J-TEXT托卡馬克動(dòng)態(tài)共振磁擾動(dòng)線(xiàn)圈電源系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、磁流體不穩(wěn)定性會(huì)影響托卡馬克等離子體的約束性能和裝置的安全運(yùn)行。利用有源控制線(xiàn)圈主動(dòng)施加擾動(dòng)磁場(chǎng)是目前控制磁流體不穩(wěn)定性的主要方法之一。為了開(kāi)展外加擾動(dòng)磁場(chǎng)控制撕裂模不穩(wěn)定性的研究，J-TEXT托卡馬克上研制了動(dòng)態(tài)共振磁擾動(dòng)（Dynamic Resonant Magnetic Perturbations: DRMP）系統(tǒng)。供電電源是DRMP系統(tǒng)的核心組成部分，它給DRMP線(xiàn)圈提供激勵(lì)電流，并直接影響線(xiàn)圈產(chǎn)生的擾動(dòng)磁場(chǎng)的強(qiáng)度、位形和譜結(jié)構(gòu)

2、。DRMP線(xiàn)圈對(duì)供電電流的波形、幅值和頻率等有著特殊的要求，需要分別工作在直流和交流供電模式下。直流供電時(shí)，供電電源需提供兩路電流幅值和方向可控的直流電流，電流最大幅值高達(dá)10 kA，而且可以設(shè)置多種輸出電流波形。交流供電時(shí)，供電電源需要提供兩路相位差可調(diào)的正弦電流，電流頻率在1~6 kHz范圍內(nèi)可調(diào)，并要求在電流頻率為5 kHz時(shí)電流幅值能達(dá)到5 kA。這些特殊的供電需求不僅限制著電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和開(kāi)關(guān)器件的選擇，而且對(duì)電源控制系統(tǒng)提出了

3、嚴(yán)格的要求。
　　本文結(jié)合DRMP線(xiàn)圈的參數(shù)特征和供電需求，完成了供電電源及其實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的研制。論文提出了交直流分離式的DRMP線(xiàn)圈供電電源整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，通過(guò)對(duì)晶閘管相控整流器輸出電流紋波大小與相控角和濾波電感值之間的關(guān)系的分析，選擇晶閘管三相全橋反并聯(lián)電路作為直流供電電源的電路拓?fù)?，完成了直流電源系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)。在分別從時(shí)域和頻域?qū)﹄妷盒痛?lián)諧振逆變電路的電路特性進(jìn)行分析之后，以H橋IGBT串聯(lián)諧振逆變器為基礎(chǔ)，完成了交流供

4、電電源電路拓?fù)涞脑O(shè)計(jì)，并對(duì)交流電源系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。此外，在J-TEXT CODAC控制系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求下，本文基于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和QNX實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)了直流和交流供電電源的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。對(duì)交流供電電源輸出的兩相中頻電流的相位差閉環(huán)控制方法進(jìn)行了深入的研究。交流供電電流相位差會(huì)影響DRMP線(xiàn)圈產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)擾動(dòng)場(chǎng)磁場(chǎng)的位形和譜結(jié)構(gòu)，研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)對(duì)每一相輸出電流的相位進(jìn)行閉環(huán)反饋控制，可以有效地避免交流供電單元負(fù)載阻抗的差

5、異對(duì)系統(tǒng)輸出電流相位差控制精度的影響，同時(shí)還可以增加調(diào)節(jié)交流供電電源輸出電流相位差的靈活性。本文將鎖相環(huán)技術(shù)應(yīng)用到交流電源輸出電流相位差的閉環(huán)控制之中，并設(shè)計(jì)了一種新型的全數(shù)字鎖相環(huán)，以該鎖相環(huán)為核心設(shè)計(jì)了交流供電單元逆變控制器。該控制器能根據(jù)輸出電流幅值的大小自動(dòng)完成輸出電流相位對(duì)相位參考信號(hào)的快速無(wú)差跟蹤。通過(guò)對(duì)所設(shè)計(jì)的鎖相環(huán)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，給出了鎖相環(huán)內(nèi)部控制參數(shù)的設(shè)計(jì)原則。DRMP線(xiàn)圈供電電源系統(tǒng)硬件和軟件的各項(xiàng)測(cè)試結(jié)果均符合預(yù)期