專利名稱：Tokmak放電低雜波功率模式控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于核技術(shù)領(lǐng)域，具體是在核聚變裝置上根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要實(shí)現(xiàn)對低雜波功率模式的控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
低雜波是目前核聚變實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行電流驅(qū)動和加熱的重要手段之一。低雜波系統(tǒng)一般是由多支高功率速調(diào)管組成的龐大系統(tǒng)。目前國內(nèi)的聚變裝置上，對低雜波的運(yùn)用還是常規(guī)的模式在一次放電過程中，等離子體電流IP是單向的，低雜波功率只能根據(jù)設(shè)定的脈沖寬度T和IP保護(hù)信號(IP電流低于設(shè)定值時(shí)關(guān)閉低雜波功率輸出)由速調(diào)管的高壓源開關(guān)來控制。這種模式低雜波在放電期間是在等離子體大電流的時(shí)候投入功率，放電快結(jié)束的時(shí)候由IP保護(hù)信號來關(guān)斷高壓源，即終止微波功率。
現(xiàn)有技術(shù)的問題不能滿足當(dāng)前各種物理實(shí)驗(yàn)的要求。例如，TOKMAK交流放電運(yùn)行模式，等離子體電流IP將是交流模式；低雜波功率將不同于普通的單向等離子體大電流時(shí)加波的模式，而是IP過零點(diǎn)期間(-50ms)或者交流全程加波；而且交流放電的時(shí)候不能再根據(jù)IP保護(hù)信號來決定波功率的終止時(shí)間。
另外，在當(dāng)前普通模式下，是通過高壓源對功率的控制只能實(shí)現(xiàn)ms級的變化，不能實(shí)現(xiàn)快速關(guān)斷和快速保護(hù)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是提供一種TOKMAK放電低雜波功率模式控制方法，旨在通過低雜波前級功率的控制來實(shí)現(xiàn)聚變實(shí)驗(yàn)的各種功率模式需要。
本發(fā)明主要內(nèi)容TOKMAK放電低雜波功率模式控制方法，其特征在于通過計(jì)算機(jī)來控制PIN開關(guān)的狀態(tài)以控制低雜波前級功率，速調(diào)管前級小功率的自由控制以實(shí)現(xiàn)速調(diào)管大功率開關(guān)狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各種實(shí)驗(yàn)需要的微波功率模式在從N支大功率速調(diào)管輸出的微波功率通過天線送入TOKAMAK中，為測量微波功率信號，在每一路傳輸線上分別安裝一個(gè)微波定向耦合器，每一路定向耦合器來的系統(tǒng)入射功率和反射功率微波信號經(jīng)過隔直、濾波后，送給檢波器，輸出檢波電壓，檢波電壓送給放大電路，放大輸出電壓；N路入射功率微波信號和N路反射功率微波信號以及從TOKAMAK總控制室發(fā)出的的等離子體電流信號Ip、變壓器磁通消耗量信號Def和給低雜波系統(tǒng)的觸發(fā)信號一起送給功率控制計(jì)算機(jī)AD卡采集；功率控制計(jì)算機(jī)根據(jù)變壓器磁通消耗量信號Def、等離子體電流信號Ip的大小及設(shè)定的占空比，控制N路DO數(shù)字信號輸出TTL電平的高低，進(jìn)而使得N路隔離驅(qū)動電路輸出高低電平，來分別控制低雜波前級的N個(gè)子路PIN開關(guān)的導(dǎo)通或截止?fàn)顟B(tài)，實(shí)現(xiàn)不同模式低雜波功率輸出。所述的N為12。
