基于传输线理论电力高频脉冲在电缆上的传输与反射研究

针对电力高频脉冲在电缆上传输过程引起产生谐波等问题,基于传输线理论,在建立高频脉冲作用下电缆分布参数模型的基础上,探讨在高频脉冲驱动下长电缆传输产生的负面效应问题.论文结合三相交—直—交PWM变换电路带电动机负载状态下,较详细地分析讨论了PWM脉冲波在电缆上的传输和反射过程,研究电机端过电压的产生机理,分析引起电机定子绕组绝缘过早损坏,供电电源电压产生谐波的原因,并通过实验验证了理论分析的有效性.     

诊断中性束加速电源打火检测与保护电路的研究与设计

通过检测打火短路过程中产生较大的di/dt 和du/dt 来实现高压电源的打火短路保护。在研究了中性束加速电源控制和保护特点的基础上, 设计了诊断中性束加速电源在打火短路过程中的di/dt 和du/dt 的检测电路和相应的保护电路, 实现提前对加速器高压电源打火短路的保护。     

中红外量子级联激光气体检测系统

为了满足基于室温连续量子级联激光器(QCL)的中红外气体检测系统的需求,研制了板级量子级联激光器的驱动电路以及谐波锁相放大电路。通过信号发生电路产生高精度的直流偏置信号、低频锯齿波扫描信号和高频正弦波调制信号,控制激光器的工作电流,进而扫描/调制激光器的输出波长;为了探测痕量气体吸收光谱的二次谐波信号,并获得较高的信噪比,研制了锁相放大电路,主要包括倍频电路、正交转换电路和数据转换电路;为了提高系统的稳定性和可靠性,研制了高稳定性的线性供电电路以及保护电路.采用中科院半导体所研制的波长为4.76μm的QCL作为光源,开展了电学系统的功能验证实验以及气体检测实验.实验结果表明:QCL驱动电路线性度为0.006 3%,长期电流稳定度为5.0×10~(-5),QCL光强稳定度为5.07×10~(-4);锁相放大器系统具有较高的稳定性和较低的误差,一次谐波的最大误差在2.4%以内,二次谐波的最大误差在5.5%以内.通过动态配气方式开展了低浓度一氧化碳(CO)气体检测实验,在0~100×10~(-6)范围内,二次谐波信号的幅值与CO气体浓度具有较高的线性度(拟合优度0.99),表明所研制的电学系统具有良好的稳定性和可靠性,为中红外CO气体的检测提供了安全可靠的保障.     

高频脉冲功率源初级单元的设计

针对半导体断路开关型、数十kHz高频脉冲功率源设计了初级单元。该单元在低频电路的基础上进行了改进和优化,放电主开关采用IGBT串并联组件,解决了同步触发问题,增加了过流保护系统,设计了高频脉冲触发器。研究发现,初级单元的放电电容放电后有残余电压存在,这会降低脉冲功率源的输出稳定性。该初级电路加强了高频率脉冲功率源的稳定性和可靠性,成功应用于数十kHz高频脉冲功率源。从波形上看,初级充电电源工作电压约为1 kV,放电电流约1.5 kA,在10 kHz条件下可以稳定工作。     

571.2MHz次谐波聚束腔的高频电磁场效应

高频谐振腔中的电磁场通常以两种方式影响谐振腔的特性. 一种方式是通过作用在谐振腔内壁上的高频热, 这主要 由高频功率的欧姆损耗导致; 另一种方式是通过作用在谐振腔内壁上的洛仑兹力, 这主要由谐振腔内壁上的面电流 和面电荷导致. 联合使用有限差分软件Superfish和有限元软件ANSYS，本文对571.2MHz次谐波聚束腔中的高频电磁场 效应进行了研究. 此外, 本文还对BEPCⅡ未来预注入器第1个次谐波聚束腔中的高频热效应进行了讨论.     

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介绍了EAST低杂波系统天馈线保护的设计及其实现。针对EAST装置低杂波系统微波陶瓷窗破裂的原因,在低杂波系统天馈线上设置了高反射保护和打火保护两种保护措施,其中打火保护可以在打火发生后20μs以内迅速切断微波输出。实验结果表明,两种保护并行工作,能有效地保护整个波系统。     

基于 Mu l t i s i m调幅发射机的仿真与分析

调幅发射机的主要任务是完成低频信号对高频载波的调制, 将其变为在某一中心频率上具有一定带 宽、 适合通过天线发射的电磁波. 本文以高频电子线路为基础, 以调制电路、 功率放大电路为单元, 完成了调幅发射 机的电路搭建, 并用 Mu l t i s i m软件对单元电路进行了仿真. 仿真分析表明, 所搭建单元电路能实现其基本功能, 符 合调幅发射机的要求     

耦合型高频光纤振动传感器实验研究

提出了一种耦合型高频光纤振动传感器,并设计了相应的解调电路和信号处理系统.对高频振动信号的响应波形和频率进行了测量,研究了光纤传感器对不同的振动强度和不同方向的振动信号的响应,分析了不同结构和不同材质的传输介质对光纤传感器测量结果的影响.实验证明所设计的耦合型高频光纤振动传感器截止频率达到8 kHz,振幅测量灵敏度为325 mV/mm,频率和幅值响应误差小于1%.     

