【摘要】：電源子系統(tǒng)是加速器系統(tǒng)的重要組成部分,電源的輸出指標(biāo)直接影響著束流的品質(zhì)。雖然近年來因電源數(shù)字化極大的提高了電源的輸出性能和易用性,但目前加速器電源依然存在因二極管整流或多相晶閘管整流環(huán)節(jié)帶來的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)低、電流諧波高、能量只能單向流動(dòng)等問題。低功率因數(shù)和高電流諧波需要在加速器電源系統(tǒng)總進(jìn)線處接入專用裝置予以治理才能達(dá)到入網(wǎng)要求,但此方案不能在用戶側(cè)從根本上解決問題。隨著加速器能量和效率要求的逐步提高,電源脈沖工作模式下電流下降速率通常也會(huì)提高,這將導(dǎo)致電流下降段磁鐵負(fù)載需要轉(zhuǎn)移出的能量巨大;同時(shí)伴隨著超導(dǎo)磁鐵的進(jìn)一步應(yīng)用,常規(guī)增大直流側(cè)電容或接入專用泄能單元的方案將難以實(shí)施。PWM整流器具有網(wǎng)側(cè)電流正弦化、電流諧波低、輸入功率因數(shù)可控、能量可雙向流動(dòng)等特點(diǎn),為上述問題提供了可行的解決方案。本文以電壓型PWM整流器為切入點(diǎn),展開PWM整流技術(shù)在加速器電源中應(yīng)用的研究。在介紹了常規(guī)加速器開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,將電壓型PWM整流器引入到加速器電源中,建立了完整的數(shù)學(xué)模型,介紹了控制策略和空間矢量PWM調(diào)制策略,分析了能量雙向流動(dòng)過程。完成理論分析后,對(duì)電源樣機(jī)主電路參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì),并利用Simplorer仿真軟件建立了完整的基于電壓型PWM整流技術(shù)的加速器電源的仿真模型予以仿真驗(yàn)證。最后,建造了基于電壓型PWM整流技術(shù)的中等功率加速器電源樣機(jī),開發(fā)了控制電路硬件、主控器件TMS320C28346 DSP軟件及控制界面,為電壓型PWM整流器在加速器電源領(lǐng)域的應(yīng)用提供了很好的參考。仿真與測(cè)試結(jié)果顯示:應(yīng)用電壓型PWM整流技術(shù)可實(shí)現(xiàn)加速器電源近似單位功率因數(shù)運(yùn)行及網(wǎng)側(cè)電流正弦化,極大的降低了電流諧波;電源各項(xiàng)輸出指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求;同時(shí),可以很好地解決電源脈沖工作模式下電流下降段的能量回饋問題。本文研究結(jié)果表明在加速器電源系統(tǒng)中應(yīng)用PWM整流技術(shù)是切實(shí)可行的。
【圖文】：

圖 1.4 上海光源增強(qiáng)器一臺(tái)四極鐵電源拓?fù)涫紫�，其采�?6 脈波二極管整流后，采用后級(jí)串并聯(lián)的方式，實(shí)現(xiàn)了 12 脈波的整流效果，改善了變壓器進(jìn)線側(cè)的功率因數(shù)和電流諧波；其次，另外接入的一級(jí) Boost 電路，一定程度上改善了由整流環(huán)節(jié)帶來的網(wǎng)側(cè)電流波形畸變，并進(jìn)一步改善了網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)（達(dá)到 0.96 左右）。本文采用的 PWM 整流技術(shù)改進(jìn)加速器電源網(wǎng)側(cè)性能亦為第二種解決方法，其可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流的正弦化，并且可實(shí)現(xiàn)單位功率運(yùn)行（獲得較上述增加一級(jí)Boost 電路具有更小的電流諧波和更高的輸入功率因數(shù)）。將 PWM 整流技術(shù)引入到重離子加速器電源中，可以從根本上解決其電流諧波高、功率因數(shù)低等問題。實(shí)現(xiàn)加速器電源真正的 “無(wú)污染”和“綠色化”運(yùn)行。蘭州重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)是一個(gè)多用途、多功能的雙環(huán)同步加速器系統(tǒng)，電源子系統(tǒng)中大部分為開關(guān)脈沖電源，其典型的輸出電流波形如圖 1.5 所示。重