本控制方法解決了TOKAMAK各類放電模式的保護(hù)方式。普通的保護(hù)方式就是根據(jù)等離子體電流的大小來判斷放電是否結(jié)束；在交流放電及預(yù)電離等實(shí)驗(yàn)中，由于沒有等離子體電流IP保護(hù)信號，必須提供新的保護(hù)模式。本發(fā)明提出根據(jù)等離子體電流信號的過零點(diǎn)時(shí)間(計(jì)算IP值在±IM之間的時(shí)間寬度TM，IM根據(jù)保護(hù)需要來設(shè)定)來判斷放電是否結(jié)束。正常的交流放電模式過零點(diǎn)時(shí)間是很快的，一旦控制程序判斷等離子體過零點(diǎn)時(shí)間超過設(shè)定值，就會迅速關(guān)斷總的微波輸出，以實(shí)現(xiàn)保護(hù)的目的。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)(1)實(shí)現(xiàn)低雜波功率的快速關(guān)斷和快速保護(hù)。在低雜波前級的各個(gè)速調(diào)管輸入功率支路上增加PIN開關(guān)，通過這個(gè)開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)us級的控制，能夠?qū)崿F(xiàn)快速關(guān)斷和保護(hù)的需要。
(2)實(shí)現(xiàn)各種物理實(shí)驗(yàn)需要的低雜波功率控制模式。比如低雜波功率調(diào)制模式、交流放電功率模式以及預(yù)電離模式等。為實(shí)現(xiàn)各種控制模式，功率控制計(jì)算機(jī)的采集卡能采集各種實(shí)驗(yàn)相關(guān)的模擬數(shù)據(jù)信號并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，同時(shí)能夠進(jìn)行DO輸出來控制PIN開關(guān)。DO輸出高電平時(shí)，隔離驅(qū)動電路輸出+15V，PIN開關(guān)導(dǎo)通，關(guān)斷微波輸出。反之低電平時(shí)打開微波輸出。這樣根據(jù)各種物理實(shí)驗(yàn)的需要，計(jì)算機(jī)程序能夠自如的控制低雜波的功率模式。
(3)為系統(tǒng)安全的需要，在交流放電及預(yù)電離等實(shí)驗(yàn)中，由于沒有等離子體電流IP保護(hù)信號，必須提供新的保護(hù)模式。本發(fā)明提出根據(jù)等離子體電流信號的過零點(diǎn)時(shí)間(計(jì)算IP值在±IM之間的時(shí)間寬度TM，IM根據(jù)保護(hù)需要來設(shè)定)來判斷放電是否結(jié)束。
本發(fā)明為聚變裝置新的物理實(shí)驗(yàn)提供了可靠的技術(shù)保障。在HT-7超導(dǎo)TOKAMAK裝置上，在低雜波新的模式控制的基礎(chǔ)上，初步實(shí)現(xiàn)了交流放電模式，放電時(shí)間近60s。


圖1是本發(fā)明HT-7托卡馬克裝置低雜波功率控制系統(tǒng)示意圖。
圖2是本發(fā)明HT-7托卡馬克裝置低雜波控制程序流程圖。
圖3是本發(fā)明HT-7裝置上通過低雜波功率調(diào)制觀察電子慢化行為的實(shí)驗(yàn)波形。其中PLHI就是低雜波功率信號，功率在加波500ms以后開始調(diào)制。
具體實(shí)施例方式
在我國第一個(gè)超導(dǎo)TOKAMAK裝置HT-7上，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明提出的低雜波功率模式控制系統(tǒng)。
從12支大功率速調(diào)管(總功率1.2MW)輸出的微波功率通過微波傳輸線(波導(dǎo))送入TOKAMAK。為測量微波功率信號，我們在12路傳輸線上分別安裝了一個(gè)微波定向耦合器。12路定向耦合器(Directional Couplers)耦合出來的系統(tǒng)入射功率(Incident power)和反射功率(Reflected power)微波信號經(jīng)過隔直、濾波后，送給檢波器(Detector)，檢波輸出電壓0-100mV，檢波電壓送給放大電路，放大輸出電壓為0-4V(對應(yīng)功率0-100KW)。12路入射和12路反射信號以及HT-7總控制室的等離子體電流(Ip)信號、變壓器磁通消耗量(Def)信號和給低雜波系統(tǒng)的觸發(fā)信號一起送給工控機(jī)AD卡采集。
