EAST托卡馬克共振磁擾動(dòng)線圈電源為內(nèi)真空室的共振磁擾動(dòng)線圈提供特定的電流和電壓,該線圈主要用于邊界局域�？刂频任锢韺�(shí)驗(yàn)研究。要滿足此目的,需要8套相同的電源,電源額定電流和電壓為4000A/450V,電流和電壓延遲時(shí)間分別小于0.35 ms和0.25 ms,電壓紋波小于2%,同時(shí)電源能在直流到交流1 kHz的范圍內(nèi)提供不同的電流和電壓,有必要對(duì)該電源的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究。同時(shí)電源逆變部分采用串并聯(lián)H橋結(jié)構(gòu),核心器件1GBT工況特殊,且共有384個(gè)IGBT同時(shí)工作,需要分析其結(jié)溫分布、失效原因及可靠性,對(duì)該電源的設(shè)計(jì)分析研究對(duì)于托卡馬克裝置同類型電源的設(shè)計(jì)工作能提供極大的技術(shù)參考。第一,針對(duì)RMP線圈電源的設(shè)計(jì)要求,確立了開關(guān)頻率與電源響應(yīng)速度、等效開關(guān)頻率與電壓紋波、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與輸出電流電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系,還設(shè)計(jì)了RC補(bǔ)償支路、母線電容和平波電感,介紹了電源的控制系統(tǒng)和故障保護(hù)策略,并針對(duì)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了仿真和測(cè)試,結(jié)果表明設(shè)計(jì)方案能滿足設(shè)計(jì)要求。以DIII-D托卡馬克超級(jí)電源為例,介紹了 RMP線圈電源設(shè)計(jì)方法在該電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中的應(yīng)用,并重點(diǎn)介紹了該電源中的并聯(lián)控制方式,同時(shí)對(duì)于現(xiàn)有的電壓模式控制方法提出了優(yōu)化建議。第二,為了分析RMP線圈電源中IGBT在EAST實(shí)驗(yàn)工況下的結(jié)溫分布特點(diǎn),基于這種特殊實(shí)驗(yàn)工況,通過推導(dǎo)得到了脈沖工況和正弦工況下結(jié)溫最大值、最小值和紋波的函數(shù),指出電流上升時(shí)間、頻率、幅值、占空比和IGBT開關(guān)頻率對(duì)結(jié)溫分布的影響,在此基礎(chǔ)上通過建立Matlab仿真模型驗(yàn)證了上述變量在不同工況下對(duì)結(jié)溫的影響,并給出了不同變量下結(jié)溫變化對(duì)比圖,以典型脈沖工況為例,借助有限元仿真軟件,進(jìn)行了熱-結(jié)構(gòu)耦合分析,確定鍵合線和焊料層在反復(fù)的功率循環(huán)時(shí)為主要失效環(huán)節(jié),并驗(yàn)證了關(guān)于結(jié)溫分布特點(diǎn)的理論分析。第三,為了驗(yàn)證IGBT在實(shí)際工作時(shí)的失效方式和評(píng)估IGBT的可靠性,進(jìn)行了溫度循環(huán)試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)特性測(cè)試和功率循環(huán)試驗(yàn),驗(yàn)證了溫度循環(huán)時(shí)IGBT的失效方式,分析了驅(qū)動(dòng)電阻、集電極電流、結(jié)溫和功率循環(huán)次數(shù)對(duì)IGBT動(dòng)態(tài)特性的影響,對(duì)IGBT的實(shí)際運(yùn)行和使用提出了建議,分析了在多次功率循環(huán)沖擊后IGBT的可靠性。目前8套R(shí)MP線圈電源在已經(jīng)結(jié)束的EAST物理實(shí)驗(yàn)中運(yùn)行正常,且RMP線圈對(duì)邊界局域模的抑制起到明顯作用,該電源的分析和設(shè)計(jì)方法也為今后ITER裝置和CFETR裝置上類似電源的設(shè)計(jì)提供了技術(shù)參考。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TL631.24
【部分圖文】：

