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本论文研究的课题属于中国散裂中子源(CSNS)快循环同步加速器(RCS)关键技术研究中磁铁电源系统的可行性研究工作。在快循环电子同步加速器磁铁电源系统中已经得到广泛应用的属于并联型供电怀特电路(WHITECIRCUIT)结构,并且在这种结构中,各类磁铁使用一套怀特电路系统,只要合理设计磁铁,对电源系统来讲不存在各类磁场跟踪技术问题。而对于强流重离子快循环加速器设计,各类磁铁公用一套怀特电源系统已不可行,必须使用多套怀特电路分别对各类磁铁供电,因此,如何保证多套谐振网络间磁铁电流跟踪精度已成为磁铁电源系统的首要课题。在目前世界范围内,相当于中国散裂中子源的强流重离子快循环加速器很少,并处于研制建造阶段,因此多套怀特电源系统目前也正处于设计和开发阶段,面临许多具有挑战性的技术前沿课题,尚无成熟系统经验和范例。本课题的任务是从提高多套磁铁电流跟踪精度出发,进行怀特型电源系统分析及关键技术研究,提出相应电源结构和跟踪控制方案,建立一套怀特磁铁电源系统和设备的工程实用判据和技术指标,为工程预制研究工作提供理论基础和关键技术方向。
本论文基于怀特电路模型的电路方程,以电流控制源模式,计算了在不同谐振网络结构中,磁铁电流建立的全过程,并详细分析了激励方式、谐振部件结构设计、参数误差以及温度漂移对磁铁电流的影响,从而阐明了并联型和改进型怀特电路动态特性与电路部件参数的关系,并在此基础上提出了怀特电路选型的基本原则和判据。计算结果对下一步的工程设计和实施有重要参考价值。
论文还基于快循环同步加速器的物理设计要求对于 CSNS/RCS磁铁电源系统的跟踪指标进行了研究和分析,建立了电源系统的设计指标,分析了基于不同谐振网络的跟踪误差来源并给出了系统的基本控制模型。此外,通过设计和建立一套小模型谐振网络,进行了怀特电源系统及其改进的实验研究,实验工作不仅验证了理论分析的结果,还对于各个硬件设备的研制、验收测试系统的建立提供了实际经验和教训,并对电源设备的下一步工作中的关键技术研究工作提出了建设性的建议和意见。