ITER極向場變流器交直流母線分析與設(shè)計.pdf

1、ITER是人類探索和平利用核聚變能源重要實驗裝置,由中國、美國、俄羅斯、歐盟、日本、印度和韓國七方共同建造。ITER極向場變流器系統(tǒng)是ITER托卡馬克核聚變裝置電源系統(tǒng)的重要組成部分,交直流母線作為變流器系統(tǒng)的重要子系統(tǒng)之一,其穩(wěn)定運行是變流器系統(tǒng)實現(xiàn)正常運行的重要保證。本文對變流器電源系統(tǒng)的交流母線和直流母線的進行了分析和設(shè)計。
　　本文對交流母線進行了分析設(shè)計,首先基于ANSYS有限元分析軟件確定了交流母線的最優(yōu)截面,然后對敞

2、露式交流母線在不同相序、不同墻壁開孔尺寸、不同墻壁開孔結(jié)構(gòu)三個方面進行了仿真分析。仿真結(jié)果顯示敞露式交流母線會引起墻壁及其周圍鐵磁物質(zhì)的局部溫升不能夠滿足交流母線的設(shè)計要求,需要使用帶屏蔽交流母線來解決母線周圍鐵磁物質(zhì)的渦流發(fā)熱問題。其次,經(jīng)過對比離相和共箱的帶屏蔽交流母線的分析結(jié)果得出離相帶屏蔽交流母線的電磁特性和結(jié)構(gòu)特性要明顯優(yōu)于共箱帶屏蔽母線。
　　最后,運用母線熱守恒的理論計算方法對自冷、風冷、水冷三種不同冷卻方式的交流帶

3、屏蔽母線和采用同相逆并聯(lián)連接方式的交流母線進行了分析與設(shè)計,并且利用ANSYS和Fluent等有限元分析軟件對4種不同形式的交流母線結(jié)構(gòu)進行了電磁特性和熱特性的仿真驗證計算。通過對比4種不同形式的交流母線的分析結(jié)果,得出水冷帶屏蔽交流母線具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、運行穩(wěn)定等優(yōu)點。因此通過上述分析,水冷帶屏蔽交流母線是ITER極向場變流器電源系統(tǒng)交流母線最優(yōu)化的選型方案。
　　本文同時還對直流母線進行了分析與設(shè)計,首先利用母線熱平衡和有

4、限元分析相結(jié)合的方式分析設(shè)計了直流母線水冷和自冷兩種冷卻方式不同的結(jié)構(gòu)形式,通過對比兩種冷卻方式的仿真計算結(jié)果,得出水冷直流母線為直流母線最優(yōu)化的解決方案。然后,分別設(shè)計了水冷直流母線不同類型的轉(zhuǎn)接頭以便于水冷直流母線的安裝,并且利用有限元仿真軟件ANSYS和Fluent對設(shè)計方案進行了相應的熱力學和結(jié)構(gòu)力學校核。
　　最后,對直流母線在故障狀態(tài)下母線所受到的電動力和引起的變形進行了分析計算,以此確定了支撐母線的絕緣子的安裝間距。