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EAST内真空室电源 课题负责人:盛志才
2018-06-13 浏览次数:586

EAST-RMP电源系统说明

(盛志才编辑)

 

(1) 系统介绍

磁流体力学不稳定性的避免与控制就是直接与将来聚变装置安全运行与经济性相关的一个重要问题。它限定了托卡马克的安全运行区间,因此也限定了聚变增值因子的范围。扩大托卡马卡装置的安全运行区,满足聚变增值因子需求,是各个时期各大主要实验装置追求的一个主要目标。共振扰动磁场(Resonant Magnetic Perturbationor RMP)是托卡马克中用于磁流体力学不稳定性主动控制的基本手段之一,也是最有效的手段之一,已经广泛应用于边界局域模、电阻壁模和误差场校正(Error Field Correction)避免新经典撕裂模锁模等等。RMP 电源为RMP 线圈提供所需的电流和电压,从而产生控制等离子体的磁场,实现上述控制。即RMP 电源提供了RMP 控制必需的工程手段,是实现RMP 控制必不可少的一部分。

EAST 装置中,共设置了16 RMP 线圈。目前,RMP电源系统共有8套电源,每2个线圈串联由一套RMP电源提供供电和控制。通过转接开关的切换,实现2个串联线圈的正串或是反串连接。

(2) 系统原理图

每套RMP 电源由电源模块、电流引线、转接柜、滤波回路、水冷支路及检测、数据采集和监控以及接口电路组成。

根据电源需求,电源拓扑选用H 桥,以保证输出双向电压与电流。该电源采用4±1250 A/±300 VH 桥模块两串两并组成,采用重化 PWM 控制方式,单管开关频率为 10 kHz,输出等效开关频率为120 kHz电源拓扑及电路参数见下图。每个 H 桥模块输出串联一个均流电感,同时起到滤波和均流的作用。4 H 桥输出接滤波电容和 RC 补偿支路。输出能力±600 V/2500 A


1 1  RMP电源拓扑图

 

电源整体由三个功能单元构成,分别别为监控单元、功率单元与输出单元,其中:

1) 监控单元主要实现整机运行时序与整机保护时序控制,输出电流控制,外部联锁信号接口、人机交互;

2) 功率单元主要完成功率变换,内部状态与模拟量检测,实现系统功率输出;

3) 输出单元主要完成输出滤波、输出电压电流检测功能、负载能量旁路泄放等。

RMP电源转接开关接线原理图如图2所示

2  RMP电源转接开关柜接线原理图

RMP电源控制信号流程图如图3所示。


3  RMP电源控制信号流程图

(3) 系统参数与性能

RMP电源负载为2个水冷快控线圈串联,线圈连接方式为正向或反向串联。负载电感约为82 uH(含连接电缆),电阻15 mΩ

电源主要技术指标如下:

最高输出电压:Um±408 V,最低输出电压:2.56 V;

额定输出电流:In±2500 A;

电流跟踪频率:f=0~1000 Hz;

电流上升时间不大于1 ms;

电压相应时间不大于0.5 ms;

电流模式下,纹波电流峰峰值不高于10 A(任何输出电流情况下);

电流模式下,给定电流精度为1% ;

电压模式下,纹波电压峰峰值不大于当前输出电压平均值的10%

 

(4) 系统运行模式

 

RMP电源运行模式为四象限、脉冲运行亦可稳态运行,稳态电流2500 A。跟踪频率可达1000 Hz250A情况下) 根据需要亦可输出直流电流。电源具备电流反馈控制和电压反馈控制两种运行模式。一套电源发生故障,相应故障指示灯亮,该电源退出运行,其余电源继续运行;两套以上电源发生故障,立即向总控发送联锁故障信息,所有RMP电源均退出运行。

(5) 系统维护模式

 

电源主要系统维护设备为:

电路模块的维护

控制系统的维护

水冷电缆的维护

转接柜的维护

数据采集系统

接口及保护系统

其常规维护为设备除尘、绝缘检测、漏水监测及运行测试,保证设备正常工作,配合物理实验新的要求,对电源进行改进。

(6) 其它

系统其它需要说明的要素