【摘要】：電子回旋共振加熱(electron cyclotron resonance heating,ECRH)是磁約束聚變裝置重要的等離子體輔助加熱手段之一。其原理是將特定頻率的電子回旋波注入到等離子體中使其共振吸收從而加熱等離子體。目前ECRH系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外各大托卡馬克裝置上。為了能在J-TEXT裝置中開展相關(guān)的物理實驗研究,華中科技大學(xué)聚變所正在搭建一套200kW/60GHz/0.5s的ECRH系統(tǒng)。ECRH系統(tǒng)是一套復(fù)雜的工程系統(tǒng),涉及波源、電源、冷卻、傳輸線、天線和微波功率測量等多個子系統(tǒng),需要一套穩(wěn)定可靠的控制系統(tǒng)保障ECRH系統(tǒng)安全、高效、穩(wěn)定的運行。本文主要工作圍繞J-TEXT裝置ECRH控制系統(tǒng)展開,主要包括系統(tǒng)的信號控制需求分析、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計以及控制系統(tǒng)整體測試等三個部分。第一部分為第一章和第二章,首先詳細(xì)介紹了托卡馬克與電子回旋共振加熱、J-TEXT托卡馬克裝置上ECRH系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)研究背景;然后對J-TEXT裝置ECRH系統(tǒng)中的控制信號進(jìn)行需求分析,詳細(xì)介紹了每個信號的類型、隔離傳輸方式和終端等參數(shù)。第二部分為第三章,根據(jù)控制信號的需求分析結(jié)果設(shè)計了一套硬件基于NI CompactRIO平臺,軟件基于NI LabVIEW語言編程的控制系統(tǒng),用于ECRH系統(tǒng)的監(jiān)測、控制、保護(hù)和采集。因ECRH系統(tǒng)高壓隔離快速保護(hù)的需要,針對不同類型的高壓信號需求設(shè)計了不同的隔離電路。第三部分為第四章,主要介紹ECRH控制系統(tǒng)測試實驗結(jié)果。系統(tǒng)運行時,上位機可實時監(jiān)測ECRH系統(tǒng)的運行情況。采集數(shù)據(jù)顯示,控制系統(tǒng)發(fā)出的時序與上位機設(shè)定時序相同,故障發(fā)生時FPGA在小于10μs的時間內(nèi)響應(yīng)并迅速關(guān)斷主高壓電源,故障保護(hù)時間能滿足ECRH系統(tǒng)的要求。實驗結(jié)果表明該控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強,能滿足J-TEXT裝置ECRH系統(tǒng)的運行需求。
【圖文】：

3圖 1.2 J-TEXT 裝置 ECRH 系統(tǒng)回旋管實物圖統(tǒng)中大部分的子系統(tǒng)如：主高壓電源、水系統(tǒng)、超導(dǎo)磁體、冷卻系統(tǒng)、燈絲是為回旋管而設(shè)計的。回旋管的工作原理是：通過燈絲產(chǎn)生高密度電子束磁場加在電子束中，使其呈螺旋形上升。這種螺旋軌跡的頻率與磁場和電當(dāng)旋轉(zhuǎn)的頻率約等于管中諧振腔諧振頻率時，就會激發(fā)出微波。J-TEXT 裝 系統(tǒng)的回旋管采用的是基于英國卡拉姆科學(xué)中心（The Culham Science Cen六支回旋管（參數(shù)如下表）。

率 60 GHz功率 200 kW壓 80 kV流 8A率 ~ 32%時間 0.5s（VGE-8006C）/ 5s （VGE-8006G）比 1.46%（VGE-8006C）/ 1.8%（VGE-8006G）VGE-8006C 和 VGE-8006G 是兩種不同型號的回旋管，只有脈沖不一樣，其他參數(shù)一致）統(tǒng)產(chǎn)生電子回旋上升所需的磁場，，決定微波功率的大小的一個主要如圖 1.3 所示，J-TEXT 裝置 ECRH 系統(tǒng)超導(dǎo)磁體內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由 L空層及主線圈構(gòu)成。主線圈產(chǎn)生正常工作所需的磁場。主線圈浸泡到超導(dǎo)狀態(tài)。LN2層和真空層主要為了防止 LHe 消耗、起到隔絕用[27]。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TL631

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2673238