SU670080A1

SU670080A1 - Automatic system of retention plasma filament

Info

Publication number: SU670080A1
Application number: SU772496159A
Authority: SU
Inventors: С.М. Нафтулин; А.Н. Трубецкой; В.В. Иванов; С.А. Мальцев
Original assignee: Предприятие П/Я А-1758
Priority date: 1977-06-13
Filing date: 1977-06-13
Publication date: 1991-09-23

Abstract

АВТОМАТРИЕСКАЯ СИСТЕМА УДЕРЖАНИЯ ПЛАЗМЕННОГО ШНУРА, содержаща обмотки управлени , подключен-ные к усилителю мощности, соединенному с усилителем напр жени , на вход которого подк.ггючена измерительна система,отличают але тем, что, с целью повышени надежности работы устройства, усилитель мощности выполнен по схеме резонансных инверторов на управл емых вентил х, к управл ю1цр!м входам которых подключены последовательно формирую- пще устройства и распределители импульсов, подключенные к раздельным выходам преобразовател аналогового сигнала, общий вход которого соединен с выходом усилнтагт напр жени .The AUTOMATIC SYSTEM OF HOLDING THE PLASMA CORD, containing control windings connected to a power amplifier connected to a voltage amplifier, to the input of which a measuring system is used, is designed in order to improve the reliability of the device. resonant inverters on controlled valves, to the control inputs of which are connected in series forming devices and pulse distributors connected to separate transducer outputs An analog signal is connected whose common input is connected to the output of the voltage amplifier.

Description

Изобретение относитс к области высокотемпературной плазменной техники и может быть использовано дл удержани плазменного шнура в равновесии в экспериментальных термо дерных установках типа Токамак с медным кожухом и обмотками управлени , расположенными снаружи медного кожухаThe invention relates to the field of high-temperature plasma technology and can be used to keep the plasma cord in equilibrium in experimental Tokamak-type thermo devices with a copper case and control windings located outside the copper case.

Известна автоматическа система управлени дл удержани плазменного шнура в равновесии на установке Cleo-Tokomak без медного кожуха„The known automatic control system for keeping the plasma cord in equilibrium in the Cleo-Tokomak installation without a copper case „

Система состоит из измерительного элемента, усилител напр жени , мощного вьЕходного усилител на транзисторах и обмоток управлени . Сигнал смещени плазменного шнура, после усилени , воздействует на мощный выходной усилитель и создает магнитное поле, компенсирующее отклонение плазменного шнура от равновесного положени . Применение транзисторов в мощном выходном усилителе ограничивает возможность повышени величины управл ющего магнитного пол The system consists of a measuring element, a voltage amplifier, a powerful transistor input amplifier, and control windings. The bias signal of the plasma line, after amplification, acts on a powerful output amplifier and creates a magnetic field that compensates for the deviation of the plasma line from the equilibrium position. The use of transistors in a powerful output amplifier limits the possibility of increasing the magnitude of the control magnetic field.

Известна автоматическа система удержани плазменного шнура, содержаща обмотки управлени , подключенные к усилителю мощности, соединенному с усилителем напр жени , на вход которого подключена измерительна .системаоA known automatic system for holding a plasma cord, comprising control windings connected to a power amplifier connected to a voltage amplifier, to the input of which a measuring system is connected.

Управление положением шнура выполнено комбинацией программного тока дл вертикального пол и корректирующего тока, который зависит от лоложени внешней поверхности полоидального пол о Обмотка управлени и магнитные зонды, дл измерени смещени шнураi размещены внутри кожуха.Cord position control is performed by a combination of software current for a vertical field and a correction current, which depends on the outer surface of the poloidal field. The control winding and magnetic probes are located inside the casing for measuring the displacement of the cord.

