本文为节选内容

如需更多报告，联系客服

或扫码获取报告

电磁感应原理：1）当高频交流电流通过线圈时，线圈周围会产生交变磁场，并产生磁通量。

2）然后工作线圈的磁场在工件中产生感应电动势，从而导致涡流流过工件。

3）电流流动期间，会有相反的力（即有限的电阻），这会导致能量以热量的形式通过材料耗散，即焦耳效应。

【欧姆加热】在托卡马克装置中，环向磁场线圈产生环形磁场的同时，欧姆线圈中的电流逐渐增大，其产生的磁场也随之增强，变化的磁场产生了环向电场。真空室中的工作气体被电场击穿电离，产生等离子体，并在环向电场的驱动下形成环形等离子体电流。跟电阻中流过电流会发热一样，电磁场的能量会透过电流的热效应传递给等离子体使其温度逐渐升高（欧姆放电）。托卡马克中心螺线管能够通过电磁感应使气体击穿形成等离子体，并对其进行加热，这种加热方式被称为托卡马克的欧姆加热。

欧姆加热一般可以将等离子体加热至1keV量级，但是氘氚聚变反应实现点火需要将等离子加热到10keV量级以上，即仅依靠欧姆加热无法实现托卡马克等离子体的自持燃烧，并且受加热场电源容量、中心螺线管通流能力及铁芯磁通密度限制，欧姆加热无法实现稳态运行，只能工作于脉冲方式。因此需要通过辅助加热手段进一步提高等离子体温度， 并且持续向等离子体输送能量。

【辅助加热】是托卡马克装置实现等离子自持燃烧的必要手段，各种辅助加热方式均需要高压直流电源为其关键部件供电。

辅助加热系统要求其高压电源具有电压高、容量大、精度高、纹波系数小、响应迅速等特点，电源性能对辅助加热系统的稳定可靠运行影响极大，因此对辅助加热系统特种高压电源技术开展研究具有重要意义。

辅助加热系统高压电源技术主要有两种：脉冲阶梯调制（PSM）电源技术、逆变型高压(HVPS)电源技术（隔离型直流升压变化，逆变—升压—整流）。二者的相同点在于，都需要采用模块化方式，由多级低电压的直流电源串联以获得更高电压输出，不同点在于，HVPS模块因为引入全控整流及逆变电路，控制更复杂，全控型开关使用大增，系统成本更高，可靠性相对更低。

以ITER为例，该装置共需建设3种射频波系统及负离子中性束注入系统为等离子体提供能量。

【射频波加热】主要原理是通过高能电磁波与等离子体中的离子或电子产生共振，根据共振频率及主要作用对象的不同分为离子回旋(IC)加热、电子回旋(EC)加热、低混

杂波(LH)加热。每种射频加热系统向等离子体输送功率将达到20MW，而要求其高压电源的功率达到50MW。PSM电源需要大量低压直流电源模块串联以获得高压输出。

1)离子（IC)回旋加热:需要两级高压电源，其输出电压最高值分别为18kV及27kV，最大电流分别为20A及170A，负载短路时电源向其输送的能量不大于10J;

2)低混杂波(LH)加热:要求电源主高压为90kV,最大电流90A,负载短路时电源向其输送的能量不大于10J。

3)电子(EC)回旋加热:要求电源主高压达到55kV，最大电流80A，负载短路时电源向其输送的能量不大于10J;

【中性束注入系统】辅助加热手段中效率最高的一种，其方法为向等离子体注入高能中性粒子，通过粒子在等离子体中电离及碰撞对本底等离子体进行加热。

总输出功率约为150MW，要求其加速极电源最高输出电压达到1000kV，最大输出电流大于60A，负载短路输送能量小于等于50J。

各种辅助加热系统运行时，为提高加热系统运行的灵活性、效率及安全性等，对高压电源性能有着严苛的要求:

• 范围：辅助加热的输出功率与电压大小直接相关，为能够改变加热功率进行试验，高压电源输出电压需要大范围可调;

• 精度：辅助加热系统的输出效率对电源电压的精度及稳定性等非常敏感，因此要求其高压电源的输出电压精度很高，而输出纹波很小;

• 安全：辅助加热设备通常相当昂贵，且极易发生打火故障，因此对电源关断时间及负载短路后电源向其的输送的能量有着严格限制。中性束加热的功率与粒子束的能量密切相关，由离子源产生的离子通过加速极的高压静电场将离子加速，再经过中性化即可获得高能中性粒子。

中性束的粒子能量与加速极电压高低成正比关系，中性束注入系统加速极的电压越高则可以获得越大的加热功率。由于受离子中性化效率的影响，采用正离子源的中性束注入系统，其加速极电压约为及时千伏到百千伏量级;

为获得更高的中性束功率，未来聚变装置将采用中性化效率更高负离子源中性束注入(N-NBI)，需要几百千伏至兆伏量级的特高压电源为加速极供电，其负载电流为数十安培