强激光与粒子束
2022, 34(11): 116003
仝玮 1,1,2,2李华 1,1傅鹏 1,1王琨 1,1,2,2[ ... ]宋执权 1,1,*
1 中国科学院 等离子体物理研究所，合肥 230031
2 中国科学技术大学 科学岛分院，合肥 230026
对脉冲工况下超导磁体失超保护系统的晶闸管阀组缓冲回路参数进行设计和优化。基于晶闸管反向恢复电流的指数衰减模型建立了晶闸管关断时刻的电流数学模型。通过测试实验获得关键参数之间的关系并结合晶闸管性能及系统要求在Matlab中建立晶闸管电流反向恢复模型。考虑关断时刻电流下降率、反向恢复电压峰值等性能指标要求及回路研制费用，提出了一种脉冲工况下晶闸管缓冲回路的参数设计及优化方法。在Matlab中搭建失超保护系统模型，对比优化前后缓冲回路对系统在晶闸管关断时刻电气性能的影响，仿真结果显示，相比于原参数，最优参数下，反向恢复电压峰值降低了11%，反向恢复电压变化率峰值降低了43%。同时，回路制造成本降低为原先的1/7。
失超保护 晶闸管 缓冲回路 脉冲电流 quench protection thyristor snubber circuit pulse current 强激光与粒子束
2020, 32(2): 025015
1 中国科学院 合肥物质科学研究院, 等离子体物理研究所, 合肥 230031
2 中国科学技术大学 科学岛分院, 合肥 230026
中国聚变工程实验堆（CFETR）是中国自主设计的下一代聚变装置，其超导线圈的电流最大达到100 kA。失超保护系统尤其是直流保护开关的可靠性对于超导线圈的保护极为重要。分析了系统中泄能回路参数对CFETR失超保护开关的动作可靠性影响，首先通过理论计算分析杂散参数对开关动作的影响趋势，然后通过仿真求解关断过程中各支路电流电压来验证计算。计算结果证明，较大的泄能支路杂散参数将改变直流开关的关断参数，并降低直流保护开关的动作可靠性。最后对泄能电阻杂散电感提出小于120 μH的设计要求，确保系统安全可靠地运行。
失超保护 直流保护开关 杂散电感 泄能支路 可靠性 CFETR CFETR quench protection DC protection switch stray inductance discharge branch reliability 强激光与粒子束
2019, 31(8): 086001
1 中国科学院 合肥物质科学研究院 等离子体所 合肥 230031
2 中国科学技术大学 科学岛分院, 合肥 230026
计算了采用二极管等效电压源模型和等效电阻模型的退磁回路电流响应和二极管功耗, 分析了两个模型的特点和差异, 在此基础上, 为了进一步提高精度, 充分考虑了二极管的非线性特性, 以实际二极管伏安特性进行曲线拟合建立函数关系式得到二极管非线性模型, 代入回路方程并求解。综合对比各模型的仿真结果后, 得出采用二极管非线性模型和等效电压源模型能更好地模拟退磁保护响应。
超导电源 退磁 失超保护 回路计算 曲线拟合 superconducting power supply demagnetization quench protection circuit calculation curve fitting 强激光与粒子束
2019, 31(3): 036004
中国科学院 等离子体物理研究所 电源及控制工程研究室, 合肥 230031
中国聚变工程实验堆中的超导线圈失超保护开关要求的额定参数达到了10 kV/±100 kA, 针对该运行参数提出了一种混合式直流开关。承担稳态通流的机械开关采用了三级触头结构, 可以降低固态开关的通流时间。双向固态开关的阀串采用二极管桥与IGBT组合的形式, 结温分析证明可以提高器件的流通电流限制, 并对该基本单元拓扑进行了大电流开断实验, 验证了该设计的可行性。
中国聚变工程实验堆 失超保护 直流开关 结温分析 China Fusion Engineering Experiment Reactor quench protection DC switch junction temperature analysis 强激光与粒子束
2019, 31(4): 040010
1 哈尔滨工业大学 低温与超导技术研究所, 哈尔滨 150001
2 劳伦兹伯克利国家实验室, 加利福尼亚 94720, 美国
超导磁体失超过程的过电压准确分析是失超保护系统设计的基础。对于分段保护的超导螺线管磁体, 在传统椭球形正常区失超传播模型的基础上, 将3维温度计算结果映射到1维导线方向上, 确定沿导线的温度分布, 进而计算出各匝电阻。将线圈看作以匝为单位的电阻和电感组成的电路, 计算出沿导线的电阻电压、电感电压以及合电压瞬态分布, 较准确地估计了失超过程中最大对地电压、层间电压和匝间电压。利用该方法对某分段保护的螺线管磁体进行了计算, 获得了失超过程中磁体内部过电压；发现磁体内部的电压分布由方向相反的电感电压和电阻电压共同决定；以单段正常区电阻电压作为该磁体对地电压过于保守。
超导磁体 失超保护 分段保护 失超模拟 过电压 superconducting magnets quench protection multi-sectioned protection quench simulation over voltage
