超导托卡马克磁体及其电源系统电弧模型研究及应用
发布时间：2021-02-17 19:35
托卡马克装置被认为是实现可控核聚变的重要途径之一。超导磁体线圈及其电源系统是超导托卡马克装置的重要组成部分,其磁场耦合性强、电路复杂,可能产生的电弧现象对装置的安全运行与可靠保护至关重要。电弧机理复杂、不易建模、难以与外部复杂电路集成,故而电弧以及外部电路的响应难以完整的模拟与分析。本文以托卡马克超导磁体及电源系统为背景,对电弧模型及其工程应用展开了详细的研究。首先,本文介绍了电弧的基础理论并对常用电弧模型进行分析与评估,详细介绍了适合托卡马克领域工程应用的经验模型（Kronhardt模型）,气体电弧模型（Holmes模型）以及熔断器电弧模型（Wright模型）的机理与推导过程、求解方法并分析了应用时存在的问题。本文在第三章阐述了超导磁体电弧故障模型研究和应用。以ITER纵场磁体系统为例,首先,分析了可能发生的电弧故障类型,改进与优化了 Kronhardt模型与Holmes模型,基于电极烧蚀理论,引入了电弧燃烧速度及弧长变化的时域计算方法,解决了仿真模型的收敛性和电弧弧长变化的建模问题,实现了可嵌入仿真电路的非线性时变电弧模型;其次,对ITER纵场磁体系统的外电路进行了建模:基于线圈内...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?ＩＴＥＲ装置示意图??
?第１章绪论???中心嫌线管麵瓦??纵场线圈￣￣—??真空室??图１．１?ＩＴＥＲ装置示意图??１．１．２?ＫＳＴＡＲ装置及磁体系统??ＫＳＴＡＲ是由韩国国家聚变研宄所负责完成的超导托卡马克核聚变装置，主??体工程于２００７年竣工，２００８年开始产生等离子体［１Ｍ６］。ＫＳＴＡＲ是世界上首个??采用新型超导磁体（Ｎｂ３Ｓｎ）材料产生磁场的全超导聚变装置。ＫＳＴＡＲ装置的超导??磁体线圈由１６个纵场线圈及４对中心螺线管线圈（ＰＦ１－４）和３对极向场线圈（ＰＦ５－??７）构成，所有线圈上下对称分布，产生的最大场强达７．５?Ｔ。其中ＴＦ线圈电源输??出电流范围０－４０ｋＡ，?ＰＦ１－５线圈电源额定输出土２５ｋＡ，?ＰＦ６－７线圈电源额定输出??土?２０ｋＡ。??麵麵．??ｈ—??４?丨?Ｉ?Ｃｏｎｃｒｅｔｅ?Ｆｌｏｏｒ??图１．２?ＫＳＴＡＲ装置示意图??１．１．３?ＪＴ－６０ＳＡ装置及磁体系统??ＪＴ－６０ＳＡ是日本ＮＡＫＡ核聚变研究所与欧盟合作，只使用氘（Ｄ）开展等离子??体控制实验，旨在为ＩＴＥＲ提供技术储备。装置建设己于２０１３年开工装置，目??２??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]小型超导电源系统退磁保护回路建模与仿真[J]. 邓天白,高格,傅鹏,蒋力,黄连生. 强激光与粒子束. 2019(03)
[2]CFETR CS模型线圈失超保护系统设计[J]. 马媛媛,武玉,许留伟,吴亚楠,王腾. 低温与超导. 2018(06)
[3]基于彩色摄像和光谱分析联合测温方法的电弧温度场分布测量[J]. 崔行磊,周学,张勇,翟国富,彭喜元. 电工技术学报. 2017(15)
[4]核聚变装置中直流保护开关的研究进展[J]. 李华,宋执权,汪舒生,卢应峣,傅鹏. 中国电机工程学报. 2016(S1)
[5]ITER CB超导电缆力学性能数值模拟研究[J]. 曹靖,刘勃,秦经刚,赵瑞. 低温与超导. 2016(05)
