HL-2A装置MW级中性束加热系统灯丝电源设计与仿真分析

介绍了HL-2A 装置中性束加热系统阴极灯丝电源的主电路拓扑结构、控制硬件及控制时序等。运用MATLAB 仿真软件对灯丝电源主回路进行了反馈控制仿真，发现电流在1000A 左右时，纹波约为1%，而电流降低至200A 时，纹波增大，约为3%。分别去掉低位控制柜内进线端的串联交流滤波电抗器L₁ 和并联LC 谐波滤波器进行仿真，结果显示输出电流纹波明显变大，说明L₁ 和LC 除了能够吸收谐波电流减少进入电网谐波的作用外，还能够对交流调压后的斩波波形进行一定的滤波作用，使得输出波形更加平滑。     

多阶平衡式Cockcroft-Walton电路的等效模型与输出特性

基于电路的输出效果,采用电荷转移原理阐述平衡式Cockcroft-Walton(C-W)倍压电路较为复杂的物理过程,将电路中二极管的非线性导通特性等效为周期性线性导通的数学解析模型,推导了表征其输出特性的纹波电压和带载输出电压的理论输出表达式。采用仿真软件对比了基本式和平衡式C-W电路的输出特性曲线,结果表明平衡式拓扑结构的纹波大小约为基本式拓扑结构的8%。同时建立的多阶平衡式C-W电路纹波电压理论模型计算值略低于电路软件仿真值,带载输出电压的理论模型计算值与仿真值的相对误差低于10%。     

一种高压电源谐振升压倍压电路

提出了一种高压电源谐振升压倍压电路,该电路由LC谐振电路与整流电路组成。对该电路的工作模式和稳态输出特性进行了分析;建立了该电路的数学模型:以归一化的形式定量描述了稳态输出电压与电流的增益、短路特性和开路特性、输出纹波与电压降、以及器件上的电应力,并分析了电路品质因数、归一化频率和电容比对输出特性的影响;对该电路进行了仿真与实验研究,仿真结果与实验结果具有很好的一致性,验证了数学模型的正确性。与C-W电路的对比研究结果表明:所提出的电路具有输出电压稳定、输出纹波小、短路特性好以及响应速度快的优点,满足高压小电流的应用需求。     

ITER稳态磁场测试装置磁体电源设计与控制研究

ITER稳态磁场测试装置可产生特定的磁场条件,从而对进入ITER项目现场的实验设备进行稳态磁场合格测试。磁体电源是一关键部件,为稳态磁体提供高精度稳定大电流。介绍了13.5kA稳态磁体电源基本拓扑结构。为提升电源效率,引入同步整流工作方式,提出了双电流闭环控制策略,配合载波移相调制方式,减小负载电流纹波,保证各支路间均流效果良好,使输出稳态磁体电流精度控制在0.5%以内。通过仿真和实验结果证明了该稳态磁体电源系统设计的合理性。     

带能量回流的超导磁体开关电源的研究

40T稳态强磁场中的超导磁体电源需要低压大电流的电源方案,本文介绍了一种新型的带能量回流的超导磁体开关电源,与以往的电路进行对比分析,可以发现新型电源拓扑结构的优点突出,有利于减小体积、节省成本、提高效率.本文主要研究电路中的直流-直流变换模块,所以本文对电路拓扑结构中的直流-直流变换模块进行了详细的理论分析.为了对新型的电源拓扑结构进行深入的了解,本文对直流-直流变换模块进行小信号建模,计算出了直流-直流变换模块的传递函数.而后在matlab/simulink仿真软件中搭建电流外环电压内环的双闭环控制系统,根据仿真结果可以验证新型电源拓扑方案的可行性.新型的电源拓扑方案有利于强磁场中心电源的升级和改造,进一步提升磁场强度.     

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。     

变母线电压的LLC高压电容充电电源设计

提出了一种两级式可变母线电压的高压电容充电电源技术方案,该拓扑在半桥LLC谐振电路的基础上增加了一级图腾柱无桥功率因数校正（PFC）电路,通过改变母线电压来解决传统LLC谐振电源在输出更高电压时,工作频率变化范围过大带来的充电效率下滑的问题。由于图腾柱电路本身具备功率因数校正的功能,该电源设计还拥有能够直接从电网取电而不影响电网电能质量的优势。首先介绍了本电源设计中两部分的电路拓扑和工作原理,采用等效电阻法分析了电容负载下的电源输出特性。针对前级图腾柱电路设计了双环控制器以实现对母线电压和功率因数的控制,针对后级LLC电路提出了比例积分（PI）加低通滤波的恒流控制器以降低高频噪声带来的不利影响。最后通过模型构建与仿真分析,研究了高压电容充电电源3 000 V/1 A时的充电特性,验证了本电源技术方案、设计和控制策略的可行性。     

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4kA 的直流电流或者最大频率1kHz 最大4kA 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。     

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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4kA 的直流电流或者最大频率1kHz 最大4kA 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。     

