HT-7U装置位移快控电源及其控制系统设计

针对HT－7U装置等离子体位移快控电源低压大电流控制要求，提出了一种采用双PWM AC／DC变流器拓扑且易于多组并联的新颖控制方案；在分析了PWM AC／DC变流器d-q模型的基础上，设计了三闭环控制系统，特别采用了基于前馈的解耦控制和微分反馈控制，从而使系统获得了优良的动态性能，仿真结果证实了方案的正确性。     

HT-7U装置冷却回路概念设计

】HT-7U超导托卡马克核聚变实验装置是国家九五重大科学工程 ,包括一个具有非圆小截面的大型超导托卡马克 HT-7U实验装置和低温、真空、水冷、电源及控制、数据采集和处理、波加热、波驱动电流、诊断以及公共基础设施等重要子系统。文中概要地介绍 HT-7U装置冷却回路的基础结构和主要参数 ,对冷却回路进行了概念设计 ,给出了冷却回路流程的初步方案     

HT-7U纵场磁体CICC导体设计

国家“九、五”重大科学工程HT-7U托卡马克(Tokamak)是一个全超导核聚变实验装置，装置主机包含有16个纵场(TF)超导线圈和14个极向场(PF)超导线圈．线圈采用NbTi CICC导体(Cable in-Conduit Conductor)绕制，用超临界氦迫流冷却．本介绍CICC导体的设计和导体短样的测试结果．     

EAST新快控电源保护系统的设计

针对EAST超导托卡马克实验装置的新快控电源系统AC-DC-AC各环节工作中可能出现的问题,提出各环节的控制保护方法。通过深入研究核聚变领域快速控制电源的保护机理,并结合核聚变装置的需要,设计了抑制浪涌电流电路、电压保护电路、过电流保护电路、过温保护电路、电能泄放保护电路及撬棒保护电路,与传统的保护法相比,该方案具有保护范围广、可靠性强、安全性高的特点。实验结果表明,该电源保护系统可以确保电源在突发故障情况下安全可靠地退出,有效保护超导托卡马克实验装置内的超导磁体及电源各器件不受损坏,从而验证了设计方案的正确性和有效性。     

HT-7U装置环电压建立过程

由于真空室的屏蔽作用,当极向磁场变化时等离子区域的磁场不能随极向磁场同时变化,环电压的建立存在一增过程。研究结果表明,环电压延迟的时间常数与真空室的等诳时间常数一致。在真空室等效时间常数确定的情况下,可以确定环电压上升过程。ＨＴ－７Ｕ装置环电压建立过程大约需要２０ｍｓ。     

Theoretical analysis of ion cyclotron range of frequency antenna array for HT-7U

This paper considers the coupling analysis of phased antenna array designed to excite fast wave in the ion cyclotron range of frequency. The coupling of the antenna is calculated in slab geometry. The coupling code based on the variational principle gives the self-consistent current flowing in the antenna, this method has been extended so that it can be applied to a phased antenna array. As an example, this paper analyses the coupling prosperities of a 2 × 2 phased antenna array. It gives the optimum geometry of antenna array. The fields excited at plasma surface are found to more or less correspond to the antenna current phasing.     

应用高速CCD诊断研究HT-7装置边界等离子体旋转

在HT-7装置上建立了一套高速CCD可见光成像诊断,测量了边界等离子体的可见光辐射成像。在HT-7装置放电中,首次观察到在等离子体边界区域存在一条极向旋转的可见光辐射带,由CCD诊断系统得到其极向旋转的频率为858Hz。根据多道H_α阵列测量得到极向旋转频率为952Hz。多道磁探针信号测量发现,等离子体内部存在m/n=3/1的电磁模,该模的旋转频率为972Hz。从电子回旋辐射诊断系统得到的电子温度剖面发现该模的磁岛宽度约为2.5cm。     

HT-7U超导托卡马克等离子体位形平衡和反演编码

介绍了应用于托克马克装置上等离子体位形平衡和反演编码(EFTT)的物理含义。提出了HT-7U装置EFTT代码开发移植的总体计划和主要流程结构,介绍了格林函数、平衡和反演核心子函数的构成。提出了在EFIT编码的移植开发中遇到的三类主要问题的解决方案。对编码产生的格林函数和等离子体特征参数的数据进行了分析比较。     

