MX2011000031A - Circuito para extraccion de energia directa a partir de un haz de particula con carga. - Google Patents
Circuito para extraccion de energia directa a partir de un haz de particula con carga.Info
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Abstract
En la presente se provee un dispositivo de circuito de extracción de energía de fusión (FEEC) que tiene un convertidor bidireccional empalmado a la grilla y un convertidor de resonancia. El convertidor de resonancia puede incluir un convertidor ciclotrón inverso con dos o más placas cuadripolo y una pluralidad de interruptores de circuito. El convertidor bidireccional puede incluir un convertidor empalmado a la grilla trifásica. El dispositivo FEEC es capaz de desacelerar los haces de partículas de plasma, extrayendo de esta forma la energía de la desaceleración, convirtiendo la energía extraída en energía eléctrica, y enviando la energía eléctrica a una grilla de potencia.
Description
UITO PARA EXTRACCIÓN DE ENERGÍA DIRECTA A PARTIR
HAZ DE PARTÍCULA CON CARGA
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La invención se refiere en general a circuitos eléctrico ular, a un circuito eléctrico que facilita la extracción de energía a p ulas con carga como resultado de una reacción de fusión contr la energía a la grilla de potencia con un factor de potencia u ciendo el factor de potencia, o demorando el factor de pot ud.
ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA
La generación de potencia de fusión controlada abrirá la p orta mediante los haces de partículas con carga en la for ntum, se puede convertir directamente en electricidad desacel rticulas con carga utilizando un convertidor ciclotrón inverso cua De éste modo, se espera una conversión de energía más a aria una tecnología clave que extraiga la energía del ICC y la iny a de utilidad.
En consecuencia, sería deseable proveer un circuito elec tencia para desacelerar las partículas de plasma, extraer la energí de desaceleración, convertir la energía de plasma directame ía eléctrica y enviar la electricidad a la grilla de potencia.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Las realizaciones a modo de ejemplo de un disposit o de extracción de energía de fusión (FEEC) que se describe tes fines.
El convertidor de resonancia comprende con preferen tidor ciclotrón inverso (ICC), un inductor, y una pluralid ptores de circuito que forman un puente que corta la tensión CC de onda de pulsos. El ICC está preferentemente configurado con lacas cuadripolo que funcionan como un capacitor junto con un in ctuar como un tanque de resonancia. Las placas son preferente das con una sección transversal arqueada que forma una c ca anular alargada con brechas alargadas que se extienden en rmadas entre las placas.
Durante la puesta en marcha del dispositivo FEEC, la e desde la grilla de utilidad mediante el componente conv ional empalmado a la grilla hacia el convertidor de resonancia, ce la resonancia y excita el campo eléctrico cuadripolo form de las brechas entre las placas. Durante la generación de pote El convertido empalmado a la grilla funciona como un recti /cc durante el tiempo de puesta en marcha y como un in ado a la grilla de cc/ca durante la generación de potencia. En el convertidor empalmado a la grilla funcionará con el fac ia unitario, conduciendo el factor de potencia, o retardando el ia para proporcionar energía activa y energía reactiva (VAR) a sol
Para llevar a cabo la excitación del campo eléctric cióri de energía, la frecuencia de resonancia y la tensión del conv sonancia están con preferencia controlados en forma preci cia en este caso se fija levemente por encima de la frecuen ncia del tanque de resonancia, mientras que el control de la ten obtener desviando la modulación del patrón y la regulad entación. Dos métodos de modulación, modulación por desplaza e (PSM) y modulación de ancho del pulso (PWM), son capa istrar el control de la tensión. La regulación de la realimentac res de resonancia conectados en serie tienen varias ventajas so r de resonancia simple.
La regulación de la realimentación se obtiene compara de resonancia detectada con una referencia, mientras que su e para modular la fase o el ancho de pulso de la pluralid ptores en el convertidor de resonancia.
En otro ejemplo de realización, un bucle de contr entación del convertidor de resonancia se puede utilizar para faci de energía bidireccional automática. El bucle de contr entación está compuesto de un circuito de detección de la tens ncia, un compensador de errores, y un generador de pulso P
Otros sistemas, métodos, rasgos y ventajas de la inv o resultarán evidentes para un experto en la técnica al cabo del e siguientes figuras y de la descripción detallada. Se entiende que BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Los detalles de la invención, que incluyen la fabricaci ura y el funcionamiento, se pueden recoger en parte por el estu uras adjuntas, en las cuales los números de referencia igual n a las partes iguales. Los componentes en las figuras n ariamente a escala, en cambio se debe poner énfasis en la ilus principios de la invención. Además, todas las ilustraciones in itir conceptos, donde los tamaños relativos, las formas y otros at dos pueden ilustrarse esquemáticamente más que lite menté.
