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回旋管磁场分布测量

HL-2A装置的电子回旋系统使用了俄罗斯进口的新型回旋管，在俄罗斯专家的协助下，去年将其安装完毕，并且投入了实验运行，取得了丰富的实验数据和良好的实验参数。     

HL-2A装置ECRH系统指标介绍

在HL-2A装置上正在开展电子回旋共振加热（ECRH）项目的工程研制，系统具有1MW，68GHz，1s的微波规模。采用弱场侧O模式注入，ECRH的定域加热特性可以用于等离子体加热、电流驱动和分布控制以及改善约束等实验的物理研究。到目前为止，电子回旋共振加热的各项子系统正在设计和研制中，系统的总体物理和工程参数已经初步确定，在此对其作一介绍。     

HL-2A装置ECRH水冷却系统的研制

研制了压强达0.6MPa总流量达94m3•h-1的HL-2A装置电子回旋共振加热水冷却系统,介绍了该系统的设计、水压控制和参数 测量。计算了水压降和高电压环境中水电阻,测得的回旋管阳极水回路中的漏电流小于1mA。     

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。     

HL-2A装置ECRH系统回旋管超导磁体的调试

为了在HL-2A装置上开展电子回旋共振加热实验研究，我院从俄罗斯GYCOM公司引进了两套4mm回旋管。它们均配有一个超导磁体系统，提供回旋管所需的磁场位形。回旋管中的磁场不仅仅起聚焦作用，更重要的是形成回旋电子束必不可少的，其作用为：（1）电子要产生回旋运动必须要有磁场；（2）回旋电子束要获得足够强的横向能量必须有足够强的绝热压缩量。通过调试测量了磁体磁场分布，确定了磁体工作电流及回旋管工作频率。     

HL-2A装置ECRH高压电源分析计算和模拟仿真

HL-2A装置电子回旋共振加热系统主要由4只68GHz，550kW，脉宽1s，管体接地，阴极电压-55kv，阳极电压25kV，电流25A的回旋管组成。本文介绍的ECRH高压电源是同旋管的主高压电源，它主要用于加速束电流，提供直流输入功率．主高压电源的稳定对有效地提高回旋管的电功率与微波功率的转换效率起着重要的作用。     

HL-2A装置电子回旋传输系统

近年来，电子回旋共振加热和驱动在许多装置上得到应用，例如：Tore Supra。JT-60U和Heliotron J，与其它加热和驱动方法相比，它具有以下优点。电子回旋波能以能量集中的高斯模式注入，产生高度集中的功率沉积，能进行理想的MHD不稳定性控制。     

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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。     

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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。     

HL-2A高压电源测量系统的研制与应用

分析并设计了分压器的参数,采用高频无感釉膜电阻制作分压器,与基于压频转换的光纤隔离技术相结合,组成了HL-2A用高压电源测量系统。同时将数字信号处理芯片用于光纤转换环节,实现压频型A/D转换,简化线路,提高数据传输速度和信号干扰能力。该高压测量系统已运用于HL-2A装置的长脉冲（5 s）放电实验,结果表明：该系统不仅实现了DC 80 kV高压电源的高低电位完全隔离,而且所测量电压波形真实反映了电源的输出,为反馈系统和保护系统提供了实时电压数据信号。     

HL-2A高压电源测量系统的研制与应用

分析并设计了分压器的参数,采用高频无感釉膜电阻制作分压器,与基于压频转换的光纤隔离技术相结合,组成了HL-2A用高压电源测量系统。同时将数字信号处理芯片用于光纤转换环节,实现压频型A/D转换,简化线路,提高数据传输速度和信号干扰能力。该高压测量系统已运用于HL-2A装置的长脉冲（5 s）放电实验,结果表明:该系统不仅实现了DC 80 kV高压电源的高低电位完全隔离,而且所测量电压波形真实反映了电源的输出,为反馈系统和保护系统提供了实时电压数据信号。     

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。      

HL-1M装置ECRH系统的研制与实验

在HL-1M装置上研制了一套75GHz、500kW／50ms的大型电子回旋共振加热系统，设计了准光学传输系统和顶部、水平两套天线，对系统进行了调试，获得了最佳的系统参数和运行条件，并开展了各种O模和X模实验。在单管250kW的基波0模的实验中，获得电子温度提高40％，电流位形负剪切分布以及鱼骨模不稳定性研究等重要的物理实验结果。     

HL-2A装置电子回旋系统弧光探测器的改进

介绍了HL-2A装置电子回旋共振加热系统打火保护装置的改进。在改进设计过程中,实测了2类光电转换模块、4种型号的运算放大器芯片,定量测量了防自激电容的性能。选择了GGOE-2型光电转换器件,OPA128LM型运算放大器,确定了防自激电容为30pF。制作了30个原型机,满足了2009年HL-2A装置的要求。实验测得响应时间平均值为1.2μs,较改进前方案的小。此弧光探测器能够在不同强度的本底光和复杂电磁环境下稳定工作。     

HL-2M 装置电子回旋共振加热及电流驱动系统设计与研制进展

根据 HL-2M 装置物理实验加热的需求,完成了总功率为 8MW 的电子回旋共振加热及电流驱动 (ECRH/ECCD)系统设计,开展了波源、传输及天线等关键部件研制。8MW ECRH/ECCD 系统,由 8 套 105GHz/  1MW/3s 波源系统、8 条内径为 63.5mm 的真空传输线及三套极向实时可控的发射天线构成。目前,已完成 ECRH/ECCD 系统关键部件研制及其相关的桌面与高功率性能测试。测试结果表明,微波源回旋管输出微波功率 达到1MW/3s,在真空度为 10^‒2Pa 的过模波纹圆波导传输线中能低耗稳定传输,发射天线极向全量程角度转动响 应时间在 50ms 以内。      

The ECRH Transmission System for HL-2A Tokamak

Electron cyclotron resonance heating and electron cyclotron current drive （ ECRH/ECCD ） have been developed significantly in recent years in many devices such as Tore Supra, JT-60U, Heliotron J. It has many advantages over other means of heating and current drive. The EC power can be injected as narrow gaussian beams, giving rise to so highly localized power deposition as to make ECRH an ideal candidate for local MHD control.