Автоматическая система удержания плазменного шнура

Автоматическая система удержания плазменного шнура

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

АВТОМАТРИЕСКАЯ СИСТЕМА УДЕРЖАНИЯ ПЛАЗМЕННОГО ШНУРА, содержащая обмотки управления, подключен-ные к усилителю мощности, соединенному с усилителем напряжения, на вход которого подк.ггючена измерительная система,отличают алея тем, что, с целью повышения надежности работы устройства, усилитель мощности выполнен по схеме резонансных инверторов на управляемых вентилях, к управляю1цр!м входам которых подключены последовательно формируюпще устройства и распределители импульсов, подключенные к раздельным выходам преобразователя аналогового сигнала, общий вход которого соединен с выходом усилнтагтя напряжения.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„670080 (gg)g Н 05 Н 1/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕПЬС1ГВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 2496159/25 (22) 13.06.77 (46) 23.09.91. Бюл. Р 35 (72) С.M. Нафтулин, А,Н. Трубецкой, В.В. Иванов и С.А. Мальцев (53) 533.9 (088.8) (56) Hugill I. "Servo-control of

Plasma position in leo-Tokomak", Nuclear Fusion 14 (1974), с. 611. .Anderson I.L. „ "Teedback control

for plasma equilibrium in 0RMAK"

Nuclear Fusion 4(1976), с. 629. (54)(57) АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

УДЕРЖАНИЯ ПЛАЗМЕННОГО ШНУРА, содержащая обмотки управления, подключенИзобретение относится к области высокотемпературной плазменной техники и может быть использовано для удержания плазменного шнура в равновесии в экспериментальных термоядерных установках типа Токамак с медным кожухом и обмотками управления, расположенными снаружи медного кожуха.

Известна автоматическая система управления для удержания плазменного шнура в равновесии на установке

Cleo-Tokomak без медного кожуха.

Система состоит из измерительного элемента, усилителя напряжения, мощного выходного усилителя на транзисторах и обмоток управления. Сигнал смещения плазменного шнура, после усиления, воздействует на мощный выходной усилитель и создает магнитное поле, компенсирующее отклонение плазменного шнура от равновесного положеные к усилителю мощности, соединенному с усилителем напряжения, на вход которого подключена измерительная система, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства, усилитель мощности выполнен по схеме резонансных инверторов на управляемых вентилях к управляющим входам KQTopbtx подключены последовательно формирующие устройства и распределители импульсов, подключенные к раздельным выходам преобразователя аналогового сигнала, общий вход которого соединен с выходом усилителя напряжения. ния . Применение транзисторов в мощном вьисодном усилителе ограничивает возможность повышения величины управляющего магнитного поля.

Известна автоматическая система удержания плазменного шнура, содержащая обмотки управления, подключенные к усилителю мощности, соединенному с усилителем напряжения, на вход которого подключена измерительная .система, Управление положением шнура выполнено комбинацией программного тока для вертикального поля и корректирующего тока, который зависит от лоложения внешней поверхности полоидального поля. Обмотка управления и магнитные зонды, для измерения смещения шнура, размещены внутри кожуха.

Сигналы отношения токов вертикального и полоидального магнитных полей суммируются с сигналами магнитньас

670080 зондов и подаютсн на мощнь и усилитель на транзисторах включенного на обмотки управления для создания вертикального магнитного поля, Мощный выходной усилитель на транзисторах может обеспечить необходимую величину напряженности управляющего магнитного поля только при расположении обмоток управления внут- 10 ри проводящего кожухар но такое расположение обмоток усложняет конструкцию установки. Повышение же напряженности управляющего магнитногo поля за счет увеличения количества транзисторов, при расположении обмоток управления снаружи проводящего кожуха, приводит к снижению надежности работы устройства.

На плазменный шнур могут воздейст- 20 вовать быстрые и медленные возмущения. Медный кожух обеспечивает равновесие шнура при воздействии быстро изменяющихся возмущений, и защищает шнур от влияния внешних рассеянных 25 магнитных полей. Для компенсации медленных возмущений обычно увеличивают .толщину медного кожуха, но наиболее эффективным будет применение автоматической системы управления для удер— жания плазменного шнура в равновесии при использовании более тонкого медного кожуха.

При прохождении волны напряженности магнитного поля через медный кожух, амплитуда напряженности убывает по показательному закону, Поэтому для компенсации потерь в медном кожухе необходимо значительно увеличить напряженность управляющегo магнитно40 го поля.

Целью иэобрет..ния является повышение надежности работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что усилитель мощности выполнен по

45 схеме резонансных ннверторов на управляемых вентилях, к управляющим входам которых подключены последовательно формирующие устройства и распределители импульсов, вклк енные к раздельным выходам преобразователя аналогового сигнала, общий нх< д которого соединен с виходом усилителя напряжения, В качестве управляемых вентилей

55 могут бить использованы I IIpHc TopI,I q игнитроны, ртутные разрядники, гаэоразрядные приборы, обил, (ающне венvнль— ными свойствами, Применение двух десятков тиристоров в резонансном инверторе, вместо нескольких тысяч транзисторов в мощном вь:ходном усилителе, повышает надежность работы устройства, Тиристор является надежным разрядником в цепи LC и позволяет .получать токи полусинусоидальной формы, порядка десятка килоампер. После включения, эа время прохождения прямого тока, тиристор не управляется. Способы принудительной емкостчой коммутации тиристоров довольно сложны, поэтому, выбран режим естественного выключения тока, когда прямой ток спадает до нуля, а затем происходит восстановление запирающих свойств тиристора. Амплитуда тока постоянная, длительность полупериода импульса тока тоже постоянная, определяемая параметрами цепи 1.С, поэтому регулирование среднего значения управляющего магнитного поля производится изменением скважности импульсов запуска инверторов.

