j-text托卡马克动态共振磁扰动线圈电源系统的研究与实现

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1、分类号学每学校代码密级孝肀辦在大博士学位论文托卡马克动态共振磁扰动线圈电源系统的研究与实现学位申请人：易斌学科专业：电气工程指导教师：丁永华教授答辩日期：年月日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringResearchandRealizationofthePowerSupplySystemfortheDynamicResonantMagneticPerturbationCoilsont

2、heJ-TEXTTokamakCandidate:YiBinMajor:ElectricalEngineeringSupervisor:Prof.PanYuanProf.DingYonghuaHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074，独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研宄成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研宄成果。对本文的研宄做出贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本

3、声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：、成日期：況丄年厂月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在年解密后适用本授权书。本论文属于」不保密。请在以上方框内打“”）学位论文作者錢：指帛教隱纟：『日期：年月？日日期：父丫年月汐日华中科技大学博士学位论文摘要磁流体不稳定性会影响托卡马克

4、等离子体的约束性能和装置的安全运行。利用有源控制线圈主动施加扰动磁场是目前控制磁流体不稳定性的主要方法之一。为了开展外加扰动磁场控制撕裂模不稳定性的研宄，托卡马克上研制了动态共振磁扰动（系统。供电电源是系统的核心组成部分，它给线圈提供激励电流，并直接影响线圈产生的扰动磁场的强度、位形和谱结构。线圈对供电电流的波形、幅值和频率等有着特殊的要求，需要分别工作在直流和交流供电模式下。直流供电时，供电电源需提供两路电流幅值和方向可控的直流电流，电流最大幅值高达而且可以设置多种输出电流波形。交流供电时，供电电源需要提供两路相位差可调的正弦电流，电流频率在范围

5、内可调，并要求在电流频率为时电流幅值能达到。这些特殊的供电需求不仅限制着电源拓扑结构和开关器件的选择，而且对电源控制系统提出了严格的要求。结合线圏的参数特征和供电需求，本文完成了供电电源及其实时控制系统的研制。论文提出了交直流分离式的线圈供电电源整体结构设计方案，通过对晶闸管相控整流器输出电流纹波大小与相控角和滤波电感值之间的关系的分析，选择晶闸管三相全桥反并联电路作为直流供电电源的电路拓扑，完成了直流电源系统参数设计。在分别从时域和频域对电压型串联谐振逆变电路的电路特性进行分析之后，以桥串联谐振逆变器为基础，完成了交流供电电源电路拓扑的设计，并对

6、交流电源系统参数进行了详细设计。此外，在控制系统的相关设计规范的要求下，本文基于工业控制计算机和实时操作系统分别设计了直流和交流供电电源的实时控制系统。本文对交流供电电源输出的两相中频电流的相位差闭环控制方法进行了深入的研宄。交流供电电流相位差会影响线圈产生的转动扰动场磁场的位形和谱结构，研宄发现通过对每一相输出电流的相位进行闭环反馈控制，可以有效地避免交华中科技大学博士学位论文流供电单元负载阻抗的差异对系统输出电流相位差控制精度的影响，同时还可以增加调节交流供电电源输出电流相位差的灵活性。本文将锁相环技术应用到交流电源输出电流相位差的闭环控制之中

7、，并设计了一种新型的全数字锁相环，以该锁相环为核心设计了交流供电单元逆变控制器。该控制器能根据输出电流幅值的大小自动完成输出电流相位对相位参考信号的快速无差跟踪。通过对所设计的锁相环进行数学建模，给出了锁相环内部控制参数的设计原则。线圈供电电源系统硬件和软件的各项测试结果均符合预期设计，能很好地满足线圈的供电需要。本文研制的供电电源已经投入到了系统的实验运行中，系统运行效果良好。应用这套电源系统，装置在磁岛的驱动转动、锁模磁岛的解锁及相关的物理研宄中都获得了丰富的结果，系统还将在撕裂模的实时反馈控制中发挥重要作用。关键词：托卡马克共振磁扰动线圈电源

8、系统全数字锁相环相位控制华中科技大学博士学位论文华中科技大学博士学位论文华中科技大学博士学位论文目录：绪论研究背景有源控制