Сигналы отношени токов вертикального и полоидального магнитных полей суммируютс с сигналами магнитньж зондов и подаютс на мощный усилитель на транзисторах включенного на обмотки управлени дл создани вертикального магнитного пол о Мощный выходной усилитель на транзисторах может обеспечить необходимую величину напр женности управл ющего магнитного пол только при расположении обмоток управлени внутри провод щего кожуха, но такое распо ложение обмоток усложн ет конструкцию установки. Повышение же напр женности управЛЛющего магнитного пол за счет увеличени количества транзисторов , при расположении обмоток управ лени снаружи провод щего кожузса, приводит к снижению надежности работы устройства На плазменный шнур могут воздейст вовать быстрые и медленные возмущени „ Медный кожух обеспечивает равно весие шнура при воздействии быстро измен юпд1хс возмущений, и защищает шнур от вл:i ни внешних рассе нных магнитных гюлей. Дл компенсации мед ленных возмущений обычно увеличивают .толщину медного кожуха, но наиболее эффективным будет применение автоматической системы управлени дл удер жани плазменного шнура в равновесии при использовании более тонкого медн го кожуха. При прохождении волны напр женнос ти магнитного пол через медный кожу-х , амплитуда напр женности убывает по показательному закону Поэтому дл компенсации потерь в медном кожухе необходимо значительно увеличить напр женность управл ющего магнитного пол о Целью изобретени вл етс повышение надежности работы устройства Поставленна цель достигаетс тем что усилитель мощности вьпюлнен по схеме резонансных инверторов на управл емых вентил х, к управл ющим входам которых подключены последовательно формирующие устройства и расп ределители импульсовJ включенные к раздельным выходам преобразовател аналогового сигнала, общий иход которого соединен с выходом усилитеа;ч напр жени „ В качестве управл емьк вентилей могут быть использованы шристоры, игнитроны, ртутные разр дники, газоразр дные приборы, об.и-лдгиоигле г ентчл ными свойствами, Применение двух дес тков тиристоров в резонансном инверторе, вместо нескольких тыс ч транзисторов в мощном выходном усилителе, повьш1ает надежность работы устройства о Тиристор вл етс надежным разр дником в цепи LC и позвол ет -получать токи полусинусоидальной формы, пор дка дес тка килоамперо После включени , за врем прохождени пр мого тока, тиристор не управл етс toocoбы принудительной емкостной коммутации тиристоров довольно сложны, поэтому , выбран режим естественного выключени тока, когда пр мой ток спадает до нул , а затем происходит восстановление запрфающих свойств тиристора о Амплитуда тока посто нна , длительность полупериода импульса тока тоже посто нна , определ ема параметрами цепи LC, поэтому регулирование среднего значени управл ющего магнитного пол производитс изменением скважности импульсов запуска инверторов о Применение импульсов тока в обмотке управлени полусинусоидальной формы по сравнению с импульсами пр моугольной формы мощного выходного усилител на транзисторах снижает потери в медном кожухе и способствует более стабильной работе инвертора. На фиг. 1 приведена обща схема системы автоматического управлени , где 1 -плазменный шнур, 2 - медный кожух , 3 - наружный магнитный зонд, 4 - внутренний магнитный зонд, 5 интегратор , 6 - делитель напр жени , 7 - операционный усилитель., 8 - операционный усилитель с ограничением, 9 - преобразоватапь, 10 - распределитель импульсов, 11 -.формирующее устройство, 12 - резонансный инвертор , 13 обмотка управлени . На фиг.,2 - схема инвертора, где: 14 тиристоры одной группы, 15 - тиристоры другой группы, 16- коммутирую- щий конденсатор, 17 - источник посто нного напр жени . Устройство работает следующим образом . При смещении плазменного шнура 1 от установившегос положени , сигналы нагнитиьк зондов 3 и 4 после интеграторов 5 и делителей напр жени 6 подаютс раздельно на оба входа onepaiifiOHHoro усилител 7, где производитс операци вычитани и предварительного усилени „ Разностныи сигнал подаетс па операционный усилитель 8, где осуществл етс усиление сигнала, ограничение по ампли туде и ограничение по частоте. Пол рность сигнала на выходе усилител 8 зависит от направлени отклонени плазменного шнура от равновеси . Преобразователь 9 преобразует нап р жение аналогового сигнала смещени щнура в период следовани импульсов дл запуска тиристоров и тем самым производит изменение скважности импульсов Преобразователь 9 имеет два выхода , соединенные с двум каналами управлени , состо щие из распределител импульсов 10 и двух формирующих устройств 11, в зависимости от пол рности напр жени аналогового сигнала импульсы запуска проход т по одному или другому каналуо Распределитель импульсов 10 поочередно включает формируюодие устройства 11, которые формируют более мощны импульсы дл запуска тиристоров 14 или 15, инвертора 12, Инвертор 12 работает следуюпщм образом о В исходном