交直交型机车的高频谐波混沌分析

针对典型的交直交型动车组CRH2车型,推导出其在正弦脉宽调制下的参数方程,并建立一套新的非线性参数模型.通过混沌原理分析了高次谐波的分形情况,并针对典型的牵引变电站,进行了计算和仿真,依托实际录波的数据验证,证实高频谐波能够导致系统谐振,为混沌分析方法拓展了新的应用.     

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介绍了HL-2A装置低杂波加热系统中的低压部分实时保护系统的原理和工作情况。实时保护电路工作可靠,系统低压部份响应延迟时间小于1μs。在2004年的单只速调管实验中,对波导内拉弧打火,速调管管体电流和速调管集电极过流进行了实时保护,各个保护对象都有专用的探头进行测量,其中管体电流探头精度达到0.7%。实验信号的分析表明保护系统的设计达到了实验要求,有效地保护了实验对象。     

超快电子衍射装置的束流能量反馈控制

上海交通大学的超快电子衍射(UED)装置由一台电子直线加速器作为驱动,电子枪为一台光阴极微波电子枪。加速器在运行中电子枪会偶尔打火,腔体失谐,造成束流损失,束流能量产生变化,束流需要很长时间才能恢复到初始状态,影响了用户的使用。为此,对低电平控制器(LLRF)的幅度相位控制环路进行了改进,增加了能量反馈,代替了幅度反馈,通过对束流的中心位置进行实时的反馈以控制低电平控制器输出信号的幅度,保证了电子束流的能量稳定和电子枪加速场强的稳定。长时间的稳定性测试表明,电子枪在打火产生时,束流能量可以很快恢复,能量抖动由4.2933×10^-4(RMS)提高到2.8557×10^-4(RMS),实现了束流能量的长期稳定。     

Emittance Dominated Long Bunches in Dual Harmonic RF Systems

The storage of long bunches for long time intervals needs flattened stationary buckets with large bucket height. In the case of small energy spread with a cooled beam, the Coulomb interaction cannot be ignored. The properties of the dual harmonic RF systems are discussed for the emittance dominated long bunches below transition. The external voltage has to be increased to compensate the Coulomb interaction to keep bunch length unchanged. The longitudinal motion of the initially mismatched beam has been studied for both single and dual harmonic RF system. Bucket height of the single harmonic system is too small even for 20 % mismatch. Halo formation and debunching can be seen after a few synchrotron periods for single particles with large amplitude. The simulation results by using ORBIT code for the FAIR-HESR synchrotron has been given together with theoretical analysis.     

国内首次超导高频系统束流调试及高功率试验

2004—2007年BEPC高频系统从常温腔改建到超导腔, 逐渐解决了改频的物理问题和超导技术的工程难题, 实现了与国际先进技术接轨, 并按期保质完成了工程、调束任务. 高频系统是BEPCⅡ工程首个吸收国外超导技术、自主完成集成和调试成功的大型装置; 2006年7月国内首次超导高频大功率试验成功; 2006年11月完成系统联调, 按期投入BEPCⅡ首轮调束; 同年12月首次投入同步辐射运行; 2007年2至5月, 东、西两套超导高频系统在1MV以上的加速电压均已实现正/负电子1.89GeV注入积累和110/114mA对撞; 在同步辐射运行中, 逐渐达到2.5GeV/250mA、束流功率100kW, 接近国外同类机器水平; 束流试验证明两套高频系统的     

Emittance-dominated long bunches in dual harmonic RF system

The storage of long bunches for long time intervals needs flattened stationary buckets with a large bucket height. The longitudinal motion of the initially mismatched beam has been studied for both the single and dual harmonic RF systems. The RF amplitude is determined to be r.m.s wise matched. The bucket height of the single harmonic system is too small even for shorter bunch with only 20% increased energy spread. The Halo formation and even debunching can be seen after a few synchrotron periods for single particles with large amplitude. In the case of small energy spread for a cooled beam, Coulomb interaction cannot be ignored. The external voltage has to be increased to keep the r.m.s bunch length unchanged. The new voltage ratio R(N) simplifies physics for the emittance-dominated bunches with modest particle number N. For the single harmonic system, substantial amount of debunching occurs without increasing the external voltage, but very little if the RF amplitude is doubled. Results from the ORBIT tracking code are presented for the 1 GeV bunch in the HESR synchrotron, part of the GSI FAIR project.     

