[发明专利]一种托克马克欧姆加热线圈控制系统及方法

说明书

本发明属于聚变系统加热线圈的控制领域，具体涉及一种托克马克欧姆加热线圈控制系统和控制方法。一种托克马克欧姆加热线圈控制系统，包括：发电机，发电机与交流变压器电连接，交流变压器的输出端通过开关桥与欧姆加热线圈。本发明的显著效果是：由于采用了实时LINUX和FPGA组成的控制系统，同时采用良好的控制方法使得该控制系统具有良好的实时性和多任务处理能力。系统采用GPS时钟同步系统内的计算机时钟，保证了各系统的同步操作同步通信和同步传输。此外利用FPGA根据控制角度产生的高精度控制脉冲操作晶闸管的开通和关断，实现等离子控制所需欧姆电流的精确控制。

技术领域

本发明属于聚变系统加热线圈的控制领域，具体涉及一种托克马克欧姆加热线圈控制系统及方法。

背景技术

托克马克装置是通过变化电流产生稳定的磁场来约束和控制等离子体的电流和位形。在等离子放电期间欧姆加热线圈在等离子击穿，爬升和维持等离子电流中起到决定性作用。等离子电流会因欧姆加热线圈的电流波动而引起等离子电流的不稳定性，稳定的欧姆加热线圈供电和过零对实现稳定的等离子电流控制具有相当重要的意义。因此需要设计良好的控制系统和控制方法以得到良好的控制效果。

由于托克马克装置欧姆加热线圈自身运行方式比较复杂加上电流控制比较困难，目前欧姆加热线圈的电流控制普遍不理想。当前欧姆加热线圈的控制系统和控制方式大体有以下几种形式：以单片机或DSP芯片构成的H桥式反馈供电控制系统，以Windows或DOS构成的三相变流器无环流模式反馈供电控制系统和以实时Linux构成的三相变流器环流模式反馈供电控制系统。以单片机或DSP构成的H桥式供电控制系统在三者中应用最广泛同时技术比较成熟，但是存在环流状态下电流不可控的缺点且系统抗干扰能力较差等缺点。以Windows或DOS构成的三相变流器无环流模式供电控制系统存在电流过零时间不确定，同时易引起等离子电流波动和控制时间延迟。以实时Linux系统构成的三相变流器有环流模式供电控制系统利用双向变流器供电的稳定性和可控的环流模式，实现欧姆加热线圈的电流精确控制。此外由于采用了实时控制系统降低了控制系统在欧姆加热线圈供电过程中的时间延迟，增强了线圈供电效率和安全性。对大型托克马克欧姆加热线圈的电流控制采用以实时操作Linux系统构成的三相变流器环流模式供电将会提高等离子控制的稳定性和精确性，因此此项技术具有重要意义。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供一种托克马克欧姆加热线圈控制系统和控制方法，解决现有控制系统中的电流过零时间不可控，环流模式运行和控制时间延迟的问题。

本发明是这样实现的：一种托克马克欧姆加热线圈控制系统，包括：发电机，发电机与交流变压器电连接，交流变压器的输出端通过开关桥与欧姆加热线圈。

如上所述的一种托克马克欧姆加热线圈控制系统，其中，所述的桥开关包括两个反向设置的三极管，两个三极管的基极分别通过开关与交流变压器的正向输出和反向输出电连接，两个三极管的发射极作为桥开关的输出端，两个三极管的集电极分别作为正向和反向电流的电流控制。

如上所述的一种托克马克欧姆加热线圈控制系统，其中，作为正向和反向电流控制的三极管的集电极分别于外部的正向电流控制和负向电流控制电连接。

如上所述的一种托克马克欧姆加热线圈控制系统，其中，开关桥上设有环流测定。

一种托克马克欧姆加热线圈控制方法，其中，包括下述步骤：

步骤一、根据等离子放电需求实时控制闭合K1开关，实时控制系统控制导通正向三相变流器F1(F2关闭)开始对欧姆加热线圈进行正向供电使欧姆加热线圈进行充磁过程，

步骤二、实时控制系统控制三相变流器F1导通进行逆变动作使线圈内电流迅速下降出现较大的感应电流实现等离子击穿和爬升，为了保证可控晶闸管有充足的关断时间，安全的控制余量和防止深度逆变造成的器件烧毁，在欧姆加热线圈逆变过程中采用90°α_正120°作为逆变控制角进行控制；