电流尖峰的影响。     

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研制了HL-2A装置LHCD和ECRH系统使用的高压电源,其电源拓扑分别为晶闸管交流调压型和星点控制型高压电源,通过高压脉冲调制器给LHCD和ECRH系统供电,采用了波头补偿、前馈和反馈相结合的控制方法,弥补了电源拓扑本身固有的瞬态特性不足和发电机输出的不稳定性,使电源输出电压输出平顶的稳定度优于1%。介绍了高压电源的主回路结构,对高压电源的控制进行了论述,同时给出了实验结果。     

电子回旋微波系统弧光打火实时保护电路的应用

在2005年对电子回旋共振加热（ECRH）系统进行了整体工程调试，并投入到HL-2A物理实验中。为了保证ECRH系统的安全运行，对保护系统开展了深入的研究，建立了有效的测量和快速反馈保护系统，对ECRH系统的安全运行起到了积极的作用。电子回旋共振加热保护系统的首要任务是对回旋管的保护，这对回旋管实施拉弧打火保护是极为重要的。     

HL-2A装置辅助加热高压电源控制系统的设计与实现

研制了HL-2A装置LHCD和ECRH系统使用的高压电源,其电源拓扑分别为晶闸管交流调压型和星点控制型高压电源,通过高压脉冲调制器给LHCD和ECRH系统供电,采用了波头补偿、前馈和反馈相结合的控制方法,弥补了电源拓扑本身固有的瞬态特性不足和发电机输出的不稳定性,使电源输出电压输出平顶的稳定度优于1%。介绍了高压电源的主回路结构,对高压电源的控制进行了论述,同时给出了实验结果。     

4mm回旋管用于HL-1装置的初步预电离实验

本文给出了用4mm波段回旋管在HL-1装置进行的预电离实验结果。注入功率为40kW左右。初步观察到环电压降低与击穿延迟时间减少,以及由此引起的伏秒数节约、等离子体电流增加与等离子体过程提前。并简单地描述了回旋管及其超导磁体和微波传输系统。     

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应用准光学原理设计了HL-2A装置电子回旋共振加热(ECRH)系统新的集束天线,该天线能使4束68GHz/500kW/1s电子回旋波通过椭球镜聚焦和平面镜的反射,从一个直径350mm装置窗口同时注入托卡马克,对等离子体实现加热。根据基模高斯束的传播原理得出,在装置环向横截面中心处单条波束的功率密度为158MW•m-2,功率密度降为中心密度的1/e2的半径为31.7mm,微波束经过镜面聚焦和反射产生的欧姆损失和衍射损失分别为0.27%和0.64%。利用有限元分析软件Ansys对镜面进行热分析得到,在1s脉冲载荷下最大镜面温升仅为0.47℃,镜面可以自然冷却。     

HL-2A装置ECRH回旋管磁场分布测量

HL-2A装置的电子回旋系统使用了俄罗斯进口的新型回旋管，在俄罗斯专家的协助下，去年将其安装完毕，并且投入了实验运行，取得了丰富的实验数据和良好的实验参数。     

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ECRH阳极高压电源系统由高压直流电源及调制器两部分组成。高压直流电源采用晶闸管调节升压变压器的输入电压,在低电位端利用三极管串联线性调整输出DC电压,控制器采用了内外双闭环控制技术,其最大输出为30kV/130mA;调制器使用真空四极管为核心部件。使用仿真软件对电路进行了优化设计。独立调试实验及HL-2A装置放电实验数据表明,该电源系统具有大范围调压、低纹波输出、快速调制等特点。