состо нии напр жение на конденсаторе 16 равно нулю,, При включении тиристоров 14 замыкаетс цепь: источник посто нного напр жени 17, тиристор 14, конденсатор 16, тиристор 14, обмотка управлени 13. Импульс тока лолусинусоидальной формы проходит через обмотку управлени 13 Когда ток спадает до нул , напр жение на конденсаторе 16 равно двойному значению напр жени источника 17о При включении тиристора 15 замыка етс цепь: источник посто нного напр жени 17, тиристор 15., конденсатор 16, тиристор 15, обмотка управлени 13. По обмотке управлени 13 снова проходит импульс тока полу- синусоидальной формы. Амплитуда тока определ етс суммой напр жений источ нпка 17 и конденсатора 16, Когда ток спадает до нул напр жение на конденсаторе 16 мен ет знак. Полупериод импульса тока определ етх. индуктивностью обмотки управлени 13 и емкостью конденсатора 16, Далее, когда цикл включени тиристоров 14 и 15 повтор етс , напр жение на обмотке управлени 13 равно сумме напр жений источника 17 и конденсатора 16. При уменьшении тока от амплитудного значени до нул происходит перезар дка конденсатора 16 за счет энергии магнитного пол обмотки управлени 13 В зависимости от направлени смещени плазменного щнура и соответственно пол рности аналогового сигнала смещени будут работать один или другой инверторы 12, а обмотки управлени 13 будут создавать управл ющие магнитные пол ., компенсирующие отклонение плазменного шнура от равновеси , Центр сечени плазменного шнура несколько смещен относительно центра сечени камеры Этим определ етс место установки диафрагмы дл уменьшени взаимодействи 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 делени одного из делителей напр жени 6 о Изобретение позвол ет примен ть автоматическую систему управлени дл удержани плазменного шнура в равновесном положении по горизонтали и вертикали как на действующих термо дерных установках Токамак с медным кожухом , так и на вновь проектируемых. Может быть эффективно использовано также дл установок Токамак с кожухом из другого провод щего материала или без кожуха.The signals of the vertical and poloidal magnetic field currents are summed up with the signals of the magnetic probes and are fed to a powerful transistor amplifier connected to the control windings to create a vertical magnetic field. A powerful output transistor amplifier can provide the necessary amount of control magnetic field strength only when the control windings are located inside the conductive casing, but such arrangement of the windings complicates the installation design. Increasing the intensity of the control magnetic field by increasing the number of transistors, when the control windings are located outside the conductive skin, reduces the reliability of the device. Plasma cord can be affected by fast and slow disturbances. Copper casing ensures equal weight of the cord Yupd1hs disturbances, and protects the cord from ow: i nor external scattered magnetic Gulei. To compensate for slow disturbances, the thickness of the copper casing is usually increased, but the most effective would be to use an automatic control system to keep the plasma cord in balance when using a thinner copper casing. With the passage of the magnetic field voltage wave through the copper skin, the amplitude of the intensity decreases according to the exponential law. Therefore, to compensate for losses in the copper casing, it is necessary to significantly increase the control magnetic field. The aim of the invention is to increase the reliability of the device. that the power amplifier was installed according to the scheme of resonant inverters on controllable gates, to whose control inputs are connected in series forming devices and pulse impulses J connected to separate outputs of an analog signal converter, the common input of which is connected to the output of the amplifier; voltage “For the control of the valves can be used shristors, ignitrons, mercury dischargers, gas discharge devices, ob-gigi-nighed properties, the use of two tens of thyristors in a resonant inverter, instead of several thousand transistors in a powerful output amplifier, increases the reliability of the device operation. The thyristor is a reliable discharge in the LC circuit and allows It generates half-sinusoidal currents of the order of ten kiloampere After switching on, during the passage of direct current, the thyristor is not controlled to compulsory capacitive switching of the thyristors rather complicated, therefore, the natural current off mode is selected when the direct current drops to zero and then the thyristor's locking properties are restored. The current amplitude is constant, the duration of the half-cycle of the current pulse is also constant, determined by the parameters of the LC circuit; therefore, the control of the mean value of the control guide the magnetic field produced change duty cycle