EAST极向场电源电流检测系统中新型积分器的设计

超导托卡马克聚变实验装置(EAST)极向场电源为极向场超导线圈供电,实现各种不同要求的等离子体位形和不同运行模式下等离子体的产生、加热、平衡以及控制。为了检测极向场电源系统中变流器的电流,本文设计了由具有低漂移特性的新型积分器和具有电磁感应功能的罗柯线圈组成的电流检测系统,可获取与检测电流成正比的电压信号,用于计算极向场电源系统参数并诊断故障。作为电流检测系统的核心部分,新型积分器具有低误差、低漂移、高信噪比、输入输出电气隔离等优点。目前已成功设计安装100路积分器,可在极向场电源系统中同时检测多个测试点的电流。     

HL-2A装置多极场电源初步设计

HL-2A装置的偏滤器需要4套电源为其负载线圈即多极场线圈供电,其目的是要产生出位于孔栏半径内的磁分界面,并保持其位形的稳定。根据装置的技术要求和运行指标,多极场电源在初步设计中确定了各电源的主电路接线型式,计算了主回路的基本参数,并用电磁暂态计算程序EMTP对多极场电源等效电路进行了模拟计算,给出了多极场线圈的电流波形及电源的功率能耗曲线。此外,对系统的逻辑控制、事故保护、参数测量进行了初步设计。     

HT-7超导托卡马克装置纵场线圈供电电源微机远程控制系统的实现

HT-7超导托卡马克装置纵场电流由一台他励式直流发电机供电,纵场线圈在装置运行时处在超导态,提供稳态场。最大工作电流为5 000 A,电流稳定度需要达到0.5%。介绍了HT-7装置上纵场电源供电系统结构及存在电流稳定度低等主要问题。考虑到在不需要大经费进行电源改造同时又能兼顾满足装置实验要求,提出了如何对现有系统进行改造的方案,并实现了微机远程控制电源系统。升级后系统在实验运行中操作方便,稳定可靠,电流稳定度可达0.1%。     

一种波形可编程扫描电源研制

介绍了一种电流闭环控制扫描电源的实现方法,主电路采用四象限变换器拓扑结构,高频调制波在负载电感作用下,输出低频扫描电流,达到给励磁线圈供电的目的。由于采用负反馈技术,输出电流将严格跟踪参考波形,从而有效抑制磁铁参数、环境变化等因素对扫描电流的影响。参考波形是一个可编程波形,能实现扫描电流和加速器的最佳匹配。本文研制了一台扫描频率15 Hz、峰值电流±14A的扫描电源,并成功应用于地纳米加速器上。     

控制棒驱动机构电流响应特性分析

控制棒驱动机构的提升与下插动作需要钩爪部件与3个电磁线圈配合完成,对线圈电流的动态响应过程要求较为严格。采用Simulink软件搭建控制棒驱动机构棒控系统与线圈部件的等效回路,计算分析控制棒驱动机构线圈电阻、电感、端电压等因素对线圈电流响应时间的影响;采用电磁分析软件MAGNET对移动线圈中电流的变化过程进行仿真分析。最终得到控制棒驱动机构线圈电流响应时间与线圈端电压、线圈等效电感、电阻以及棒控回路形式的关系。     

基于滞环控制的核电厂棒位探测器电源控制方法分析与设计

核电厂中棒位探测器电源的主要功能是按照要求为棒位探测器原边线圈提供正弦波电流源,供电电源的输出精度和负载变化响应速度等性能直接影响着棒位测量的精度。为了提升探测器电源的上述性能,本文引入负载跟踪和响应速度快的滞环电流控制方法,并在理论分析的基础上对传统滞环控制进行优化以保持电源开关频率固定。由于探测器电源供电回路中开关频率特性不仅和控制方法有关,还和供电回路中器件参数值等有关,为此分析了电源电路参数对其开关频率的影响。最后,通过仿真对理论分析进行验证。经验证,改进后的控制方法克服了传统滞环控制存在的缺点,提升了探测器电源的电气性能。     

碳化硅二极管在高压电源的应用研究

依据脉冲调制器高压电源的需要,研制基于平面绝缘芯变压器结构的高压充电电源。高压充电电源输出结构由多组输出线圈串联,所以电源输出整流二极管数量多,而二极管的功率损耗对电源密封输出结构的温升有直接的影响,所以分别对普通二极管、快恢复二极管和碳化硅肖特基二极管的工作特性进行仿真分析,分析了二极管的关断电流斜率和反向恢复峰值电流的关系,比较了三种二极管在电路中的功率损耗,并依此确定了应用于高压低电流电源上选择二极管的原则。选择C4D05120E(1200V9A)作为高压电源的整流二极管,设计了高压整流电路,并在实验中验证了二极管功率损耗,整体的功率损耗符合二极管功率特性的分析。     

