摘要：为了开展高参数物理研究,研制了满足脉冲发电机组、电网供电需求的长脉冲开关电源模块及控制系统。电源模块通过改变交流接线端接线方式进行模块供电类型切换,通过内置的软启电路减小模块充电过程中浪涌电流冲击对电网及开关的影响,模块控制器满足两种运行方式下的保护、驱动、状态监测设计需求。控制系统采用单片机及可编程逻辑门阵列架构,具有液晶屏本地/上位机远程两种控制功能。在单片机中采用集成电路总线扩展IO的方式实现软启控制、监测功能,减少数据传输链路及系统的复杂性;在可编程逻辑门阵列中实现电源的控制算法,并通过电平信号转换处理,统一了光电转换箱接口设计。在搭建的测试条件下测试结果表明,模块及控制系统设计满足要求,电源实现80kV/100s/20A输出参数测试及保护实验测试。

摘要：高压电源是中性束注入加热系统的重要组成部分,决定着束能量和引出束流的品质。为满足HL-3装置中性束注入系统功率需求,设计了基于PSM技术的模块化高压电源系统,通过串联叠加若干电源模块,实现额定电压输出。电源模块采用单相桥式整流和半桥输出控制,设计了软启动电路和泄能回路,实现电源模块在市电供电条件下进行功能测试;设计调节模块电路,通过控制调节模块的输出电压等级,实现对电源输出电压的精确控制。利用MATLAB中Simulink工具箱对电源模块及系统进行仿真测试,测试了电源的软启动功能、额定输出及短路保护性能。搭建1600V/50A/5s试验样机和80kV/50A/5s测试平台,实验验证电源系统模块电气性能。经仿真和实验验证,电源模块试验样机满足额定输出要求,通过串联叠加,实现80kV电压稳定输出。电源短路保护时间小于6μs,实现了快速保护关断,满足HL-3装置5 MW中性束注入系统对高压电源的性能要求。

摘要：中性束注入加热是磁约束聚变实验中有效的加热手段,离子源在实验运行过程中出现打火情况就终止离子束的引出,降低了中性束离子源束的引出效率与功率。离子源在发生异常情况时为延长离子源束的引出,开展高压电源快恢复技术研究,即通过再次运行高压电源重新进行束的引出。针对快恢复技术,采用PXIe-8861处理器、PXIe-7820R可编程逻辑门阵列硬件板卡,基于PXIExpress技术研制了一套快恢复控制系统。控制系统采用心跳包机制进行板卡及通讯状态监测,具有客户端及上位机两种参数配置方法,满足在线/离线数据查看与分析功能。通过上位机模式配置,控制系统支持电压、个数控制,满足调制、快恢复、单次等多种工作模式。在兆瓦级强离子源上开展测试结果表明,控制系统操作界面简洁,逻辑结构设计清晰,满足多种控制模式,并通过重启高压电源进行束引出,提高了实验过程离子源束的引出功率。

摘要：依托中国环流器二号M(HL-2M)装置等离子体加热和电流驱动需求,提高HL-2M装置物理实验参数,为开展NNBI加热系统设计,需开发新的大功率高压电源系统来加速引出的负离子源。采用国际上常用脉冲阶梯调制(PSM)高压电源技术和快控技术,建造一套200 kV/50 A/100 s高压电源系统。首先研制基于软启动和缓冲电路的大功率长脉冲开关电源单元,其额定输出参数为800 V/50 A/100 s。通过对此开关电源模块进行相关电气指标测试表明,电源模块的输出电压、电流、负载短路快速关断时间、电压上升和下降时间均达到设计要求。