JPS62131773A - 核融合装置用電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は核融合装置用電源装置に係り、特に逆転磁場ピ
ンチ装置のトロイダルコイルを励磁するに好適な核融合
装置用ｗｇ装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のこの種の核融合装置用電源装置は、第３図に示す
ように、逆転磁場ピンチ装置のトロイダルコイル（以下
、負荷コイルという）２に、正逆両極性の電流を流し得
る１１ＥｉｌＩ４と、この電［４の極性を制御して前記
負荷コイル２に順次極性の異なる電流を流すために回路
切換を行うスイッチ手段６とから構成されている。

すなわち、上記電源４は、一方の極性の電流を流し得る
第１の供給回路４Ａと、これとは逆極性の電流を流し得
る第２の供給回路４Ｂとを含んで構成されている。第１
の供給回路４Ａは、コンデンサＣａｓ、　Ｃａｚｙ　Ｃ
ａａ＋　Ｃａａと、リアクトルＬ　ａ　１　＋Ｌａ！ｙ
　Ｌｉ３とで構成された梯子形パルス成形回路となって
いる。第２の供給回路４Ｂは、コンデンサＣｂｔ＊　Ｃ
ｂｚｙ　Ｃｂｓｅ　Ｃｂ４ト、　’Ｊ　７　’）　トル
Ｌｂｔ＋Ｌｂｚｙ　Ｌｂａとで構成された梯子形パルス
成形回路となっている。

また、スイッチ手段６は、第１の供給回路４Ａと負荷コ
イル２との間に設けられた第１のスイッチ回路６Ａと、
第２の供給回路４Ｂと負荷コイル２との間に設けられた
第２のスイッチ回路６Ｂとを含んで構成されている。第
１のスイッチ回路６Ａは、コンデンサＣｇａと第１のス
イッチ素子としてのイブナトロン５Ｗａｚとの直列回路
に第２のスイッチ素子としてのイブナトロン５Ｗａｚを
並列接続し、その並列回路に電流ブロック用リアクトル
Ｌｅａを直列接続して構成されている。第２のスイッチ
回路６Ｂは、コンデンサＣａａとイブナトロン５Ｗｂｘ
との直列回路に対してイブナトロン５Ｗｂｚを並列接続
して構成されている。

このような構成になる電源装置の動作を第４図を参照し
ながら説明する。

まず、コンデンサＣａ　１　＝　Ｃａ　４　ｅ　Ｃｂ　
ｓ〜Ｃｂａをそれぞれ図示した極性に充電する。充電が
完了したなら、１＝０にて、第１のスイッチ回路６Ａの
イブナトロン５Ｗａｔを点弧する。これによりイブナト
ロンＳＶ／ａｘは導通して１図示の如＜１＝○〜ｔａの
期間、電流が立ち上り状に供給されることになる。次い
で、第１のスイッチ回路６Ａのイブナトロン５Ｗａｚを
時刻ｔ＆で点弧すると、該イブナトロン５ＷＩＩＩには
時間０〜ｔａ間でコンデンサＣａｎに充電された電圧が
逆電圧として印加されることになるので、イブナトロン
５Ｗａｌは自動的に開路し、該負荷コイル２に流れる電
流は、第３図に示す電流路１０の経路のように流れる。

次に、第４図に示す時刻ｔｏにて第２のスイッチ回路６
ＢのイグナトロンＳＷ＋工を点弧し、該負荷コイル２に
流れる電流を急速に極性反転させ、その後時刻ｔｚにイ
ブナトロン５Ｗｂｘを点弧して上記負荷コイル２の電流
を１時間巾Ｔａの期間一定に維持するものである。尚、
この種の電源装置に類似するものとしては、宮本健部他
著「逆転磁場ピンチトーラス装置”ＲＥＰＵＴＥ−１”
の完成」　”ｓ立許論、Ｖｏ　１．６６、　Ｎａ９　（
１９８４，９）”に記載されているものがある。

上記した従来の電源装置によれば、該負荷コイル２に流
れる電流の極性反転時（ｔｏ”ｔｘ）に、第２の供給回
路６Ｂの初期蓄積エネルギーの一部が第１の供給回路６
Ａにも流れ込むため、その流れ込む分だけ第２の供給回
路６Ｂの初期蓄積エネルギーを高めておく必要があった
。加えて、第４図の負のフラットトップ期間（ｔｚ〜ｔ
ａ）の継続時間（ＴＢ）が、１００　（ｍｇｅｃ）　〜
２００　Ｃｍ５ｅｃ）にも及ぶ場合は、第２の供給回路
６Ｂの初期蓄積エネルギーは数＋［ＭＪ）にも達するこ
とから。

