Compact Power Supplies for Tokamak Heating

ABSTRACT

As extension of power transformers, efficient large-scale contactless power transfer between stationary and reference frames is a problem of world-wide importance, to such applications as electric vehicles, materials handling and plasma heating for fusion science. Tokamak is the common developed fusion device where  heating is recognized as one of its key technologies for its future reactor roadmap. Snubber is often used as protection device in NBI system for Tokamak heating. The present NBI generally use 50/60 Hz High Voltage (HV) Insulation Transformers to configure its dc power supply to offer the bias current to the snubber, which could use the full flux swing of the core from the negative saturation point to the positive one of its BH major loop. The snubber weight could then be decreased to its half by using the bias power supply. But this  50/60Hz HV insulation transformer is much heavier than High Frequency (HF) High Voltage (HV) Insulation system. The paper gives the requirement, design and test of this Compact Power Systems based on HFHV Zero Current Switching (ZCS) technologies for Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) NBI snubber as well as its potential for its compact HVDC power supply. Its new control strategy is also  implemented with one macro pulse composed by the digital defined continuous micro pulses. Some experimental evaluations have been done to verify the analysis results, which have been extended to over 100s and could be used for detail engineering design of power supplies for EAST based on IGBT.

INTRODUCTION

THE Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) is being upgraded with 4 MW microwave (4.6 GHz/10-1000 s) and 4 MW neutral beam (NB, 50-80 keV/10- 100 s) heating systems as a part of the ongoing EAST Enhancement Programme. This is one of the largest upgrades of the EAST machine carried out within the EAST framework, two positive ion neutral injectors will be implemented in the near future as illustrated in Figure 1. In order to get the solid test foundation of the complex engineering system for about 100 s long pulse or even 3600 s, just as the requirement of ITER, one test platform is being constructed,  which includes the HV snubber as well as its bias power supply. 

چکیده

به عنوان گسترش ترانسفورماتورهای قدرت، انتقال قدرت قدرتمند بدون درز در مقیاس بزرگ بین فرکانس های ثابت و مرجع یک مشکل مهم در سراسر جهان است، به گونه ای مانند وسایل الکتریکی، انتقال مواد و پلاسما برای علم همجوشی. Tokamak دستگاه مشترک فیوژن توسعه است که در آن حرارت به عنوان یکی از فن آوری های کلیدی آن برای نقشه راه رآکتور آینده شناخته شده است. Snubber اغلب به عنوان وسیله حفاظت در سیستم NBI برای حرارت Tokamak استفاده می شود. در حال حاضر NBI معمولا از ترانسفورماتور عایق ولتاژ 50/60 هرتز (HV) استفاده می کند تا منبع تغذیه dc خود را برای ارائه جریان جریانی به snubber پیکربندی کند، که می تواند نوسان کامل جریان هسته را از نقطه اشباع منفی به مثبت از حلقه اصلی BH آن. سپس با استفاده از منبع تغذیه متعادل می توان وزن آن را به نصف کاهش داد. اما این ترانسفورماتور عایق 50 / 60Hz HV خیلی سنگین تر از سیستم عایق ولتاژ بالا (HF) High Frequency (HF) است. این مقاله مورد نیاز، طراحی و آزمایش این سیستم های قدرت فشرده را براساس تکنولوژی های HFHV Zero Switching Current (ZCS) برای Superabsorb Experimental Supermicro Tokamak (EAST) NBI و همچنین قابلیت بالقوه آن برای منبع تغذیه HVDC فشرده ارائه می دهد. استراتژی کنترل جدید خود را نیز با یک پالس ماکرو ساخته شده توسط پالس های میکرو پایدار دیجیتال تعریف شده است. برخی از ارزیابی های تجربی برای بررسی نتایج تجزیه و تحلیل انجام شده است که به بیش از 100 ثانیه گسترش یافته است و می تواند برای طراحی مهندسی جزئیات منبع تغذیه برای شرق بر اساس IGBT استفاده شود.

مقدمه

تکامک تجربی Superconducting Tokamak (EAST) با 4 مایکت مایکروویو (4.6 GHz / 10-1000 ثانیه) و سیستم های گرمایش 4 MW (NB، 50-80 keV / 10-100 ثانیه) به عنوان بخشی از جریان برنامه توسعه ی شرقی. این یکی از بزرگترین ارتقاء ماشین EAST در چارچوب EAST است، دو تزریق مثبت یون های خنثی در آینده نزدیک به شکل 1 نشان داده شده است. برای بدست آوردن پایه آزمون جامد از سیستم مهندسی پیچیده برای تقریبا 100 سنت طولانی یا حتی 3600 ثانیه، همانطور که نیاز ITER، یک پلت فرم تست ساخته شده است که شامل HV snubber و همچنین منبع تغذیه متعادل آن است.

Year: 2012

Publisher : IEEE

By : Ge Li , Yingui Zhou , Haitian Wang , Peng Fu and Liang Cao

File Information: English Language/ 6 Page / size: 595 KB

Download

سال : 1391

ناشر : IEEE

کاری از : جی لی، یینگویی ژو، هائیتی وانگ، پنگ فو و لیانگ کائو

اطلاعات فایل : زبان انگلیسی / 6 صفحه / حجم : KB 595

لینک دانلود