JPS6116034B2 - - Google Patents

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JPS6116034B2
JPS6116034B2 JP54000261A JP26179A JPS6116034B2 JP S6116034 B2 JPS6116034 B2 JP S6116034B2 JP 54000261 A JP54000261 A JP 54000261A JP 26179 A JP26179 A JP 26179A JP S6116034 B2 JPS6116034 B2 JP S6116034B2
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JP
Japan
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plasma
current
control
coil
control loop
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JP54000261A
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Japanese (ja)
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JPS5593089A (en
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Akiteru Ueda
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は核融合のためのプラズマ発生装置にお
けるプラズマ制御装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a plasma control device in a plasma generator for nuclear fusion.

従来、小型の装置においてはプラズマの放電時
間が数十ミリ秒程度の短時間であつたため、プラ
ズマの諸量をフイードバツク制御する事は困難で
あつたが、最近、大型の装置が作られ、プラズマ
の放電時間も数百ミリ秒乃至数秒と長くなつた。
従つてこの様な装置では、プラズマの電流値や、
位置、形状を目標値に保つ様にフイードバツク制
御する事が行なわれる機運にある。しかしこの様
な装置においても、プラズマ電流を立上げる時に
は、プラズマ電流や各磁場コイル電流の変化が大
きく、かつ数十ミリ秒程度の短時間に立上げが行
なわれるために、プラズマの諸量をフイードバツ
ク制御する事は難かしい。そこで立上げ時は、各
コイル電流をあらかじめ設定したプレプログラム
に従つて流すようにして、立上げ終了後プラズマ
電流を維持する時間帯(フラツトトツプ)になつ
てからプラズマをフイードバツク制御する方式が
考えられている。しかしながらこの方法では、立
上げからフラツトトツプへ移行する過程での制御
に問題がある。この点を図面によつて説明する。
Conventionally, in small devices, the plasma discharge time was short, on the order of tens of milliseconds, so it was difficult to feedback control the various amounts of plasma.However, recently, large devices have been made, and plasma The discharge time has also become longer, ranging from hundreds of milliseconds to several seconds.
Therefore, in such a device, the plasma current value,
There is an opportunity for feedback control to maintain the position and shape at target values. However, even in such a device, when starting up the plasma current, there are large changes in the plasma current and each magnetic field coil current, and the starting up is done in a short time of about several tens of milliseconds, so it is difficult to control the various quantities of the plasma. It is difficult to control feedback. Therefore, a method has been considered in which the current in each coil is caused to flow according to a pre-program set in advance during start-up, and the plasma is feedback-controlled after the time period (flat top) during which the plasma current is maintained after the start-up is completed. ing. However, this method has problems with control during the transition from startup to flat top. This point will be explained with reference to the drawings.

第1図は核融合プラズマ発生装置の形状を説明
するための図面で、同図aに示すように環状にプ
ラズマ電流Iを流す。実際にはプラズマ電流をこ
のように環状に閉び込めるための磁場を作るトロ
イダル磁場コイルが、プラズマ電流環のまわりに
巻かれ、またプラズマ電流を流す部分を真空に保
つための真空器が備えられるが、図では省略して
いる。ポロイダル磁場コイル2は、図では1個の
み示しているが、プラズマ電流を流すための変流
器コイルやプラズマの位置を所定の所に保持する
ための磁場を作る各種の制御磁場コイルより成
る。
FIG. 1 is a diagram for explaining the shape of a fusion plasma generator, in which a plasma current I is passed in an annular manner as shown in FIG. 1a. In reality, a toroidal magnetic field coil that creates a magnetic field to confine the plasma current in a ring is wound around the plasma current ring, and a vacuum device is provided to keep the area where the plasma current flows in a vacuum. However, it is omitted in the figure. Although only one poloidal magnetic field coil 2 is shown in the figure, it consists of a current transformer coil for flowing a plasma current and various control magnetic field coils for creating a magnetic field for holding the plasma at a predetermined position.

