超導(dǎo)磁約束聚變被認為是有望解決人類能源危機的重要途徑。爆炸開關(guān),作為超導(dǎo)線圈發(fā)生失超時的后備保護開關(guān),以其動作迅速、可靠性高的特點,為超導(dǎo)線圈的安全運行提供了保障。萬安培級感性直流開斷技術(shù),由于不存在交流電路的自然過零點現(xiàn)象,一直是世界各國開關(guān)領(lǐng)域研究的難題。超導(dǎo)磁約束聚變裝置中的爆炸開關(guān)是串聯(lián)于主回路、由炸藥驅(qū)動分斷的直流開關(guān),需穩(wěn)態(tài)通以數(shù)萬安培直流電流,同時滿足故障時在數(shù)百微秒內(nèi)分斷主回路的要求。相比于一般斷路器,爆炸開關(guān)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、驅(qū)動機構(gòu)不穩(wěn)定性高、動作時間極短。當(dāng)前國內(nèi)外此類爆炸開關(guān)的的設(shè)計通常是基于大量的試驗來進行相關(guān)驗證,缺乏可參考的理論設(shè)計依據(jù)。而在爆炸開關(guān)的導(dǎo)體系統(tǒng)、驅(qū)動機構(gòu)、水冷系統(tǒng)等部分的設(shè)計中,理論模型的建立可以為設(shè)計及優(yōu)化帶來極大的便利并大大縮短設(shè)計周期。論文主要工作內(nèi)容和創(chuàng)新如下:在國內(nèi)首次研制了雙級式結(jié)構(gòu)、采用水作為燃弧介質(zhì)、最高參數(shù)40kA/10kV的爆炸開關(guān)樣機,并進行了實驗驗證。各項性能指標達到設(shè)計要求,提高了我國超導(dǎo)聚變裝置爆炸開關(guān)的研制水平。在爆炸開關(guān)的導(dǎo)體系統(tǒng)設(shè)的計中,基于數(shù)據(jù)擬合方法,推導(dǎo)出爆炸開關(guān)導(dǎo)電部件接觸電阻的經(jīng)驗公式。采用理論計算與... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：132 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１顯示了除ＣＣ線圈外的ＣＦＥＴＲ磁鐵系統(tǒng)的主要部件

電源系統(tǒng)用以產(chǎn)生、約束、加熱和維持等離子體，并且對等離子體的電流、位置、??形狀、分布和破裂進行相關(guān)控制。電源系統(tǒng)影響了整個超導(dǎo)磁約束聚變裝置的運??行與安全，并直接決定了相關(guān)物理實驗的成敗與效率。??以ＥＡＳＴ為例，其縱場電源系統(tǒng)為ＴＦ線圈提供穩(wěn)定狀態(tài)的電源來產(chǎn)生縱向??磁常它接收來自交流電網(wǎng)的交流電，并將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，為ＴＦ線圈供??電。??Ａ｜?８丨?Ｃ丨?Ａ－，?Ｃ?２??ｊｊｊ?Ｍ??＼Ｕ?＼Ｕ?Ｕｊ?＼ｕ??ＴＦ?ｃｏｉｌｓ???Ｏｕｕｕ???圖１．２?ＥＡＳＴＴＦ電源主電路圖??為了達到上述所需的ＴＦ電源輸出電壓低、工作電流大的要求，ＥＡＳＴ選用??了?１２脈沖中點變流器，其主電路配置如圖１．２所示。這種變流器由兩組６脈沖??中點變流器組成，與中間相反映器（ＬＰ１、ＬＰ２）直接并聯(lián)。一個六脈沖中點變??流器的整流變壓器與一個三角形中點變流器的整流變壓器使兩個變壓器的二次??電壓相差３０，以提供１２脈沖操作。??ＥＡＳＴ極向場電源系統(tǒng)負載為十四個相互耦合布置的超導(dǎo)線圈，如圖１．２所??示。其中７和９，?８和１０號兩組線圈串聯(lián)連接，因此極向場電源系統(tǒng)負載可以等??效為十二組相互耦合的超導(dǎo)線圈，它們可以由十二組獨立可調(diào)的相控變流器供電，??極向場電源供電系統(tǒng)配置如圖１．３所示。??５??

