Автоматическая система удержания плазменного шнура Советский патент 1991 года по МПК H05H1/00 

Изобретение 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 вьЕходного 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 положения. Применение транзисторов в мощном выходном 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 .системао

Управление положением шнура выполнено комбинацией программного тока для вертикального поля и корректирующего тока, который зависит от лоложения внешней поверхности полоидального поля о Обмотка управления и магнитные зонды, для измерения смещения шнураi размещены внутри кожуха.

Сигналы отношения токов вертикального и полоидального магнитных полей суммируются с сигналами магнитньж зондов и подаются на мощный усилитель на транзисторах включенного на обмотки управления для создания вертикального магнитного поля о Мощный выходной усилитель на транзисторах может обеспечить необходимую величину напряженности управляющего магнитного поля только при расположении обмоток управления внутри проводящего кожуха, но такое распо ложение обмоток усложняет конструкцию установки. Повышение же напряженности управЛЛющего магнитного поля за счет увеличения количества транзисторов, при расположении обмоток управ ления снаружи проводящего кожузса, приводит к снижению надежности работы устройства На плазменный шнур могут воздейст вовать быстрые и медленные возмущения „ Медный кожух обеспечивает равно весие шнура при воздействии быстро изменяюпд1хся возмущений, и защищает шнур от вл:iяния внешних рассеянных магнитных гюлей. Для компенсации мед ленных 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 медн го кожуха. При прохождении волны напряженнос ти магнитного поля через медный кожу-х, амплитуда напряженности убывает по показательному закону Поэтому дл компенсации потерь в медном кожухе необходимо значительно увеличить напряженность управляющего магнитного поля о Целью изобретения является повышение надежности работы устройства Поставленная цель достигается тем что усилитель мощности вьпюлнен по схеме резонансных инверторов на управляемых вентилях, к управляющим входам которых подключены последовательно формирующие устройства и расп ределители импульсовJ включенные к раздельным выходам преобразователя аналогового сигнала, общий иход которого соединен с выходом усилитеа;ч напряжения„ В качестве управляемьк вентилей могут быть использованы шристоры, игнитроны, ртутные разрядники, газоразрядные приборы, об.и-лдгиоигле г ентчл ными свойствами, Применение двух десятков тиристоров в резонансном инверторе, вместо нескольких тысяч транзисторов в мощном выходном усилителе, повьш1ает надежность работы устройства о Тиристор является надежным разрядником в цепи LC и позволяет -получать токи полусинусоидальной формы, порядка десятка килоамперо После включения, за время прохождения прямого тока, тиристор не управляется toocoбы принудительной емкостной коммутации тиристоров довольно сложны, поэтому, выбран режим естественного выключения тока, когда прямой ток спадает до нуля, а затем происходит восстановление запрфающих свойств тиристора о Амплитуда тока постоянная, длительность полупериода импульса тока тоже постоянная, определяемая параметрами цепи LC, поэтому регулирование среднего значения управляющего магнитного поля производится изменением скважности импульсов запуска инверторов о 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, 4 - внутренний магнитный зонд, 5 интегратор, 6 - делитель напряжения, 7 - операционный усилитель., 8 - операционный усилитель с ограничением, 9 - преобразоватапь, 10 - распределитель импульсов, 11 -.формирующее устройство, 12 - резонансный инвертор, 13 обмотка управления. На фиг.,2 - схема инвертора, где: 14 тиристоры одной группы, 15 - тиристоры другой группы, 16- коммутирую- щий конденсатор, 17 - источник постоянного напряжения. Устройство работает следующим образом. При смещении плазменного шнура 1 от установившегося положения, сигналы нагнитиьк зондов 3 и 4 после интеграторов 5 и делителей напряжения 6 подаются раздельно на оба входа onepaiifiOHHoro усилителя 7, где производится операция вычитания и предварительного усиления„ Разностныи сигнал подается па операционный усилитель 8, где осуществляется усиление сигнала, ограничение по ампли туде и ограничение по частоте. Полярность сигнала на выходе усилител 8 зависит от направления отклонения плазменного шнура от равновесия. Преобразователь 9 преобразует нап ряжение аналогового сигнала смещения щнура в период следования импульсов для запуска тиристоров и тем самым производит изменение скважности импульсовПреобразователь 9 имеет два выхода, соединенные с двумя каналами управления, состоящие из распределителя импульсов 10 и двух формирующих устройств 11, в зависимости от полярности напряжения аналогового сигнала импульсы запуска проходят по одному или другому каналуо Распределитель импульсов 10 поочередно включает формируюодие устройства 11, которые формируют более мощны импульсы для запуска тиристоров 14 или 15, инвертора 12, Инвертор 12 работает следуюпщм образом о 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 лолусинусоидальной формы проходит через обмотку управления 13 Когда ток спадает до нуля, напряжение на конденсаторе 16 равно двойному значению напряжения источника 17о При включении тиристора 15 замыка ется цепь: источник постоянного напряжения 17, тиристор 15., конденсатор 16, тиристор 15, обмотка управления 13. По обмотке управления 13 снова проходит импульс тока полу- синусоидальной формы. Амплитуда тока определяется суммой напряжений источ нпка 17 и конденсатора 16, Когда ток спадает до нуля напряжение на конденсаторе 16 меняет знак. Полупериод импульса тока определяетх.я 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 щнура и соответственно полярности аналогового сигнала смещения будут работать один или другой инверторы 12, а обмотки управления 13 будут создавать управля ющие магнитные поля., компенсирующие отклонение плазменного шнура от равновесия , Центр сечения плазменного шнура несколько смещен 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 камерыо Оптимальное равновесное положение плазменного может быть установлено подбором коэффициента деления одного из делителей напряжения 6 о 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.

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 формирую- пще устройства и распределители импульсов, подключенные к раздельным выходам преобразователя аналогового сигнала, общий вход которого соединен с выходом усилнтагтя напряжения.