EAST托卡馬克共振磁擾動線圈電源設(shè)計(jì)分析研究.pdf

1、EAST托卡馬克共振磁擾動線圈電源為內(nèi)真空室的共振磁擾動線圈提供特定的電流和電壓，該線圈主要用于邊界局域?？刂频任锢韺?shí)驗(yàn)研究。要滿足此目的，需要8套相同的電源，電源額定電流和電壓為4000A/450V，電流和電壓延遲時(shí)間分別小于0.35ms和0.25ms，電壓紋波小于2％，同時(shí)電源能在直流到交流1kHz的范圍內(nèi)提供不同的電流和電壓，有必要對該電源的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究。同時(shí)電源逆變部分采用串并聯(lián)H橋結(jié)構(gòu)，核心器件IGBT工況特殊，且共有38

2、4個(gè)IGBT同時(shí)工作，需要分析其結(jié)溫分布、失效原因及可靠性，對該電源的設(shè)計(jì)分析研究對于托卡馬克裝置同類型電源的設(shè)計(jì)工作能提供極大的技術(shù)參考。
　　第一，針對RMP線圈電源的設(shè)計(jì)要求，確立了開關(guān)頻率與電源響應(yīng)速度、等效開關(guān)頻率與電壓紋波、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與輸出電流電壓的對應(yīng)關(guān)系，還設(shè)計(jì)了RC補(bǔ)償支路、母線電容和平波電感，介紹了電源的控制系統(tǒng)和故障保護(hù)策略，并針對設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了仿真和測試，結(jié)果表明設(shè)計(jì)方案能滿足設(shè)計(jì)要求。以DⅢ-D托卡馬克超級

3、電源為例，介紹了RMP線圈電源設(shè)計(jì)方法在該電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中的應(yīng)用，并重點(diǎn)介紹了該電源中的并聯(lián)控制方式，同時(shí)對于現(xiàn)有的電壓模式控制方法提出了優(yōu)化建議。
　　第二，為了分析RMP線圈電源中IGBT在EAST實(shí)驗(yàn)工況下的結(jié)溫分布特點(diǎn)，基于這種特殊實(shí)驗(yàn)工況，通過推導(dǎo)得到了脈沖工況和正弦工況下結(jié)溫最大值、最小值和紋波的函數(shù)，指出電流上升時(shí)間、頻率、幅值、占空比和IGBT開關(guān)頻率對結(jié)溫分布的影響，在此基礎(chǔ)上通過建立Matlab仿真模型驗(yàn)證了

4、上述變量在不同工況下對結(jié)溫的影響，并給出了不同變量下結(jié)溫變化對比圖，以典型脈沖工況為例，借助有限元仿真軟件，進(jìn)行了熱-結(jié)構(gòu)耦合分析，確定鍵合線和焊料層在反復(fù)的功率循環(huán)時(shí)為主要失效環(huán)節(jié)，并驗(yàn)證了關(guān)于結(jié)溫分布特點(diǎn)的理論分析。
　　第三，為了驗(yàn)證IGBT在實(shí)際工作時(shí)的失效方式和評估IGBT的可靠性，進(jìn)行了溫度循環(huán)試驗(yàn)、動態(tài)特性測試和功率循環(huán)試驗(yàn)，驗(yàn)證了溫度循環(huán)時(shí)IGBT的失效方式，分析了驅(qū)動電阻、集電極電流、結(jié)溫和功率循環(huán)次數(shù)對IGBT