超大电流磁铁电源并联实现及电流检测技术研究
王东兴
学位类型博士
导师李德明
2018
学位授予单位中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
关键词磁铁电源 模块并联 移相 数字化 低纹波
摘要全球癌症患者人数逐年攀升,我国肿瘤疾病也呈高发态势。利用质子束流的布拉格峰放疗是治疗癌症最有希望的一种技术。为提高人民群众的医疗条件,上海市发改委和科委部署了首台国产质子治疗示范装置研制项目。该项目中3块注入引出磁铁需要的励磁电流最大可达3200A,且8小时稳定度要优于2.5×10~(-4),纹波电流要小于1×10~(-4)。目前,国内外加速器磁铁电源的大电流在实现时,通常以晶闸管或IGBT为开关器件。晶闸管受工频制约,输出电流的工频纹波抑制是个难题;IGBT导通电压高,大电流输出导通损耗有明显劣势。而MOSFET导通损耗低、开关速度快,但单MOSFET电流容量有限。根据项目需要和磁铁负载特性,本文以MOSFET为开关器件,首次在质子加速器磁铁电源上采用模块并联技术,实现大电流高稳定输出。模块化设计有利于灵活配置电源的冗余量,能有效提高电源的可靠性;模块化设计把电源整机化整为零,能有效缩减电源的维护时间;模块化理念降低了整机的设计和调试难度,为电源标准化奠定了坚实基础。在电源研制过程中,利用MathCAD、OrCAD、MATLAB等软件,进行了模块电源的设计计算。文中推导了移相并联结构下,电流纹波幅值与开关频率的关系。根据此关系设计了DC-DC模块电源,确定了电路参数和开关驱动模式。为保证模块间电流输出平衡,采用独立数字化控制,实现模块电源的深度负反馈,解决了并联电源的均流问题。模块电源把大电流检测化整为零,且采用国产的Sinap-DCCT400A电流传感器,使成本显著降低。为提高电流传感器的性能,研究了零磁通电流传感器的线性误差机理,提出了一种电流传感器线性误差评估和改善的方法。文章给出了电源的多项测试结果,均满足使用要求和设计指标,证明了高稳定大电流模块化实现的可行性和优越性。3台磁铁电源自2017年4月交付使用以来,无故障运行至今。
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/28506
专题中科院上海应用物理研究所2011-2018年
作者单位中国科学院上海应用物理研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
王东兴. 超大电流磁铁电源并联实现及电流检测技术研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所),2018.
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