CFETR CS模型线圈失超保护系统设计

CS模型线圈运行电流为47.65k A,储能高达407MJ,可靠的失超保护系统是线圈安全运行的重要保障。本文根据线圈的设计参数和运行要求,进行了失超保护系统的初步设计,介绍了高灵敏度失超检测方法,确定了失超保护回路的拓扑结构。针对回路中的主要器件,设计了50k A级直流快速断路器,估算了熔断器的关键参数,计算了移能电阻在线圈i2t≤7.95×108A2s、端电压U≤2500V条件下,阻值选取范围为12.5mΩ≤R≤52.47mΩ。同时开展了失超保护控制系统的设计,为后期失超保护系统工程设计及线圈实验运行提供依据。     

水介质自击穿开关放电参数测试

 在“闪光-Ⅱ”装置上进行了1 MV同轴型水介质多针自击穿开关实验研究。开关击穿电压1～1.5 MV，开关总电流200～550 kA，电脉冲的脉宽约150 ns，上升前沿约60 ns。每个开关间隙的放电电流和输入输出电压分别用Rogowski线圈和CuSO4水电阻分压器测试。介绍了分压器的设计和标定，分析了产生误差的原因。针对类似测试，提出几点完善措施：测试电流线圈要密封隔水；水电阻分压器的第1级分压的分压比不能过大；调节CuSO4溶液的浓度，使水电阻的阻值满足频率响应的要求；注意分压器的放置方式；分压器和电流线圈的输出电压设计要适中。     

平板Blumlein线多通道轨道开关

 设计制作了一个有多通道连接的类似轨道的平行电极结构的开关,给出了开关的结构,对开关内的电场分布做出分析,利用Pspice软件对安装在实验装置中的开关的电压电流进行了计算。实验测得此开关在实验系统中耐压约为500 kV,导通时通过阻值为1 kΩ的水电阻负载的电流为400 A左右。实验所得电压电流波形与模拟结果基本吻合。实验证明此开关具有体积小、更适于平板传输线的结构等优点。     

4.8MJ脉宽调制型励磁电源设计

利用脉宽调制技术,设计了一台为高功率微波源提供导引磁场的脉宽调制型励磁电源,它可在励磁线圈中产生一定持续时间的准稳态强磁场。励磁电源的储能部分采用容量15 F、最高充电电压800 V的储能密度较高的超级电容器,最大储能为4.8 MJ,内阻小于0.25Ω。在储能电容充电645 V的情况下,对电感约为60 mH、电阻约0.40Ω的励磁线圈进行了励磁实验,获得了持续时间为1.9 s、幅值为900 A准稳态电流,电流波动幅度为5%,对应线圈中的最大轴向磁场为2.2 T。实验结果与理论计算基本一致,表明所研制的励磁电源达到了设计要求。     

一种脉冲电流工况下晶闸管缓冲电路的优化方法

对脉冲工况下超导磁体失超保护系统的晶闸管阀组缓冲回路参数进行设计和优化。基于晶闸管反向恢复电流的指数衰减模型建立了晶闸管关断时刻的电流数学模型。通过测试实验获得关键参数之间的关系并结合晶闸管性能及系统要求在Matlab中建立晶闸管电流反向恢复模型。考虑关断时刻电流下降率、反向恢复电压峰值等性能指标要求及回路研制费用,提出了一种脉冲工况下晶闸管缓冲回路的参数设计及优化方法。在Matlab中搭建失超保护系统模型,对比优化前后缓冲回路对系统在晶闸管关断时刻电气性能的影响,仿真结果显示,相比于原参数,最优参数下,反向恢复电压峰值降低了11%,反向恢复电压变化率峰值降低了43%。同时,回路制造成本降低为原先的1/7。     

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.     

新型高温超导限流器无感线圈结构设计与性能测试

本文设计了一种用于磁偏置高温超导故障限流器的平行带材式YBCO超导无感线圈,该线圈由10个单元模块串联而成,每个模块的设计采用一种新型的正反S弯绕制工艺及自张紧结构。实验研究了单模块直流35 kV耐压性能、整个线圈在77 K工作温度下的临界电流性能,以及10 ms且有效值为250 A故障电流冲击下暂态电阻性能。结果表明,超导无感线圈在77 K环境下的临界电流为83 A,10 ms故障电流冲击下的限流电阻约为0.83Ω。测试结果满足设计要求。     

MPT-X装置电源回路的计算及实验

磁约束聚变实验装置的一个重要问题是它的各个磁场线圈的放电回路的设计.MPT-X装置是进行托卡马克运行和多极器混合位形运行的装置,产生的磁场包括纵场、加热场、平衡场和八极场.各个磁场所采用的电源都是由储能电容器组、引燃管开关和线圈组成的RLC放电回路. 我们编制了一个通用程序,包括自感、互感和电阻的计算,电压和电流的波形计算,并附有绘图子程序,使用方便、快速.该程序适用于由多组轴对称线圈组成的放电回路分析. 使用罗柯夫斯基线圈对各放电电流进行了测量,实验结果和理论计算值相符. 一、方 程 纵场的方向与其它场是正交的,可…     

放电等离子体极紫外光源中的主脉冲电源

描述了Z箍缩放电等离子体极紫外光源系统中的主脉冲电源,给出了主电路拓扑结构,重点介绍了三级磁脉冲压缩网络,给出了关键参数的设计计算,并且介绍了新颖的末级磁脉冲压缩放电结构。实验结果显示:各级磁脉冲压缩效果达到设计指标,电源输出电压峰达30 kV,输出电流峰值大于40 kA,电流脉冲宽度200 ns,满足Z箍缩放电等离子极紫外光源对主脉冲的要求。