[6]线圈终端盒的改进设计与分析[J]. 付志超,宋云涛,陆坤,周挺志,倪小军,余四葵. 原子能科学技术. 2016(05)
[7]填砂密度对熔断器分断能力和电弧模型的影响[J]. 肖翼洋,庄劲武,陈搏. 哈尔滨工程大学学报. 2013(04)
[8]MRI、NMR低温超导磁体失超保护综述[J]. 李毅,王秋良,戴银明,雷源忠,陈顺中. 低温物理学报. 2012(01)
[9]基于EMTDC/PSCAD的熔断器仿真模型[J]. 吴迪,李红江,毕坤,杨锋. 船电技术. 2011(06)
[10]1.5T-A1型MRI超导磁体的研制[J]. 刘艳江,汪汀,陈浩树,耿俊彦,魏晓涛,罗日安,宫博. 舰船科学技术. 2011(06)
博士论文
[1]CFETR中心螺线管超导模型线圈绕制成形关键技术研究[D]. 韩厚祥.中国科学技术大学 2019
[2]EAST聚变装置大电流全控型固态断路器研制[D]. 汪舒生.中国科学技术大学 2019
[3]电弧等离子体全域数值模拟[D]. 孙强.中国科学技术大学 2019
[4]CFETR CS模型线圈电源及磁体保护系统设计与分析[D]. 马媛媛.中国科学技术大学 2018
[5]ITER PF6线圈绕制多层多轴同步控制系统的研究[D]. 徐杰.中国科学技术大学 2017
[6]超导磁体电源变流系统模块化的关键问题研究[D]. 陈晓娇.中国科学技术大学 2017
[7]ITER极向场变流器高功率大电流电抗器的设计与研制[D]. 李传.华中科技大学 2016
[8]ITER极向场大功率非同相逆并联变流器电磁分析与设计[D]. 杨勇.华中科技大学 2016
硕士论文
[1]光伏系统直流故障电弧的特征检测与防治策略[D]. 高源.复旦大学 2014
[2]大功率变流器中快速熔断器的设计分析与选型[D]. 李森.华中科技大学 2013
[3]高压限流熔断器暂态过程仿真研究[D]. 周挺.华中科技大学 2007
[4]高压限流熔断器开断过电压研究[D]. 毛柳明.华中科技大学 2006
本文编号：3038430
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?ＩＴＥＲ装置示意图??
?第１章绪论???中心嫌线管麵瓦??纵场线圈￣￣—??真空室??图１．１?ＩＴＥＲ装置示意图??１．１．２?ＫＳＴＡＲ装置及磁体系统??ＫＳＴＡＲ是由韩国国家聚变研宄所负责完成的超导托卡马克核聚变装置，主??体工程于２００７年竣工，２００８年开始产生等离子体［１Ｍ６］。ＫＳＴＡＲ是世界上首个??采用新型超导磁体（Ｎｂ３Ｓｎ）材料产生磁场的全超导聚变装置。ＫＳＴＡＲ装置的超导??磁体线圈由１６个纵场线圈及４对中心螺线管线圈（ＰＦ１－４）和３对极向场线圈（ＰＦ５－??７）构成，所有线圈上下对称分布，产生的最大场强达７．５?Ｔ。其中ＴＦ线圈电源输??出电流范围０－４０ｋＡ，?ＰＦ１－５线圈电源额定输出土２５ｋＡ，?ＰＦ６－７线圈电源额定输出??土?２０ｋＡ。??麵麵．??ｈ—??４?丨?Ｉ?Ｃｏｎｃｒｅｔｅ?Ｆｌｏｏｒ??图１．２?ＫＳＴＡＲ装置示意图??１．１．３?ＪＴ－６０ＳＡ装置及磁体系统??ＪＴ－６０ＳＡ是日本ＮＡＫＡ核聚变研究所与欧盟合作，只使用氘（Ｄ）开展等离子??体控制实验，旨在为ＩＴＥＲ提供技术储备。装置建设己于２０１３年开工装置，目??２??
