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CSNS/RCS大功率動態電源

          中國散裂中子源(簡稱CSNS)是一臺中等規模的高通量散裂中子源,是國家國民經濟及社會發展十二五規劃中“科技創新能力建設重點”項目之一。愛科中標承接了主要的大功率動態磁鐵電源的設計和生產制造。全部順利通過驗收,至今穩定可靠運行。

  • CSNS/RCS注入涂抹凸軌磁鐵脈沖電源

   同步加速器采用涂抹注入方式,緩慢降低兩臺水平凸軌磁鐵強度以改變注入區循環束軌道,從而使直線束流進入同步加速器,注入涂抹凸軌磁鐵脈沖電源就是激勵凸軌磁鐵產生相應磁場的激勵源。

技術參數:

    1. 脈沖電流: 18000 A
    2. 峰值輸出電壓: ±3150 V  ;
    3. 等效開關頻率: 800 kHz;
    4. 脈沖電流上升時間: 1000 ms(固定);
    5. 脈沖電流平頂: 50 ms;
    6. 脈沖電流下降時間: 300~550 ms(根據波形給定函數可靈活控制下降沿);
    7. 脈沖電流下降沿最大下降速率:260 A/ms; 
    8. 脈沖電流下降沿跟蹤精度: < 2%;
    9. 脈沖電流穩定度: < ±0.5 %;
    10. 工作頻率: 25 Hz;
    11. 工作模式連續: 24小時連續運行。

技術方案:

   電源整機的主電路方案如圖1所示,采用功率模塊并聯的主電路方案。功率變換模塊內部采用多個功率組件串聯。

 

圖1 電源整機的主電路方案圖

   整機由10個功率變換模塊并聯實現,每個功率變換模塊包括整流器、升壓斬波器及4象限斬波器,直流側母線電壓為750V,通過升壓斬波器進行穩壓控制。升壓斬波器的采用,還可在輸出脈沖大電流的同時,減小輸入電流的波動。在四象限斬波器中,開關管由若干只IGBT半橋模塊并聯而成,使每個功率變換模塊可以輸出至少1800A的脈沖電流。

   通過串聯多重化與并聯多重化以及橋內二重化控制,等效開關頻率可以達到1MHz,從而提高輸出脈沖電流的跟蹤控制精度。

   CSNS/RCS涂抹凸軌磁鐵脈沖電源整機由一面控制柜、一面配電柜和五面功率柜組成。電源總寬7.6m,高為2.2m,深1.2m。

   2008年12月,正式樣機通過出廠驗收;2009年12月,正式樣機在現場通過專家評審驗收,完全達到設計要求。2013年兩臺正式電源正式落座東莞園區,通電調試驗收完成,2018年整個CSNS項目通過國家驗收。

    注入涂抹凸軌磁鐵脈沖電源現場照片如下圖:

 

  • CSNS/RCS主磁鐵電源

   快循環加速器(簡稱RCS)的磁鐵電源系統包括1套環二極鐵電源和5套環四極鐵電源。根據RCS的25Hz循環工作要求,所有二、四極磁鐵的工作電流都采用帶直流偏置的正弦電流(IM=IDC+IAC´+sinw0t,其中w0=2pf,f0=25Hz,IDC、IAC分別為磁鐵電流直流分量和交流分量幅值),電源輸出電流根據實際需求編程控制。

二極磁鐵電源參數:

輸出方式:25Hz偏置正弦

峰值電流:2320A

峰值電壓:±6000V

電流穩定度:100ppm

峰值功率>10MVA,

平均有功功率約2.5MW

二極磁鐵電源系統框圖如下:

  如上圖,系統為10個功率單元串聯。每個功率單元包括升壓斬波器及四象限斬波器,通過升壓斬波器進行穩壓控制。升壓斬波器的采用,直流側母線電壓為650V,還可在輸出脈沖大電流的同時,減小輸入電流的波動。在四象限斬波器中,開關管由若干只大封裝IGBT半橋模塊并聯而成,使每個功率單元可以輸出至少2320A的峰值電流。

  通過串聯多重化以及H橋斬波電路二重化,電源系統等效開關頻率可以達到40kHz,保證多次諧波注入。

  CSNS/RCS二極磁鐵電源功率最大,體積最大。整機由一面控制柜、一面輸出柜和10面功率柜組成。電源總寬13.8m,高為2.2m,深1m。

  2010年四極磁鐵電源樣機通過樣機驗收;2015年5套正式電源正式落座東莞園區,2016陸續通電調試完成,驗收通過,2018年整個CSNS項目通過國家驗收。

主磁鐵電源現場照片如下:

 

 

  • CSNS/RCS高頻偏流源

技術參數:

輸出方式;動態

輸出峰值電流:3000A

輸出峰值電壓:30V

電流穩定度:±0.2%

帶寬:>10kHz

電源現場照片: