Источник электропитания обмотки полоидального поля токамака

 

Изобретение относится к системам электропитания обмоток полоидального поля токамаков, в которых в связи с нелинейностью параметров нагрузки по мере роста тока необходимо снижать напряжение обмотки. Цель изобретения - снижение установленной мощности анодных трансформаторов. Так как источниками напряжения обмоток являются многофазные управляемые вентильные преобразователи, то снижение их напряжения достигается путем увеличения углов регулирования вентилей этих пареобразователей. Для уменьшения реактивной мощности, потребляемой от сети при снижении напряжения обмотки полоидального поля, используется последовательное соединение двух многофазных управляемых вентильных преобразователей 3 и 4, каждый из которых рассчитан на половину напряжения нагрузки, причем многофазный управляемый вентильный преобразователь 3 работает с положительным углом регулирования, а многофазный вентильный преобразователь 4 - с отрицательным. Углы регулирования многофазных управляемых вентильных преобразователей 3 и 4 устанавливаются таким, чтобы суммарный ток, потребляемый от сети многофазными управляемыми вентильными преобразователями, совпадал по фазе с напряжением, т.е. отсутствовало потребление реактивной мощности. Тиристорные ключи 5, 15, 16 позволяют переключать выходные выводы многофазных вентильных преобразователей 3 и 4 с последовательного соединения на параллельное, за счет чего достигается поставленная цель. 1 ил.