正交耦合型高温超导可控电抗器的设计与分析

可控电抗器作为新型无功补偿设备能够有效地补偿电网无功、限制电网过电压及改善电能质量。高温超导可控电抗器因具有控制灵活、谐波含量低、可连续平滑调节、功率密度高等优点而受到广泛关注。文中研究了一种新型正交耦合型高温超导可控电抗器,其采用平行磁通控制以增大调节范围、垂直铁心结构以降低感应电压、增加气隙以降低谐波含量,介绍了该电抗器工作原理与基本结构,搭建了有限元分析模型,进行了380V小型样机的电磁设计,并分析获得其电抗调节范围及工作电流的谐波特性。结果表明,该新型超导电抗器具有很好的无功调节性能。     

PSM高压电源系统模块的计算分析

 The output voltage of the three-phase uncontrolled rectifier circuit containing LC filter of  high-voltage power supply system for the lower hybrid current drive is analyzed and the relationship between the  output voltage and the circuit parameters is obtained. The three-phase uncontrolled rectifier circuit is simulated on  the MATLAB/Simulink platform, and the waveform of the output voltage is obtained. It is observed that the  output waveform meets the design requirements of the power supply system.      

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The main circuit topology, control hardware and control sequence of the cathode filament power supply for the HL-2A neutral beam heating system was introduced. Feedback control simulation of main circuit of filament power supply is carried out through MATLAB simulation software. It is found that the ripple factor is about 1%when the current is about 1000A, and the ripple coefficient increases to 3% when the current drops to 200A. Without the AC filter reactor in series L₁ and parallel harmonic filter LC in the low level control cabinet, the output current ripple coefficient becomes larger obviously. It shows that L₁ and LC not only absorb harmonic current, but also filter the chopper waveform after AC voltage regulation to make the output waveform smoother.     

基于TL494开关电源的设计

开关电源主回路将输入的15VAC电压整流滤波所得的直流电压通过升压斩波电路,变换为25-30VDC输出。主控制器为PIC16F877A单片机。整个系统由整流滤波电路、DC-DC变换器、控制电路、按键显示等模块组成。主控制器和TL494以闭环形式控制DC-DC变换电路,实现输出电压稳定可调。该电源还具有过流保护、自恢复、软启动和短路报警功能。     

便携式谐振倍压电容充电电源的设计

对输入电压为24 V,输出电压3 kV的便携式谐振倍压电容充电电源进行了设计与验证。针对高变压比的特点,电源采用串联谐振拓扑与倍压整流相结合的拓扑结构,避免了高频变压器副边匝数过多、分布参数过大可能造成的不利影响。对高频变压器、谐振电容、开关器件等核心元件进行了设计和调试。最后采用该电源进行电容充电实验,其测试结果验证了设计的正确性。     

正负双极性重复频率充电电源研制

针对紧凑型高功率脉冲驱动源的重复频率充电需求,开展了基于LC全桥串联谐振原理的恒流充电技术研究,并根据紧凑型Marx脉冲功率源的工作方式开展了电源关键参数设计,完成了一种正负双极性充电的紧凑型高压电源研制,实现20 ms内对单边等效负载电容为0.15μF的双极性Marx驱动源充电至±45 kV,平均充电功率大于15.5 kW。该电源采用单个高频高压变压器实现了正负双极性高电压同步输出;采用变压器、整流电路、隔离保护电路、电压检测电路一体化绝缘封装设计,既减小了装置体积又降低了高压绝缘风险;通过隔离保护、电磁屏蔽等设计有效解决了Marx发生器放电过程中瞬时高压信号对电源控制系统的干扰和损伤。     

基于LLC谐振变换器的X光机高压电源设计与仿真

针对X光机高压电源系统稳定性差、效率低等缺点,设计了一种基于LLC串并联谐振变换器的高压电源。介绍了LLC谐振变换器的基本原理,并对其拓扑结构进行基波近似分析,得出电路的增益特性。采用正负双向对称倍压整流电路,有效抑制了输出纹波。最后,采用Saber仿真软件进行了电路建模和仿真分析,得出的仿真结果验证了控制电路的有效性和可行性。     

频率自动跟踪超声波电源设计

针对超声波电源工作时负载状态改变,换能系统产生谐振漂移的问题,提出了一种基于STM32的频率自动跟踪超声波电源的设计。电源逆变电路采用带辅助网络的全桥结构,阻抗匹配电路选择了一种改进型的T型匹配网络,应用PWM移相调功技术控制电源的输出功率,通过数字鉴相技术得到电压电流的相位差作为电路谐振状态的反馈信号,结合STM32主控制器进行PI控制,调节PWM波的输出频率使电路始终工作于谐振状态,实现了谐振频率的自动跟踪。最后基于该设计方案,实际制作了一款应用于超声波清洗仪的电源,并通过实验验证了该电源具有输出功率稳定,负载适应性强,输出频率自动跟踪等特点。