“作為六相大電流脈沖發(fā)電機(jī)組，其在工作時(shí)約10秒內(nèi)的放電功率，相當(dāng)于裝機(jī)容量30萬(wàn)千瓦的秦山一期核電站。”中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究聚變科學(xué)所副所長(zhǎng)李強(qiáng)說。

由中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院與哈電集團(tuán)哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司共同研制的該機(jī)組，總重約800噸、總高約15.5米，是為滿足我國(guó)先進(jìn)聚變研究裝置中國(guó)環(huán)流器二號(hào)M(HL-2M)大功率、高儲(chǔ)能供電需求研制的大型脈沖“能量驅(qū)動(dòng)器”。

工作時(shí)，該機(jī)組發(fā)電機(jī)由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)15分鐘后，轉(zhuǎn)速可由0至每分鐘498轉(zhuǎn)，隨后通過轉(zhuǎn)子加勵(lì)磁在15秒內(nèi)將轉(zhuǎn)速下降至每分鐘335轉(zhuǎn)，同時(shí)釋放1350兆焦能量;發(fā)電機(jī)釋放能量后，轉(zhuǎn)速會(huì)再次提速到每分鐘498轉(zhuǎn)，并在保持5分鐘后再次下降轉(zhuǎn)速放電，完成一個(gè)工作循環(huán)。

“該機(jī)組的額定轉(zhuǎn)速每分鐘500轉(zhuǎn)，總儲(chǔ)能達(dá)到2600兆焦，額定電壓3千伏、額定電流29千安，也是目前國(guó)內(nèi)容量最大的立式六項(xiàng)脈沖發(fā)電機(jī)組。”李強(qiáng)說，比較原有“中國(guó)環(huán)流器二號(hào)(HL-2A)”使用的3臺(tái)脈沖發(fā)電機(jī)組，“僅這一臺(tái)新機(jī)組的釋能能力和電功率輸出均相當(dāng)于此前3臺(tái)的總和。”

脈沖發(fā)電機(jī)組分為立式、臥式兩種，傳統(tǒng)的臥式由于軸系受到轉(zhuǎn)子及飛輪自重的限制，不便于設(shè)計(jì)成大容量脈沖發(fā)電機(jī)組;而立式機(jī)組的軸系是豎直的則沒有這個(gè)問題。

“作為國(guó)內(nèi)首臺(tái)立軸式脈沖發(fā)電機(jī)，該機(jī)組無(wú)論從電機(jī)結(jié)構(gòu)還是負(fù)載類型，都與常規(guī)的水輪發(fā)電機(jī)大不相同，此前甚至沒有成熟的計(jì)算方法和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，需要進(jìn)行大幅度創(chuàng)新。”西物院聚變科學(xué)所副總工宣偉民說，巨大的脈沖發(fā)電機(jī)內(nèi)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不斷變化，如何保持設(shè)備整體穩(wěn)定性、震動(dòng)幅度如何控制、冷卻系統(tǒng)如何設(shè)計(jì)、六相電機(jī)程序如何編寫都是前所未有的挑戰(zhàn)。

最終，研發(fā)團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)了多項(xiàng)特有技術(shù)，攻克了六相大電流發(fā)電機(jī)、大慣量高速轉(zhuǎn)子、寬頻變化控保系統(tǒng)等技術(shù)難題，在研制過程中形成了一批擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新成果。

中國(guó)環(huán)流器二號(hào)M(HL-2M)是在我國(guó)首個(gè)具有偏濾器位形的大型托卡馬克裝置“中國(guó)環(huán)流器二號(hào)(HL-2A)”基礎(chǔ)上新研制的又一大型托卡馬克裝置，其科研目標(biāo)是探索可控核聚變研究，實(shí)現(xiàn)“人造太陽(yáng)”的人類終極能源追求。

該脈沖機(jī)組的成功研制，將驅(qū)動(dòng)HL-2M裝置的等離子體電流達(dá)到此前現(xiàn)有裝置的2倍以上、等離子體溫度超過1.5億度，從而為在這個(gè)裝置上開展近堆芯級(jí)參數(shù)下的等離子體物理實(shí)驗(yàn)和關(guān)鍵技術(shù)研究提供有力保障。