J-TEXT托卡馬克擾動(dòng)場(chǎng)直流脈沖電源的研制.pdf

1、在基于托卡馬克的受控核聚變研究中，由于撕裂模會(huì)導(dǎo)致鎖模和大破裂，影響裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，所以對(duì)撕裂模的控制是當(dāng)今聚變領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，利用擾動(dòng)磁場(chǎng)實(shí)時(shí)反饋控制撕裂?？梢允顾毫涯＜铀俸头€(wěn)定，這種方法要求擾動(dòng)磁場(chǎng)施加在撕裂模實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的固定相位區(qū)間，也要求用于產(chǎn)生這種擾動(dòng)磁場(chǎng)的供電電源具有快速上升沿和下降沿，并且頻率和占空比能隨時(shí)可變，實(shí)現(xiàn)撕裂模相位的實(shí)時(shí)跟蹤。為了在J-TEXT裝置上驗(yàn)證這種控制撕裂模的新方法，本文研制了給擾動(dòng)場(chǎng)線

2、圈供電的直流脈沖電源，用于產(chǎn)生滿足物理實(shí)驗(yàn)要求的擾動(dòng)磁場(chǎng)。
　　本文基于J-TEXT托卡馬克實(shí)時(shí)反饋控制撕裂模實(shí)驗(yàn)的需求，并結(jié)合隨機(jī)擾動(dòng)場(chǎng)電源和經(jīng)典的buck斬波電路的工作原理，提出了具有快速上升沿和下降沿的直流脈沖電源的主電路拓?fù)洹Ｔ撏負(fù)淅帽怀浜秒姷拇箅姼泻推淅m(xù)流回路構(gòu)成電流源，通過(guò)IGBT的快速切換實(shí)現(xiàn)電流的快速爬升，構(gòu)建放電時(shí)間常數(shù)很小的泄放支路來(lái)實(shí)現(xiàn)電流的快速下降。本文將電源的工作原理分成四個(gè)階段進(jìn)行了分析。針對(duì)小寄生電

3、感的大功率電阻的研制問(wèn)題，本文成功實(shí)現(xiàn)了從鎳鉻合金電阻到石墨電阻的優(yōu)化。為了吸收由實(shí)際電路中寄生電感引起的IGBT關(guān)斷尖峰電壓，本文采用厚膜電阻、薄膜電容和具有超快恢復(fù)時(shí)間的肖特基二極管，對(duì)RCD緩沖回路進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計(jì)。為了提供穩(wěn)定的直流電壓，本文選擇了基于電容器儲(chǔ)能的前級(jí)供電方案。電源的實(shí)現(xiàn)分為兩個(gè)階段，在電源的先期嘗試階段，MATLAB/Simulink仿真結(jié)果和電源測(cè)試結(jié)果的一致驗(yàn)證了電源設(shè)計(jì)方案的可行性和正確性；在電源的升

4、級(jí)階段，IGBT的關(guān)斷尖峰電壓由升級(jí)前的2500V降低至1600V，電源工作頻率由升級(jí)前的3kHz提升至6kHz。最終將電源投入到J-TEXT裝置反饋控制撕裂模的正式物理實(shí)驗(yàn)中，電源能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行，并成功輸出了頻率為1~6kHz、幅值為1kA、占空比為20％~50%、上升時(shí)間為60μs、下降時(shí)間為50μs的脈沖電流。經(jīng)物理實(shí)驗(yàn)證實(shí)，電源能夠快速地響應(yīng)磁島轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電源和磁島的同步協(xié)作作用，并獲得了在不同的相位區(qū)間內(nèi)投入擾動(dòng)磁場(chǎng)使磁島