第1図Bに示す断面図において、プラズマ電流
が図示の向きに流れているものとする。プラズマ
電流環はその電流及びプラズマの圧力のために、
一般に外側に拡がろうとする力が働く。プラズマ
を所定の位置に保つためには、この力に対抗して
内側へ向いた力を加える必要がある。このために
垂直磁場コイル(ポロイダル磁場コイルの一種)
2aを図示の如く配置し、図示の如く電流を流
す。このコイル電流により図の矢印の様に垂直磁
場ができる。この磁場とプラズマ電流による電磁
力が内側へ向いた力になる。両者の力が等しくな
る様に垂直磁場コイル電流を調整することによ
り、プラズマを所定の位置に保つことができる。
In the cross-sectional view shown in FIG. 1B, it is assumed that the plasma current is flowing in the direction shown. Due to its current and plasma pressure, the plasma current ring
In general, there is a force that tries to spread outward. This force must be counteracted by an inwardly directed force to keep the plasma in place. For this purpose, a vertical magnetic field coil (a type of poloidal magnetic field coil)
2a are arranged as shown, and a current is applied as shown. This coil current creates a vertical magnetic field as shown by the arrow in the figure. The electromagnetic force caused by this magnetic field and plasma current becomes an inward force. By adjusting the vertical field coil current so that both forces are equal, the plasma can be kept in place.

次に第2図、第3図により本装置の運転方法を
説明する。第2図において、1aはプラズマの自
己インダクタンス、1bはプラズマ抵抗でプラズ
マ環は電流回路的にはこのように表わされる。2
bはプラズマ電流を流すための変流器コイルで、
あり、プラズマ1a、垂直磁場コイル2a、変流
器コイル2bは電磁的に結合している。変流器コ
イル2bには、プラズマ電流を流すための回路が
接続される。この回路は、抵抗3、切換スイツチ
4,4′、直流した断器5、サイリスタ変換装置
6より成る。
Next, the operating method of this apparatus will be explained with reference to FIGS. 2 and 3. In FIG. 2, 1a is the plasma self-inductance, 1b is the plasma resistance, and the plasma ring is represented in terms of a current circuit. 2
b is a current transformer coil for flowing plasma current;
The plasma 1a, the vertical magnetic field coil 2a, and the current transformer coil 2b are electromagnetically coupled. A circuit for flowing plasma current is connected to the current transformer coil 2b. This circuit consists of a resistor 3, changeover switches 4, 4', a direct current disconnector 5, and a thyristor converter 6.

第3図のaはプラズマ電流、bは変流器コイル
電流を示す。第3図のt1時点以前に、直流しや断
器5を閉路し、切換スイツチ4,4′、をa側に
接続し、サイリスタ変換装置6円制御して(制御
装置は図示省略)、変流器コイル2bの電流を所
定の値にしておく。時刻t1で直流した断器5を開
くと変流器コイル2bの電流は抵抗3に流れ、端
子間に高い電圧を発生するので、プラズマ環で放
電が生じ、プラズマ電流が流れ出す。さらに変流
器コイル2bの電流の変化によつて、プラズマ電
流が増大する。t2時点からプラズマ電流維持時間
帯(フラツトトツプ)に移行する。プラズマはそ
れ自身の損失分により電流が減少しようとするの
で、変流器コイル2bの電流をゆつくり変化させ
る必要がある。このため切換スイツチ4,4′を
b側にしてサイリスタ変換装置6を再接続して所
要の電流を流す。t3時点から停止動作を行なう。
In FIG. 3, a shows the plasma current, and b shows the current transformer coil current. Before time t 1 in FIG. 3, the DC circuit and disconnector 5 are closed, the changeover switches 4 and 4' are connected to the a side, and the thyristor conversion device is controlled (the control device is not shown). The current in the current transformer coil 2b is kept at a predetermined value. When the DC disconnector 5 is opened at time t1 , the current in the current transformer coil 2b flows through the resistor 3 and generates a high voltage between the terminals, so that a discharge occurs in the plasma ring and a plasma current begins to flow. Furthermore, the plasma current increases due to the change in the current in the current transformer coil 2b. From time t2 , the plasma current maintenance period (flat top) begins. Since the current in the plasma tends to decrease due to its own loss, it is necessary to slowly change the current in the current transformer coil 2b. For this purpose, the changeover switches 4 and 4' are set to the b side, and the thyristor conversion device 6 is reconnected to allow the required current to flow. Perform the stop operation from time t3 .

