J-TEXT托卡馬克裝置脈沖電源系統(tǒng)的實現(xiàn)及運行分析.pdf

1、電源系統(tǒng)是托卡馬克裝置的核心組成部分之一，它給裝置的磁體線圈提供合適的電流，以完成產(chǎn)生、約束和加熱等離子體，以及驅(qū)動和維持等離子體電流等一系列任務。電源系統(tǒng)的設計和完善，是確保托卡馬克裝置成功放電和可靠運行的必要條件，也是靈活進行基礎實驗研究必需的基礎，其重要性不言而喻。J-TEXT 托卡馬克裝置（前身為美國德克薩斯大學的TEXT-U 裝置）是一個常規(guī)的、中型的、可產(chǎn)生圓形截面等離子體的聚變實驗裝置，華中科技大學自2005年開始對其進行

2、改建工作，2006年完成主機及相關子系統(tǒng)的安裝和調(diào)試工作。2007年獲得第一等離子體，在首輪實驗中，成功獲得了超過150kA，脈沖寬度大于200ms的等離子體電流。本文以J-TEXT 托卡馬克裝置脈沖電源系統(tǒng)的實現(xiàn)及運行分析為研究內(nèi)容，完成了以下任務并進行了相應的創(chuàng)新： (1)根據(jù)裝置磁體線圈的供電需求，設計了裝置的供電系統(tǒng)和磁體脈沖電源系統(tǒng)。在原TEXT-U 裝置的電氣元器件的基礎上，重新設計和改造了縱場電源系統(tǒng)、加熱場電源、垂

3、直場電源和水平場電源等四套電源系統(tǒng)，全面更新和提升各磁體電源的測量和控制系統(tǒng)。 (2)根據(jù)裝置放電運行的要求，調(diào)整并完成了各電源系統(tǒng)的投入時序。特別是針對難度較大的加熱場電源系統(tǒng)，本文提出多種方案進行了大量的實驗和測試，確定和優(yōu)化了預磁電源、離子化電容、電容器組和整流器的投入時序和控制模式。 (3)對100MW 脈沖發(fā)電機組的供電及輔助系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、監(jiān)控和保護系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)等進行了設計、研制、安裝和調(diào)試。針對中美電網(wǎng)之間的

4、差異所導致的機組轉速下降和儲能不足等問題，設計了100MW 脈沖發(fā)電機組的雙饋調(diào)速系統(tǒng)初步方案，方案利用機組電動機轉子為繞線式轉子的特點，采用雙饋調(diào)速的方法將機組轉速提升至750rpm，以解決機組儲能不足的問題。 (4)從理論上分析了縱場電源中兩組十二脈波整流器并聯(lián)運行過程中存在的環(huán)流問題，進行了仿真實驗并由此制定了有效的控制方法，成功解決了縱場電源兩組十二脈波整流器并聯(lián)運行調(diào)試過程中出現(xiàn)的環(huán)流問題。 (5)利用變壓器等效模

5、型分析了加熱場線圈電流和等離子體電流之間的耦合關系，設計和完善了等離子體電流反饋控制系統(tǒng)。 (6)根據(jù)shafranov 方程仔細分析了等離子體平衡和垂直磁場的關系，給出裝置垂直磁場和等離子體位移之間的關系和轉換矩陣，并得出垂直場電源電壓和水平位移之間的傳遞函數(shù)。 (7)本文結合設計的控制系統(tǒng)和PID 方法，對裝置四套電源系統(tǒng)進行了仿真研究。 調(diào)試結果證實，仿真結果和實際系統(tǒng)運行結果具有較好一致性，從而指導和保障了裝