托卡馬克中斷時處置等離子體電磁能的能量處理系統研究
由于托卡馬克等離子體的穩定性和/或限制性的喪失，不确定性經常發生。在這種情況下，托卡馬克中的等離子體電磁能量迅速變化。這些變化在大多數情況下會嚴重損害托卡馬克裝置。是以，必須建立一個有效和可行的方法，以開發一個能量處理系統（EPS）來進行中斷期間的等離子體電磁能量。這種處理方法應能減輕等離子體的破壞，特别是對于下一代托卡馬克，如國際熱核實驗反應堆（ITER）。
在這個裝置中，等離子體電磁能量在中斷期間大約為2GJ。其中，四種主要的能量處理技術是電壓保護和能量吸收技術、基于壓敏電阻的能量耗散技術、基于儲能元件的儲能技術，以及基于逆變器的能量回報技術。能源處理技術已經在傳統領域得到了廣泛的研究和應用，如城市軌道交通列車、電梯、軌道炮、航天器等，以促進能源的循環利用，并滿足節能減排的趨勢。然而，這些技術還沒有被實施來進行中斷期間的等離子體電磁能。筆者在此談一個由五部分組成的EPS，用于處理德克薩斯聯合實驗托卡馬克中發生中斷時的等離子體電磁能量。
在等離子體破壞期間，托卡馬克中的磁通量迅速變化。在大多數情況下，這些變化導緻高磁性線圈系統中的電壓浪湧。偶爾會誘發過電壓浪湧，過電壓波會流經CCP和EPS，這種過電壓可能會嚴重損壞元件。是以，必須采用MOV來限制過電壓并吸收能量，這些壓敏電阻可以保護CCP和EPS免受過電壓的損害。所使用的MOV是以氧化鋅為基礎的，在低于額定值使用時不會退化。這種MOV的特征屬性是電壓-電流的極度非線性。是以，即使在極高的放電電流下，電壓也受到限制。
TEXT托卡馬克的偏置線圈被用作CCP，因為等離子體和這些線圈之間的耦合很強（耦合度大約為90%）。此外，偏置線圈是可用的。圖2的示意圖（綠色部分）顯示了偏壓線圈。圖3顯示了當兩個偏置線圈作為CCP使用時，當電阻為2毫歐時，量從托卡馬克裝置轉移出來的等離子體電磁能幾乎達到最大值，即10.6千焦耳。盡管如此，最佳電阻子產品R1應該是當考慮到連接配接CCP的環形電纜的電阻時，即小于2毫歐時，電阻器子產品的電感應最小化，因為在等離子體中斷期間，電流ICCP迅速變化。
該子產品的表面積應足夠大以充分散熱。考慮到短時期的過電流承受能力，選擇了一個标稱參數為2000V/2000A的真空傳感器作為開關S1。随着脈沖電源技術的快速發展，脈沖電容器的研究和應用也越來越廣泛。與耗散和浪費等離子體電磁能量的電阻子產品不同，脈沖電容器子產品可以儲存能量。然後，其他方法可以回收這些能量。電容越大，轉移的等離子體電磁能就越多。
此外，當電容值大于某一數值時，儲存的能量就會減少。是以，最佳電容值是0.36F。考慮到電流ICCP遠遠大于一個電容的電流容量，許多電容應并聯以提高浪湧電流容量。比如，72個相同類型的電容器可以并聯，每個電容器的電容為5000μF，額定電壓為2000V，是以，電容的脈沖電容器可以從0.005到0.36F變化。開關S2也是使用真空接觸器，其标稱參數為2000V/2000A。因為當電阻子產品或脈沖子產品工作時，電流ICCP的峰值值都接近10kA。
此外，當能量達到預設值時，電阻Rs，用于消耗儲存在脈沖電容器中的能量。選擇一個高壓繼電器作為開關S3。逆變器子產品随着可再生能源技術和分布式發電技術的快速發展，并網逆變器已被廣泛應用于現代電網。
LCL輸出濾波器可以在比L濾波器和LC濾波器更小的濾波電感下産生卓越的濾波效果。根據設計原理，逆變器側的電感是L1=0.9mH，濾波電容是C1=5μF，電網側電感是L2=0.45mH。逆變器基于絕緣栅雙極型半導體，額定參數為1200伏/100安。控制器一個由TI公司生産的TMS320F28335數字信号處理器晶片作為控制晶片被實施。在中斷期間，電阻子產品或脈沖電容子產品都會工作。當脈沖電容電壓達到預設值時，控制器向逆變器子產品發送控制信号并激活該子產品。
逆變器控制方案的政策包括使用同步架構比例積分控制器來調節電網電流與一個簡單的内部電容器電流調節回路相配合。當脈沖電容子產品運作時，EPS系統的控制過程如下：（1)最初，所有的開關都是打開的。在發生等離子體中斷的情況下，接觸器S2打開。脈沖電容器儲存了由CCP從真空容器中傳輸的能量，進而電容器電壓增加；（2)當脈沖電容電壓達到預設值60V時，逆變器子產品被激活。此外，開關S4也被打開。是以，脈沖電容器的電壓逐漸下降。當該電壓下降到60V時，逆變器子產品停止工作。然後，開關S4被關閉；（3)開關S3被激活；是以，脈沖電容器中的剩餘能量被電阻Rs消散了。當脈沖電容器的電壓下降到0V時，開關S3被停用，能量儲存和回收過程随之結束。
