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。     

HL-2M 装置极向场线圈的结构设计与制造

介绍了 HL-2M 装置极向场(PF)线圈的结构设计和制造。16 饼 PF 线圈布置在环向场(TF)线圈空腔之 内、真空室外,沿中平面对称分布。PF 线圈采用中空矩形铜导体绕制,其中 PF1~PF4 线圈为双层螺旋绕制结构, 最大运行电流 14.5kA;PF5~PF8 线圈为多层盘式绕制结构,最大运行电流 38~42kA。      

J-TEXT装置纵场电源系统及其调试

J-TEXT装置的纵场磁体是由十六个近似圆形的常规铜线圈串联而成。纵场电源系统需要为纵场磁体提供最大电流为160kA、平顶时间为500ms的准梯形电流波形,以在等离子体中心产生最大为3T的磁场。基于原TEXT-U纵场电源的电路结构,重新设计和改造了电源的控制系统和保护系统。目前,纵场电源系统已经通过了测试,在J-TEXT装置首轮放电运行中,该系统可输出92.5kA的平顶电流,在等离子体中心产生了约1.74T的磁场。     

基于超导储能脉冲变压器的多模块脉冲电源设计

为了探索一种更加紧凑的导轨型电磁推进基础实验用脉冲电源,以实验室现有高温超导储能脉冲变压器为单元模型,在单谐振电路脉冲成形方案的基础上,设计了环形结构的多模块脉冲电源,分析了环形结构中考虑互感的多模脉冲电源电路的充放电过程。通过对八模块环形结构脉冲电源进行仿真分析,得到了接近150kA的电流脉冲,原边电压限制13kV左右。可以得出,利用单谐振电路的多模块超导储能脉冲变压器并联放电方式,可以实现大电流脉冲的输出的要求,而且环形结构中各线圈存在的互感更有利于多模块脉冲电源。     

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研制了一种基于电容储能的脉冲电源系统用于J-TEXT 装置扰动磁场线圈的运行,介绍了J-TEXT 装置静态扰动磁场线圈(SRMP),对静态扰动磁场电源系统进行了原理分析,并给出了电源的运行结果。实验运行效果表明,输出电流最大能达到8kA,最大电流上升率为200A.ms-1,静态扰动场电源系可以稳定地工作,可以产生足够的扰动磁场并开展相关物理实验。     

J-TEXT 装置静态扰动场电源系统结构分析及实现

研制了一种基于电容储能的脉冲电源系统用于J-TEXT 装置扰动磁场线圈的运行,介绍了J-TEXT 装置静态扰动磁场线圈(SRMP),对静态扰动磁场电源系统进行了原理分析,并给出了电源的运行结果。实验运行效果表明,输出电流最大能达到8kA,最大电流上升率为200A.ms^-1,静态扰动场电源系可以稳定地工作,可以产生足够的扰动磁场并开展相关物理实验。     

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为充分利用SUNIST球形托卡马克欧姆场的双向磁通,延长等离子体电流平顶时间,对欧姆场的电源系统进行了改造。提出了一种基于多个IGBT并联大电流低频开关的H桥双向放电电路,研发了该双向放电电路的核心元件——3kV/10kA级的IGBT并联大电流开关。对单相电容准恒流充电电路与三相桥式电容换流充电回路进行了研究,合理地确定了双向放电主回路中两组储能电容器C1和C2的充电系统。经过安装、调试以及初步试验,在欧姆场线圈中得到了从正10kA到负6kA的双向放电电流,等离子体电流波形也有明显改善。     

EAST装置RMP线圈电源的优化设计

对EAST装置中边界局域模等相关物理现象研究的要求,RMP线圈电源需要有更大的承载电流能力,同时提高响应速度和减小输出电压纹波。对于一期RMP线圈电源的拓扑结构、主回路参数进行了优化设计,结合理论计算、MATLAB仿真和实际测试验证了设计方案的可行性,实验结果表明二期RMP线圈电源在响应速度、承载电流能力和电压纹波方面相比一期均表现得更好,达到优化的目的。     

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对EAST装置中边界局域模等相关物理现象研究的要求,RMP线圈电源需要有更大的承载电流能力,同时提高响应速度和减小输出电压纹波.对于一期RMP线圈电源的拓扑结构、主回路参数进行了优化设计,结合理论计算、MATLAB仿真和实际测试验证了设计方案的可行性,实验结果表明二期RMP线圈电源在响应速度、承载电流能力和电压纹波方面相比一期均表现得更好,达到优化的目的.     

