100kV/60A PSM高压电源控制系统的研制

摘要

电子回旋共振加热（ECRH）是聚变装置重要的等离子体加热手段，高压电源是ECRH系统的关键组件。J-TEXT上将开展ECRH辅助加热相关研究，研制了一套100kV/60A基于PSM(脉冲阶梯调制)技术的高压电源，为ECRH系统提供高压电源。本文根据这套PSM高压电源的运行模式和控制需求，对其控制系统的进行了设计和研制。
　　本文首先分析了PSM技术的原理，引出基于PSM技术研制的高压电源硬件结构及主电路拓扑，并对高压电源的各个组成部分做了简单说明。考虑到高压电源由144个电源模块构成，需要控制的信号比较多，算法实现较为复杂，并且需要符合中控的CODAC规范，本文调研了多种基于不同硬件结构的控制系统，详细对比了这几种方案的优劣，最终设计了基于PXI技术的控制系统对电源进行控制，该控制系统主要由NI嵌入式控制器和FPGA构成，能较好的控制PSM高压电源。
　　针对PSM高压电源的控制需求以及功能要求，本文采用LabVIEW开发了PSM高压电源的控制程序，设计了基于两种不同算法的控制方式：传统的移相PWM算法以及首创的排队PWM算法。在已建成的PSM高压电源上进行了多项测试，从输出电压的调制性能、稳定性及系统的过流响应特性等多个方面对基于两种算法的控制程序进行了验证。测试结果表明基于移相PWM算法和排队PWM算法的控制程序都能较好的对高压电源进行控制，但是基于排队PWM算法的控制系统表现更为出色，控制更为简单，响应速度更快，更符合PSM高压电源的要求。
　　本论文完成了100kV/60A PSM高压电源控制系统的设计和实现，为100kV/60A高压电源的可靠运行提供了保障，为将来J-TEXT开展ECRH辅助加热的相关研究奠定了基础。

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1 绪论

1.1 课题背景

1.2 高压电源技术研究

1.3 本论文涉及的具体工作

1.4 本论文的特色之处

2 PSM高压电源控制系统硬件设计

2.1 PSM技术原理及应用

2.2 PSM高压电源电路结构及硬件构成

2.3 控制系统硬件设计

2.4 控制系统硬件构成

3 PSM高压电源控制软件设计

3.1 基于移相PWM的控制系统

3.2 基于排队PWM的控制系统设计

4 实验测试与分析

4.1 基于移相PWM算法控制系统测试

4.2 基于排队PWM算法控制系统测试

4.3 本章小结

5 总结与展望

致谢

参考文献

附录 攻读学位期间发表的论文目录