このような運転において垂直磁場コイル2aの
電流は第3図cのように、t1からt2の間(立上げ
時)はプラズマ電流にほぼ比例して立上げる必要
がある。又、フラツトトツプではプラズマの再加
熱(図示していない加熱装置により行なわれる)
などのためにプラズマの圧力が増加するので、そ
れに対応して垂直磁場コイル2aの電流を若干増
加させる必要がある。実際にはプラズマの位置を
検出して、フイードバツク制御によりコイル電流
を変化させる。一方前述の立上げ時は、電流の変
化が非常に早いため、実際の位置を検出してフイ
ードバツク制御したのでは、制御回路等の時間遅
れなどのために、位置のずれが大きくなつてしま
う。そこで垂直磁場コイル2aの電流あるいは電
圧として、プラズマを所定の位置に保ちうる値を
あらかじめ計算で求めて、そのような電流あるい
は電圧を与える様に、コイル電源のサイリスタ変
換装置7を制御するプレプログラミング制御があ
る。この方法を第2図で説明すると、垂直磁場コ
イル2aにはサイリスタ変換装置7が接続されて
いる。その制御回路としては、電流検出器8で測
定した電流を電流設定値ivpに等しくする様な制
御ループと(コイル電圧を制御するループとする
こともできる)、プラズマ位置検出器9で検出し
た位置を設定値X0に等しくする様な制御ループ
を備えている。11,13は制御演算回路、14
は信号切換回路、15はパルス移相器16は中央
制御装置で、中央制御装置16の指令により信号
切換回路14を動作させて、時刻t2以前では電流
を制御するプレプログラミング制御ループaが、
時刻t2以後は位置を制御するフイードバツク制御
ループbが選択される。
In such an operation, the current in the vertical magnetic field coil 2a must be raised approximately in proportion to the plasma current between t 1 and t 2 (at startup), as shown in FIG. 3c. In addition, in the flat top, the plasma is reheated (performed by a heating device not shown).
As the plasma pressure increases due to such reasons, it is necessary to slightly increase the current of the vertical magnetic field coil 2a correspondingly. In reality, the position of the plasma is detected and the coil current is changed using feedback control. On the other hand, at the time of startup mentioned above, the current changes very quickly, so if the actual position is detected and feedback control is performed, the positional deviation will become large due to the time delay of the control circuit, etc. Therefore, pre-programming is performed to calculate in advance a value that can maintain the plasma in a predetermined position as the current or voltage of the vertical magnetic field coil 2a, and to control the thyristor conversion device 7 of the coil power supply so as to provide such current or voltage. There is control. This method will be explained with reference to FIG. 2. A thyristor conversion device 7 is connected to the vertical magnetic field coil 2a. The control circuit includes a control loop that makes the current measured by the current detector 8 equal to the current set value i vp (it can also be a loop that controls the coil voltage), and a control loop that makes the current measured by the current detector 8 equal to the current set value A control loop is provided that makes the position equal to the set value X 0 . 11 and 13 are control calculation circuits, 14
15 is a signal switching circuit, 15 is a pulse phase shifter 16, which is a central control device, and a preprogramming control loop a that operates the signal switching circuit 14 according to a command from the central control device 16, and controls the current before time t2 .
After time t2 , feedback control loop b for controlling the position is selected.

このような制御におけるプラズマ水平位置Xの
動きの1例を第3図dに示す。
An example of the movement of the plasma horizontal position X under such control is shown in FIG. 3d.

