电子回旋共振加热系统中全固态阳极高压电源硬件电路设计

介绍了电子回旋共振加热(ECRH)系统中全固态阳极高压电源的硬件设计方法。阳极电源采用高频PWM和PSM控制技术相结合的方法。前级使用SG3525来控制IGBT完成高频逆变,后级由59个模块串接输出而成,通过反馈第一级模块输出电压,实现每个模块输出电压的基本稳定;后级输出电压通过DSP控制PSM模块的通断个数以及第59个模块BUCK电路的占空比,实现输出电压的叠加输出,让输出电压能在35k V内全范围调节,输出电流最大为200m A,调制频率达1k Hz以上。输出波形有3种工作模式,波形前沿时间能在3ms内调节。经过在假负载及ECRH实验平台上的测试,电源性能稳定,证明该硬件设计方法可行。     

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在ECRH高压电源中采用了高压脉冲调制器，大大缩小了电源脉冲上升和下降时间并能提供快速保护。介绍了电子回旋高压电源的主回路结构。计算了电源的前级等效电阻，对电源的动态响应进行了计算分析。运用MATLAB建立模型对电源进行仿真，给出了实验对比结果。     

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。     

回旋管磁场电流调节器的改进

一、引言 最近,用电子回旋共振加热(ECRH)产生热电子等离子体引起了人们很大兴趣。为开展ECRH在聚变装置的应用研究,我们在一个简单磁镜MM-2中,用频率15千兆赫回旋管建立热电子等离子体,并开展了一系列热电子环物理实验研究。在该装置实验中,我们发现,回旋管正常工作的关键是它的主磁场电源的稳定度。它要求电源输出500A时,电流稳定度优于0.05％。最早该电源用28只三极管并联作为电流调节器,由于管子参数分散性大,均流和     

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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。     

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。     

电子回旋微波系统弧光打火实时保护电路的应用

在2005年对电子回旋共振加热（ECRH）系统进行了整体工程调试，并投入到HL-2A物理实验中。为了保证ECRH系统的安全运行，对保护系统开展了深入的研究，建立了有效的测量和快速反馈保护系统，对ECRH系统的安全运行起到了积极的作用。电子回旋共振加热保护系统的首要任务是对回旋管的保护，这对回旋管实施拉弧打火保护是极为重要的。     

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为充分利用SUNIST球形托卡马克欧姆场的双向磁通,延长等离子体电流平顶时间,对欧姆场的电源系统进行了改造。提出了一种基于多个IGBT并联大电流低频开关的H桥双向放电电路,研发了该双向放电电路的核心元件——3kV/10kA级的IGBT并联大电流开关。对单相电容准恒流充电电路与三相桥式电容换流充电回路进行了研究,合理地确定了双向放电主回路中两组储能电容器C1和C2的充电系统。经过安装、调试以及初步试验,在欧姆场线圈中得到了从正10kA到负6kA的双向放电电流,等离子体电流波形也有明显改善。     

HL-2A装置ECRH系统的微波功率测量

新研制的微波功率测量系统主要由温度传感器、功率标定电源、电子学处理单元、数据采集和数据处理单元等几部分组成,通过测量EC系统MOU部件冷却水回路进水口和出水口的温度变化,得到MOU吸收的杂模功率。根据回旋管输出功率中的杂模含量比,计算得到回旋管的输出功率。在回旋管调试和ECRH实验期间,測量了4路回旋管的输出功率。从测量结果可知,HL-2A装置ECRH系统可提供大于1.6MW的总输出功率。     

220 GHz回旋管脉冲磁场系统和电子枪的设计与实验研究

 根据220 GHz回旋管的工作要求,设计了其所需的脉冲磁场系统与电子枪。脉冲磁场系统采用哑铃状结构,具有均匀区长、电阻小与电感小等优点,可以在较低电容与电压下获得更高的脉冲峰值磁场,并分析了其脉冲放电特性。电子枪采用双阳极磁控注入枪,用EGUN对其进行了设计优化,电子注纵横速度比为1.53,速度零散为3.1%。实验研究表明,脉冲磁场峰值强度达到8 T,电子注电流达到2 A,电子电流基本传输到靶片,控制极与阳极没有截获到电子,脉冲磁场系统与电子枪工作正常,达到设计要求。     