?第１章緒論???ＨＶＢＣ１?／??ＨＶＢＣ２?（＿＿Ｊ??ｒ￣?Ｉ．?Ｉ?￣ｉ??ＩＩ?Ａ?？?Ａ??７＊－?－Ｍ－］?７？．．?｛??ＰＳ１?ＰＳ２?ＰＳ１１?ＰＳ１２??圖１．３極向場電源系統(tǒng)電路圖??極向場電源系統(tǒng)的工作過程可以分為：預(yù)磁階段、等離子體產(chǎn)生階段、等離??子體電流快速上升階段、等離子體電流慢上升段、等離子體平頂階段、等離子體??電流下降階段。若其中任一階段超導(dǎo)磁體出現(xiàn)失超，失超保護開關(guān)需立即動作，??將磁體中的能量轉(zhuǎn)移至移能電阻中釋放。等磁體恢復(fù)超導(dǎo)態(tài)后，才可重新開始上??述工作過程。??１．３超導(dǎo)磁約束聚變裝置磁體電源失超保護系統(tǒng)的介紹??超導(dǎo)磁體因為昂貴的價格，復(fù)雜發(fā)熱結(jié)構(gòu)以及漫長的建造周期，其安全運行??十分重要，因此必須加入失超保護系統(tǒng)來保證其在故障狀態(tài)下不會損毀。為了降??低失超現(xiàn)象出現(xiàn)的可能性，大量的監(jiān)測和防范措施被運用在了超導(dǎo)磁體的工程設(shè)??計里，但在實際的運行過程中，想要絕對避免失超現(xiàn)象的發(fā)生是不可能的［｜４］。??一旦超導(dǎo)線圈出現(xiàn)失超，其內(nèi)部儲存的巨大電磁能將變?yōu)闊崮茚尫懦鰜怼Ｔ谶@個??巨大熱能的釋放過程中，明顯的溫度梯度將導(dǎo)致線圈的應(yīng)力變形并且破壞導(dǎo)體的??絕緣強度；巨大的熱能如果不及時釋放，還會導(dǎo)致磁體最終燒毀甚至引起火災(zāi)及??爆炸［１５］。??１．３．１失超保護系統(tǒng)的概念與基本開斷原理??失超保護系統(tǒng)通過大功率直流開關(guān)在超導(dǎo)磁體失超時，將磁體中存儲的巨大??電磁能迅速轉(zhuǎn)移到移能電阻上進行耗能，以保護磁體不在失超后損毀。當(dāng)失超發(fā)??生時，超導(dǎo)體溫度會因歐姆加熱而急劇增加，如果沒有外部電阻器，持續(xù)的電流??將導(dǎo)致過熱和潛在的破壞。失

【參考文獻】：
期刊論文
[1]簡論金屬材料JC本構(gòu)模型的精確性（英文）[J]. 周琳,王子豪,文鶴鳴.  高壓物理學(xué)報. 2019(04)
[2]CFETR物理與工程研究進展[J]. 高翔,萬寶年,宋云濤,李建剛,萬元熙.  中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2019(04)
[3]人造太陽與人類終極能源[J]. 徐鳴.  江蘇政協(xié). 2017(10)
[4]核聚變裝置中直流保護開關(guān)的研究進展[J]. 李華,宋執(zhí)權(quán),汪舒生,盧應(yīng)峣,傅鵬.  中國電機工程學(xué)報. 2016(S1)
[5]典型戰(zhàn)斗部水下爆炸侵徹仿真[J]. 李惠明,陳智剛,趙東華,楊力,李超,趙長嘯.  工程爆破. 2016(04)
[6]直流斷路器電弧研究的新進展[J]. 榮命哲,楊飛,吳翊,孫昊,李陽,紐春萍.  電工技術(shù)學(xué)報. 2014(01)
[7]國際熱核實驗反應(yīng)堆（ITER）計劃與未來核聚變能源[J]. 潘傳紅.  物理. 2010(06)
[8]基于EAST超導(dǎo)縱場線圈的換流分析[J]. 江加福,劉小寧,許留偉,廖燕川.  高電壓技術(shù). 2009(01)
[9]基于LS-DYNA軟件的水下爆炸數(shù)值模擬研究[J]. 辛春亮,秦健,劉科種,徐更光.  彈箭與制導(dǎo)學(xué)報. 2008(03)
[10]我國超導(dǎo)托卡馬克的現(xiàn)狀及發(fā)展[J]. 李建剛.  中國科學(xué)院院刊. 2007(05)



本文編號：3257767