?第１章绪论???标于２０２０年完工，并同年开展等离子体实验ｔ１７］。ＪＴ－６０ＳＡ的超导磁体由１８个纵??场线圈（ＴＦ，?ＮｂＴｉ超导）和１０个极向场线圈构成，极向场线圈包括４个中心螺管??线圈（ＣＳ，Ｎｂ３Ｓｎ超导）与６个平衡线圈（ＥＦ１－６，?ＮｂＴｉ超导），如图１．３所示。ＴＦ??线圈电源稳态输出电流可达２５．７ｋＡ，极向场线圈电源额定输出电流可达２０ｋＡ［１８］。??图１．３?ＪＴ－６０ＳＡ装置示意图??１．１．４?ＥＡＳＴ装置及磁体系统??在ＨＴ－７成功运行的基础上，ＥＡＳＴ是我国自行研发的世界上第一个全超导??托卡马克装置，也是世界上首个全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置。ＥＡＳＴ??始建于１９９８年，２００６年首次实现等离子体放电。ＥＡＳＴ采用ＮｂＴｉ的管内电缆导??体作为超导磁体线圈的导体，内部共有１６个Ｄ型纵场超导磁体线圈和１４个极??向场超导磁体线圈，如图１．４所示。纵场电源的额定工作电流为１６ｋＡ，产生的??磁场强度为３．５?Ｔ。极向场ＰＦ７和ＰＦ９以及ＰＦ８和ＰＦ１０两组超导磁体线圈串联，??由１２套±１５ｋＡ的四象限运行的电源分别供电ＥＡＳＴ超导磁体系统的储能??大于３００ＭＪ。???；?．?？?；?；?；???．膠??￣￣ｓｓ￣；Ｔ〇…＂７＾－＂＾￣＾■＊－ＩＴｃ??图１．４?ＥＡＳＴ装置示意图??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]小型超导电源系统退磁保护回路建模与仿真[J]. 邓天白,高格,傅鹏,蒋力,黄连生. 强激光与粒子束. 2019(03)
[2]CFETR CS模型线圈失超保护系统设计[J]. 马媛媛,武玉,许留伟,吴亚楠,王腾. 低温与超导. 2018(06)
[3]基于彩色摄像和光谱分析联合测温方法的电弧温度场分布测量[J]. 崔行磊,周学,张勇,翟国富,彭喜元. 电工技术学报. 2017(15)
[4]核聚变装置中直流保护开关的研究进展[J]. 李华,宋执权,汪舒生,卢应峣,傅鹏. 中国电机工程学报. 2016(S1)
[5]ITER CB超导电缆力学性能数值模拟研究[J]. 曹靖,刘勃,秦经刚,赵瑞. 低温与超导. 2016(05)
[6]线圈终端盒的改进设计与分析[J]. 付志超,宋云涛,陆坤,周挺志,倪小军,余四葵. 原子能科学技术. 2016(05)
[7]填砂密度对熔断器分断能力和电弧模型的影响[J]. 肖翼洋,庄劲武,陈搏. 哈尔滨工程大学学报. 2013(04)
[8]MRI、NMR低温超导磁体失超保护综述[J]. 李毅,王秋良,戴银明,雷源忠,陈顺中. 低温物理学报. 2012(01)
[9]基于EMTDC/PSCAD的熔断器仿真模型[J]. 吴迪,李红江,毕坤,杨锋. 船电技术. 2011(06)
[10]1.5T-A1型MRI超导磁体的研制[J]. 刘艳江,汪汀,陈浩树,耿俊彦,魏晓涛,罗日安,宫博. 舰船科学技术. 2011(06)
博士论文
[1]CFETR中心螺线管超导模型线圈绕制成形关键技术研究[D]. 韩厚祥.中国科学技术大学 2019
[2]EAST聚变装置大电流全控型固态断路器研制[D]. 汪舒生.中国科学技术大学 2019
[3]电弧等离子体全域数值模拟[D]. 孙强.中国科学技术大学 2019
[4]CFETR CS模型线圈电源及磁体保护系统设计与分析[D]. 马媛媛.中国科学技术大学 2018
[5]ITER PF6线圈绕制多层多轴同步控制系统的研究[D]. 徐杰.中国科学技术大学 2017
[6]超导磁体电源变流系统模块化的关键问题研究[D]. 陈晓娇.中国科学技术大学 2017
[7]ITER极向场变流器高功率大电流电抗器的设计与研制[D]. 李传.华中科技大学 2016
[8]ITER极向场大功率非同相逆并联变流器电磁分析与设计[D]. 杨勇.华中科技大学 2016
硕士论文
[1]光伏系统直流故障电弧的特征检测与防治策略[D]. 高源.复旦大学 2014
[2]大功率变流器中快速熔断器的设计分析与选型[D]. 李森.华中科技大学 2013
[3]高压限流熔断器暂态过程仿真研究[D]. 周挺.华中科技大学 2007
[4]高压限流熔断器开断过电压研究[D]. 毛柳明.华中科技大学 2006
本文编号：3038430
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