Системы питания физических установок

Основные потребители энергии
Магнитное поле
Система нагрева (ускорения частиц)
Технологические системы
Характер потребления энергии
Импульсный
Импульсно-периодический
Постоянный

Потребление энергии плазменной установкой
Питание магнитной системы
ГОЛ-3: 2,5 МДж / 10 мс
ИТЭР 15 ГДж
Питание системы создания плазмы и омического нагрева
Токамак Т-10 – 0,3 МА *1 В = 0,3 МВт
Питание систем нагрева
Электронные и ионные пучки
ГОЛ-3: 30 кА * 1 МВ = 30 ГВт
Пучки нейтралов
ГДЛ 6 * 1 МВт = 6 МВт
Генераторы ВЧ и СВЧ излучения
~несколько МВт

Источники энергии
Промышленная сеть
Накопители энергии
Емкостные
Индуктивные
Механические
Химические

Питание от промышленной сети
Мощность – сотни мегаватт
Не требуется дополнительный накопитель энергии
Необходима подводящая линия
Согласование с энергетическими службами
(Москва: 50-100 тыс.руб./кВт, Новосибирск : 10 тыс.руб./кВт)
1936 год – предложение использования энергии московского энергоузла для зажигания DD смеси
Токамак COMPASS-D
50 МВт * 2 с = 100 МДж
Culham – сеть 33 кВ
Прага – ??

Выпрямители
Однополупериодная схема
Двойное обратное напряжение на диодах
Большие пульсации
Нескомпенсированный магнитный поток через сердечник
Двухполупериодная схема

Трехфазный выпрямитель (схема Ларионова)
Пульсации – около 6%, 300 Гц

Трехфазный выпрямитель (схема с уравнительным реактором)
Пульсации – около 6%, 300 Гц
Используется в цепях низкого напряжения

Трехфазный выпрямитель (двенадцатипульсная схема)
Пульсации –600 Гц

Соединение обмоток в зигзаг
Звезда
Треугольник
Зигзаг

Регулировка и стабилизация напряжения
Автотрансформатор
Мотор – генераторная пара
Дроссель с насыщением

Тиристорные (фазовые) схемы регулирования
Пара тиристоров открывается в нужный момент времени (в нужной фазе)

Транзисторные схемы преобразования
MOFSET – КМОП транзистор
IGBT – биполярный транзистор с изолированным затвором
1200 В, 80 А, ~1 мкс

Использование повышенной частоты
Быстрые ключи позволяют использовать повышенную частоту (до 500 кГц)
Разрешенные частоты
18 кГц +- 7,5%
22 кГц +- 7,5%
44 кГц +- 10%
66 кГц + 12% - 10%
440 кГц +- 2,5%
Сечение сердечника трансформатора
Емкость конденсатора фильтра

Принцип работы:

Конденсаторные накопители энергии
Накопленная энергия
Диэлектрики:
Масло, касторка
Бумага, пленки
Керамика
Оксидные пленки
Вода ε=80
Обозначения конденсаторов:

Эксплуатация конденсаторных батарей
Секционирование
Ограничение времени зарядки (касторка)
Предотвращение обратного заряда
Самозаряд конденсаторов
Разделение конденсаторов предохранителями
Конденсаторная батарея ГОЛ-3:
15 МДж
ИК 6–150 - 2.7 кДж – 5000 шт

Системы зарядки
Зарядка через токоограничивающий резистор
КПД 50%, время зарядки t=3-5 RC
Зарядка от источника тока
Высокий КПД
Постоянная скорость зарядки
Мощность увеличивается в ходе зарядки
Время
Напряжение
Мощность

Индуктивные накопители
Накопленная энергия
Время заряда t<
L
Rн
K
Размыкатели:
-Механические
-Полупроводниковые
Взрывающиеся проводники
Вырождающийся сверхпроводник
Плазменный (эрозионный) размыкатель

Индуктивные накопители
Схемы с паузой тока

Индуктивные накопители
Полупроводниковый размыкатель
Диоды СДЛ, КЦ105

Индуктивные накопители
Система питания токамака ТСП 900 МДж, 830 кА

Основные параметры:
Запасенная энергия, МДж 0,5
Минимальное время перекачки энергии, с 1,8
Рабочий ток, A 1550
Время первоначального заряда, мин 5
Индукция в центре при 1550 A, Тл 3,4
Индуктивность, Гн 7
Внутренний диаметр соленоида, мм 400
Внешний диаметр соленоида, мм 550
Длина соленоида, мм 580
Сверхпроводящий накопитель

Инерционные накопители
Накопленная энергия
Момент инерции
500 Дж/см3 – 50 кг/мм2

Инерционные накопители
Униполярная машина (диск Фарадея)
Недостатки:
-скользящие контакты
-большие токи при низком напряжении

Инерционные накопители
Накопитель АМБАЛ-М
350 МДж, 25 кА, 930 В
Снимаемая энергия 130 МДж
Маховик 60 тонн

Накопитель токамака JET
Снимаемая энергия 4 ГДж
Маховик 775 тонн