HL-2A装置辅助加热高压电源控制系统的设计与实现

研制了HL-2A装置LHCD和ECRH系统使用的高压电源,其电源拓扑分别为晶闸管交流调压型和星点控制型高压电源,通过高压脉冲调制器给LHCD和ECRH系统供电,采用了波头补偿、前馈和反馈相结合的控制方法,弥补了电源拓扑本身固有的瞬态特性不足和发电机输出的不稳定性,使电源输出电压输出平顶的稳定度优于1%。介绍了高压电源的主回路结构,对高压电源的控制进行了论述,同时给出了实验结果。     

HL-2A装置ECRH主高压电源的研制

介绍了HL-2A装置电子回旋系统主高压电源的研制。用星点控制技术实现了高压直流平台输出电压的调节;用TM-703FB大功率调制管为核心的高压调制技术实现了高压电源输出电压的快速升降及电源的快速保护。用前馈补偿和反馈控制技术实现了输出电压波纹小于1%。电源输出总体指标为-60kV/(25A×4)/1s,满足了ECRH系统的要求。     

HL-2A装置ECRH系统回旋管次高压电源研制

ECRH作为一种有效的加热手段，在托卡马克聚变装置实验中运用广泛，HL-2A装置ECRH系统采用了双高压电源模式的电子回旋管。这种结构的回旋管最大优点是输出效率高，对主高压电源要求相对较低。为了满足实验要求，使回旋管正常工作并得到较大的输出功率，研制性能稳定可靠、控制方便并具有较高技术指标的次高压电源必不可少。     

电子回旋共振加热系统中全固态阳极高压电源硬件电路设计

介绍了电子回旋共振加热(ECRH)系统中全固态阳极高压电源的硬件设计方法。阳极电源采用高频PWM和PSM控制技术相结合的方法。前级使用SG3525来控制IGBT完成高频逆变,后级由59个模块串接输出而成,通过反馈第一级模块输出电压,实现每个模块输出电压的基本稳定;后级输出电压通过DSP控制PSM模块的通断个数以及第59个模块BUCK电路的占空比,实现输出电压的叠加输出,让输出电压能在35k V内全范围调节,输出电流最大为200m A,调制频率达1k Hz以上。输出波形有3种工作模式,波形前沿时间能在3ms内调节。经过在假负载及ECRH实验平台上的测试,电源性能稳定,证明该硬件设计方法可行。     

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介绍了基于PLC的EAST LHCD -35kV/5.6MW高压电源反馈控制系统设计。系统采用工控微机(PC)和PLC对高压电源进行控制,采用PID控制算法实现高压电源电压的反馈控制。操作系统是基于QNX实时操作系统。实验结果证明,该反馈控制系统具有良好的控制性和可靠的保护性。     

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ECRH阳极高压电源系统由高压直流电源及调制器两部分组成。高压直流电源采用晶闸管调节升压变压器的输入电压,在低电位端利用三极管串联线性调整输出DC电压,控制器采用了内外双闭环控制技术,其最大输出为30kV/130mA;调制器使用真空四极管为核心部件。使用仿真软件对电路进行了优化设计。独立调试实验及HL-2A装置放电实验数据表明,该电源系统具有大范围调压、低纹波输出、快速调制等特点。     

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在ECRH高压电源中采用了高压脉冲调制器，大大缩小了电源脉冲上升和下降时间并能提供快速保护。介绍了电子回旋高压电源的主回路结构。计算了电源的前级等效电阻，对电源的动态响应进行了计算分析。运用MATLAB建立模型对电源进行仿真，给出了实验对比结果。     

HL-2Aװ��3MW 68GHz ECRHϵͳ����������

HL-2A装置3MW ECRH系统采用双高压电源形式的电子回旋管,阴极高压电源为回旋管提供加速束电流,阳极高压电源对通过转换区后的束电流施加减速作用,利于回旋管收集极吸收。根据回旋管运行特点和各回旋管不同的工作特性,合理优化回旋管阴极、阳极高压电源工作电压和其他参数。通过远程监控系统,使同时工作的回旋管处于较好的工作状态,充分提高 HL-2A 装置 ECRH 系统多管运行的微波输出功率。实验中,6支回旋管同时运行时,微波最高输出功率2.5MW,达到设计额定值83%,使HL-2A装置中等离子体得到了有效的加热。     

HL-2A装置3MW 68GHz ECRH系统调试与运行

HL-2A装置3MW ECRH系统采用双高压电源形式的电子回旋管,阴极高压电源为回旋管提供加速束电流,阳极高压电源对通过转换区后的束电流施加减速作用,利于回旋管收集极吸收。根据回旋管运行特点和各回旋管不同的工作特性,合理优化回旋管阴极、阳极高压电源工作电压和其他参数。通过远程监控系统,使同时工作的回旋管处于较好的工作状态,充分提高HL-2A装置ECRH系统多管运行的微波输出功率。实验中,6支回旋管同时运行时,微波最高输出功率2.5MW,达到设计额定值83%,使HL-2A装置中等离子体得到了有效的加热。     