EAST核聚变实验装置中极向场线圈电流的确定

在EAST核聚变托卡马克实验装置中，无论是在设计阶段还是未来运行过程中，确定极向场线圈电流都是非常重要的。本文采用排列格林函数的方法，给出设计中固定边界计算和未来运行过程中反演计算两种条件下极向场线圈电流的确定方法,并在理论上证明了可行性，大大减少了计算时间。     

托卡马克等离子体的自感计算

在各类磁约束聚变实验装置中,采用多种形式的特殊设计的磁场线圈,总的磁场位形 是由外部线圈中的电流与等离子体内部的电流共同形成的。在托卡马克装置中,等离子体内部电流对形成最终的位形起重要作用,但在实际运行中,各种电流分布不可能一步到位,需要通过调节各个线圈中电流以达到形成所需位形的目的。同时,要设法跟踪等离子体中     

直动电磁阀阀头热态温度场实验研究

控制棒水压驱动技术是由清华大学核能与新能源技术研究院发明的具有自主知识产权的一项新型专利技术。组合阀是该项技术的关键部件,而组合阀是由3个直动电磁阀组成的,电磁阀的性能直接影响组合阀的性能,从而影响控制棒水压驱动技术的运行性能。本文就控制棒水压驱动系统运行过程中所出现的工况,对其直动电磁阀阀头进行了热态实验模拟研究,并运用FLUENT软件进行了理论分析。分析结果表明:随着线圈电流增大线圈温度将会增大,线圈内壁温度高于外壁温度,线圈中间温度高于边缘温度。提出了电磁阀高温条件正常运行的检测方法,并通过阀头热态实验模拟研究可优化直动电磁阀的电源参数。     

HL-2A装置环向场电源系统设计

1 环向场供电系统供电要求及负载基本参数 环向场电源是HL-2A装置的主要电源系统之一,它向主机环向场线圈供电,形成环向强磁场,约束等离子体运动。供电电源波形要求如图1所示。 HL-2A装置主机系引进德国的ASDEX主机部件并进行适当改造而构成的。环向场线圈     

把并联功率MOSFET元件应用于大电流直流电源

具有单匝环向场线圈的低环径比球形环装置(ST)需要非常大的直流电流(比如20MA)向线圈供电。鉴于上述非常大的电流和非常低的电压额定值，功率MOSFET元件用作供电系统交流／直流变换器的开关装置。功率MOSFET元件的优点之一是具有低的通路电阻，它适合大电流和低电压运行。近来，功率MOSFET元件的容量已增大，且其通路电阻已减小，因此用并联功率MOSFET元件建造大电流、低电压的交流／直流变换器的可能性在增大。为了用功率MOSFET研制大电流直流电源，对功率MOSFET元件并联运行的基本特性已作了实验研究。而且，提出了使用并联功率MOSFET元件的同步整流器型和双向自动转换型交流／直流变换器。     

测集体离子加速电流的鲁科夫斯基线圈

本文介绍了用一台500千伏、14千安的强相对论性电子束加速器进行集体离子加速时,用来测量束电流的鲁科夫斯基线圈(下面简称电流线圈)。并指出了它的输出的低频正偏差项。     

Ф100冷坩埚玻璃固化高频电源多物理场耦合仿真研究

高频电源是冷坩埚高放废液玻璃固化系统的重要组成部件,但由于每套高频电源参数出厂后参数不可调节且价格昂贵,因此一直未能开展电源参数对冷坩埚的匹配性研究,无法确定高频电源的最优参数组合以及最佳匹配状态。利用价格低廉且参数可微调的小型高频电源建立Ф100冷坩埚实验装置并开展电源与埚体的匹配性规律研究是解决上述问题的有效途径,但由于实验变量过多,实验测量可获取的有效数据较少,因此本文开展了Ф100冷坩埚玻璃固化高频电源多物理场耦合的仿真研究,利用COMSOL,以电流强度、频率、线圈匝数等条件为变量开展对熔融玻璃液的温度场、流场及磁场的多场耦合仿真。结果表明,适当增加电流强度和频率可改善熔制能力,适当增加线圈直径、间距、匝数可提高能量利用率,线圈高度处于中部位置偏下可提高温度场磁场分布,圆形线圈及冷坩埚较椭圆形更具优势。与实验结果相比,经过初步电源参数优化后的冷坩埚熔池体积提高了22.8%、平均温度提高了35%,较大幅度地改善了冷坩埚的熔制效果。     

控制棒可移动线圈电磁驱动机构极限承载能力实验研究

在清华大学核能与新能源技术研究院的反应堆控制棒可移动线圈电磁驱动机构实验台架上进行了反应堆控制棒可移动线圈电磁驱动机构极限承载能力实验.实验表明,静态极限载荷值随电流增大而呈线性增长;电流为5A时,极限载荷值最大为2276N;热态时,线圈极限载荷有明显下降,下降幅度为12%.动态极限推力随电流增长呈线性增长趋势,并且与运行速度有关.     