La figura 1 es un esquema de un circuito de extracci a de fusión (FEEC).
La figura 2 es un esquema de un circuito converti ncia con una fuente de corriente de imagen equivalente.
La figura 7 es un esquema de un circuito de generaci ación de desplazamiento de fase.
La figura 8 es un esquema de un bucle de realimentaci de extracción de energía de fusión.
La figura 9 es un esquema de un circuito de detección n de resonancia.
La figura 10 es un gráfico que describe un resulta ción para la forma de onda dinámica del flujo de energía que res yección del haz de partícula.
La figura 11 es un gráfico que describe los res mentales de la tensión de resonancia en el capacitor (emulan cuadripolo).
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
enta un convertidor empalmado a la grilla trifásico 112. Sin e precia que el componente convertidor bidireccional 110 entar diferentes convertidores empalmados a la grilla de fase d iferentes fines. Por ejemplo, un convertidor empalmado a la g nica (que no se muestra) se puede implementar para aplicació ía más baja.
En una realización preferida del dispositivo FEEC 1 rtidor de resonancia 120 comprende un convertidor ciclotrón i
122 y una pluralidad de interruptores S1-S4. El ICC 122, el ibe en mayor detalle en la patente ?06 (que se incorpora a la p referencia), está configurado preferentemente con una plurali s 124 que se muestra en este caso en una configuración cuadripol s cuadripolo 124 del ICC 122 funcionan como un capacitor y junto tor L forman un tanque de resonancia 130, que se describirá en e a continuación. Las placas 124 son preferentemente alargad tidor de resonancia 120. Durante la generación de energía/extr rgía, los haces de las partículas con carga de, tal como, por o de fusión, viajan a través del ICC 122 y se desaceleran por el o cuadripolo formado a través de las brechas entre las placas 1 22. Además durante la generación/extracción, la energía perdi tará mediante las placas cuadripolo 122 en la forma de corrie is. La corriente de imagen is fluirá a continuación a trav tidor de resonancia 120 y el componente convertidor bidirec mado a la grilla 110 hacia la grilla 114. El convertidor empalmad 10 funciona como un rectificador de ca/cc durante el tiempo de rcha y como un inversor empalmado a la grilla de cc/ca dura de generación. En ambos casos, el convertidor empalmado a l ncionará con el factor de potencia unitario, conduciendo el fac ia, o retardando el factor potencia para proporcionar energía a a reactiva (VAR) a solicitud.
se (PSM) y modulación de ancho del pulso (PWM) se exam uación. Ambos son capaces de la tarea de controlar la tensi rgo, el método PSM da un rango de operación más amplio pa bra dinámica. La regulación de la realimentación se arando la tensión de resonancia detectada con una referencia, m e error se utiliza para modular la fase o el ancho del pulso ptores S1-S4 en el convertidor de resonancia 120. Co lación, se garantiza el flujo de energía bidireccional automát do con el modo de funcionamiento.
La figura 2 es un diagrama esquemático que descr ío de realización del convertidor de resonancia 120, donde la ten se provee mediante el convertidor empalmado a la grilla 1 0 (vcc además en la figura 1). Aquí, el convertidor de resonancia 120 luralidad de interruptores S1 , S2, S3, y S4. Los interruptores S1 , forman un puente que corta la tensión ce v cc a una forma de o ncia Rc representa las pérdidas de calor y radiación de las par rga.
La ganancia H(s) del tanque de resonancia es:
Por lo tanto, la magnitud (ganancia de tensión) es:
La frecuencia de amplitud máxima es u)m en cuya frecue n de salida tiene el valor máximo: ,
La figura 3 ilustra una representación bode del tanq ancia paralelo 130. La ganancia máxima aparece aproximadame uencia de resonancia u>r. Otro parámetro importante para el circ ancia es el factor de calidad Q:
donde RO es la impedancia característica del tanq ancia 130:
Por lo tanto:
A partir de la ecuación (7), se observa que un Rc más gra hos de pulso de los interruptores S1 , S2, S3, y S4 en los dos tra . La diferencia de tensión resultante tiene la forma de una es omponente fundamental se ajusta mediante el ancho de pulso.
La figura 4 muestra la forma de onda de pulso de dispar los interruptores S1 , S2, S3, y S4 que se ilustran en la figura de funcionamiento de los interruptores Si y S2 se ajusta entre terruptores S4 y S3 son complementarios a los interruptores S tivamente. La figura 4 además ilustra la forma de onda del pu n en los nodos A (vA) y B (vB) de la realización del circuito en la fig
Lo fundamental de la tensión del puente VAB (como se ilu ra 4) se expresa de la siguiente forma:
Las señales de disparo apropiadas para todos los interru dén realizar mediante un circuito simple y de uso frecuente.
entre 0-50%. En una realización preferida, el convertidor de res stá configurado con los interruptores MOSFET S1-S4. Se aprecia rtidor de resonancia 120 puede estar configurado con una varie uptores de circuito que obtendrían el mismo resultado.