図の実線がプラズマ水平位置Xで、1点鎖線が
目標値X0である(X0=0)。立上げ時には前述の
ように直接プラズマ水平位置Xは制御せずにコイ
ル電流をあらかじめ与えられた値にある様に制御
しており、また立上げ時は各電流の変化が大きい
ため磁場の変化も大きく、プラズマ水平位置Xは
ある程度の偏差が生じることは避けられない。こ
の様な状態でt1時点で偏差X1を生じている状態か
らプラズマ水平位置Xのフイードバツク制御に切
換えると、目標値X0=0に近付こうとして動く
が、一般に図示実線のようにオーバーシユートす
る。このような状態はプラズマ制御の上からは好
ましくない。すなわちプラズマは他のコイルや容
器と電磁的に結合しているためこれらにも振動電
流が流れたり、ひいてはプラズマ自身が不安定に
なつたりする。
The solid line in the figure is the plasma horizontal position X, and the dashed line is the target value X 0 (X 0 =0). At startup, as mentioned above, the coil current is controlled to a predetermined value without directly controlling the plasma horizontal position Therefore, it is inevitable that a certain degree of deviation will occur in the plasma horizontal position X. In such a state, when switching from a state where a deviation X 1 occurs at time t 1 to feedback control of the plasma horizontal position Shoot. Such a state is not desirable from the viewpoint of plasma control. In other words, since the plasma is electromagnetically coupled to other coils and containers, oscillating currents may flow through these as well, and the plasma itself may become unstable.

本発明の目的はプラズマを安定に制御すること
が可能な制御装置を有する核融合プラズマ装置を
提供するにある。
An object of the present invention is to provide a fusion plasma device having a control device capable of stably controlling plasma.

本発明は、立上げ時からフラツトトツプに移る
時の制御の切換えを滑らかにする事によりプラズ
マを安定に制御するものである。
The present invention stably controls plasma by smoothing the control switching from start-up to flat top.

本発明の実施例を第4図に示す。図において、
第2図と同一のものには同一符号を付したので説
明を省略する。17は信号切換回路、18は一次
遅れ回路である。第4図の位置制御回路以外の動
作は第2図と同様である。第4図において立上り
時は信号切換回路17はbの信号を又信号切換回
路14はaの信号を選択する。t2時点において、
中央制御装置16の指令により信号切換回路17
はbからaに、又14はaからbに選択する信号
を切換える。すなわち信号切換回路17では、立
上り時は位置制御の目標値X0の代わりに実際の
位置Xを取り込む。しかし位置制御ループは信号
切換回路14で選択されていないため、実際の制
御には関係しない。t2時点で信号切換回路17で
信号が切換えられると第3図のX1から目標値X0
に値が変化する。そこで一次遅れ回路18を付け
ると、18の出力は第3図eの一点鎖線のように
X1からX0へ滑らかに変化する。すなわち位置制
御の目標値が上述の様にプラズマの位置Xがオー
バーシユートしないような範囲の変化率で滑らか
に変化する。一方t2時点以後は信号切換回路14
が動作してbが選択され、位置制御ループが動作
するので、実際の位置Xは第3図eの実線のよう
に変化する。このように本実施例によれば、プラ
ズマ位置が制御モードの切換えがあつても滑らか
に変化しつつ所定の位置に保たれるので、プラズ
マ位置を安定に制御できる。
An embodiment of the invention is shown in FIG. In the figure,
Components that are the same as those in FIG. 2 are given the same reference numerals, and their explanations will be omitted. 17 is a signal switching circuit, and 18 is a first-order delay circuit. The operations other than the position control circuit in FIG. 4 are the same as in FIG. 2. In FIG. 4, at the time of rising, the signal switching circuit 17 selects the signal b, and the signal switching circuit 14 selects the signal a. At time t 2 ,
The signal switching circuit 17 is activated by a command from the central controller 16.
14 switches the selection signal from b to a, and from a to b. That is, the signal switching circuit 17 takes in the actual position X instead of the position control target value X 0 at the time of rising. However, since the position control loop is not selected by the signal switching circuit 14, it is not related to actual control. When the signal is switched by the signal switching circuit 17 at time t 2 , the target value changes from X 1 to X 0 in Fig. 3.
The value changes. Therefore, if the first-order delay circuit 18 is added, the output of 18 will be as shown by the dashed-dotted line in Figure 3e.
Changes smoothly from X 1 to X 0 . That is, the target value of the position control changes smoothly at a rate of change within a range such that the plasma position X does not overshoot as described above. On the other hand, after time t2 , the signal switching circuit 14
operates, b is selected, and the position control loop operates, so the actual position X changes as shown by the solid line in FIG. 3e. As described above, according to this embodiment, even when the control mode is switched, the plasma position is maintained at a predetermined position while changing smoothly, so that the plasma position can be stably controlled.

