JPS58276B2 - プラズマ電流の発生方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は核融合装置におけるプラズマ電流の発生方法に
関する。

本発明による核融合装置研究用プラズマ電流発生装置を
概念的に示すと第１図のようになる。

図において、プラズマを封入した環状の放電管１１は変
流器１０の鉄心１０１と鎖交しており、その変流器１次
コイル１０２に流れる電流（ｉｏ）にもとずく磁束の変
化によってプラズマ電流（ｉｐ）を流すように構成され
ている。

すなわち変流器１次コイル１０２の端子１１．１２間に
スイッチ１２を介してコンデンサ１３の電荷を流すと、
鉄心１０１には指数関数的に変化する磁束が生じ、この
磁束と鎖交する変流器２次回路（プラズマ）に電流が流
れる。

この電流がプラズマ電流と呼ばれている。

さて、第１図の回路構成では、プラズマ電流（ｉｐ）は
コンデンサ１３の放電特性によって一義的に定まってし
まい、普通数十ないし数百（ｍｓ）の寿命でしかない。

プラズマ電流の熱を工業的に利用するには、プラズマ電
流を長期間安定に発生させなければならないので、この
種業界では発生時間を長くするための研究開発が行なわ
れている。

本発明はこのような要望にこたえるため、プラズマ電流
を長期間安定に発生させる方法を得ることにある。

第２図は本発明の一実施例を示す回路図を示す。

図において１０′は鉄心を省いた空心変流器であり、円
形の多層コイルで構成され、放電管１１に近接して巻か
れている。

実際の装置では放電管１１の外周面に密接に巻かれるよ
うになっているが、第２図では理解を容易にするため放
電管１１の上部に配置している。

またプラズマ電流を安定に発生させるには放電管の周囲
をトロイダル状のコイルで包囲する必要があるが、ここ
ではトロイダルコイルについて省くことにする。

前記空心変流器１０′のコイル端子ｔ１、 ｔ２よりも
図示右側の部分がいわゆる変流器電源回路と称する部分
である。

１４は交流発電機（交流電源）であり、その出力端子は
非制御整流素子（例えばダイオード）をグレーツ接続し
て構成した第１変換装置（以下整流装置という）１５の
交流端子に接続されている。

この整流装置１５によって整流された電圧は開閉器２２
を介して変流器１０′に印加される。

コイル端子ｔ１、 ｔ２間に前記整流装置１５の極性と
同一極性の第２変換装置１６を接続する。

この第２変換装置１６は制御整流素子（例えばサイリス
タ）をグレーツ接続して構成され、点弧角いかんによっ
ては順変換装置としてもまた逆変換装置としても動作可
能なものである。

そしてこの第２変換装置１６の交流端子は昇圧用変圧器
１７を介して交流電流２３から給電されるように構成さ
れている。

この昇圧用変圧器１７を設けた理由は開閉器２２を開放
する際、整流装置１５に流れていた変流器１次電流（ｉ
ｃ）を第２変換装置１６側に転流させるためである。

この転流については動作説明のところであらためて説明
する。

１８は第２変換装置１６と逆並列接続された第３変換装
置であり、回路構成は第２変流装置１６と同じである。

そしてその交流端子は前記交流発電機１４に接続されて
いる。

次に第２図、第３図を参照して動作説明を行なう。

発電機１４を定格電圧で運転中、開閉器２２を投入する
と、変流器１０′のコイルには整流器１５により三相全
波整流された電圧が印加される。

変流器１０′コイルは大きなインダクタンスを有してい
るため１次電流（ｉｃ）は第３図ａのような特性で立ち
上がる。

この１次電流（ｉ、）が予定値（１１）に達した時点で
、第２変換装置１６の各サイリスタを予定の順序で導通
させ、その出力電圧を整流装置１５の出力電圧よりも若
干高くなるように点弧角を制御する。

第２変換装置１６の出力電圧が整流装置１５の出力電圧
よりも若干高くなると整流装置１５は逆バイアスされ、
今まで整流装置１５から変流器１０′コイルに供給され
ていた１次電流（ｉｃ）は第２変換装置１６から供給さ
れるようになる。

すなわち変流器１次電流（ｉｃ）は整流装置１５から変
換装置１６へ転流する。

転流が完了した時点で開閉器２２を無電流で開放する。

この開閉器の開放から若干遅れて変換装置１６の各サイ
リスタに対し、点弧角を順変換器動作領域αからインバ
ータ動作領域γ（例えばγ＝０°〜３０°）へ急速に移
す。

これにより変換装置１６に高い逆電圧（インバータ電圧
）が生じ変流器１０′コイルのエネルギーの一部が変換
装置１６を通して交流電源２３へ返還されるので、１次
電流（ｉｃ）は急速に減少する。

このため環状放電管１１内のプラズマと鎖交する磁束も
同じように急激に変化し、プラズマ電流（ｉｐ）が励起
される。

プラズマ電流（ｉｐ）は時刻ｔ３で発生し、時刻ｔ４で
ほぼ一定値になるように立ち上がる。

一方１次電流（ｉｃ）が（Ｉ２）まで減少した時点以降
第２変換装置１６の点弧角γを除徐に大きくなるように
して１次電流（ｉｃ）の減少が一定勾配で減少するよう
に制御する。

