본 논문은 미래 녹색에너지원으로 주목받는 핵융합에너지 개발 장치인 한국형 초전도 핵융합 연구로(KSTAR : Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)의 가열장치인 중성입자빔(NBI : Neutral Beam Injector) 장치를 소개하고, 2016년 KSTAR 실험에서 빔 에너지 90/70/80 keV, 빔 출력 3.81 MW, 70.6초의 최대 장 펄스와 빔 에너지 95/90/90 keV, 빔 출력 5.13 MW, 10.6 초로 입사 운전한 NBI 장치 실험 결과를 정리한다.
By computer simulation, the pattern of magnetic field distribution on the Nb-foil of a rotating flux type superconducting power supply has been calculated. Using the results, the current pumping rate has been calculated and compared with the results obtained by the experiment. The experiment has been executed with small-size flux-rump in the environment of LN2 and LHe in order to compare the pattern of magnetic filed in the superconducting state and in the normal state. Five hall-sensor was located on the center, right side, left-side, upper side, lower side of the Nb-foil in order to obtain more accurate pattern of the magnetic field generated by rotating pole. In the simulation, the effects of the excitation-magnet and the iron core located at the inner-side and circumference of the magnet have been considered. By comparing the data from the experiment and the results from the simulation, the size of normal spot estimated. At the same time, by calculating the linkage flux, the current-pumping-rate has been obtained. Consequently, the results obtained from experiment and simulation coincided as expected.
The design of the integrated quench protection (QP) system for the high current superconducting magnet (SCM) has been fabricated and tested for the toroidal field (TF) coil system of the Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR) device. The QP system is capable of protecting the TF SCM, which consists of 16 identical coils serially connected with a stored energy of 495 MJ at the design operation level at 35.2 kA per turn. Given that the power supply for the TF coils can only ramp up and maintain the coil current, the design of the QP system includes two features. The first is a basic fast discharge function to protect the TF SCM by a dump resistor circuit with a 7 s time constant in case of coil quench event. The second is a slow discharge function with a time constant of 360 s for a daily TF discharge or for a stop demand from the tokamak control system. The QP system has been successfully tested up to 40 kA with a short circuit and up to 34 kA with TF SCM in the second campaign of KSTAR. This paper describes the characteristics of the TF QP systems and test results of the plasma experiment of KSTAR in 2009.
Recently, many researches on the system of superconducting power supply and superconducting magnetic energy storage (SMES) using high temperature superconducting (HTS) tapes has been progressed. Those kinds of superconducting devices use the heater trigger switches that have a control delay problem at moments of heating up and cooling down. One way to reduce the time delay is using a different HTS tape at trigger part. For example, HTS tape having lower critical temperature can reduce time delay of heating up and heating down stage for heater trigger operation. This paper deals with resistances joint with different kinds of HTS tapes which have different properties to verify usefulness of the suggested method. Three kinds of commercial HTS tapes with different specifications are selected as samples and two kinds of solders are used for comparison. Joint is performed with temperature and pressure controllable joint machine and the joint characteristics are analyzed under the repeatable conditions.
The KSTAR Magnet Power Supply (MPS) was dedicated to the SC coil commissioning and $1^{st}$ plasma experiment as a part of the system commissioning. Although many efforts to develop large-current power supplies that are useful for high power electronic devices have been made in various application fields, such as for large metal-plating devices, there were clear discrepancies between conventional power supply technologies and that for the SC coils due to the special SC coil load conditions. Therefore, most of the power supply technologies for the SC coils were a challenge in the domestic research area due to their limited application. However, the MPS commissioning result showed that all of the hardware and controlling software operated well, and this result finally led to the success of SC coil commissioning and the KSTAR $1^{st}$ plasma experiment. This paper will describe key features of KSTAR MPS for the $1^{st}$ plasma experiment, and will also report the commissioning results of the magnet power supplies.
KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) current lead system (CLS) has a role to interconnect magnet power supply (MPS) in room temperature (300 K) and superconducting (SC) bus-line, electrically. For the first plasma experiments, it should be assembled 4 current leads (CL) on toroidal field (TF) current lead box (CLB) and 14 leads on poloidal field (PF) CLB. Two current leads, with the design currents 17.5 kA, and SC bus-lines are connected in parallel to supply 35 kA DC currents on TF magnet. Whereas, it could supply $20\;{\sim}\;26\;kA$ to each pairs of PF magnets during more than 350 s. At the cold terminals of the leads, there are joined SC bus-lines and it was constructed helium coolant control system, aside from main tokamak system, to protect heat flux through current leads and enhanced Joule heat due to supplied currents. Throughout the establishment processes, it was tested the high vacuum pumping, helium leak of the helium lines and hardwares mounted between the helium lines, flow controls for CL, and liquid nitrogen cool-down of possible parts (current leads, CL helium lines, and thermal shield helium lines for CLB), for the accomplishment of the required performances.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.8
no.1
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pp.24-29
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2003
A 120kV/70A high voltage switch has been installed at Korea Atomic Energy Research Institute(KAERI) in Taejon to supply power with Korea Superconducting Tokamak Advanced Research(KSTAR) Neutral Beam Injection(NBI) system. NBI system requires fast cutoff of the flower supply voltage for protection of the grid when arc detected and fast turn-on the voltage for sustaining the beam current. Therefore the high voltage switch and arc current detection circuit are important part of the NBI power supply. There are much need for high voltage solid state switches in NBI system and a broad area of applications. This switch consisted of 100 series connected MOSFETs and adopted the proposed simple and reliable gate drive circuit without bias supply. Various results taken during the commissioning phase with a 100kW resistive load and NBI source arc shown. This paper presents the detailed design of 120kV/70A high voltage MOSFETs switch and simple gate drive circuit. Problems with the high voltage switch and gate driver during thefabrication and test and solutions are also presented.
The technology of supplying the electric power by wireless power transfer (WPT) is expected for the next generation power feeding system since it can supply the power to portable devices without any connectors through large air gap. As such a technology based on strongly coupled electromagnetic resonators is possible to deliver the large power and recharge them seamlessly; it has been considered as a noble option to wireless power charging system in the various power applications. Recently, various HTS wires have now been manufactured for demonstrations of transmission cables, motors, MAGLEV, and other electrical power components. However, since the HTS magnets have a lower index n value intrinsically, they are required to be charged from external power system through leads or internal power system. The portable area is limited as well as the cryogen system is bulkier. Thus, we proposed a novel design of wireless power charging system for superconducting HTS magnet (WPC4SM) based on resonance coupling method. As the novel system makes possible a wireless power charging using copper resonance coupled coils, it enables to portable charging conveniently in the superconducting applications. This paper presented the conceptual design and operating characteristics of WPC4SM using different shapes' copper resonance coil. The proposed system consists of four components; RF generator of 370 kHz, copper resonance coupling coils, impedance matching (IM) subsystem and HTS magnet including rectifier system.
YOUNG MIN SEO;HYUN WOO NOH;TAE HYUNG KOO;DONG WOO HA;ROCK KIL KO
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.35
no.4
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pp.392-400
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2024
In this study, 3-cell stack fuel cell power technology was developed for charging superconducting coil. It was found that the performance of the fuel cell stack increased depending on the number of activation. In addition, the flow rates of hydrogen and air supplied to 3-cell stack was adjusted because of a large difference in membrane electrode assembly (MEA) characteristics depending on its location. As a result, it was confirmed that it was possible to apply current to the superconducting coil from about 15 to 33 A by changing the variable resistance, and it was confirmed that the voltage difference between fuel cell cells could be overcome through sufficient control of fuel supply.
Proceedings of the Korea Institute of Applied Superconductivity and Cryogenics Conference
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2000.02a
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pp.185-188
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2000
The voltage induced in the superconducting background magnet system is analyzed according to the calculation of self inductance and mutual inductance. The voltage induced by blip and compensation coils of the background magnet system is about 6.4V. In order to charge the main background magnet, the power supply must provide the minimum voltage of 1.1 kV. the compensation coils have an influence on the field distribution. The compensation coils result in the decreasing center field about 2.67%. It can remarkably decrease the ac losses and the voltage on the current leads of the background magnet.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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