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在托卡马克中,除欧姆加热外,中性束注入(NBI)加热是对等离子体外部加热和维持的四种主要加热方式(中性束注入、低杂波、离子回旋频段波、电子回旋频段波)中加热效率最高、物理机制最明晰的一种加热方式,它主要通过电荷交换和粒子间的碰撞加热离子和电子。为实现NBI在托卡马克上的稳定运行,世界上所有NBI无一例外的采用高压缓冲器(snubber)作为抑制短路电流保护离子源的重要手段,高压缓冲器的基本工作原理是利用阻抗限制电流的幅值,利用其电阻消耗杂散电容静态储能。 本文旨在分析snubber的工作原理和铁芯设计方法,分析推导snubber的结构参数约束条件;为深化snubber理论和扩大使用范围,给出了分布式缓冲器的设计理念,为高功率NBI系统短路故障提供更有效的保护;分析对比偏置电流源的拓扑结构,详细介绍了数字化开关电源的系统结构,深入分析开关电源的干扰源,探讨传导干扰的滤波设计方法。本文的研究工作主要包括以下几个方面: 在Fink-Baker-Owen高压缓冲器分析方法的基础上,研究snubber铁芯叠片的涡流损耗,给出了保护电路等效电阻的计算方法,通过RC放电回路,计算推导出涡流电流,根据绝缘水平和不饱和铁芯设计理论,推导snubber的结构设计条件。 基于分布电容的理念给出分布式缓冲器,为EAST建设高能中性束注入器和ITER短路保护提供理论依据。由于单个电容的减小,叠片的厚度降低,短路电流峰值得到更有效的抑制,提高了铁芯的利用率;通过这样的梯形阻尼网路,把分布电容分割成多份,设计分布式snubber各自吸收故障能量。 为缩小snubber的体积,特配置一个偏置电流源,形成反向偏置电路,其电流方向与主回路电流相反,铁芯获得反向磁通初始值。分析了工频电源、相控电源和开关电源的电路结构和性能,并从硬件、软件和通讯监控三个方面介绍了数字化开关电源的系统结构。 分析开关电源的电磁干扰问题,snubber偏置电源与Langmuir探针信号共地,对其造成高频干扰,影响NBI离子源的正常工作,本文阐述了开关电源EMI干扰源、滤波器设计方法,并在实验室设计测试了部分无源滤波器的性能。 分析开关电源的电磁干扰问题,snubber偏置电源与Langmuir探针信号共地,对其造成高频干扰,影响NBI离子源的正常工作,本文阐述了开关电源EMI干扰源、滤波器设计方法,并在实验室设计测试了部分无源滤波器的性能。