又、コイル電源としてはサイリスタ変換装置の
例を示したが、その他の可制御直流電源、例えば
トランジスタ等を使用したものでも良い。
Further, although a thyristor conversion device is shown as an example of the coil power source, other controllable DC power sources such as transistors may be used.

以上のように本発明によれば、制御モードを切
換えてもプラズマを安定に制御できる。
As described above, according to the present invention, plasma can be stably controlled even if the control mode is switched.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は核融合装置を説明するための図でaは
概略斜視図、bは断面図、第2図は従来例を示す
回路図、第3図は第2図及び第4図の動作を説明
する説明図、第4図は本発明の一実施例を示す回
路図である。 1a…プラズマインダクタンス、2a…垂直磁
場コイル、2b…変流器コイル、7…サイリスタ
変換器、8…電流検出器、9…位置検出器、14
…信号切換回路、17…信号切換回路、18…一
次遅れ回路。
Figure 1 is a diagram for explaining a nuclear fusion device, where a is a schematic perspective view, b is a sectional view, Figure 2 is a circuit diagram showing a conventional example, and Figure 3 shows the operation of Figures 2 and 4. FIG. 4 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention. 1a... Plasma inductance, 2a... Vertical magnetic field coil, 2b... Current transformer coil, 7... Thyristor converter, 8... Current detector, 9... Position detector, 14
... Signal switching circuit, 17... Signal switching circuit, 18... First-order delay circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 プラズマ環と、プラズマの位置を制御するた
めの少くとも1つのポロイダル磁場コイルと、該
コイルの電流又は電圧を制御する電源と、該電源
を制御する制御装置を備え、該制御装置には上記
コイルの電流又は電圧を制御するプレプログラミ
ング制御ループと上記プラズマの位置を制御する
フイードバツク制御ループとを備えて時間的に両
者を切換選択して制御するものに於て、上記プレ
プログラミング制御ループから上記フイードバツ
ク制御ループに切換時に、入力を実際の上記プラ
ズマの位置Xから上記プラズマの位置の制御目標
値X0に切替え、上記プラズマの位置の制御目標
値X0を所定の変化率を越えないように滑らかに
変化させる一次遅れ回路を上記フイードバツク制
御ループに設けた事を特徴とする核融合プラズマ
装置。
1 A plasma ring, at least one poloidal magnetic field coil for controlling the position of the plasma, a power source for controlling the current or voltage of the coil, and a control device for controlling the power source, and the control device has the above-mentioned In a device that is provided with a preprogramming control loop that controls the current or voltage of the coil and a feedback control loop that controls the position of the plasma, and is controlled by selectively switching between the two in time, the preprogramming control loop When switching to the feedback control loop, the input is switched from the actual plasma position X to the plasma position control target value X 0 , so that the plasma position control target value X 0 does not exceed a predetermined rate of change. A fusion plasma device characterized in that the feedback control loop is provided with a first-order delay circuit that causes smooth changes.
JP26179A 1979-01-08 1979-01-08 Nuclear fusion plasma device Granted JPS5593089A (en)

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