С.В. Полосаткин 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: 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) U, f ~ N*U m 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 =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– 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

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, МДж0,5 Минимальное время перекачки энергии, с 1,8 Рабочий ток, A1550 Время первоначального заряда, мин5 Индукция в центре при 1550 A, Тл3,4 Индуктивность, Гн7 Внутренний диаметр соленоида, мм400 Внешний диаметр соленоида, мм550 Длина соленоида, мм580 Сверхпроводящий накопитель

Инерционные накопители Накопленная энергия Момент инерции 500 Дж/см 3 – 50 кг/мм 2

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

Нетрадиционные накопители Суперконденсаторы (ионисторы) 3,3 Ф, 75 В – 10 кДж (5 Дж/см 3 ) Модульные инерционные накопители 5 МДж, 4 Дж / см 3 Химические накопители энергии 500 Дж / см 3 (1 кг тротила – 4,2 МДж)