Modulación por desplazamiento de fase (PSM): En el r la tensión de salida del convertidor de resonancia 120 se nte el ajuste de la diferencia de fase entre los pulsos disparador uptores de los dos tramos. La figura 6 ilustra las típicas formas d de la red de desplazamiento, donde a es el desplazamiento el tramo A y el B. Obsérvese que el ancho de pulso de los interr mbia. A media que a cambia, el ancho de pulso de la tensión del ambia. En consecuencia, el componente fundamental cambi ¾n de resonancia vs es regulada. Lo fundamental de la tens te VAB ^S una función de a:
de sierra 170 se utiliza como portador para comparar con l nes de CC - señal de control e y señal de CC fija vflx. Cuando l de sierra 170 se compara con la señal de control ve, la compara sultado un valor de desplazamiento de fase. Cuando la onda die
170 se compara con la señal de CC fija Vf¡x, la comparación do una señal de control para todos los componentes digitales o de control. La frecuencia del diente de sierra es dos ve cia de desplazamiento que se divide por 2 después de pasar el nico biestable D.
Implementación del inductor de resonancia: En una reali ativa del dispositivo FEEC 100, el conductor de resonancia 120 rientar múltiples inductores de ferrite conectados en serie para op cionamiento del dispositivo FEEC 100. Los inductores de reso tados en serie tienen varias ventajas sobre un inductor de reso estructura de capa puede proporcionar una solución de enfria para los inductores de resonancia sin sobrecalentar las capas int ente, los inductores de resonancia conectados en serie pued eniados mediante núcleos de ferrite de tamaño pequeño, que ibies en el comercio para las aplicaciones de energía de alta frecu
Bucle de control de realimentación: Como se me rmente, el control de la tensión de salida del convertidor de reso puede obtener desplazando la modulación del patrón la regulac imentación. Los dos métodos de modulación se describieron en rmente. La regulación de la realimentación se obtiene compara de resonancia detectada con una referencia, mientras que su e para modular la fase o el ancho de pulso de los interruptores S1 ertidor de resonancia 120.
La figura 8 ilustra un ejemplo de realización de un bu l de realimentación 180 del convertidor de resonancia 120. El bu dor de pulsos PWM o PSM 186 producirá a continuación una r vicio alta o un desplazamiento de fase pequeño, respectivament tensión de resonancia vs..
Durante el modo de generación o extracción, los hac las con carga viajarán a través del ICC 122 y se desaceleran a iran a través del campo eléctrico cuadripolo formado a través s entre las placas cuadripolo 124. La última energía recolectada cuadripolo 124 será forzada para que fluya dentro del converti ncia 120 mediante el bucle de realimentación 180. De manera le de realimentación 180 del convertidor empalmado a la gril rá a la energía recolectada en el bus de ce 181 a que fluya hacia l encia.
La figura 9 ilustra un ejemplo de realización del circ ión de tensión de resonancia 182. La entrada v0 de corrie ión de tensión de resonancia se aco la al terminal de sali plador de entrada de CA con resistencias divisoras de alta t pone poco efecto sobre el funcionamiento de la resonancia dad istencias divisores HV tiene muy alta resistencia.
Simulación y experimentos: La figura 10 ilustra los resulta ción para varias resistencias de partículas. Con el disp tidor FEEC 100, que se ilustra en la figura 1 , la extracción de e ión directa se demuestra mediante el resultado de simulación q a en la figura 10. Los valores de e de la corriente de enlace io durante el tiempo de puesta en marcha y el tiempo de generac y corresponden a la intensidad de la inyección del haz de par modelado por la fuente de corriente de imagen ls. En la figura las con carga se inyectan en el ICC 122 a 300 µe. Cuan las con carga se desaceleran por el ICC 122, la energía de fus adamente proporcional a la corriente de la imagen. En ción, las pérdidas de calor y radiación se modelan por la resisten omedio alcance cero (rentabilidad) y a continuación se reduce a vo (generación de energía).
El dispositivo FEEC 100 presentado puede proporcionar e placas cuadripolo 124 del ICC 122 para iniciar el proce eleración. Cuando la corriente de imagen se recolecta en las polo 124, la energía se enviará a la grilla de potencia medi rtidor empalmado a la grilla bidireccional 1 10.