SECRAL超导磁铁电源控制

超导离子源(SECRAL)的超导磁铁电源的控制非常重要。为防止超导磁铁的失超,需要对超导磁铁电源采用恰当的策略进行控制。在SECRAL系统中,4台电源分别为4个超导线圈独立供电,供电的电流大小不同,电流上升和下降的速率也不同。4个线圈的电流不平衡,将导致整个超导磁铁失超,所以超导线圈的电流上升和下降过程必须协同完成。为了提升磁铁电源的安全性和稳定性,设计并实现了一个远程控制系统。在硬件方面使用串口通讯服务器实现TCP/IP网络通讯与RS232串行通讯间的协议转换。软件使用VC++直接对串口编程完成。该系统能够自动完成4台电源的同步操作,简化了超导离子源SECRAL的调试过程,提高了操作过程中的安全性。     

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。     

中国散裂中子源大功率可编程脉冲电源设计

在中国散裂中子源大功率可编程脉冲电源设计中,主回路采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)H桥串并联拓扑,错相工作方式,利用IGBT功率放大的特性,实现了电源高功率(60 MW)、高频率(1.843 2MHz)、高压(3.319 kV)和大电流(18 kA)的要求,并通过电源反馈控制系统,实现了电源的快速响应时间,使电源跟踪精度达到1.5%,满足指标要求。在电源研制中,解决了IGBT高压、大电流的均压和均流问题;由于IGBT工作在开关状态,为了消除谐波,利用多重化技术,得到了光滑的输出脉冲电流曲线;采用电流互感器的并联,实现了输出大电流的检测;电源的反馈控制策略采用比例和前馈运算,实现了电源输出波形对给定波形的快速跟踪。     

用于地球磁尾三维磁重联实验的脉冲电源

空间环境地面模拟装置是哈尔滨工业大学承建的国家重大科技基础设施项目,其包含的空间等离子体环境模拟与研究系统是用于提供磁重联过程等基本物理过程的时空演化规律研究的平台。在研究地球磁尾三维磁重联时,使用处于真空环境内的偶极磁场线圈和两个磁镜场线圈来提供研究所需的模拟背景磁场,其中偶极场线圈为一个总电感为17.4 mH、总电阻为30.25 mΩ的单个线圈,而磁镜场线圈为两个线圈镜像对称设置并串联连接,总电感30.16 mH,总电阻58.81 mΩ。为了产生实验所需背景磁场的幅值和持续时间,研制并测试了两套总能量3.36 MJ的脉冲电源,在进行地球磁尾三维磁重联实验时两套电源需要同时工作。用于驱动偶极场线圈的脉冲电源按照实验需求可以在充电压不大于20 kV的情况下,能够提供超过9 kA的峰值电流,95%峰值电流的持续时间超过了5 ms,由峰值时刻降低到10%峰值时刻的时间不超过130 ms;用于驱动磁镜场线圈的脉冲电源按照实验需求可以在充电压不大于20 kV的情况下,能够提供超过8 kA峰的值电流,95%峰值电流的持续时间超过了5 ms,由峰值时刻降低到10%峰值时刻的时间不超过130 ms。     

J-TEXTװ���ݳ���Դ����ϵͳ��ʵ��

基于QNX实时操作系统的IDE编译平台,设计开发了J-TEXT装置纵场电源的实时控制系统。该系统具有良好的实时性、可靠性和稳定性,成功控制纵场电源产生了92.5kA、平顶时间为1s的准梯形脉冲电流,在等离子体中心产生1.74T的磁场,满足了J-TEXT装置目前放电实验的需要。     

高可靠性脉冲氙灯电源设计

对540 mm18 mm、极间距250 mm、充气压力26 kPa的脉冲氙灯进行分析计算,研制了一台具有手动和外触发功能、氙灯充电电压2.5～4.5 kV、输出脉冲电流幅度3～6 kA、脉冲宽度约230 s的脉冲氙灯电源,给出了单次触发情况下的实验结果。设计基于晶闸管移相调压方式,经由隔离模块、PLC控制构成的闭环反馈回路,控制调压模块对储能电容器线性充电;通过IGBT半导体开关器件产生脉冲信号,经脉冲变压器升压后触发氙灯,使氙灯导通发光。采用简单、可靠的绕丝触发方式和控制信号隔离、电容器一端接地等方法,有效抑制了地电位抬高,提高了氙灯电源的可靠性和抗干扰能力。通过百次的实验,脉冲氙灯电源能100%点亮负载氙灯,满足实际使用要求。