CN1925061A - Tokmak放电低杂波功率模式控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种TOKMAK放电低杂波功率模式控制方法，其特征在于通过计算机来控制PIN开关的状态以控制低杂波前级功率，从而控制速调管输出来实现各种实验需要的微波功率模式。入射功率和反射功率微波信号和等离子体电流信号Ip和变压器磁通消耗量信号Def一起经过功率控制计算机判别，根据控制模式的需要来控制D0输出电平，从而控制隔直驱动电路的电平输出，进而控制各子路的PIN开关，实现不同模式低杂波功率输出。本发明为聚变装置新的物理实验提供了可靠的技术保障。在HT－7超导TOKAMAK装置上，在低杂波新的模式控制的基础上，初步实现了交流放电模式，放电时间近60s。

Description

TOKMAK放电低杂波功率模式控制方法
技术领域
本发明属于核技术领域，具体是在核聚变装置上根据实验需要实现对低杂波功率模式的控制技术。
背景技术
低杂波是目前核聚变实验中进行电流驱动和加热的重要手段之一。低杂波系统一般是由多支高功率速调管组成的庞大系统。目前国内的聚变装置上，对低杂波的运用还是常规的模式：在一次放电过程中，等离子体电流IP是单向的，低杂波功率只能根据设定的脉冲宽度T和IP保护信号(IP电流低于设定值时关闭低杂波功率输出)由速调管的高压源开关来控制。这种模式低杂波在放电期间是在等离子体大电流的时候投入功率，放电快结束的时候由IP保护信号来关断高压源，即终止微波功率。
现有技术的问题：
不能满足当前各种物理实验的要求。例如，TOKMAK交流放电运行模式，等离子体电流IP将是交流模式；低杂波功率将不同于普通的单向等离子体大电流时加波的模式，而是IP过零点期间(-50ms)或者交流全程加波；而且交流放电的时候不能再根据IP保护信号来决定波功率的终止时间。
另外，在当前普通模式下，是通过高压源对功率的控制只能实现ms级的变化，不能实现快速关断和快速保护的要求。
发明内容
本发明是提供一种TOKMAK放电低杂波功率模式控制方法，旨在通过低杂波前级功率的控制来实现聚变实验的各种功率模式需要。
本发明主要内容：
TOKMAK放电低杂波功率模式控制方法，其特征在于通过计算机来控制PIN开关的状态以控制低杂波前级功率，速调管前级小功率的自由控制以实现速调管大功率开关状态，进而实现各种实验需要的微波功率模式：在从N支大功率速调管输出的微波功率通过天线送入TOKAMAK中，为测量微波功率信号，在每一路传输线上分别安装一个微波定向耦合器，每一路定向耦合器来的系统入射功率和反射功率微波信号经过隔直、滤波后，送给检波器，输出检波电压，检波电压送给放大电路，放大输出电压；N路入射功率微波信号和N路反射功率微波信号以及从TOKAMAK总控制室发出的的等离子体电流信号Ip、变压器磁通消耗量信号Def和给低杂波系统的触发信号一起送给功率控制计算机AD卡采集；功率控制计算机根据变压器磁通消耗量信号Def、等离子体电流信号Ip的大小及设定的占空比，控制N路DO数字信号输出TTL电平的高低，进而使得N路隔离驱动电路输出高低电平，来分别控制低杂波前级的N个子路PIN开关的导通或截止状态，实现不同模式低杂波功率输出。所述的N为12。
本控制方法解决了TOKAMAK各类放电模式的保护方式。普通的保护方式就是根据等离子体电流的大小来判断放电是否结束；在交流放电及预电离等实验中，由于没有等离子体电流IP保护信号，必须提供新的保护模式。本发明提出根据等离子体电流信号的过零点时间(计算IP值在±IM之间的时间宽度TM，IM根据保护需要来设定)来判断放电是否结束。正常的交流放电模式过零点时间是很快的，一旦控制程序判断等离子体过零点时间超过设定值，就会迅速关断总的微波输出，以实现保护的目的。
本发明的优点：
(1)实现低杂波功率的快速关断和快速保护。在低杂波前级的各个速调管输入功率支路上增加PIN开关，通过这个开关，可以实现us级的控制，能够实现快速关断和保护的需要。
(2)实现各种物理实验需要的低杂波功率控制模式。比如低杂波功率调制模式、交流放电功率模式以及预电离模式等。为实现各种控制模式，功率控制计算机的采集卡能采集各种实验相关的模拟数据信号并进行A/D转换，同时能够进行DO输出来控制PIN开关。DO输出高电平时，隔离驱动电路输出+15V，PIN开关导通，关断微波输出。反之低电平时打开微波输出。这样根据各种物理实验的需要，计算机程序能够自如的控制低杂波的功率模式。
(3)为系统安全的需要，在交流放电及预电离等实验中，由于没有等离子体电流IP保护信号，必须提供新的保护模式。本发明提出根据等离子体电流信号的过零点时间(计算IP值在±IM之间的时间宽度TM，IM根据保护需要来设定)来判断放电是否结束。
本发明为聚变装置新的物理实验提供了可靠的技术保障。在HT-7超导TOKAMAK装置上，在低杂波新的模式控制的基础上，初步实现了交流放电模式，放电时间近60s。
附图说明
图1是本发明HT-7托卡马克装置低杂波功率控制系统示意图。
图2是本发明HT-7托卡马克装置低杂波控制程序流程图。
图3是本发明HT-7装置上通过低杂波功率调制观察电子慢化行为的实验波形。其中PLHI就是低杂波功率信号，功率在加波500ms以后开始调制。
具体实施方式
在我国第一个超导TOKAMAK装置HT-7上，实现了本发明提出的低杂波功率模式控制系统。
从12支大功率速调管(总功率1.2MW)输出的微波功率通过微波传输线(波导)送入TOKAMAK。为测量微波功率信号，我们在12路传输线上分别安装了一个微波定向耦合器。12路定向耦合器(Directional Couplers)耦合出来的系统入射功率(Incident power)和反射功率(Reflected power)微波信号经过隔直、滤波后，送给检波器(Detector)，检波输出电压0-100mV，检波电压送给放大电路，放大输出电压为0-4V(对应功率0-100KW)。12路入射和12路反射信号以及HT-7总控制室的等离子体电流(Ip)信号、变压器磁通消耗量(Def)信号和给低杂波系统的触发信号一起送给工控机AD卡采集。
低杂波控制计算机通过DO输出12路TTL电平来分别控制低杂波前级(速调管的小微波功率输入)的各个子路PIN开关(Sub-PIN Switch)的状态。DO输出高电平时，隔离驱动电路(Isolator and Driver Circuit)输出+15V，PIN开关导通，关断微波前级输出。反之低电平时打开微波前级输出。
低杂波控制程序在接收到HT-7总控制室来的触发信号时开始工作，程序采集数据的同时判断反射功率的大小以及Ip和Def等信号，在高反射和Ip电流熄灭以及运行模式需要的时候，程序控制DO输出来调节前级各个Sub-PIN开关的状态，通过快速控制各个速调管前级功率来控制实现不同模式低杂波功率输出。

