ITER极向场电源变流器模块研制

• 作 者: 李金超
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 大型超导磁体 12脉波4象限变流器 非同相逆并联 电感矩阵 干式脉冲短路变压器 供电系统 托卡马克

ITER极向场变流器模块作为ITER极向场超导磁体供电系统的核心设备，其稳定的运行性能和良好的安全可靠性对整个托卡马克的正常运行至关重要。该设备极端的额定运行参数，特殊的超导感性负载，复杂的运行工况，以及严格的性能要求，决定了现有成熟的变流系统和变流器产品根本无法满足该设备的设计要求。因此必须根据相关设计要求，对ITER变流器模块进行全新研制。　　首先，在ITER极向场变流器模块的研制过程中，设计出了一种满足12脉波4象限运行要求，基于非同相逆并联连接的新型变流器模块拓扑结构，并通过详细的分析计算，确定了变流器主要部件的型号及参数。　　其次，为解决该变流器多并联支路桥臂的均流问题，本文提出一种基于电感矩阵的新方法。该方法以电感矩阵为基础，分析了桥臂内各部分导体之间的电磁耦合关系，提出一种设计和优化桥臂均流结构的新算法。应用该方法，设计出一种新型的非同相逆并联桥臂结构。　　然后，针对ITER变流器模块的设计要求，借助有限元仿真软件，对变流器模块及其主要部件进行了系统的电磁、结构、热学和流体力学分析。并以这些分析为基础设计出了高度对称、模块化的变流器结构及其水冷系统。　　最后，为了对变流器结构的动稳定性进行试验验证，专门研制了以干式脉冲短路变压器为核心的交流脉冲短路试验平台。该变压器以一种新颖的副边连接结构成功地实现了低于3％的变压器短路阻抗。其新颖的副边结构和特殊的技术参数均为国内首例。　　已经获得的样机初步试验结果显示:该变流器模块完全能够满足ITER的相关设计要求。其研制过程中产生的新思想、新方法、新结构和新工艺也会给相关领域的高压大电流高功率变流系统设计工作，提供有益的技术参考和经验借鉴。