【摘 要】
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本课题是国际直线对撞机(ILC)的预研项目。论文内容涵盖电源方案设计、调制器单元研制、数字化控制系统设计和高压实验及结果。
本课题根据ILC的设计参数实现调制器设计
【出 处】
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中国科学院研究生院 中国科学院大学
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本课题是国际直线对撞机(ILC)的预研项目。论文内容涵盖电源方案设计、调制器单元研制、数字化控制系统设计和高压实验及结果。
本课题根据ILC的设计参数实现调制器设计。在ILC参考设计报告中,调制器要求输出脉冲电压120kV,脉冲电流140A,脉冲宽度O~1.5ms可调,脉冲重复频率5Hz,脉冲平顶度小于±0.5%。
在调研国内外同类电源设计方案和计算机模拟仿真的基础上,确立了电源主要的设计方案:基于Marx发生器原理,以IGBT固态器件为开关,结合数字控制系统实现ILC对调制器的设计要求。为解决长脉冲中电压顶部降落问题,Marx固态调制器采用主放电单元、延时补偿单元和微调补偿单元相结合的方法。模块化和冗余设计能够最大程度地减少平均维护时间(MTTR),以适应将来ILC低维护成本的要求。
Marx调制器单元研制中分析了IGBT串并联技术,并对静态、动态均压进行了计算和模拟;对高压充电机、储能电容器、控制电源转换模块及电压电流检测和保护电路等功能部件进行了分析、选择和硬件实现。经过测试的各部件按照电气标准布局到Marx固态调制器单元支架上。
控制系统采用数字化控制,通过程序可方便实现脉冲宽度的调节、电流电压和故障的实时监测、故障时的快速连锁保护等功能。数字化控制系统在大电流脉冲环境下表现出了良好的稳定性和抗干扰性,有助于电源性能的提高。
通过测试的各单元在Marx调制器支架上完成了高压实验,包括主要器件功能性实验、一单元实验和多单元叠加实验等。实验证明设计思路合理,各器件达到设计指标。
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