圖 1.5 脈沖電源典型的輸出電流參考波形2015 年 12 月 31 日，國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施強(qiáng)流重離子加速器裝置（HighIntensity Heavy-ion Accelerator Facility，HIAF），由國(guó)家發(fā)改委批準(zhǔn)立項(xiàng)。HIAF將建設(shè)一臺(tái)國(guó)際領(lǐng)先水平的重離子加速器綜合研究裝置，具備產(chǎn)生極端遠(yuǎn)離穩(wěn)定線核素的能力。HIAF 由強(qiáng)流超導(dǎo)離子源、強(qiáng)流超導(dǎo)離子直線加速器、環(huán)形增強(qiáng)器、高精度環(huán)形譜儀、低能核結(jié)構(gòu)譜儀、低能輻照終端、電子-離子復(fù)合共振譜儀、放射性束流線、外靶實(shí)驗(yàn)終端以及相關(guān)配套設(shè)施等構(gòu)成。在此裝置中，電流上升下降速率將進(jìn)一步提高：上升速率將達(dá)到 35000A/s，下降速率也將達(dá)到5600A/s；同時(shí)，，此裝置中超導(dǎo)磁鐵負(fù)載可能得到進(jìn)一步的應(yīng)用，眾所周知，超導(dǎo)磁鐵具有感量巨大、無(wú)阻抗等特性，尤其是為了保證同步性，采用多臺(tái)超導(dǎo)磁鐵串聯(lián)供電的情況，負(fù)載電感量將更加巨大，使得常規(guī)方法幾乎無(wú)法解決電源脈沖運(yùn)行時(shí)電流下降段的能量泄放問題。PWM 整流器為一種全控的整流方案，具
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TL503.5

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;俄羅斯重離子加速器[J];國(guó)外核新聞;1994年01期

2 牛小飛;;溫度對(duì)重離子加速器運(yùn)行的影響分析(英文)[J];IMP & HIRFL Annual Report;2011年00期

3 布令;;法國(guó)國(guó)家大型重離子加速器加速出第一束重離子[J];國(guó)外核新聞;1982年11期

4 ;西德擴(kuò)建重離子加速器裝置[J];國(guó)外核新聞;1985年10期

5 肖宗札,趙力民,汪靜巖,賀榆生,付寶君,肖國(guó)青,張福甲,彭銀成,謝燮;一臺(tái)小型重離子加速器及其應(yīng)用[J];核物理動(dòng)態(tài);1988年04期

6 肖宗禮,趙力民,汪靜巖,賀榆生,付寶君,肖國(guó)青,張福甲,彭銀成,謝燮;200kV重離子加速器及其應(yīng)用[J];強(qiáng)激光與粒子束;1989年04期

7 賈信群;日本重離子加速器將進(jìn)行臨床前癌癥試驗(yàn)[J];國(guó)外核新聞;1994年08期

8 ;名優(yōu)特新產(chǎn)品推介[J];城市技術(shù)監(jiān)督;1999年10期

9 侯明東;重離子加速器地面模擬單粒子效應(yīng)[J];輻射防護(hù)通訊;1994年04期

10 李桂生;高能重離子加速器次級(jí)中子屏蔽的理論估算[J];高能物理與核物理;1996年09期

相關(guān)會(huì)議論文 前5條

1 鄭華智;王桂玲;;重離子加速器輻射源的防護(hù)[A];加入WTO和中國(guó)科技與可持續(xù)發(fā)展——挑戰(zhàn)與機(jī)遇、責(zé)任和對(duì)策（下冊(cè)）[C];2002年

2 肖宗禮;趙力民;汪靜巖;付寶君;肖國(guó)青;王珍良;肖榮慶;魏增泉;楊志虎;王天雕;;一臺(tái)多用途的小型重離子加速器及其應(yīng)用[A];中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)電子束離子束專業(yè)委員會(huì)第五屆電子束離子束學(xué)術(shù)年會(huì)、中國(guó)電子學(xué)會(huì)焊接專業(yè)委員會(huì)第三屆電子束焊接學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];1993年

3 顧建剛;夏曉彬;劉鴻詩(shī);周峰;沈健;樓淑芬;;質(zhì)子重離子加速器治療系統(tǒng)環(huán)境影響評(píng)價(jià)討論[A];第九屆中國(guó)核學(xué)會(huì)“核科技、核應(yīng)用、核經(jīng)濟(jì)（三核）”論壇論文集[C];2012年

4 趙永濤;張小安;王瑜玉;程銳;雷瑜;周賢明;孫淵博;王興;徐戈;楊磊;劉勇;張鵬鳴;徐忠峰;肖國(guó)青;;離子束驅(qū)動(dòng)的高能量密度物理前期研究[A];第十六屆全國(guó)原子與分子物理學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2011年

5 武志紅;;超高真空重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)的焊接[A];2004’全國(guó)真空冶金與表面工程學(xué)術(shù)研討會(huì)會(huì)議論文集[C];2004年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前2條

1 特約記者 張帆;重構(gòu)專家意見網(wǎng)絡(luò)的迫切性[N];社會(huì)科學(xué)報(bào);2011年

2 ;甘肅：科技百年驚世界[N];甘肅日?qǐng)?bào);2000年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 吳鳳軍;空間矢量PWM整流技術(shù)在重離子加速器電源中的研究與應(yīng)用[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所);2016年

2 謝修璀;醫(yī)用重離子加速器HIMM注入方案的設(shè)計(jì)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（近代物理研究所）;2014年

本文編號(hào)：2615801