ECRH主高压电源控制系统的设计

1引言 在托卡马克聚变研究装置中，ECRH主要被用于整体或局部的电子加热、控制电子温度和等离子体电流等重要参数的分布截面、抑制等离子体磁流体动力学不稳定性、改善等离子体约束等。ECRH高压电源的参数为：电压-55kV，电流25～30A，稳定度1％，另外，要求电源系统不仅具有快速的保护性能，并且要具有较高的稳定度。     

嵌入式预充电电源控制系统的设计与实现

研制了基于PC/104总线为核心的嵌入式预充电电源控制系统,重点阐述了该控制系统的硬件结构与软件设计;该控制系统以SBC-4680为控制系统主板,通过PC/104总线控制PCM-5120模拟量输入输出卡,控制PCM-5134的IO和定时计数卡,同时制作相应的接口电路及看门狗电路,在DOS操作系统中,利用C++编写底层软件,控制中采用PID算法及特殊数据处理方法,利用VB编写上位机操作界面与图形显示软件,实现与底层软件的以太网通信、信号的实时传输、显示与处理;实验证明,采用此预充电控制系统以后,使高压电源的波头质量得到极大提高,既消除了震荡,又避免了电压跌落等情况的出现,同时该电源的控制精度达到1%,因此,该控制系统完全满足电源控制及保护需要。     

基于补偿网络的PSM高压电源模块仿真分析

利用MATLAB对中国聚变工程实验堆(CFETR)低混杂波高压电源系统的调节模块进行仿真,分析了静态电网波动、负载变化、滤波参数等对输出电压的影响。利用补偿网络可以大大减少纹波,增加输出电压的稳定性。该系统的稳定时间在几个毫秒之内,纹波系数<1%。通过仿真决定对该高压电源系统调节模块采用比例积分微分(PID)控制与超前-滞后补偿策略。     

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。     

PSM高压电源系统模块的计算分析

在低杂波高压电源系统的整流模块的研究中,对含有LC滤波的三相不控整流电路的输出电压进行分析计算,得到输出电压与电路中的参数关系表达式.通过MATLAB/Simulink模块中的电路仿真元件对三相不控整流电路进行仿真,得到其输出电压的波形图,观察得到其输出波形能够满足电源系统的设计要求.     

80 kV可调节高压脉冲方波脉冲电源的研制

研制了80 kV可调节高压脉冲方波电源系统以对ZnO样品特性进行测试,实现电源输出脉宽、重复频率、运行时间可调。系统采用人工形成线、脉冲变压器加可调节负载电阻等技术路线,实现了高压方波脉冲的输出;采用高速数据I/O卡产生序列脉冲信号控制两个火花间隙开关的通断,对人工形成线形成的方波进行截尾,实现了输出方波宽度可调;利用Labview中的图形化控件,编写友好简洁的计算机控制界面;采用光电隔离、光纤传输和供电隔离等一系列措施,提高触发控制系统的抗干扰能力。实验结果表明,最终电源输出电压幅值超过80 kV,输出方波脉冲宽度超过25 s,脉冲前沿小于0.7 s,并且输出电压幅值可调,脉冲宽度在输出范围内可连续调节。利用该电源对ZnO压敏电阻样品进行了测试,得到了较好的ZnO压敏电阻非线性伏安特性曲线。     

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The hardware design of solid-state anode high-voltage power supply in electron cyclotron resonance heating system (ECRH) is presented. The anode power supply uses the method that combined high-frequency pulse width modulation (PWM) and phase shift modulation (PSM) control technology. The former in the supply uses the SG3525 to control the IGBT to complete the high frequency invert. The latter is made up of a total of 59 modules connected in series. The output voltage of each module is basically stabilized by feedback of the first stage module output voltage. DSP controls the number of PSM module on and off and the 59th module BUCK circuit duty cycle to achieve the output voltage of the superimposed output, and the output voltage can be adjusted within the full range of 35kV with accuracy less than 0.1kV, the output current up to 200mA, modulation frequency more than 1kHz. The anode power supply has three operating modes, and the rising edge time of the waveform can be adjusted within 3ms. The results tested from dummy load and ECRH experimental platform show that its performance is stable, and the hardware design method is feasible.     

Study on high voltage generation using flame column and DC power supply

A theory for generating an ultra-high voltage using a flame column (weakly ionized plasma) and a normal high-voltage (HV) power supply is presented. A high-voltage generator adapted based on this theory was fabricated, and experiments on high voltage generation were carried out. As a result, high voltages were observed between an electron cloud in front of the flame column and the positive electrode in the experiment, and highly positive charges were stored efficiently on the large positive electrode. The experimental results proved that the output voltage is three times higher than that of the output voltage of the HV power supply whenever the gas flow velocity is close to 0. A maximum output voltage was obtained for the output voltage of the HV power supply, which was 15 times higher than the output voltage of the HV power supply. The generated voltage and the output current for the output voltage of the HV power supply were investigated, and the temporal dependence of the charging current was also measured. The use of this method made it possible to obtain a high voltage and high electric field in a large space. Furthermore, the realistic possibility of achieving a 10-MV using this method was shown.