中国聚变工程实验堆大功率混合直流开关概念设计

中国聚变工程实验堆中的超导线圈失超保护开关要求的额定参数达到了10 kV/±100 kA，针对该运行参数提出了一种混合式直流开关。承担稳态通流的机械开关采用了三级触头结构，可以降低固态开关的通流时间。双向固态开关的阀串采用二极管桥与IGBT组合的形式，结温分析证明可以提高器件的流通电流限制，并对该基本单元拓扑进行了大电流开断实验，验证了该设计的可行性。     

超导导体测试平台背场磁体降温实验研究

在成功建成世界首个全超导托卡马克装置EAST及加入ITER项目的基础上,我国正在进行聚变工程实验堆CFETR的设计工作。超导磁体作为CFETR主机系统重要的组成部分,其研制过程需要大电流、强磁场超导导体测试装置。文中详细介绍了超导导体测试平台的背场磁体系统,设计并研制了2kA二元高温超导电流引线、超导磁体失超探测及保护系统、低温系统,并开展了磁体降温及通电实验。     

基于人工过零的失超保护100 kA真空断路器试验北大核心CSCD

在超导磁体电源系统中,失超保护系统具有重要的地位,能够将磁体能量迅速转移并消耗。聚变堆主机关键系统综合研究设施项目对失超保护系统提出了100 kA直流分断的技术要求,其中采用真空断路器作为转移支路开关。针对CRAFT失超保护系统,设计了串联结构的100 kA直流真空断路器并完成了样机制造。通过现场试验,在人工过零电路的配合下,所设计和制造的真空断路器完成了100 kA直流分断测试。     

超导储能系统失超保护实验研究

介绍了超导储能系统的失超保护实验,分别对实验装置、失超保护系统、实验连线以及实验电路四个方面进行了阐述。在超导储能系统运行过程中,通过测量在磁体电流超过临界电流情况下,失超保护系统中失超电压及电流的变化曲线,分析了不同充电电流对磁体阀值电压的影响以及在磁体参数改变下失超保护系统的适用情况。实验结果表明,失超保护系统能快速、准确地检测失超信号,并进行保护动作。同时,实验数据的统计也说明了不同的充电电流速度对阀值电压没有产生影响。     

CFETR PF 导体设计及稳定性分析

中国聚变工程试验堆(CFETR) 是一种新型的超导托卡马克装置, 极向场线圈(PF) 在控制等离子体位行中起着关键作用. CFETR PF 线圈导体由 Nb3Sn CICC 和 NbTi CICC 导体组成. 为了确保 PF 线圈的稳定运行, 本文采用1-D Gandalf 对不同机械扰动和电磁扰动下 PF 导体的稳定性裕度, 最小失超能量及温度裕度的进行了分析. 分析结果表明 CFETR PF 导体目前的设计能够充分满足安全裕度的要求     

CFETR中心螺管模型线圈用超导电缆的绞制研究

超导磁体系统是中国聚变工程实验堆(CFETR)装置的重要组成部分,其超导磁体线圈采用CICC(Cable-In-Conduit Conductors)导体绕制而成。介绍了CFETR中心螺管模型线圈(CSMC)用超导电缆的绞制过程,分析了绞制过程中放线张力和模具设置等因素对结构参数控制及其绞制质量的影响,确定了超导电缆绞制技术方案,成功绞制了一根长度为20m的超导电缆,并根据超导电缆的结构特点,对超导线的损伤进行了分析。     

快速磁通变化超导线圈失超保护的改进方法

大型托卡马克超导装置的超导线圈在快速励磁条件下 ,将在线圈中产生很大的感应电压噪声 ,可能比用于失超检测的电阻电压大几个量级 ,同时在大电流和快速励磁条件下失超保护对确保装置安全变得尤为重要。文中主要提出在超导线圈大电流和快速励磁条件下如何进行正确失超保护的一种方便又可行的工程方法 ,并在中科院等离子体所对 HT- 7U第一个超导中心螺管原型线圈进行的性能测试实验中取得了成功。     

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。     

EAST���򳡵�Դʧ������ϵͳ����Ƽ�ģ��ʵ��

给出了EAST极向场磁体电源失超保护系统的设计方案,描述了两种失超保护开关——直流快速开关和爆炸开关采用的两级换流结构的设计和工作原理,分析了这种结构在换流过程中的规律,该结构有效地解决了开关开断直流大电流的难点。通过模拟实验证明了该失超保护系统满足设计要求。     

基于混合式开关的超导磁体失超保护系统仿真研究

设计了一种基于混合式开关的新型失超保护电路。该电路采用二极管桥与IGBT组合实现电流双向流动，减少了开关数量需求，提高了可靠性；通过调节电路中能耗电阻值实现电流快速下降，提高了耗能速度，能更好完成超导磁体保护要求。采用等效电路的方式对失超保护过程中的多级换流和移能过程进行了分析，给出了保护动作逻辑和能耗电阻的阻值调节策略，并通过电路仿真进行了技术验证。     