就是探索新能源。逡逑原子核的聚變能是人類未來最理想的新能源，但要把聚變時(shí)放出的巨大能量逡逑作為安全使用的能源，必須對(duì)劇烈的核聚變反應(yīng)加以控制，因此稱作受控核聚變逡逑［３］。為了進(jìn)行受控核聚變，蘇聯(lián)科學(xué)家提出了磁約束的概念，并于１９５４年建成逡逑了第一個(gè)磁約束裝置，這就是托卡馬克（Ｔｏｋａｍａｋ），它是俄語“磁線圈環(huán)形真空室”逡逑的縮寫［４］，幾億度高溫的等離子體被約束在環(huán)形的磁場(chǎng)中，進(jìn)行等離子體放電［５］。逡逑目前國(guó)際上進(jìn)行運(yùn)行和可控核聚變物理研宄的托卡馬克裝置主要包括英國(guó)逡逑ＪＥＴ研宄所的ＪＥＴ，德國(guó)馬克斯？普朗克等離子體物理所的ＡＳＤＥＸ－Ｕｐｇｒａｄｅ，日逡逑本原子能研究所的ＪＴ－６０ＳＡ，美國(guó)通用原子能公司的ＤＩＩＩ－Ｄ，韓國(guó)國(guó)家聚變研究逡逑中心的ＫＳＴＡＲ和中國(guó)等離子體物理研宄所的ＥＡＳＴ等。中國(guó)目前除ＥＡＳＴ裝置逡逑以外，西南物理研究院的ＨＬ－２Ａ和華中科技大學(xué)的Ｊ－ＴＥＸＴ等裝置也在進(jìn)行相逡逑關(guān)物理研宄，而且都取得了很突出的成就。逡逑１．１．２邋ＥＡＳＴ托卡馬克及電源系統(tǒng)逡逑ＥＡＳＴ邋由邋Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ、Ａｄｖａｎｃｅｄ、Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ、Ｔｏｋａｍａｋ邋四個(gè)單詞首逡逑字母拼寫而成，意思是“先進(jìn)實(shí)驗(yàn)超導(dǎo)托卡馬克”，同時(shí)有“東方”的寓意。ＥＡＳＴ逡逑裝置如圖１．１所示，主機(jī)部分高達(dá)１１邋ｍ，直達(dá)８邋ｍ，重約４００Ｔ，其三大科學(xué)目標(biāo)逡逑是在未來實(shí)現(xiàn)１ＭＡ電流、１０００邋ｓ放電、１０８邋Ｋ高參數(shù)等離子體的穩(wěn)定運(yùn)行。逡逑

鎢偏濾器等類似國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆ＩＴＥＲ未來運(yùn)行條件下，獲得超過６０秒的逡逑完全非感應(yīng)電流驅(qū)動(dòng)（穩(wěn)態(tài)）高約束模等離子體，ＥＡＳＴ成為世界首個(gè)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)逡逑高約束模運(yùn)行持續(xù)時(shí)間達(dá)到分鐘量級(jí)的托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置［７］；如圖１．２所逡逑示，在２０１７年，ＥＡＳＴ實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的１０１．２秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束等離子體運(yùn)行，逡逑創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄，這標(biāo)志著ＥＡＳＴ成為了世界上第一個(gè)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)高約束模式逡逑運(yùn)行持續(xù)時(shí)間達(dá)到百秒量級(jí)的托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置。逡逑￣ＥＡＳＴ邋Ｓｈｏｔ＃７３９９９邐２０１７－０７－０３邋２２：０９邋＾￣逡逑３邋４邋｝邐ｙ０邋４逡逑〕ｌｐ（ＭＡ）邐Ｌｏｏｐ邋Ｖｏｌｔａｇｅ邋（Ｖ）Ｊ｜Ｑ邋２逡逑0邋‘邐‘邐‘邐＿邐」＿Ｊ？邋２逡逑４邋Ｉ邋＜ｎ邋＞邋（１０１９／ｍ３）邐？邐１０逡逑３邐—ｉ—邐—ｉ邐邐—ｉ—ｊ逡逑１邋Ｉ邋Ｐ，ｈｗ（ＭＷ）邐Ｐ，ｃｈｈ＜ＭＷ）邋１邋＼逡逑ｇｌｌ邐，邐．邐」邐邐邐Ｉ邐邋—ＴＪＬｉ，邐１１！逡逑４｜邐＇邐丨邐＇邐＇邐ｕ１．５逡逑？ｆｇｒ邐１邋—■二二邐邐■＿－：邋：邐３逡逑２「卜邋Ｄａ（ａ�。╁暹娺娺娨粡V邐■邐Ｈ邐ｏ邋ｓ逡逑０＾—邐逡逑０邐２０邐４０邐６０邐８０邐１００逡逑邐Ｔｉｍｅ（ｓ）邐逡逑圖１．２邋ＥＡＳＴ邋１０１．２秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束等離子體放電波形逡逑這些令人振奮的研究成果表明我國(guó)磁約束聚變研宄在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的物理和工逡逑程方面，將繼續(xù)引領(lǐng)國(guó)際前沿，對(duì)ＩＴＥＲ和未來中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆（ＣＦＥＴＲ）逡逑建設(shè)和運(yùn)行具有重大的科學(xué)意義。逡逑ＥＡＳＴ要進(jìn)行等離子體放電

圖１．３邋ＥＡＳＴ裝置ＲＭＰ線圈對(duì)邊界局域模的抑制作用逡逑炮號(hào)為５５２７４的ＥＡＳＴ等離子體放電實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)了邋ＲＭＰ線圈抑制邊界局域逡逑模的作用，如圖１．３所示，６邋ｓ時(shí)刻投入ＲＭＰ線圈之后，能觀察到電子密度降低，逡逑邊界局域模頻率增大，６邋ｓ之后，邊界局域模完全得到了抑制［１４］。逡逑ＲＭＰ電源為ＲＭＰ線圈提供所需的電流和電壓，從而產(chǎn)生控制等離子體的磁逡逑３逡逑

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本文編號(hào)：2824886