La figura 1 1 ilustra una forma de onda experimental que s s del capacitor de resonancia C (que se ilustra en la figura 2). mento, el valor del inductor de resonancia L es aproximadamen l valor del capacitor emulado C de las placas cuadripolo es 70 ncia estimada Re de las pérdidas de calor y radicación es 2M ncia de la corriente de imagen es 1 MHz la cual es la misma neia de desplazamiento del convertidor de resonancia. Con el ele cerrado 180, la tensión del enlace VDC de 126V de un experto en la técnica conoce, los haces de iones de potencia eleradores de iones de corriente alta se utilizan en varios espa igaciones comerciales y académicas de ciencia e ingeniería, aplicaciones son de energía intensa. Hoy en día la mayor part ía simplemente se desgasta. El proceso de extracción de energía be en la presente provee un medio para recuperar esta energía y sumo de energía de estas instalaciones. Para obtener esto, el dis ión simplemente se agregaría al final de la línea de haces que p e focalización.
Un experto en la técnica apreciaría además fácilmente as y métodos que se proveen en la presente podrían ser utiliz ¡nación con otros sistemas para la recuperación y extracción de e olicitud PCT No. PCT/US2006/008251 , titulada "Plasma ration System," que se incorpora a la presente como referen a un sistema generador de energía que se utiliza para sum gativos se utilizar para los diagnósticos o como fuentes de á ticos en diferentes espacios académicos y comerciales. En todas iones, las fuentes de haces se caracterizan por las restriccio cia que surgen de las secciones transversales de intercambio de te pequeñas. Para obtener haces de átomos neutros puros, tod residuales que pasan la celda de neutralización son desvia rgados. Esta energía perdida es usualmente la mitad de la e Los sistemas de extracción del tipo que se describe en la pr n ayudar a recuperar la mayoría de las energía de estos os":
En la memoria descriptiva anterior, la invención ha sido de ferencia a realizaciones específicas de la misma. Sin embarg te que varias modificaciones y cambios se pueden realizar a la artarse del espíritu y alcance más amplio de la invención. Por ej or debe entender que el ordenamiento específico y la combina ee. Además y obviamente, los rasgos se pueden agregar o s se desee. En consecuencia, la invención no se restringe salvo a reivindicaciones adjuntas y sus equivalentes.
Claims (1)
- NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES 1.- Un circuito de extracción de energía que compren rtidor empalmado a la grilla bidireccional; y un convertidor de reso omprende un convertidor ciclotrón inverso de múltiples pol or, y una pluralidad de interruptores de circuito, el convertidor ci o de múltiples polos incluye dos o más placas alargadas con se ersales arqueadas que forma una cámara cilindrica anular alarga as alargadas que se extienden en forma axial formadas entre la placas, donde las dos o más placas funcionan como un capacit na con el inductor, donde la pluralidad de interruptores del circuit urados para formar un puente que corta la tensión de corriente di rma de onda de pulsos. terizado además porque el convertidor de resonancia está confi n puente H o un convertidor de resonancia de puente medio. 5. - El circuito de conformidad con la reivindicac terizado además porque el convertidor de resonancia está regul cle de control de realimentación que tiene un circuito de detecci n de resonancia, un compensador, un generador de modulación az hacia el convertidor de resonancia. 6. - El circuito de conformidad con la reivindica terizado además porque el generador de modulación es un gener lación de ancho de pulso. 7. - El circuito de conformidad con la reivindica terizado además porque el generador de modulación es un gener lación de desplazamiento de fase. 8. - El circuito de conformidad con la reivindica terizado además porque el generador de modulación ajusta la ten 1 1. - El circuito de conformidad con la reivindicació rizado además porque el convertidor empalmado a la grilla rado para funcionar en forma de un rectificador de ca/cc dura de funcionamiento de puesta en marcha y en forma de un in ado a la grilla de cc/ca durante el modo de funcionamien ción. 12. - El circuito de conformidad con la reivindicació rizado además porque el convertidor empalmado a la grilla rado para funcionar con al menos un factor de potencia unitari conducción, o una fase de retardo. 13. - Un método para extraer energía de las partículas con sistema que comprende un convertidor de resonancia y un conv cional empalmado a la grilla, que comprende los pasos de: a desde una grilla de utilidad hacia el sistema que compren idor de resonancia y un convertidor bidireccional empalmado a la a tensión de corriente directa a una forma de onda de pulsos; esta nancia del convertidor ciclotrón inverso de múltiples polos; y exc eléctrico de múltiples polos a través de las brechas de las dos . 14. - El método de conformidad con la reivindicació erizado además porque comprende adicionalmente los pasos de: las con carga en el convertidor de resonancia; desaceler las con carga para extraer la energía eléctrica de la energía ciné rtículas con carga; y recolectar la energía perdida de la desacel partículas con carga en la forma de corriente de imagen media más placas alargadas. 15. - El método de conformidad con la reivindicaci :erizado además porque comprende adicionalmente los pasos de: 1 corriente de imagen a través del convertidor de resonancia; y i corriente de imagen hacia la grilla de utilidad a través del conv
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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