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。     

基于大型超导测试平台的移能电阻系统设计

大型超导测试平台用于测试大型超导磁性负载的性能。测试过程中,当超导磁性负载失去超导性能时,大量能量积聚于负载内部从而造成难以恢复的损害,因此需要立刻通过失超保护系统将存储于超导磁性负载内部的能量转移出并进行有效的释放。在失超保护系统中移能电阻系统用于所转移能量的承载,并通过热量排散的形式进行能量释放。针对大型超导测试平台中待测试超导磁性负载参数,设计的移能电阻系统可以根据待释放能量总量、能量转移时间以及系统电气参数等需求,通过改变电阻系统内部的连接结构从而调节移能电阻系统的能量转移过程。通过对移能电阻系统的矩阵模块化设计以及单移能电阻模块结构设计进行分析,针对每个移能电阻模块的抗电磁应力、杂散电感、结构支撑等设计进行有限元仿真分析,从而验证移能电阻系统设计的可行性。     

CFETR CSģ����Ȧ�ĵ�ŷ���

在中国聚变工程试验堆(CFETR)的概念设计阶段,为了将来正确设计和顺利加工其中心螺线管(CS)线圈,设计了一个由Nb3Sn内线圈和NbTi外线圈组成的模型线圈。采用线电流模型和后期数据处理的方法对其磁场做了精确计算,解决了线电流模型不能计算导线内部磁场的问题。在此基础上计算了线圈的电感和电磁应力等参数。     

CFETR CS模型线圈的电磁分析

在中国聚变工程试验堆(CFETR)的概念设计阶段,为了将来正确设计和顺利加工其中心螺线管(CS)线圈,设计了一个由Nb₃Sn内线圈和NbTi外线圈组成的模型线圈。采用线电流模型和后期数据处理的方法对其磁场做了精确计算,解决了线电流模型不能计算导线内部磁场的问题。在此基础上计算了线圈的电感和电磁应力等参数。     

14T全身超导MRI磁体的技术挑战——大规模应用强场超导磁体未来十年的发展目标之一

本文首先综述了大规模应用的超导磁体,依赖并推动铌三锡Nb3Sn导线技术进步,向更强磁场发展的趋势.着重分析了超高场14 T全身MRI磁体的挑战性技术.选择青铜Nb3Sn导线,采用Nb3Sn线圈和NbTi线圈相结合的混合结构,对14 T全身MRI磁体进行了电磁概念设计和热稳定性及失超保护仿真分析,并简要阐述了14 T全身MRI磁体在应力、接头和匀场方面的关键问题.根据分析结果认为:1)Nb3Sn导线是14 T全身MRI磁体需要面临的首要挑战性问题—作为最佳选择的青铜Nb3Sn导线,其现有产品的性能指标离14 T全身MRI磁体的要求尚存在有一定的差距;2)14 T全身MRI磁体的失超保护涉及线圈的铜超比设计、运行电流同线圈电感的协调配置、被动保护的分段策略和主动保护的失超触发控制以及主动屏蔽结构磁体在失超过程中的逸散磁场限制等多个十分复杂的环节,是最具挑战性的综合性技术.     

Electromagnetic viewpoints on a 200 kW MgB2 induction heater

In this paper an electromagnetic system for a 200 kW MgB₂ induction heater was designed to verify the feasibility of MgB₂ superconductor in a DC induction heating system. The final master plan connects the electromagnetic design to the cryogenic and mechanical designs including the required measurement system. The electromagnetic design consists of conductor development, dimensioning the superconducting magnets and the quench protection system analysis. The coil system must guarantee appropriate heating distribution in the aluminium billet. The conductor has to fulfill the requirements of the current carrying capability required by the coil design. Furthermore, the conductor layout and constituent materials affect greatly to the coil stability in fault conditions. The coil behaviour during a fault was studied by quench simulations. The protection system design was based on the results of the quench analysis.     

大孔径背景场磁体的设计与分析

基于中国聚变工程实验堆(CFETR)接头的设计要求，提供了一种大孔径背景场磁体的设计方案。构造出大孔径背景场磁体的结构，利用背景场磁体来得到相应的磁场数据，对比研究磁体的参数对磁场的影响，得出相关参数的变化规律。利用Gandalf 程序模拟计算出CFETR 接头背景场磁体的分流温度，考虑到液氦的流体力学性能，采用Gandalf 程序模拟超导股线的失超行为，估算出较为精确的最小失超能。将最小失超能作为Q₀ 值代入到程序中得出热斑温度值，分析结果表明，设计符合要求，为CFETR 高温超导接头的制作和实验提供了可靠依据。