Применение импульсов тока в обмотке управления полусинусоидальной формы по сравнению с импульсами прямоугольной формы мощного выходного усилителя на транзисторах снижает потери в медном кожухе и способствует более стабильной работе инвертора.

На фиг„1 приведена общая схема системы автоматического управления, где

1 - плазменный шнур, 2 — медный кожух, 3 — наружный магнитный зонд, внутренний ма.гнитный зонд, 5 интегратор, 6 — делитель напряжения, 7 — операционный усилитель, 8 — операционный усилитель с ограничением, 9 — преобразователь, 10 — распределитель импульсов, 11 — формирующее устройство, 12 — резонансный инвертор, 13 — обмотка управления. На фиг„2 — схема инвертора, где: 14 тиристоры одной группы, 15 — тирисropsI ppyroA r pynnbI, 16 — коммутирую-. щий конденсатор, 1? — источник постоянного напряжения .

Устройс.(во работает следующим образом, При ему щении плазменного шнура 1 от установившегося положения, сигналы магнитных зондов 3 и 4 госле интеграторов 5 и делителей напряжения 6 попаются раздельно на оба входа операционного усилителя 7, где производится операция вычитания и предварительного усиления. Разност40

5 б 7008 ный сигнал пол,ается на операционный усилитель 8, где осуществляется усиление сигнала, ограничение по амплитуде и ограничение по частоте. Полярность сигнала на выходе усилителя

8 зависит от направления отклонения плазменного шнура от равновесия.

Преобразователь 9 преобразует напряжение аналогового сигнала смещения шнура в период следования импульсов для запуска тириоторов и тем самым производит изменение скважности импульсов.

Преобразователь 9 имеет два выхода, соед ненные с двумя каналами управления, состоящие из распределителя импульсов 10 и двух Формирующих устройств 11.

В зависимости от полярности нап- 20 ряжения аналогового сигнала импульсы запуска проходят по одному или другому каналу.

Распределитель импульсов 10 поочер едно включает Формирующие устр ойства 11, которые формируют более мощные импульсы для запуска тиристоров 14 или 15, инвертора 12.

Инвертор 12 работает следующим образом.

В исходном состоянии напряжение на конденсаторе 16 равно нулю. При включении тиристоров 14 замыкается цепь: источник постоянного напряжения 17, тиристор 14, конденсатор 16, тиристор 14, обмотка управления 13.

Импульс тока полусинусоидальной формы проходит через обмотку управления

13. Когда ток спадает до нуля, напряжение на конденсаторе 16 .равно двойному значению напряжения источника 17.

При включении тиристора 15 замыкается цепь: источник постоянного напряжения 17, тиристор 15, конденсатор 16, тиристор 15, обмотка управления 13. По обмотке управления 13 снова проходит импульс тока полусинусоидальной формы. Амплитуда тока определяется суммой напряжений источ50

0 ника 17 и конденсатора 16. Когда ток спадает до нуля напряжение на конденсаторе 16 меняет знак. Полупериод импульса тока определяется индуктивностью обмотки управления 13 и емкостью конденсатора 16, Далее, когда цикл включения тиристоров 14 и 15 повторяется, напряжение на обмотке управления 13 равно сумме напряжений источника 17 и конденсатора 16. При уменьшении тока от амплитудного значения до нуля происходит перезарядка конденсатора 16 за счет энергии магнитного поля обмотки управления 13.

В зависимости от. направления смещения плазменного шнура и соответственно полярности аналогового сигнала смещения будут работать один или другой инверторы 12, а обмотки управления 13 будут создавать управляющие магнитные поля, компенсирующие отклонение плазменного шнура от равновесия, Центр сечения плазменного шнура несколько смещен наружу относительно центра сечения камеры, Этим определяется место установки диафрагмы для уменьшения взаимодействия плазменного шнура. с поверхностью камеры. Поэтому очень важно установить такое положение плазменного шнура, чтобы исключить взаимодействие его со стенкой камеры. Оптимальное равновесное положение плазменного шнура может быть установлено подбором коэффициен,та деления одного из делителей напряжения 6.

Изобретение позволяет применять автоматическую систему управления для удержания плазменного шнура в равновесном положении по горизонтали и вертикали как на действующих термоядерных установках Токамак с медным кожухом, так и на вновь проектируемых.

Может быть эффективно использовано также для установок Токамак с кожухом из другого проводящего материала или без кожуха.

670080!

ЛЛ редактор Е. Гиринская Техред Л.Сердюкова Корректор Л. Пилипенко

Подписное

Тираж

Заказ 3727.ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР

1 l3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Процзводсгвенно-издательский комйшат нПатеит", r. Ужгород, уп„Гагарина, 101