低雜波控制計(jì)算機(jī)通過DO輸出12路TTL電平來分別控制低雜波前級(速調(diào)管的小微波功率輸入)的各個(gè)子路PIN開關(guān)(Sub-PIN Switch)的狀態(tài)。DO輸出高電平時(shí)，隔離驅(qū)動電路(Isolator and Driver Circuit)輸出+15V，PIN開關(guān)導(dǎo)通，關(guān)斷微波前級輸出。反之低電平時(shí)打開微波前級輸出。
低雜波控制程序在接收到HT-7總控制室來的觸發(fā)信號時(shí)開始工作，程序采集數(shù)據(jù)的同時(shí)判斷反射功率的大小以及Ip和Def等信號，在高反射和Ip電流熄滅以及運(yùn)行模式需要的時(shí)候，程序控制DO輸出來調(diào)節(jié)前級各個(gè)Sub-PIN開關(guān)的狀態(tài)，通過快速控制各個(gè)速調(diào)管前級功率來控制實(shí)現(xiàn)不同模式低雜波功率輸出。
權(quán)利要求
1.KMAK放電低雜波功率模式控制方法，其特征在于通過計(jì)算機(jī)來控制PIN開關(guān)的狀態(tài)以控制低雜波前級功率，速調(diào)管前級小功率的自由控制以實(shí)現(xiàn)速調(diào)管大功率開關(guān)狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各種實(shí)驗(yàn)需要的微波功率模式在從N支大功率速調(diào)管輸出的微波功率通過天線送入TOKAMAK中，為測量微波功率信號，在每一路傳輸線上分別安裝一個(gè)微波定向耦合器，每一路定向耦合器來的系統(tǒng)入射功率和反射功率微波信號經(jīng)過隔直、濾波后，送給檢波器，輸出檢波電壓，檢波電壓送給放大電路，放大輸出電壓；N路入射功率微波信號和N路反射功率微波信號以及從TOKAMAK總控制室發(fā)出的的等離子體電流信號Ip、變壓器磁通消耗量信號Def和給低雜波系統(tǒng)的觸發(fā)信號一起送給功率控制計(jì)算機(jī)AD卡采集；功率控制計(jì)算機(jī)根據(jù)變壓器磁通消耗量信號Def、等離子體電流信號Ip的大小及設(shè)定的占空比，控制N路DO數(shù)字信號輸出TTL電平的高低，進(jìn)而使得N路隔離驅(qū)動電路輸出高低電平，來分別控制低雜波前級的N個(gè)子路PIN開關(guān)的導(dǎo)通或截止?fàn)顟B(tài)，實(shí)現(xiàn)不同模式低雜波功率輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的KMAK放電低雜波功率模式控制方法，其特征在于所述的N為12。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種TOKMAK放電低雜波功率模式控制方法，其特征在于通過計(jì)算機(jī)來控制PIN開關(guān)的狀態(tài)以控制低雜波前級功率，從而控制速調(diào)管輸出來實(shí)現(xiàn)各種實(shí)驗(yàn)需要的微波功率模式。入射功率和反射功率微波信號和等離子體電流信號Ip和變壓器磁通消耗量信號Def一起經(jīng)過功率控制計(jì)算機(jī)判別，根據(jù)控制模式的需要來控制D0輸出電平，從而控制隔直驅(qū)動電路的電平輸出，進(jìn)而控制各子路的PIN開關(guān)，實(shí)現(xiàn)不同模式低雜波功率輸出。本發(fā)明為聚變裝置新的物理實(shí)驗(yàn)提供了可靠的技術(shù)保障。在HT－7超導(dǎo)TOKAMAK裝置上，在低雜波新的模式控制的基礎(chǔ)上，初步實(shí)現(xiàn)了交流放電模式，放電時(shí)間近60s。
文檔編號G05B15/02GK1925061SQ20061008627
公開日2007年3月7日 申請日期2006年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月29日
發(fā)明者王茂, 單家芳 申請人:中國科學(xué)院等離子體物理研究所