基于小波分析的有源滤波器技术研究

现代先进的高能加速器对束流的稳定性提出了越来越高的要求,而磁铁电源输出电流的稳定性是直接影响束流品质的主要因素之一。基于小波分析的有源滤波器针对北京正负电子对撞机(BEPC II)中部分直流磁铁电源输出电流纹波过大的问题,利用小波分析对电源输出电流数据进行谐波分析,得出电源输出电流纹波中各个频段内谐波的信息,并根据该信息输出幅值相等、方向相反的纹波电流,用于抵消磁铁电源输出电流中的纹波,达到降低纹波含量、提高电源输出质量的目的。利用Matlab对该有源滤波器的工作进行仿真,并在小电源样机上对仿真结果进行实验验证。     

可编程扫描磁铁电源研制

通过对目前广泛应用于辐照加速器上的扫描磁铁电源的研究,给出了一种实时跟踪参考波形的电流型可编程扫描磁铁电源的实现方案,设计了一台输出电流峰值为7A、扫描频率为5~50 Hz连续可调、线性误差小于0.1%的电流型扫描磁铁电源。该电源输出电流稳定,同时能够防止电子束二次扫描,保护钛窗,防止因局部束流过大而损坏。电源输出线性度良好,性能稳定,已成功应用于地那米加速器中。     

重离子加速器束运线数据库系统设计优化

描述了兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）束运线电源参数数据库系统的设计优化。依托HIFEL-CSR的主数据库系统Oracle，设计了电源电流的读取界面，实现电源的实时监控，建立了新的电源参数数据库分系统，并实现了Oracle数据库系统和Access数据库系统的数据互存，建立了方便的参数打印、查询界面。     

基于ANSYS的冷坩埚感应线圈设计及电磁分析

冷坩埚玻璃固化技术是目前最新一代的高放废液玻璃固化工艺。感应线圈是冷坩埚熔炉的关键部件之一,其设计合理与否直接关系到冷坩埚能否顺利运行。目前世界各国的冷坩埚装置对感应线圈的截面形状、匝数、匝间距等参数采取过不同的设计,对这些设计参数进行计算分析对指导我国冷坩埚研制具有重要意义。本工作基于ANSYS软件对感应线圈的电磁场进行有限元分析,结果表明,加载高频交变电流的感应线圈的电磁场具有以下分布规律：高频电流表现出集肤效应和邻近效应,电流集中于线圈表面,电流密度峰值出现在线圈的最上端和最下端;磁通密度轴向分量（B_y）在径向上由线圈内边缘附近向线圈包围的中心区衰减,纵向上与电流密度的分布类似,B_y在线圈上下两端处出现峰值,在线圈高度覆盖的范围之外,磁通密度迅速衰减。本工作进一步结合法国阿海珐公司、美国爱达荷实验室和印度巴巴哈原子能中心的冷坩埚的感应线圈设计方式,建立了不同截面形状、匝数和匝间距的感应线圈模型,经过计算发现矩形截面线圈的磁场分布均匀性要优于圆形截面线圈;在感应线圈总高度相同的前提下,匝数的变化对线圈的磁场分布几乎没有影响;匝间距的增加会降低径向和纵向的磁通密度及其均匀性。综上,建议感应线圈采用密绕型矩形截面设计,匝间距设计为2.5~5 mm。     

2 Hz增强器电源的设计与研制

高能同步辐射光源（HEPS）的增强器电源为动态电源,输出电流是2 Hz的偏置正弦波。电源的前级设计采用了Boost电路结构,通过双闭环算法平稳了输入电感的电流,减少了因为动态电流输出导致的电网波动。输出采用两象限（2Q）变换器设计,通过移相倍频的方式产生PWM（脉冲宽度调制）波形,提高了电源输出频率。电源控制采用自主研发的基于FPGA的数字电源控制器,并通过上位机LabVIEW界面修改控制参数,实现了电源输出波形的下载与输出电流采样的存储。实验结果表明,2 Hz动态电源的输出性能达到并优于0.1%跟踪误差的设计指标,验证了电源设计的可行性和算法的准确性。