そして時刻ｔ５で１ｃ＝０になった時点で、直ちに極性
の逆な第３変換装置１８の各サイリスクを位相制御し、
電流（ｉｃ）の変化率が一定となるように電圧を制御す
る。

このとき第３変換装置１８の動作は順変換器動作である
。

時刻ｔ６で変換装置１８の運転を止める。

この間プラズマには一定変化率の磁束が鎖交し、プラズ
マ電流（ｉｐ）を時刻ｔ４からＩ６までの間一定値に安
定して発生させることができる。

次に第４図に示す回路は本発明の他の実施例を示す変流
器電源回路図である。

第４図において、変流器コイル端子ｔ１．ｔ２間に第２
変換装置１６と直列に第４変換装置１９を接続する。

この第４変換装置１９の交流側端子は前記変圧器１７よ
りも巻数比の小さいすなわち２次電圧の小さい変圧器２
０が接続され、この変圧器２０を介して交流電源２３か
ら電力が供給されるようになっている。

第２図においては第２変換装置１６は単に位相制御され
るだけであったが、第４図の場合、装置１６はバイパス
ペアとしても動作可能になっている。

一方、装置１８と直列にストツピングダイオード２１を
直列に接続する。

次に本実施例の動作説明を行なう。

開閉器２２を投入して変流器１次電流（ｉｃ）が予定値
（１１）に達した時点で、第２変換装置１６内の直列接
続された任意のサイリスク対を導通させ、これをバイパ
スペアとし、同時に変換装置１９を順変換装置として動
作させ、その出力電圧の大きさを整流装置１５の出力電
圧よりも若干高くなるように位相制御する。

変流器１次電流（ｉｃ）が整流装置１５から第４変換装
置１９へ転流した時点で、開閉器２２を開放し、その後
直ちに変換装置１６および１９内のサイリスクへの点弧
角をインバータ動作領域γへ急速に移し、変換装置１６
および１９をインバータ運転させる。

電流（ｉｃ）がＩ２値まで減少した時点で、第２変換装
置１６をバイパスペアとして動作させ、第４変換装置１
９のみをインバータ運転する。

この場合変流器１次電流（ｉｃ）が予定の勾配で減少す
るように変換装置１９内の各サイリスクを位相制御する
ことは第２図の変換装置１６の動作と同様である。

低圧の変換装置１９だけをインバータ運転させると、ピ
ーク値が小さくなり、かつ点弧角γも大きくする必要が
ないから、リップルを小さくすることができる。

そして変流器１次電流（ｉｃ）が零になった時点で、第
３変換装置１８を第２図の実施例の場合同様徐々に逆方
向電流が増えるように制御する。

ストツピングダイオード２１は変換装置１６および１９
がインバータ運転しているときすなわち端子ｔ１． ｔ
２間に逆電圧を印加しているとき、この逆電圧を分担す
る。

このため変換装置１８を構成するサイリスタの電圧定格
を第２図の場合に比べ低くすることができる。

以上述べたように本発明は交流電源の出力を整流装置で
整流して変流器コイルに供給し、この変流器１次電流の
変化をこの整流装置と並列接続した変換装置のインバー
タ運転で行なうようにしたので、長期間プラズマ電流を
安定に発生させることができる。

このため本発明では変流器コイルに対して放電抵抗を設
ける必要もなく、また直流しゃ断装置も必要とせず、安
価な装置を提供することができる。

本発明は以上述べた実施例に限定されることはなく、例
えば変換装置１８と直列にスイッチを設ければ、変換装
置１８、ストツピングダイオード２１の電圧定格を低く
することができる。

ただし、この場合スイッチの投入時期は１次電流（ｉｃ
）がＩ２よりも低くなったときに選ぶ必要がある。

また時間ｔ４〜ｔ５を長く選らべるときは第３変換装置
１８を省いてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はプラズマ電流発生装置の概念図、第２図は本発
明の一実施例を示す回路図、第３図ａ。 ｂはそれぞれ変流器１次電流、プラズマ電流の特性を示
す図、第４図は本発明の他の実施例を示す図である。 １０′・・・・・・変流器、１１・・・・・・環状放電
管、１４・・・・・・交流発電機、１５・・・・・・第
１変換装置（整流装置）、１６・・・・・・第２変換装
置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ プラズマを収容する放電管と、この放電管の近傍に
   配置されプラズマを２次回路として形成した変流器と、
   交流電圧を整流し、この変流器に直流電流を供給する第
   １変換装置と、この第１変換装置の直流回路に挿入した
   開閉器と、この第１変換装置および開閉器で構成した直
   列部分に並列接続され第１変換装置よりも高い整流電圧
   を出し得る第２変換装置とからなり、前記開閉器を投入
   して変流器に１次電流を供給し、この１次電流が予定値
   を越えた時点で第２変換装置を順変換装置として動作さ
   せて前記第１変換装置に流れていた電流を第２変換装置
   側へ転流させ、転流が完了した時点で開閉器を開放し、
   ついで第２変換装置の点弧角を順変換器動作領域αから
   急速に逆変換動作領域γへ移してこの第２変換装置を逆
   変換装置として動作させることにより変流器１次電流を
   急変させてプラズマ電流を励起し、プラズマ電流が予定
   値まで立ち上がった時点から前記第２変換装置の点弧角
   γを徐々に大きくして変流器１次電流を予定の勾配で変
   化させることを特徴とするプラズマ電流発生方法。