J-TEXT破裂电磁能量转移系统开关的设计和研制

发布时间：2020-10-18 12:11

　　 等离子体破裂是托卡马克装置运行中不可避免的问题,可能会对装置内部件造成严重损坏,J-TEXT是华中科技大学的一台现役中型常规托卡马克装置,非常适合开展等离子体破裂相关的实验研究。J-TEXT上正在探索研究一种全新的基于等离子体破裂电磁能量转移的破裂防护方法,这种方法在破裂时将电磁能量转移到装置外面进行吸收处理,减少沉积在真空室内部的能量来实现破裂防护的效果。能量转移系统由能量转移线圈、开关、能量处理装置三个部分组成,开关在装置正常放电时断开,不影响正常放电,在等离子体破裂时开关迅速导通,把能量处理装置和能量转移线圈连通,将破裂电磁能量转移到装置外部吸收处理。开关是能量转移系统的关键部件,其性能及可靠性对实现破裂电磁能量转移至关重要,现有的开关不能完全满足能量转移系统运行的特殊功能需求,需要对其开关进行设计和研制。本文针对能量转移系统的需求开展其开关的设计和研究工作,具体内容如下:根据J-TEXT装置破裂电磁能量转移系统的运行参数,设计了一种具有新型拓扑结构的复合开关,并确定了此开关的电气参数:能够可靠隔离1kV电压、短时通流能力达到20kA(10ms)、导通时间小于1ms。该复合开关将机械开关与电力电子开关进行串联,根据其参数要求,选择了型号为CNF3-1250A/3600V的真空接触器与型号为5STF 28H2060的快速晶闸管。在此基础之上,设计了具备两种运行模式的控制单元,一种模式通过分析采集到的信号波形输出相应的控制信号;另一种模式则由中控机直接给出控制信号。然后使用MATLAB/SIMULINK仿真软件对开关进行了基于波形分析控制方案的仿真分析,开关能够准确动作。最后完成了对能量转移系统开关的研制,并对其进行了实验测试,测试结果满足设计要求。目前,本文所设计和研制的能量转移系统开关已经投入应用,在J-TEXT装置上成功开展了等离子体破裂电磁能量转移实验。实验结果表明,该开关能够可靠工作,为能量转移系统的可靠运行提供了保障。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TL631.24
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 开关国内外研究现状
    1.3 本文主要内容
2 能量转移系统开关方案设计
    2.1 能量转移系统开关需求分析
    2.2 能量转移系统开关拓扑结构设计
    2.3 能量转移系统开关方案设计
    2.4 本章小结
3 能量转移系统开关控制单元设计
    3.1 能量转移系统开关控制单元需求分析
    3.2 能量转移系统开关控制单元设计
    3.3 本章小结
4 能量转移系统开关仿真测试与分析
    4.1 能量转移系统开关仿真分析
    4.2 能量转移系统开关性能测试
    4.3 能量转移系统开关在装置上的应用
    4.4 本章小结
5 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 研究展望
致谢
参考文献
附录 攻读硕士学位期间发表论文

【参考文献】

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本文编号：2846284