Presentation 磁場コイル電源のためのサイリスタ整流器の力率改善

畠山, 昭一  ,  島田, 勝弘  ,  山内, 邦仁  ,  大森, 栄和  ,  岡野, 潤  ,  寺門, 恒久  ,  森山, 伸一

2018-06-28
Description
JT-60SAやITERを初めとする超伝導大型トカマク装置では、磁場コイルに直流大電流を給電するためにサイリスタ整流器が広く使用されている。サイリスタ整流器は、発電機から供給される交流電力を直流電力に変換する装置であり、半導体素子のスイッチングで出力電圧を調整して直流電流を制御できる。しかし、低電圧出力中には、入力の交流側で電圧に対して電流の位相が遅れ(力率の悪化)、交流側電圧の低下を引き起こす。サイリスタ整流器をトカマク装置に適用すると、プラズマ着火・電流立ち上げを終えたフラットトップではコイル電圧が小さくなるため、前述の問題が起こる。一般に、位相遅れを解消して電圧低下を防ぐには補償設備が必要であり、JT-60SAではフライホイール同期発電機、ITERでは静止型無効電力補償装置(SVC)が用いられる。これらの調相設備に必要な電力容量は、電源や電流フィーダーなどで消費される有効電力の数倍であり、非常に大規模になる。本発表では、大型付帯設備を削減してトカマク装置の建設コストの抑制するために、直列ダイオード方式サイリスタ整流器の適用を提案した。直列ダイオード方式では、サイリスタ整流器にダイオード整流器が直列接続され、相間には転流コンデンサが接続される。転流コンデンサの充電電圧を利用して導通素子に逆バイアスの電圧を印加すると、電流は強制遮断され、隣の相に瞬時に移り変わる。結果として交流側電流は、通常起こり得ない進み位相となる。この進み電流により、通常のサイリスタ整流器の遅れ電流を相殺できるので、両者を直列接続すれば高力率かつ可変電圧の直流電源を実現できる。発表では、回路定数、出力電圧および電流から決まる運転領域の設計法を提案し、JT-60SAのブースター電源適用の検討についても報告した。
第12回核融合エネルギー連合講演会

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