J-TEXT擾動場交流電源頻率控制系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、托卡馬克裝置是當(dāng)前研究核聚變能應(yīng)用的重要方法之一，它利用磁場約束燃燒等離子體使其達到或接近反應(yīng)條件。托卡馬克等離子體中具有多種磁流體不穩(wěn)定性，撕裂模就是其中一種典型的危害甚大的不穩(wěn)定性。擾動場是研究托卡馬克等離子體撕裂模的重要手段，交流的線圈驅(qū)動電源是交變轉(zhuǎn)動擾動磁場的客觀的必備條件。
　　在J-TEXT托卡馬克中，為得到一個環(huán)向轉(zhuǎn)動的擾動磁場，用于研究擾動場對撕裂模的作用，在真空室內(nèi)設(shè)計了四組動態(tài)擾動場線圈，組間環(huán)向間隔90°，

2、每一組線圈由三個單匝線圈構(gòu)成。當(dāng)四組線圈通電電流相位依次相差90°時，可在真空室內(nèi)產(chǎn)生環(huán)向轉(zhuǎn)動的擾動磁場。故需要設(shè)計兩套相位相差90°的交流電源，每套電源給反向串聯(lián)的兩組線圈供電。
　　本文分析了擾動場電源的設(shè)計需求，為使電源輸出電流大、工作頻率高、波形質(zhì)量高、對其他信號干擾小，綜合考慮建設(shè)成本，最終采用了基于串聯(lián)諧振的AC-DC-AC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本文簡要介紹了電源的工作原理以及工作過程，并對相關(guān)的電源參數(shù)進行了仿真和計算。擾動場交

3、流電源電流的頻率是實驗研究中的關(guān)鍵參數(shù)，為此控制電源的負(fù)載頻率和相位非常重要。在實驗過程中，負(fù)載參數(shù)不斷變化，為使電源始終處于諧振狀態(tài)，本文設(shè)計了基于全數(shù)字鎖相環(huán)控制結(jié)構(gòu)，對負(fù)載電流的頻率和相位進行跟蹤控制，控制程序運行在FPGA核心板上，基于Verilog HDL語言編寫。FPGA輸出驅(qū)動信號控制IGBT開關(guān)管的開通和關(guān)斷。
　　擾動場交流電源設(shè)計的工作頻率為1kHz~5kHz,輸出電流在5kHz時可達到5kA,負(fù)載電流諧波畸變