三电平大功率并联逆变电源在EAST系统中的应用

针对EAST超导托卡马克装置中的等离子体位移快控电源大电流快速响应的要求,采用三电平结合移相PWM多重化技术,实现多组变流器并联运行,提高了变流器的等效开关频率控制性能,从而改善了电流波形品质。分析了快控电源系统的设计方案和控制方法,并针对移相PWM多重化技术,采用Matlab进行了仿真,验证了设计思想。实验结果表明,该系统设计方案合理、控制策略有效,具备良好的大电流输出和快速响应能力。     

HT-7U等离子体位形与电流控制的数值模拟

通过数值求解了等离子体磁流体方程组，模拟了HT－7U装置自由边界等离子体位形及控制系统随时间的演变过程。模拟的结果对HT－7U装置及等离子体控制系统的设计具有重要的意义。     

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在HT-7装置上建立了一套高速CCD可见光成像诊断,测量了边界等离子体的可见光辐射成像.在HT-7装置放电中,首次观察到在等离子体边界区域存在一条极向旋转的可见光辐射带,由CCD诊断系统得到其极向旋转的频率为858Hz.根据多道Hα阵列测量得到极向旋转频率为952Hz.多道磁探针信号测量发现,等离子体内部存在m/n=3/1的电磁模,该模的旋转频率为972Hz.从电子回旋辐射诊断系统得到的电子温度剖面发现该模的磁岛宽度约为2.5cm.     

基于HT-7U超导托卡马克放电的EFUND软件实现

介绍了基于HT-7U超导托卡马克装置放电的EFUND软件实现过程。介绍了装置的格林函数和计算公式及用于计算格林函数的EFUND算法的主要思想。简要叙述了计算感应系数的两个主要过程,介绍了EFUND软件的改进意义和遇到问题及解决经验,给出了两种语言环境下EFUND软件运行结果的误差分析。实现了EFUND软件的实时控制功能,为平衡拟合EFIT系统的实时控制改进奠定了基础。     

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针对EAST快控电源大电流快速响应的要求,EAST第二代等离子体垂直位移主动反馈电源在保留第一代主动反馈电源电流控制模式的同时,也可实施电压控制模式,实现电流上升率的最大化.为解决其带来的高电压输出时频繁过流保护而导致能量倒灌引发直流侧过压保护的现象,采用限流保护进行改进.经实验验证,电压模式可大幅提升电源对于等离子体垂直不稳定位移的抑制能力.     

新EAST快控电源电压模式的探索

针对EAST快控电源大电流快速响应的要求,EAST第二代等离子体垂直位移主动反馈电源在保留第一代主动反馈电源电流控制模式的同时,也可实施电压控制模式,实现电流上升率的最大化。为解决其带来的高电压输出时频繁过流保护而导致能量倒灌引发直流侧过压保护的现象,采用限流保护进行改进。经实验验证,电压模式可大幅提升电源对于等离子体垂直不稳定位移的抑制能力。     

H桥式大电流快控电源设计

介绍了HL-2A升级改造装置用于控制等离子体垂直位移的H桥式大电流快控电源的设计方案,内容包括快控电源方案与工作模式的仿真,开关元件的选择和改善IGBT静态均流的措施。利用实验平台,通过改变并联元件的回路参数将IGBT并联电流不均衡率由16.5%降低到6.8%。计算了IGBT模块工作时可能产生的最大损耗,并给出满足模块温度要求的散热方案。     

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针对EAST超导托卡马克核聚变实验装置中等离子体位移快速控制的要求,快控电源采用三电平电路结合载波移相PWM调制技术,实现多组逆变器并联运行。介绍了系统设计方案,并对其输出谐波进行了研究,利用双重傅里叶变换建立了数学模型,分析了其谐波分布特性。通过仿真和实验表明,快控电源系统具有良好的谐波特性,具备良好的大电流输出和快速响应能力。