これを従来の電源装置の如き方式で構成することは防煤
対策等を考慮すると、極めて困難であった。

上述の問題点を解決する一つの手段としては、サイリス
タ変換器の適用が考えられる。しかしながら、このよう
な、サイリスタ変換器を適用する場合、負荷コイルに流
れる電流の極性を反転させる方法としては、外部にエネ
ルギー蓄積コイルを設け、該エネルギー蓄積コイルに流
れている電流を直流遮断器にて遮断して、その電流を該
負荷コイルに流れている電流とは逆向きに負荷コイルに
流し込むことにより、極性を反転されるものであった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述したような方式によれば、外部のエネルギー蓄積コ
イルを予め励磁しておかなければならず。

このため専用の励磁電源を設置しなければならず設備容
量の大規模化し、これに伴って建設コストが高くなるこ
とに加え、負荷コイル励磁電源と。

上記専用の励磁電源との協調が複雑になるという不都合
があった。尚、本方式の装置としては。

″電気学会論文誌Ａ、嶋田他［誘導性エネルギーによる
トカマクプラズマ電流の立上げ」９９巻２号第４９頁〜
５６頁″に記載されたものがある。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
その目的は、簡単な構成にして安全なる核融合装置用電
源装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決した本発明は、負荷コイルに正逆両極
性の電流を流し得る電源と、負荷コイルと電源との間に
設けられ、前記電源から負荷に流し得る電流の極性切換
を行うスイッチ手段とからなる核融合装置用電源装置に
おいて、前記１１！源は一方の極性の電流を流し得る第
一の半導体電力変換器と他方の極性の電流を流し得る第
二の半導体電力変換器とを並列接続して構成し、前記ス
イッチ手段は開閉器と半導体スイッチとを並列接続して
構成し、前記負荷コイルにはスイッチ素子とコンデンサ
と抵抗と直列接続してなる分流回路を並列接続し、前記
電源及びスイッチ手段を駆動制御して負荷コイルに一の
極性の電流から一定期間経過他の極性の電源を流すよう
に切り換える際に前記分流回路のスイッチ素子との期間
閉路状態にする制御回路を設けてなることを特徴とする
ものである。

〔作用〕

まず一方の半導体電力変換器を駆動すると共にスイッチ
手段の開閉器を閉路して負荷コイルに一方の極性の電流
を一定期間流す。

次に、前記半導体電力変換器の駆動を停止すると共に、
スイッチ手段の開閉器を開路し、同時に分流回路のスイ
ッチ素子を閉路状態にする。これにより、負荷コイルに
流れていた電流は、負荷コイル、分流回路のコンデンサ
等により定まる時定数でコンデンサに流れ込む、負荷コ
イルの電磁エネルギーがコンデンサに蓄積されると、今
度はコンデンサの電荷が負荷コイルに流れ込む、負荷コ
イルに流れ込む電流が所定の値になったところで、スイ
ッチ素子を開路状態にし、同時に前記他方の半導体電力
変換器を駆動すると共にスイッチ手段の半導体スイッチ
を閉路状態にして他方の極性の電流を負荷コイルに流す
ものである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例を示す回路図であり、第２図は
同実施例の作用を説明するために示すタイムチャートで
ある。

図において１本実施例は、正逆両極性の電流を流し得る
電力変換部４０と、この電力変換部４０からの電流を負
荷コイル２に流すスイッチ手段６０と、所定期間だけ負
荷２に並列接続可能とされた分流回路１００とを有して
構成されている。

上記電力変換部４０は、第２図の時刻ｔ（＝０〜ｔｏ）
の期間使用する第一の半導体電力変換器としてのサイリ
スタ変換器４２Ａと、時刻１　（＝ｔ２〜ｔａ）の期間
使用する第二の半導体電力変換器としてのサイリスタ変
換器４２Ｂとを逆並列接続して構成されている。

スイッチ手段６０は、時刻ｔ　＝ｔ　ｏに開路する直流
遮断器６２と、時刻ｔ＝ｔ２に閉路する半導体スイッチ
としてのサイリスタスイッチ６４との並列回路からなる
。しかして、電力変換部４０とスイッチ手段６０とは直
列接続されて、負荷コイル２に電気的に接続されている
。さらに、該負荷コイル２の端子間に並列に、分流回路
１００が接続されており、分流回路１００は１時刻ｔ　
＝ｔ　。

に閉路し、時刻ｔ　＝ｔ　ｓに開路するスイッチ素子と
しての第一のサイリスタスイッチ１０２Ａと。

時刻１　＝１１に閉路し、時刻ｔ　＝ｔ　ｚに開路する
スイッチ素子としての第二のサイリスタスイッチ１０２
Ｂとの逆並列回路を、コンデンサ１０４と抵抗器１０６
の直列回路に直列接続して構成されている。

２０ｏは制御回路であり、制御回路２００は一定の順序
で電力変換部４２Ａ、４２Ｂ、スイッチ手段６０、分流
回路１００のサイリスタスイッチ１０２Ａ、１０２Ｂを
開閉制御できるものである。