Изобретение относится к системам электропитания токамаков. Цель изобретения - снижение установленной мощности анодных трансформаторов. На чертеже приведена схема предложенного устройства. Анодные трансформаторы 1 и 2 с синфазными трехфазными системами выходных напряжений присоединены к двум многофазным управляемым вентильным преобразователям 3 и 4. Многофазные управляемые вентильные преобразователи 3 и 4 соединены последовательно с помощью первого тиристорного ключа 5. Многофазные управляемые вентильные преобразователи 3 и 4 снабжены узлами 6 и 7 измерения тока (например, трансформаторами постоянного тока) и узлами 8 и 9 измерения напряжения (например, делителями напряжения, включенными по Н-схеме). В контур первого многофазного управляемого вентильного преобразователя включена ветвь разделительного реактора 10 с ферромагнитным сердечником. Средняя точка разделительного реактора через узел 11 измерения тока нагрузки (например, трансформатор постоянного тока) подключена к первому выходному выводу 12 (например, положительному). Отрицательный вывод многофазного управляемого вентильного преобразователя 4 подключен к второму выходному выводу 13 (отрицательному). К выходным выводам 12 и 13 подключена нагрузка 14 (обмотка полоидального поля токамака). Положительный полюс многофазного управляемого вентильного преобразователя 4 присоединен к выводу разделительного реактора 10 через второй тиристорный ключ 15, а отрицательный полюс многофазного управляемого вентильного преобразователя 3 соединен с вторым выходным выводом 13 через третий тиристорный ключ 16. К входу управления многофазного управляемого вентильного преобразователя 3 подключен блок 17 управления в виде программатора, задающий форму импульса, генерируемого устройством в обмотке полоидального поля. В качестве блока управления может быть использован цифроаналоговый преобразователь. К входу управления многофазного управляемого вентильного преобразователя 4 подключен блок 18 искусственной коммутации. К входу управления блока искусственной коммутации подключен выход регулятора 19. Выходы узлов измерения напряжений многофазных управляемых вентильных преобразователей 8 и 9 включены последовательно встречно и зашунтированы ключом 20 (в качестве ключа может быть использована релейная схема или запираемый тиристор). Выходы узлов измерения тока 6 и 7 включены последовательно встречно и зашунтированы ключом 21. Силовые цепи ключей 20 и 21 соединены последовательно и подключены к входу управления регулятора 19. Выход узла 11 измерения тока нагрузки подключен к входу компаратора 22 с четырьмя выходами. Первый выход компаратора присоединен к входу управления многофазного управляемого вентильного преобразователя 3 и к входу управления включением ключей 20 и 21. Второй выход компаратора через блок 23 выдержки времени подключен к входу управления второго тиристорного ключа 15. Третий выход компаратора через второй блок 24 задержки времени подключен к входу управления многофазного управляемого вентильного преобразователя 3, к входу управления третьего тиристорного ключа 16 и к элементу размыкания коммутатора 21. Четвертый выход компаратора подсоединен к входу управления первого тиристорного ключа 5 и к входу управления выключением ключа 20. Источник электропитания обмотки полоидального поля токамака работает следующим образом. Напряжение многофазного управляемого вентильного преобразователя 3 задается блоком 17 управления, который обеспечивает изменение угла регулирования вентилей этого преобразователя в функции времени или любого другого параметра. Угол регулирования вентилей многофазного управляемого вентильного преобразователя 3 является положительным (отстающим). Многофазный управляемый вентильный преобразователь 4 работает с отрицательным (опережающим) углом регулирования, обеспечиваемым блоком 18 искусственной коммутации. Изменение отрицательных углов регулирования многофазного управляемого вентильного преобразователя 4 осуществляет регулятор 19. В начальный период работы токамака от источника электропитания требуется высокое напряжение в процессе нарастания тока от 0 до примерно половины максимального значения. В этот период многофазные управляемые вентильные преобразователи 3 и 4 соединяются последовательно через тиристорный ключ 5, ключи 20 и 21 при этом разомкнуты. Ток нагрузки проходит по контуру: выходной вывод 13, многофазный управляемый вентильный преобразователь 4, узел 7 измерения тока, первый тиристорный ключ 5, узел 6 измерения тока, многофазный управляемый вентильный преобразователь 3, ветвь разделительного реактора 10, узел 11 измерения тока нагрузки, выходной вывод 12. Так как при этом разделительный реактор насыщен, то падение напряжения на разделительном реакторе составляет незначительную величину. В связи с тем, что токи многофазных управляемых вентильных преобразователей 3 и 4 равны, на выходе узлов 6 и 7 измерения тока, включенных последовательно-встречно, напряжение равно нулю. В случае, когда напряжение многофазного управляемого вентильного преобразователя 4 не равно напряжению многофазного управляемого вентильного преобразователя 3, на выходе узлов 8 и 9 измерения напряжений, включенных последовательно и встречно, возникает напряжение, которое через регулятор 19 воздействует на блок 18 искусственной коммутации, изменяя величины отрицательных углов управления многофазного управляемого вентильного преобразователя 4 таким образом, чтобы обеспечить равенство напряжений обоих многофазных управляемых вентильных преобразователей и, следовательно, отсутствие потребления реактивной мощности. Когда ток нагрузки, измеряемый узлом 11 измерения тока нагрузки, увеличится до значения, заданного установкой компаратора 22 (до половины максимального тока нагрузки), компаратор выдает сигналы для переключения многофазных управляемых вентильных преобразователей 3 и 4 из последовательного соединения на параллельное. Для выполнения такого переключения многофазный управляемый вентильный преобразователь 3, получив сигнал компаратора, переводится в инверторный режим. Одновременно замыкаются ключи 20 и 21 по сигналам, полученным из компаратора 22, для того, чтобы прекратить регулирование многофазного управляемого вентильного преобразователя 4. С небольшой задержкой во времени относительно момента генерирования выходного сигнала компаратора 22 задаваемой первым блоком 23 выдержки времени, поступает управляющий сигнал на второй тиристорный ключ 15. Многофазный управляемый вентильный преобразователь 3, переведенный в инверторный режим и зашунтированный вторым тиристорным ключом 15, обесточивается и одновременно обесточивается первый тиристорный ключ 5. Теперь ток нагрузки замыкается по контуру: выходной вывод 13, многофазный управляемый вентильный преобразователь 4, узел 7 измерения тока, второй тиристорный ключ 15, ветвь разделительного реактора 10, узел 11 измерения тока нагрузки, выходной вывод 12. Напряжение на нагрузке оказывается вдвое меньшим, чем в начале работы импульсного источника питания. После обесточивания многофазного управляемого вентильного преобразователя 3 компаратор 22 через второй блок 24 выдержки времени посылает сигналы на открытие многофазного управляемого вентильного преобразователя 3 в выпрямительном режиме, на открытие третьего тиристорного ключа 16 и на размыкание контактов коммутатора 21. При этом многофазные управляемые вентильные преобразователи 3 и 4 оказываются соединенными параллельно через разделительный реактор 10, на котором падает переменная составляющая разности напряжений многофазных управляемых вентильных преобразователей 3 и 4. Разность токов многофазных управляемых вентильных преобразователей, фиксируемая узлами 6 и 7 измерения тока, поступает на вход управления регулятора 19, который через блок 18 искусственной коммутации изменяет отрицательный угол регулирования многофазного управляемого вентильного преобразователя 4 таким образом, чтобы обеспечивалось равенство токов обоих многофазных управляемых вентильных преобразователей. При одинаковых токах многофазных управляемых вентильных преобразователей реактивная мощность из сети не потребляется. Если в процессе работы источника электропитания обмотки полоидального поля требуется осуществить быстрое снижение тока обмотки, то после того как этот ток снизится до значения, заданного уставкой компаратора 22, последний посылает сигнал на вход управления первого тиристорного ключа 5, на перевод в выпрямительный режим многофазных управляемых вентильных преобразователей 3 и 5 и размыкание ключа 20. При этом за счет напряжений многофазных управляемых вентильных преобразователей 3 и 4 создается противоток в тиристорных ключах 15 и 16, токи в них спадают до 0 и многофазные управляемые вентильные преобразователи 3 и 4 оказываются соединенными последовательно. Выход узлов 8 и 9 измерения напряжения, воздействуя на регулятор 19, обеспечивает равенство напряжений этих преобразователей, т.е. отсутствие потребления реактивной мощности. Так как при последовательном соединении многофазных управляемых вентильных преобразователей 3 и 4 токи их равны, то напряжение на отводах ключа 21 равно нулю и не влияет на процесс регулирования. (56) Авторское свидетельство СССР N 1103334/07, кл. Н 02 М 9/06, 1983. Авторское свидетельство СССР N 1663765, кл. Н 02 М 7/04, 1989.