Claims (2)

1、KMAK放电低杂波功率模式控制方法，其特征在于通过计算机来控制PIN开关的状态以控制低杂波前级功率，速调管前级小功率的自由控制以实现速调管大功率开关状态，进而实现各种实验需要的微波功率模式：在从N支大功率速调管输出的微波功率通过天线送入TOKAMAK中，为测量微波功率信号，在每一路传输线上分别安装一个微波定向耦合器，每一路定向耦合器来的系统入射功率和反射功率微波信号经过隔直、滤波后，送给检波器，输出检波电压，检波电压送给放大电路，放大输出电压；N路入射功率微波信号和N路反射功率微波信号以及从TOKAMAK总控制室发出的的等离子体电流信号Ip、变压器磁通消耗量信号Def和给低杂波系统的触发信号一起送给功率控制计算机AD卡采集；功率控制计算机根据变压器磁通消耗量信号Def、等离子体电流信号Ip的大小及设定的占空比，控制N路DO数字信号输出TTL电平的高低，进而使得N路隔离驱动电路输出高低电平，来分别控制低杂波前级的N个子路PIN开关的导通或截止状态，实现不同模式低杂波功率输出。
2、根据权利要求1所述的KMAK放电低杂波功率模式控制方法，其特征在于所述的N为12。
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