摘要：基于负离子的中性束注入是未来大型托卡马克装置不可或缺的辅助加热方式。中性束系统中的加速极电源需要输出-200 kV电压和5 MW的功率,还经常面临负载短路和断路的特殊工况。过去对加速极电源的研究中缺少高压部分的方案设计,而电源中高压部件的绝缘设计是电源研制过程中必不可少的关键环节。据电源指标和特殊工况的特点,计算了电源高压部分的隔离升压变压器、高压整流器和高压滤波器的电路参数,并对这些部件基于油浸式绝缘进行了工程设计,通过有限元仿真分析进行了绝缘验证。仿真结果表明,这些部件中的电场强度最高为16.22 kV/mm,小于变压器油击穿场强并具有2倍的绝缘裕度。设计的高压部件结构可以满足电源的绝缘要求。

摘要：结合全超导托卡马克中性束注入系统(EAST NBI)的工作原理,采用水冷热测靶形式的离子吞食器回收和测量未被中性化粒子。根据EAST NBI系统对离子吞食器物理特性、空间限制、测量需求及冷却性能等方面的要求,对靶板材料选择、结构设计及布置等进行了分析,给出了离子吞食器具体设计方案。该方案单侧吸收靶板呈V形结构,单个靶板冷却方式采用内置并联冷却水管结构。根据该方案加工获得了EAST NBI系统离子吞食器装置。仿真和实验校验结果验证了本装置可以满足NBI系统4MW高功率、10s长脉冲的运行要求。

摘要：为了保护国家重大科学工程超导托卡马克聚变实验装置(EAST)的中性束注入器在高压打火故障时免受损坏,设计了一种简单可靠的缓冲器(snubber),它是一种不需要偏置电源电路的无源保护单元,而且采用空心变压器以避免铁心缓冲器带来的饱和限制,使设计简化。设计时首先分析放电回路并利用状态方程求解其等效电路。再根据已知的EAST中性束注入(NBI)电源的系统参数分析L、R、C对解的影响从而确定snubber优化的模型参数。通过放电回路的PSPICE建模仿真放电过程的结果与上面计算结果一致。设计的snubber经L、R和C的合理匹配满足了不同的传输线长度和不同杂散电容的NBI电源系统,具有工程应用价值。

摘要：束流限制器是中性束注入(NBI)装置中典型的高热流承载部件,用来吸收束通道上发散的多余能量,其稳定运行能力对实现高功率NBI系统安全运行至关重要。结合东方超环准稳态NBI装置的运行要求,本文对该装置束流限制器结构进行了初步设计,并基于FLUENT软件对偏转系统入口处束流限制器初步结构进行了稳态热分析。分析结果表明,初步设计方案在给定工作条件下能较好满足东方超环准稳态NBI系统(4 MW,脉宽100s)的运行要求。本文研究为东方超环准稳态NBI装置其他典型部件的设计和系统安全运行提供了有益的参考。

摘要：强流离子源是HL-2M装置5 MW中性束注入加热系统的核心部件,离子源通过弧电源加速初级电子至高能态,碰撞气体分子,产生等离子体。所以,弧电源对于离子源维持稳定的弧放电非常重要。本文利用Saber软件建立了弧电源的主电路模型,设计并仿真了弧电流的恒流控制、打坑控制以及超级电容的恒流充电控制、恒功率放电控制等。这种方法不仅提高了弧电源电路的分析和设计效率,缩短了系统研制的周期,还可用于实际系统的故障分析和控制参数的整定,降低实验风险。实验结果表明,弧电源的真实输出与仿真输出结果相符。

摘要：中性束注入(NBI)是磁约束核聚变装置等离子体加热和电流驱动的重要手段。依据东方超环(EAST)NBI实验运行特点,设计了基于网络通讯的集散式控制系统。NBI控制系统采用计算机网络技术,按照控制层次分为远程监控层、服务器控制层和现场控制层,三层控制结构易于系统功能扩展与设备升级。一条束线的两个离子源可以独立运行控制,这为EAST第二条束线控制扩展奠定基础。实验表明,NBI控制系统具备了远程监控、连锁保护和数据处理功能,满足了NBI实验运行的自动化和可视化的需求。

摘要：中性束注入是磁约束核聚变研究重要的辅助加热和电流驱动手段。由于负离子源中性束注入系统束能量高、束斑大,电偏转已经成为剩余离子剥离的首选方案,其剩余离子剥离设备被称为电偏转器。电偏转器作为实现束流中性化的核心设备,其性能决定了中性束注入系统的工作效率。本文提出了聚变堆主机关键系统研究中负离子源中性束注入系统电偏转器的概念设计方案,通过理论计算和束流沉积模拟初步确定了电偏转器的结构和其表面较为均匀的热负荷分布,完成了电偏转器的参数设计,此设计可为电偏转器进一步的工程设计提供设计参考。

摘要：弧电源是中性束注入加热系统中最关键的设备之一,它的性能决定了弧放电的稳定性及束流引出的品质。为提高弧放电稳定性,降低电网容量,减少对电网的冲击,弧电源拓扑设计采用了基于超级电容储能和开关电源技术的DC/DC变换器结构。利用多个IGBT功率模块并联工作,可提高电源工作频率,实现更快的动态响应速度。在详细分析电源工作过程的基础上,设计了滤波电路和电流快速转移电路,根据电源的要求和具体参数,由一阶RL电路的电流响应特性,精确计算出滤波电感的最小值。最后,利用Matlab对电源性能指标进行了仿真验证,结果表明电源性能完全符合设计要求。

摘要：中性束注入是磁约束受控核聚变实验装置中加热等离子体最有效的方法之一。针对中国环流器2号中性束大功率离子源的特点,从系统功能、主电路拓扑结构、控制硬件及控制时序等方面对弧流电源进行设计。整个电源由低位移相交流调压、高压隔离降压变压器、整流滤波和电流快速转移电路4部分组成。IGBT与电阻串联组成电流快速转移阵列电路,与离子源并联,可实现电流单次或多次快速转移、参数远程设定,有效用于强流离子束的引出和保护。选用DSP和CPLD电路技术实现低位与高位控制器。实验数据显示,该电源最大输出为200kW/1 000A,纹波小于2%,开关上升下降时间达μs级。目前,该电源已安全运行3年,可靠性高,完全满足装置离子源及系统要求,也可应用于其它等离子体技术应用场合。

摘要：直流高压缓冲器是国家大科学工程先进实验超导托卡马克(EAST)中性束注入(NBI)系统中保护强流离子源的重要装置。为设计高可靠性的直流高压缓冲器,在Fink、Baker和Owen(简称F-B-O)直流高压缓冲器采用时变等效电阻而忽略并联电感的模型基础上,结合平行四边形磁滞模型,建立了时变等效电阻和电感并联的模型,推导出时变等效电感随饱和深度的解析式,并建立了相应的仿真模型。仿真结果与实测结果基本符合,修正后的模型在30kV以下低电压作用下与F-B-O原模型符合,在30～80kV电压作用下,随着铁芯叠片饱和深度逐渐升高,时变等效电感作用引起的故障电流比理论计算值高10%～30%。