Формула изобретения

ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ОБМОТКИ ПОЛОИДАЛЬНОГО ПОЛЯ ТОКАМАКА, содержащий первый и второй многофазные управляемые вентильные преобразователи с анодными трансформаторами, причем к входу управления первого многофазного управляемого вентильного преобразователя подключен выход блока управления, а к входу управления второго многофазного управляемого вентильного преобразователя подключен выход блока искусственной коммутации, к входу которого подключен выход регулятора, первый и второй узлы измерения напряжения, вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего многофазного управляемого вентильного преобразователя, отличающийся тем, что, с целью снижения установленной мощности анодных трансформаторов, введено три тиристорных ключа, разделительный реактор, узел измерения тока нагрузки, два ключа, компаратор и два блока выдержки времени, при этом многофазные управляемые вентильные преобразователи соединены последовательно через введенный первый тиристорный ключ с согласной полярностью, к первому выходному выводу первого многофазного управляемого вентильного преобразователя присоединен один из крайних выводов разделительного реактора, средняя точка которого через узел измерения тока нагрузки подключена к первому выходному выводу, первый выходной вывод второго многофазного управляемого вентильного преобразователя подключен к второму крайнему выводу разделительного реактора через второй тиристорный ключ согласной полярности, второй выходной вывод первого многофазного управляемого вентильного преобразователя соединен с вторым выходным выводом через третий тиристорный ключ согласной полярности, к второму выходному выводу присоединен второй выходной вывод второго многофазного управляемого вентильного преобразователя, каждый из многофазных управляемых вентильных преобразователей снабжен узлом измерения тока, выходы которых соединены последовательно-встречно и образуют с последовательно соединенными выходами узлов измерения напряжения последовательную цепь, подключенную к информационному входу регулятора, причем цепь из последовательно соединенных выходов узлов изменения тока зашунтирована первым ключом, цепь из последовательно соединенных выходов узлов измерения напряжения зашунтирована вторым ключом, выход узла измерения тока нагрузки подключен к входу компаратора, первый выход которого присоединен к входу управления первого многофазного управляемого вентильного преобразователя и к входам управления включения ключей, второй выход компаратора через первый блок выдержки времени подключен к входу управления второго тиристорного ключа, третий выход компаратора через второй блок выдержки времени подключен к входу управления первого многофазного управляемого вентильного преобразователя, к входу управления третьего тиристорного ключа и к входу управления выключением первого ключа, четвертый выход компаратора подключен к входу управления первого тиристорного ключа, к входу управления выключением второго ключа и к входу управления включением первого ключа.

РИСУНКИ

Рисунок 1