east离子回旋共振加热系统调制型高压电源研究 modulation type high voltage power supply for icrh on east.pdfVIP

第 36 卷 第 1 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.36, No.1 2 0 1 6 年 3 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics March 2016 文章编号：0254−6086(2016)01−0049−06 DOI: 10.16568/j.0254-6086.201601009 EAST 离子回旋共振加热系统调制型 高压电源研究 1 1 1 2 王 磊 ，赵燕平 ，黄懿赟 ，金国卫 (1. 中国科学院等离子体物理研究所，合肥 230031 ；2. 黄山市金屹电源制造有限公司，黄山 245000) 摘 要：介绍了 EAST 离子回旋共振加热系统调制型高压电源的总体设计方案，详细讨论了电源模块的构造、 电路和工作原理，对电源控制保护系统的组成部分及其功能做了全面的论述，对电源的调制和短路保护能力进行 了实际测试，给出了相应的实验数据和波形，证明了电源设计方案的正确性和可靠性。 关键词：离子回旋共振加热；高压电源；调制；脉冲阶梯调制技术 中图分类号：TM924.75 文献标识码：A 1 引言 结果，具体说明了如何进行高性能的调制型高压电 离子回旋共振加热作为托卡马克核聚变实验 源的研制。 的一种主要辅助加热方式，是获得高参数等离子体 的重要手段[1] 。为进一步获得更好的实验结果，中 2 设计方案 国科学院等离子体物理研究所为 EAST 超导托卡马 目前，国内外一些主要核聚变装置上的类似电 克装置新建成了一套由 4 台机组构成总功率达到 源均基于脉冲阶梯调制(PSM)技术[4~6] ，利用 IGBT 6MW 的 ICRH 高频发射机系统[2] 。电子管作为高频 等开关器件的快速开关能力来实现所需要的技术 发射机的功率源，其配套阳极电源的输出电压和功 要求。此种电源主电路简单、可靠性高、输出电压 率需要达到数十千伏和数兆瓦，同时具有较高的精 可调范围大，同时还具有微秒量级的保护能力，非 度和较低的纹波，以及具备一定的连续脉冲调制能 常适用于电子管等对故障能量有着严格要求的大 力以满足某些实验的要求。另外由于电子管的特殊 功率微波器件。综合考虑 ICRH 系统的设计参数及 结构，在内部出现打火的情况下其自身所能够承受 其所使用的 TH525 电子管的工作条件，确定电源的 的故障能量不能超过 10J，这也对阳极电源在故障 主要参数指标为：输入为 3 相 10kV/50Hz 交流电、 情况下的关断速度也提出了极高的要求[3] 。显然电 输出电压电流为 DC25kV/130A 、纹波不大于 1%、 子管阳极电源的工作性能对于保证 ICRH 系统的稳 调制频率范围为 0~1kHz、短路保护时间小于 10μs。 定运行以及对等离子体加热的效果都有着非常重 阳极电源的电路原理图如图 1 所示，主要由高 要意义。本文以 ICRH 高频发射机系统的一套 3MW 压开关柜和接触器柜、整流变压器、电源模块、控 阳极电源为例，结合工程设计详细讨论了电源及其 制保护系统等部分组成。方案中并没有采用常见的 主要组成部分的电气结构和工作原理并给出实验 Crowbar[7]对负载进行保护是由于基于 PSM 技术的 收稿日期：2014−11−17；修订日期：2015−