论文部分内容阅读
核聚变研究是解决人类能源危机的有效途径之一，托卡马克核聚变装置是研究核聚变的重要实验装置。在长期的研究和工程实践中，中性束注入(NBI)系统已被证明是托卡马克装置的最有效辅助加热手段之一。 NBI系统电源部分由加速极电源（100kV/100A高压脉冲电源）、梯度极电源、弧电源等电源组成。电源系统的稳定及可靠运行关系到离子源的安全、物理实验的成败。因此，一个稳定、可靠的高压电源控制系统对于EAST-NBI辅助加热系统具有重要的意义。 论文以100kV高压脉冲电源控制系统为设计内容和研究对象，全面介绍了高压脉冲电源的基本原理，对控制系统的功能与设计要求进行了分析和研究，并研制了硬件，实现了控制目标。具体内容有: 1)设计了基于cPCI结构的高压脉冲电源本地控制系统，包括光纤发送及接收控制箱，光纤交换机和实时控制计算机等。本地控制系统采用cPCI结构，极大地简化了控制系统结构，一定程度上提高了控制系统的可靠性。 2)针对离子源负载在运行时，经常打火的这个特性，设计了高压脉冲电源综合故障保护控制箱。该控制箱保证在离子源负载打火或者其它故障时，能够在几微秒之内切除高压，以确保离子源的安全。 3)对高压电源控制系统进行了电磁兼容分析，根据电磁兼容设计原理，合理安排元器件布局及信号线分布，实现了高压电源控制系统的电磁兼容设计目标。 4)针对高压电源的运行模式，编写了基于实时操作系统QNX的控制程序，通过程序实现电源模块的快速投入和切除;为了监控各个电源模块内部状态，编写了基于Force Control组态软件的实时监控系统。 5)由于负载对高压电源的上升沿及上升时间提出了苛刻要求，通过对主回路系统的分析、建模与仿真，提出了基于滑模控制理论的高压脉冲电源反馈控制方法。通过仿真与实验调试，验证了该控制方法的可靠性与可行性。 6)由于目前电源模块的体积与造价较高，从这两方面考虑，提出了三相交流进线电压570Vac的新电源模块方案，通过理论分析证明了该方案的可行性。并且研制了2台电源模块样机，通过对电源模块的实验调试，验证了新电源模块是满足设计要求的。