次に、上記実施例の作用を第２図を参照しながら説明す
る。

まず、スイッチ手段６０の該直流遮断器６２は。

閉路されており、かつサイリスタスイッチ６４は開路状
態になっている。また、該分流回路１００の第一、第二
のサイリスタスイッチ１０２Ａ。

１０２Ｂは開路状態にあるものとする。

次に、ｔ＝０で直流遮断器６２を閉路すると。

該負荷コイル２に電流が流れ、該負荷コイル２が設定電
流まで励磁される。該負荷コイル２が任意の正のフラッ
トトップ期間、一定に励磁が継続されると１時刻ｔ　＝
ｔ　ｏにて該直流遮断器６２を開路すると同時に、該分
流回路１００の第一のサイリスタスイッチ１０２Ａを閉
路する。この動作によって、上記した該負荷コイル２に
流れる電流は。

分流回路１００のコンデンサ１０４．該抵抗器１０６、
該第一のサイリスタスイッチ１０２Ａからなる回路に転
流し、該抵抗器１０６にて制動を受けながら減衰振動を
行なう。時刻１＝１．にて、該負荷コイル電流が電流零
点を切る時、これを制御回路２００で検出するなどし、
制御回路２００により該第二のサイリスタスイッチ１０
２Ｂを閉路することにより、有負荷コイル２に流れる電
流は極性を反転し、さらに減衰振動を続け１時刻ｔ＝ｔ
２にて、設定された負のフラットトップ電流値に達する
。この時（ｔ＝ｔｚ　）　、該スイッチ手段６０のサイ
リスタスイッチ６４を閉路し、該第二の電力変換器４２
Ｂを該電荷コイル２に接続することにより、該負荷コイ
ル２の負のフラットトップ電流値は１時刻ｔ　＝ｔ　ｓ
まで一定に制御されることになる。上記制御回路２００
動作順序は。

時間を基にシーケンス制御したが、もちろん負荷コイル
２に流れる電流を計器用変流器を介して取り込みその電
流の大きさを併用するようにしてもよいことはいうまで
もない。

本実施例は、サイリスタ変換器を用いた電力変換装置ｉ
！６０を利用して構成した核融合装置用電源装置である
ため、コンデンサ電源としていた従来技術に比較して防
煤対策等の配慮が格段に少なく。

したがって安全性、保守性、さらには運転性能の点が極
めて優れている。また、負荷コイル２の電流極性を反転
するのに、本発明はコンデンサと抵抗器の減衰振動作用
を利用しているため外部にエネルギー蓄積コイルと専用
励磁電源を設けた従来技術に比較して設備容量、及びこ
れに伴なう建設コストの点や、負荷コイル励磁電源と上
記専用励磁電源間との協調を考慮しなくとも良いという
点で、格段に優れている。

尚、上記実施例ではサイリスタで説明したがもちろん他
のスイッチング素子や自己消弧素子等の半導体素子を用
いてよいことはいうまでもない。

また、直流遮断器を用いて説明したがこれは他の開閉器
であってもよい。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、装置構成が甚だ簡単
になり、しかも省エネルギー化が図れると共に、安全性
が高いという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る核融合装置用電源装置の実施例を
示す回路図、第２図は同実施例の作用を説明するために
示すタイムチャート、第３図は従来例を示す回路図、第
４図は従来例を説明するために示すタイムチャートであ
る。 ２・・・負荷コイル、４０・・・電力変換部、４２Ａ。 ４２Ｂ・・・サイリスタ変換部、６０・・・スイッチ手
段、６２・・・直流遮断器、６４・・・サイリスタスイ
ッチ。 １００・・・分流回路、１０２Ａ、１０２Ｂ・・・第一
。 第二のサイリスタスイッチ、１０４・・・コンデンサ、
１０６・・・抵抗器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、負荷コイルに正逆両極性の電流を流し得る電源と、
   負荷コイルと電源との間に設けられ、前記電源から負荷
   に流し得る電流の極性切換を行うスイッチ手段とからな
   る核融合装置用電源装置において、前記電源は一方の極
   性の電流を流し得る第一の半導体電力変換器と他方の極
   性の電流し得る第二の半導体電力変換器とを並列接続し
   て構成し、前記スイッチ手段は開閉器と半導体スイッチ
   とを並列接続して構成し、前記負荷コイルにスイッチ素
   子とコンデンサと抵抗とを直列接続してなる分流回路を
   並列接続し、かつ前記電源及びスイッチ手段を駆動制御
   して負荷コイルに一の極性の電流から一定期間経過後他
   の極性の電流を流すように切り換える際に前記分流回路
   のスイッチ素子をその期間閉路状態にする制御回路を設
   けてなることを特徴とする核融合装置用電源装置。