ECRH負高壓脈沖電源的研究.pdf

1、受控熱核聚變具有安全、無污染和取之不竭等優(yōu)點,將成為人類未來主要能源的觀點已為世界各國所接受.因此受控熱核聚變的研究成為能源界對新能源研究的一個重要研究方向.托卡馬克就是重要的備受關(guān)注的受控熱核聚變實驗裝置.在托卡馬克中,要實現(xiàn)等離子體聚變點火,必須具備三個條件,即等離子體的溫度、密度和能量約束時間,其中等離子體的溫度要求在10KeV(1eV=10000℃)以上.為了能將等離子體加熱到聚變臨界溫度以上,人們采用了多種加熱方法,其中電子回

2、旋共振加熱(ECRH)是受控熱核聚變研究中采用的主要等離子體加熱手段之一,這種方法采用回旋管產(chǎn)生電子回旋共振波對等離子體加熱.在ECRH系統(tǒng)中,一個基于四極管的負高壓脈沖電源是支持回旋管工作的關(guān)鍵組件,要求很高的性能.論文主要涉及ECRH系統(tǒng)中負高壓電源的研究.針對四極管的非線性特點和電源的控制要求,并結(jié)合數(shù)學分析和仿真、控制理論和控制系統(tǒng)設(shè)計,實現(xiàn)了滿足要求的高性能ECRH系統(tǒng).主要工作可概述如下:1、分析了大功率四極管控制特性,并在

3、此基礎(chǔ)上,提出一種通過曲線擬合的方法推導出大功率四極管的非線性數(shù)學模型;2、根據(jù)推導出的數(shù)學模型,采用帶前饋的PI調(diào)節(jié)器,對電源在不同的工作狀態(tài)下進行仿真,通過調(diào)節(jié)控制器參數(shù)均可得到較滿意的仿真結(jié)果,證明數(shù)學模型是正確的;3、設(shè)計了帶前饋的PI調(diào)節(jié)器,在不同的給定和負載(假負載-電阻負載)下進行了實驗研究,在每種工作狀態(tài)下,通過調(diào)節(jié)控制器參數(shù)均可以使系統(tǒng)的階躍響應(yīng)達到最佳(基本滿足要求);4、通過大量的仿真和實驗證明,電源控制器可以采用

4、變結(jié)構(gòu)帶前饋的PI調(diào)節(jié)器,控制器參數(shù)和ECRH負高壓電源的工作狀態(tài)有關(guān),并通過仿真和曲線擬合的找出控制器的控制參數(shù)與ECRH負高壓電源狀態(tài)參數(shù)之間的數(shù)學關(guān)系,減少變結(jié)構(gòu)控制中參數(shù)估計的運算工作量,使ECRH負高壓電源實現(xiàn)數(shù)字控制成為可能;5、對ECRH負高壓電源的數(shù)字控制進行了探討;6、研究了ECRH負高壓電源系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的保護特性,設(shè)計出相應(yīng)的保護電路,實驗證明設(shè)計出的保護電路對ECRH負高壓電源系統(tǒng)的安全運行提供了可靠的保障;7、對E