兰州重离子加速器储存环引出切割磁铁电源数字化升级

介绍了兰州重离子加速器储存环(HIRFL-CSR)引出切割磁铁电源的工作原理及进行数字化升级方案。采用了基于FPGA(Field Programmable Gate Array)的可编程片上系统(SOPC)、NIOSII的软件架构及硬件描述语言编写的多环调节算法,探讨了在FPGA上实现加速器电源控制算法的一些关键问题。对引出切割磁铁电源进行数字化升级后,HIRFL-CSR的主环束流引出过程更加可靠,同时提高了实验终端束斑位置的稳定性。本工作为HIRFL-CSR磁铁电源的全面数字化及重离子治癌数字电源的研发提供了重要的技术参考。     

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。     

基于悬浮拓扑的加速器脉冲电源设计

随着加速器技术的发展,重离子加速器脉冲电源工作频率逐步提高,电流上升速率逐步提升。脉冲电源磁铁负载具有阻感特性,其在电流波形上升段将吸收大量的无功,会对电网产生周期性强冲击;同时,快电流上升速率下的高精度要求,对电源设计提出了新的挑战。论文设计了一种基于电容储能的悬浮型H桥级联拓扑,利用电源自身储能电容和负载电感进行无功交互,实现了无功能量的内部循环,以减小对其对电网冲击;同时采用H桥级联多电平结合移相倍频控制,以保证电源快动态响应下的高精度需求。样机实验结果验证了电源拓扑和控制原理的可行性,为加速器快电流上升速率脉冲电源提供了一种新的解决方案。     

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。     

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。     

三相三电平VIENNA整流器中点电位波动混合抑制方法

针对三相三电平VIENNA整流器中点电位波动问题,建立了中点电流的数学模型,分析了中点波动形式、并结合中点电流数学模型分析了中点电位波动的根本原因,针对传统固定调节因子法抑制中点电位波动效果较差的缺点,提出了一种结合动态调节因子与电容偏差调节的混合抑制方法,给出了6扇区下偏差调节量和动态调节因子表达式,然后通过查表法将6扇区对应动态调节量注入到调制波中,实现了中点电位尤其三次基频波动的自动抑制,进一步修正后的混合抑制法还可有效抑制电容参数和负载不对称导致的中点大幅度波动,实验结果验证了策略的可行性和有效性。     

HIRFL-CSR六极磁铁数字电源研究与设计

设计了一台用于兰州重离子加速器HIRFL-CSR的六极磁铁数字电源, 该电源以H桥变换器为主拓扑结构电路, 采用Cyclone II FPGA作为核心硬件, 以Verilog语言实现了全数字化的PI调节算法。 电源输出电流达到了340 A, 直流电流稳定度达到了3.14×10-5, 达到了1×10-4的设计指标。One digital power supply was designed for the sextupole magnets of Cooler Storage Ring of the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL CSR). It adopts H Bridge convertor as the main topology circuit and Cyclone II FPGA as the main hardware, and has realized fully digitized PI regulation arithmetic by Verilog language. The peak current of the power supply reaches 340 A and the stability approaches 3.14×10-5. Finally the power supply has achieved the designed specification of 1×10-4.