基于改进ICCOS的放电电流可关断脉冲源研究

针对超导脉冲变压器的剩余能量回收电路中断路开关两端存在的高压威胁,提出了一种基于改进ICCOS逆流回路的放电电流可关断结构,分析了该电路的工作过程,研究了改进ICCOS逆流回路对断路开关的电压抑制能力,讨论了逆流电容变化对系统关键参数的影响。仿真结果表明：改进的ICCOS逆流回路有效抑制了断路开关的高电压,提高了负载电流脉冲的峰值,系统具有较高的能量传输效率。当逆流回路的电容数值选取合适时,能够实现电容预充电压的自恢复充电。     

ECRH主高压电源控制系统的设计

1引言 在托卡马克聚变研究装置中，ECRH主要被用于整体或局部的电子加热、控制电子温度和等离子体电流等重要参数的分布截面、抑制等离子体磁流体动力学不稳定性、改善等离子体约束等。ECRH高压电源的参数为：电压-55kV，电流25～30A，稳定度1％，另外，要求电源系统不仅具有快速的保护性能，并且要具有较高的稳定度。     

一种用于触发引燃管的脉冲电源

设计了一种单电源的变压器型高电压、大电流脉冲源。该电源只有一套放电电容,以晶闸管作为放电开关,单原边双副边的脉冲变压器作为传输线。利用二极管的单向导通特性,使变压器根据负载不同的工况运行在不同的状态,分时输出高电压、大电流脉冲。该设计利用变压器在空间上将高压输出回路和低压控制回路隔离,与一般的双电源设计方式相比,降低了驱动电路的成本,减少了装置的体积,有利于设备的小型化和紧凑化。试验结果表明:当原边18 μF的储能电容充电电压为700 V时,通过晶闸管开关控制电容向2 ∶2 ∶20的单原边双副边脉冲变压器放电,副边开路时输出幅值7.6 kV、上升沿432 ns的开路电压,副边短路时输出幅值690 A、半高宽15.6 μs、前沿7.0 μs的短路电流,满足NL37248引燃管的触发要求。     

脉冲快放电激励S2激光器电源的研究

 选择Blumlein电路作为放电电源的主电路，建立了Blumlein电路的离散化等效模型，利用该模型对电路进行仿真研究与优化设计，选取一组电路元件参数作为装调放电电路的依据，设计并制作了传输线电容与储能电容器，大大减小了电路寄生参数，提高了电路性能。实验结果表明，该放电电源的输出电压上升沿达到5.08 ns的设计指标，且工作稳定，对激光器的正常工作起了重要的作用。     

电磁脉冲作用下PIN二极管的响应

采用自主开发的二维半导体器件效应模拟软件,对电磁脉冲作用下PIN二极管的响应进行了数值模拟研究,分析了PIN管在脉冲电压上升沿时间内出现的电流过冲现象。结果表明:过冲电流与高频下PIN二极管的电容性有关,过冲电流的峰值与上升沿时间有关,上升沿时间越短,峰值越大;PIN管的掺杂也会对过冲电流产生影响,P层、N层的掺杂浓度越高,过冲电流的峰值越大,过冲电流的波形下降越快;I层掺杂浓度对过冲电流也有一定影响,但并不显著。     

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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装置上ECRH实验的初步结果和电子热输运分析

电子回旋共振加热（ECRH）是托卡马克等离子体一种最常用的辅助加热手段，也是进行等离子体电子热输运和约束性能研究的一种有效手段。本文介绍了HL-2A装置上ECRH实验的初步结果，分析了在ECRH实验期间的电子热输运特征和约束情况。     

HL-2A装置ECRH系统回旋管次高压电源研制

ECRH作为一种有效的加热手段，在托卡马克聚变装置实验中运用广泛，HL-2A装置ECRH系统采用了双高压电源模式的电子回旋管。这种结构的回旋管最大优点是输出效率高，对主高压电源要求相对较低。为了满足实验要求，使回旋管正常工作并得到较大的输出功率，研制性能稳定可靠、控制方便并具有较高技术指标的次高压电源必不可少。     

HL-2A电子回旋波加热传输系统设计

电子回旋共振加热（ECRH）被公认为是一种最有效的、在技术上最具有吸引力的聚变等离子体二级加热方法之一。ECRH有多种用途：用于加热，通过定点加热控制电流截面；ECRH还可以用预电离，产生初始等离子体。ECRH与其他辅助加热相比，具有十分突出的优点：加热的局域性能好。有较高的耦合效率，天线结构简单。