双谐波高频系统的同步加速器中发射度主导的长束团研究

在质子储存环中,长束团的长期储存要求采用比较平的 bucket 以增加纵向接收度。对于经过相空间冷却的低能散的束流,束流内部的库仑散射作用不能被忽略。本文讨论了对于处在临界能量以下的发射度主导的长束团双谐波高频系统的特性。为了保持束团长度不变,高频电压应作适当的提高以补偿空间电荷效应的作用。初始失配的束流的纵向运动也分别对于单谐波或双谐波系统进行了研究,对于前者失配度为20%时,纵向接收度太小导致经过几个同步周期后就出现明显的束流纤维化和散束。本文还引入了一种空间电荷作用因子和纵向失配度的概念来研究和分析发射度主导的长束团的纵向运动。采用ORBIT程序对FAIR-HESR加速器中的束流纵向运动进行了模拟跟踪计算,并与理论分析进行了比较。     

储存环束流Robinson不稳定性的分析和测量

 探讨了储存环束流的Robinson不稳定性问题,提出用“等效失谐角大于零”取代“失谐角大于零”作为束流稳定的基本条件。在合肥光源电子储存环200 MeV注入状态下,对束流不稳定性与高频腔失谐之间的关系进行了实验测量。结果表明：当束流稳定条件不满足时,如果高频腔大失谐,束流将全部丢失;小失谐时束流容易部分丢失;当高频腔处于负失谐状态,束流流强将限制在较低水平。     

冷却储存实验环功率源的设计与计算

 对兰州重离子加速器冷却储存环实验环(CSRe)的高频系统功率源的设计作了详细的工程计算,工作频率范围为0.5~2.0 MHz,工作于基波及二次谐波模式,发射机不仅能工作于点频连续波模式,而且还可以工作在扫频调制模式,输出最大功率达到70 kW。满足最高加速或减速电压10 kV的设计要求,能够用于捕获放射性次级束并将束流的能量从400 MeV/u 减速到 30 MeV/u。     

基于AD9854重离子治癌加速器高频控制器设计

介绍了兰州重离子治癌加速器治疗装置的高频控制系统原理、软件设计、硬件配置和布局。提出并实现了对重离子治癌加速器高频控制系统的高频腔体的精确控制。在硬件上,重离子治癌加速器高频控制系统硬件平台由监视控制板和数据分析板两部分构成,采用双FPGA+DSP+DDS+PXI 结构,此结构具有强大的数据处理能力,其核心器件是FPGA和DDS。通过设计编写FPGA VHDL代码实现对DDS芯片的配置,产生的IQ两路信号,分别发送到高频腔、幅度调制器以及偏流电源上,完成幅相同调和频率调制。通过该设计,实现与DAC和ADC操作配合进行高速高效的数据传输,产生高品质束流。     

Storage ring free electron laser dynamics in presence of an auxiliary harmonic radio frequency cavity

In a Storage Ring Free Electron Laser (SRFEL) there is a strong interdependence between the laser beam and the electron beam from which the laser is generated. The Super ACO storage ring has a second Radio Frequency (RF) cavity at the 5th harmonic of the main RF cavity. It is used to shorten the bunch length, thereby enhancing the laser gain. Employing this RF harmonic cavity instabilities are observed with a strong effect on both the laser radiation properties and the electron beam behaviour. In this paper, we first present beam characteristics of Super-ACO as influenced by the harmonic cavity, and the instabilities of the beam due to this RF cavity. Then we discuss the FEL properties in presence of the harmonic RF cavity. In general the harmonic cavity functions as intended, and it is observed that the laser suppresses the instabilities caused by the harmonic cavity in the absence of the FEL.     

微波谐振腔中电子与微波作用的非稳态过程研究

 在微波腔中微波场影响电子的运动，同时电子束作为电流源也产生辐射，影响微波场，这种相互作用包含线性和非线性过程。根据Maxwell理论，微波腔中的实际微波场可以按微波腔的模式展开，而且不同模式与电子束之间的相互作用不同。将电子束作为激励源，根据Maxwell方程和电子受到的洛伦兹力，建立不同模式在电子束作用下的激励方程和电子束电子在不同模式作用下的运动方程（即微波谐振腔中电子束与微波场相互作用的自洽方程组），并由此进一步分析一维情况下单间隙微波腔中微波建场、辐射场呈指数增长和饱和等非稳态作用过程，该过程涉及到电子束与微波作用的线性和非线性过程。