of the inverter trigger Application of current pulses in the winding of the control half-sine pulses compared to rectangular high-power amplifier output transistors reduces the losses in the copper casing and promotes more stable operation of the inverter. FIG. Figure 1 shows the general scheme of the automatic control system, where 1 is a plasma cord, 2 is a copper casing, 3 is an external magnetic probe, 4 is an internal magnetic probe, 5 is an integrator, 6 is a voltage divider, 7 is an operational amplifier, 8 is an operational amplifier with limitation, 9 is a transformer, 10 is a pulse distributor, 11 is a shaping device, 12 is a resonant inverter, 13 is a control winding. Fig. 2 is an inverter circuit, where: 14 thyristors of one group, 15 - thyristors of another group, 16 - switching capacitor, 17 - constant voltage source. The device works as follows. When the plasma cord 1 is displaced from the steady state, the signals of the probes 3 and 4 after the integrators 5 and the voltage dividers 6 are fed separately to both inputs of onepaiifiOHHoro amplifier 7, where the subtraction and preliminary amplification operation is performed. signal amplification, amplitude limiting, and frequency limiting. The polarity of the signal at the output of amplifier 8 depends on the direction of deviation of the plasma cord from equilibrium. Converter 9 converts the voltage of the analog signal of the pinch bias during the pulse following period to start the thyristors and thereby changes the pulse duty cycle. Converter 9 has two outputs connected to two control channels, consisting of pulse distributor 10 and two forming devices 11, depending on from the polarity of the voltage of the analog signal, the trigger pulses pass through one or another channel. The pulse distributor 10 alternately turns on the formation of the device 11, which forms More powerful pulses are used to start thyristors 14 or 15, inverter 12, Inverter 12 works as follows: In the initial state, the voltage on the capacitor 16 is zero. When turning on the thyristors 14, the circuit closes: DC voltage source 17, thyristor 14, capacitor 16, thyristor 14, control winding 13. A lusinusoidal current pulse passes through the control winding 13 When the current drops to zero, the voltage on the capacitor 16 is equal to double the source voltage of 17 °. When the thyristor 15 is turned on, the circuit: source IR constant voltage 17, thyristor 15., capacitor 16, thyristor 15, control winding 13. The control winding 13 again passes a current pulse of half-sinusoidal shape. The current amplitude is determined by the sum of the voltages of the source 17 and the capacitor 16. When the current drops to zero, the voltage on the capacitor 16 changes sign. The half-cycle of the current pulse is defined by eh. the inductance of the control winding 13 and the capacitance of the capacitor 16; Further, when the turn-on cycle of the thyristors 14 and 15 is repeated, the voltage on the control winding 13 is equal to the sum of the voltages of the source 17 and the capacitor 16. When the current decreases from amplitude to zero, the capacitor 16 is recharged due to the energy of the magnetic field of the control winding 13 Depending on the direction of the plasma pinch bias and, accordingly, the polarity of the analog bias signal, one or the other inverters 12 will work, and the control windings 13 will The control ut create magnetic fields., compensating the deviation from equilibrium of the plasma column, center section of the plasma column is somewhat displaced relative to the center of this chamber section is defined by the installation location of the diaphragm to reduce the interaction of the plasma column, with the surface of the chamber. Therefore, it is very important to establish such a position of the plasma cord in order to exclude its interaction with the chamber wall. The optimum equilibrium plasma position can be established by selecting the division ratio of one of the voltage dividers 6 o. and verticals, both on the operating tokamak thermo-nuclear installations with a copper casing, and on the newly designed ones. It can also be effectively used for Tokamak installations with a casing of another conductive material or without a casing.

Claims

AUTOMATIC PLASMA CORD HOLD SYSTEM containing control windings connected to a power amplifier connected to a voltage amplifier, the input of which is connected to a measuring system, characterized in that, in order to increase the reliability of the device, the power amplifier is made according to the scheme of resonant inverters on controlled valves, to the control inputs of which series-forming devices and pulse distributors are connected, connected to separate outputs of an analog converter with chased, the total input of which is connected to the output of the voltage amplifier.