位于廣東東莞的中國(guó)散裂中子源（CSNS）是新中國(guó)第一臺(tái)大規(guī)�？煅h(huán)同步加速器（RCS）,為了在整個(gè)環(huán)形加速器維持同步的正弦磁場(chǎng),全環(huán)采用一臺(tái)諧振電源勵(lì)磁,并將所有電磁鐵串聯(lián),配合電容器、電抗器構(gòu)成諧振電路,分布在周長(zhǎng)300多米的環(huán)形設(shè)備樓周圍,組成一個(gè)龐大的CSNS/RCS諧振電源網(wǎng)絡(luò)。如果發(fā)生電容或電抗器故障,則諧振網(wǎng)絡(luò)損壞,感應(yīng)電壓將對(duì)設(shè)備造成破壞。雖然國(guó)內(nèi)各加速器實(shí)驗(yàn)室對(duì)電源有較多研究,但研究方向普遍面向直流穩(wěn)定度、主回路拓?fù)渑c開(kāi)關(guān)元件、數(shù)字控制領(lǐng)域研究。對(duì)交流諧振網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)沒(méi)有參考資料。為了保障散裂中子源順利竣工和可靠運(yùn)行,必須為諧振網(wǎng)絡(luò)自行研制一套保護(hù)設(shè)施。首先,本文針對(duì)交流勵(lì)磁電源及諧振網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了原理研究,對(duì)諧振網(wǎng)絡(luò)等效電路進(jìn)行分析、計(jì)算,從而得出諧振網(wǎng)絡(luò)的額定參數(shù)。針對(duì)諧振元件的保護(hù),本文提出了采用多路實(shí)時(shí)波形采集的方法對(duì)各網(wǎng)孔的諧振電流和諧振電壓進(jìn)行真有效值監(jiān)測(cè),并在異常時(shí)進(jìn)行聯(lián)鎖保護(hù)的解決辦法。其次,在電容監(jiān)測(cè)方面,我們利用FPGA剩余的強(qiáng)大計(jì)算能力,充分利用采樣數(shù)據(jù),進(jìn)行FFT分析得出基波電流、電壓,采用SOPC片上系統(tǒng)進(jìn)行電容器介損在線監(jiān)測(cè)和電容值在線監(jiān)測(cè)。以利于... 

【文章來(lái)源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

CSNS結(jié)構(gòu)示意圖

華南理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文2圖1-1CSNS結(jié)構(gòu)示意圖CSNS/RCS是新中國(guó)首臺(tái)大型快循環(huán)同步加速器。RCS和以往大型加速器采用的儲(chǔ)存環(huán)結(jié)構(gòu)完全不同，他的作用是在環(huán)形軌道中利用高頻功率源對(duì)質(zhì)子束流進(jìn)行反復(fù)加速，達(dá)到足夠的能量后，引出進(jìn)行科學(xué)研究。CSNS質(zhì)子束流以40ms為一個(gè)周期，從直線加速器不斷重復(fù)注入RCS的環(huán)形軌道中。在每個(gè)周期開(kāi)始時(shí)質(zhì)子迅速注入RCS，并進(jìn)行高速圓周運(yùn)動(dòng)，在旋轉(zhuǎn)中被高頻系統(tǒng)反復(fù)加速。在0～20ms內(nèi)，質(zhì)子環(huán)繞RCS旋轉(zhuǎn)的頻率由1.02MHz加速到2.44MHz；在時(shí)間達(dá)到20ms時(shí)，質(zhì)子從RCS引出到靶站用于科學(xué)研究。從上面的介紹中可以看出：在每個(gè)周期的0～20ms時(shí)質(zhì)子旋轉(zhuǎn)速度是不斷提高的，所以在這段時(shí)間內(nèi)要維持其旋轉(zhuǎn)軌道的半徑不變，環(huán)形軌道的磁場(chǎng)也要按正弦規(guī)律不斷上升，才能和質(zhì)子的運(yùn)行速度相匹配。在20～40ms時(shí)，質(zhì)子束已經(jīng)離開(kāi)RCS，軌道中沒(méi)有粒子束流，也就對(duì)磁場(chǎng)波形不做要求。綜上所述，RCS對(duì)勵(lì)磁電流的需求如圖2所示。顯然，這一波形與我國(guó)以往各種加速器采用的直流恒流電源完全不同。圖1-2RCS對(duì)勵(lì)磁電流的需求雖然我國(guó)對(duì)高能加速器的勵(lì)磁電源有長(zhǎng)期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和較多的研究，但研究對(duì)象均為恒流直流電源。CSNS/RCS與以往任何一座大型加速器都有很大的差異，沒(méi)有運(yùn)行經(jīng)

第１章緒論5是帶直流偏置的正弦波[14]。如圖3所示。圖1-3勵(lì)磁電流波形RCS主磁鐵由24塊電磁鐵組成，各個(gè)電磁鐵必須逐個(gè)串聯(lián)，由同一個(gè)勵(lì)磁電源供電，確保每塊電磁鐵的勵(lì)磁電流幅值和相位完全相同[15]。由于25Hz交流具有較大的di/dt，使磁鐵的感抗遠(yuǎn)大于直流電阻，感應(yīng)電壓很高。若將24塊電磁鐵直接串聯(lián)，總感應(yīng)電壓約為125kV，這作為工程項(xiàng)目顯然是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。為了減少感應(yīng)電壓，RCS主磁鐵采用諧振網(wǎng)絡(luò)連接，用串聯(lián)電容器補(bǔ)償磁鐵無(wú)功，同時(shí)用并聯(lián)電抗器確保直流分量的正常流通。這使得RCS主磁鐵形成了復(fù)雜的串并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)。依靠諧振元件的補(bǔ)償作用，主磁鐵網(wǎng)絡(luò)兩端的總電壓峰值限制在6kV以內(nèi)，從而可以采用中壓電力設(shè)備進(jìn)行勵(lì)磁。這種諧振網(wǎng)絡(luò)最早稱為懷特（White）諧振網(wǎng)絡(luò)[16]。是參考懷特（MiltonGrandisonWhite,1910-1979）先生于1956年設(shè)計(jì)的一種用于同步加速器磁鐵電源的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的。懷特電路結(jié)構(gòu)首次用于普林斯頓大學(xué)和賓夕法尼亞大學(xué)聯(lián)合研制的一臺(tái)3BeV（現(xiàn)在稱為GeV）質(zhì)子同步加速器。它位于普林斯頓大學(xué)Forrestal研究中心，于1963年12月7日正式投入使用[17]。懷特電路針對(duì)交直流疊加勵(lì)磁型電感負(fù)載，采用儲(chǔ)能變壓器、儲(chǔ)能電容器和負(fù)載一起組成多元諧振電路，降低了電源輸出側(cè)的總電壓。同時(shí)也能通過(guò)諧振網(wǎng)絡(luò)儲(chǔ)存無(wú)功，降低了勵(lì)磁電源對(duì)負(fù)載的無(wú)功輸出，使電源的輸出功率大部分是有功功率[18]。近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，懷特電路有了新的變化。美國(guó)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室在90年代建設(shè)的8GevSynchrotron加速器首次使用“串聯(lián)型懷特諧振網(wǎng)絡(luò)”，是近年來(lái)最大的改進(jìn)。日本于2009年建成的J-PARK部分電源，以及本文所述的CSNS/RCS諧振電源均采用這種新型拓?fù)�。為了區(qū)分清楚，下文將改進(jìn)前的電路

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