[發明專利]一種托克馬克歐姆加熱線圈控制系統及方法

在審

• 申請號: 201811511245.5
• 申請日: 2018-12-11
• 公開（公告）號: CN111315107A
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 周建;任磊磊;李佳鮮;鄭國堯;張錦華;宋顯明;羅萃文
• 申請（專利權）人: 核工業西南物理研究院
• 主分類號: H05H1/02
• 分類號: H05H1/02
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 劉昕宇

本發明屬于聚變系統加熱線圈的控制領域，具體涉及一種托克馬克歐姆加熱線圈控制系統和控制方法。一種托克馬克歐姆加熱線圈控制系統，包括：發電機，發電機與交流變壓器電連接，交流變壓器的輸出端通過開關橋與歐姆加熱線圈。本發明的顯著效果是：由于采用了實時LINUX和FPGA組成的控制系統，同時采用良好的控制方法使得該控制系統具有良好的實時性和多任務處理能力。系統采用GPS時鐘同步系統內的計算機時鐘，保證了各系統的同步操作同步通信和同步傳輸。此外利用FPGA根據控制角度產生的高精度控制脈沖操作晶閘管的開通和關斷，實現等離子控制所需歐姆電流的精確控制。

技術領域

本發明屬于聚變系統加熱線圈的控制領域，具體涉及一種托克馬克歐姆加熱線圈控制系統及方法。

背景技術

托克馬克裝置是通過變化電流產生穩定的磁場來約束和控制等離子體的電流和位形。在等離子放電期間歐姆加熱線圈在等離子擊穿，爬升和維持等離子電流中起到決定性作用。等離子電流會因歐姆加熱線圈的電流波動而引起等離子電流的不穩定性，穩定的歐姆加熱線圈供電和過零對實現穩定的等離子電流控制具有相當重要的意義。因此需要設計良好的控制系統和控制方法以得到良好的控制效果。

由于托克馬克裝置歐姆加熱線圈自身運行方式比較復雜加上電流控制比較困難，目前歐姆加熱線圈的電流控制普遍不理想。當前歐姆加熱線圈的控制系統和控制方式大體有以下幾種形式：以單片機或DSP芯片構成的H橋式反饋供電控制系統，以Windows或DOS構成的三相變流器無環流模式反饋供電控制系統和以實時Linux構成的三相變流器環流模式反饋供電控制系統。以單片機或DSP構成的H橋式供電控制系統在三者中應用最廣泛同時技術比較成熟，但是存在環流狀態下電流不可控的缺點且系統抗干擾能力較差等缺點。以Windows或DOS構成的三相變流器無環流模式供電控制系統存在電流過零時間不確定，同時易引起等離子電流波動和控制時間延遲。以實時Linux系統構成的三相變流器有環流模式供電控制系統利用雙向變流器供電的穩定性和可控的環流模式，實現歐姆加熱線圈的電流精確控制。此外由于采用了實時控制系統降低了控制系統在歐姆加熱線圈供電過程中的時間延遲，增強了線圈供電效率和安全性。對大型托克馬克歐姆加熱線圈的電流控制采用以實時操作Linux系統構成的三相變流器環流模式供電將會提高等離子控制的穩定性和精確性，因此此項技術具有重要意義。

發明內容

本發明針對現有技術的缺陷，提供一種托克馬克歐姆加熱線圈控制系統和控制方法，解決現有控制系統中的電流過零時間不可控，環流模式運行和控制時間延遲的問題。

本發明是這樣實現的：一種托克馬克歐姆加熱線圈控制系統，包括：發電機，發電機與交流變壓器電連接，交流變壓器的輸出端通過開關橋與歐姆加熱線圈。

如上所述的一種托克馬克歐姆加熱線圈控制系統，其中，所述的橋開關包括兩個反向設置的三極管，兩個三極管的基極分別通過開關與交流變壓器的正向輸出和反向輸出電連接，兩個三極管的發射極作為橋開關的輸出端，兩個三極管的集電極分別作為正向和反向電流的電流控制。

如上所述的一種托克馬克歐姆加熱線圈控制系統，其中，作為正向和反向電流控制的三極管的集電極分別于外部的正向電流控制和負向電流控制電連接。

如上所述的一種托克馬克歐姆加熱線圈控制系統，其中，開關橋上設有環流測定。

一種托克馬克歐姆加熱線圈控制方法，其中，包括下述步驟：

步驟一、根據等離子放電需求實時控制閉合K1開關，實時控制系統控制導通正向三相變流器F1(F2關閉)開始對歐姆加熱線圈進行正向供電使歐姆加熱線圈進行充磁過程，

步驟二、實時控制系統控制三相變流器F1導通進行逆變動作使線圈內電流迅速下降出現較大的感應電流實現等離子擊穿和爬升，為了保證可控晶閘管有充足的關斷時間，安全的控制余量和防止深度逆變造成的器件燒毀，在歐姆加熱線圈逆變過程中采用90°α_正120°作為逆變控制角進行控制；