升级EAST快控电源控制器研制

针对EAST快控电源缩短电流响应时间的要求,升级的快控电源控制器采用TMS320F28335替代原快控电源支路控制器中的TMS320F2812,实现响应和输出脉冲宽度调节(PWM)控制上的载波相移,提高系统等效开关频率,减小输出电压响应延时。经过实验验证,升级的快控电源控制器实现预定目标,有助于提升EAST装置抑制等离子体垂直位移不稳定性的能力。     

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。     

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等离子体位移快控电源设计

针对HT-7U装置等离子体位移快控电源大电流快速响应要求,提出了一种基于电流型变流器的快控电源(FCPS)设计新方案。该方案采用交-直-交拓扑结构,即网侧采用电流型PWP整流器设计。以获得稳定的直流电流及网侧单位功率因数正弦波电流控制;负载侧则采用电流型H桥逆变器设计以实现负载电流的快速跟踪控制。移相PWM控制策略在实现多组变流器并联运行的同时,提高了变流器的等效开关频率控制,从而改善了电流波形品质。模拟系统实验论证了方案的正确性。     

适用于EAST快控电源的交流绝缘监测技术

为了保障EAST快控电源系统的稳定运行,提出了一种适用于EAST快控电源的高频高压工作环境的交流绝缘监测技术。此方法利用电阻不平衡桥,通过交替投切电阻造成分压的变化,实时采集电压,计算出绝缘电阻值。搭建了Simulink仿真平台,分别将~220V市电和EAST快控电源输出作为电压输入进行实时绝缘监测仿真分析,波形与预期相符。经过实验验证,新方法能够准确完成220V市电交流输入的绝缘监测,并且在快控电源现场能正常工作,达到绝缘监测的精度要求。     

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。     

瞬时环流反馈均流策略在EAST快控电源中的应用

在EAST 快控电源中采用瞬时环流反馈引入虚拟电阻的均流控制策略,可大大增加并联逆变器之间等效输出阻抗的实部,有效提高对环流低频分量的抑制能力。仿真和实验结果验证了该控制策略的可行性和有效性。     

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。     

MSC1210电源控制器的程序优化

为了解决兰州重离子研究装置( HIRFL ) 电源控制系统中的MSC1210 控制模块在调束过程中出现的各种故障,对其主芯片程序进行了优化设计。首先介绍了控制器的各种故障现象,分析了形成原因,然后制定了详细的设计方案,最后采用了以状态机为基础的指令接收过程、带校验机制的通信方式及远程指令复位等方法进行程序优化。实验室测试和现场使用结果表明,优化后的控制器运行稳定可靠,满足加速器的需求。The MSC1210 control module is one of the most important power supply controllers of Heavy Ion Research Facility in Lanzhou ( HIRFL ), but there are several problems during beam tuning. In order to deal with the problems,the main chip’s program was redesigned. In this paper we introduced the controller’s fault phenomena, and analyzed the reasons; then scheduled the optimized program in detail. Several methods were employed to improve the system performance, including instruction receiving process which is based on state machine, the communication mode with parity mechanism, and the remote instruction reset method. Both laboratory and commissioning tests indicate that the optimized controller is stable and reliable, and meet the operation requirement of HIRFL.     

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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。     

HL-2M 装置电子回旋共振加热高压电源系统的研制

为满足 HL-2M 装置电子回旋共振加热、低杂波电流驱动、中性束注入等二级加热系统的需要,设 计了多套基于脉冲步进技术的大功率高压电源,为速调管、回旋管及中性束、离子源等提供高压。重点针对一套 用于电子回旋系统的高压电源进行了分析。该高压电源设计了多副边绕组的高压隔离变压器、全固态高压调制器 和电源控制系统,并得出了适合本电源控制的控制算法,易于调整高压的输出幅值以及高压的上升下降时间。最 后给出实验结果,以验证电源的保护能力、电源控制算法的可操作性及实用性。试验证明,此套电源不仅满足对 负载的快速保护的要求,其电源工作的稳定度等其它参数也满足设计要求。      

基于虚拟中心电流法的HL-2M快控电源数学模型

针对中国环流器2号M(HL-2M)装置中用于核聚变物理实验等离子体的垂直不稳定性控制的快控电源拓扑结构,充分考虑线圈的自感与互感对输出的影响,构建出数学模型,首次提出并运用虚拟中心电流法,使得控制算法更加简单,采用多输入多输出的控制方法,利用2个参量控制3个变量。本文基于基本供电方案得到多线圈耦合电压,基于快控电源拓扑推导出快控电源电路方程,再将其合并得到最终的线圈电压数学模型,最后进行仿真验证。结果表明数学模型搭建正确,为今后进行进一步计算提供了坚实的基础。     

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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.     

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在EAST 快控电源中采用瞬时环流反馈引入虚拟电阻的均流控制策略,可大大增加并联逆变器之间等效输出阻抗的实部,有效提高对环流低频分量的抑制能力。仿真和实验结果验证了该控制策略的可行性和有效性。