Os elementos básicos do Sistema de Aquecimento Ôhmico do TCABR são mostrados no diagrama apresentado na fig. 4.1. O circuito primário do transformador de aquecimento ôhmico é constituído essencialmente por: um banco de capacitores (CAO), a bobina de
aquecimento ôhmico (Lt) e um conjunto de resistores representados por RB – RF que são
inseridos ou retirados do sistema por meio de chaves eletrônicas (ignitrons Ig2 a Ig7). Para o
circuito secundário do sistema consideramos a coluna de plasma formada por: uma indutância Lp e uma resistência Rp(t). O acoplamento entre o primário e o secundário do circuito é
indicado por M.
O funcionamento do Sistema de Aquecimento Ôhmico compreende duas etapas. Na primeira temos a descarga do banco de capacitores CAO sobre a bobina primária Lt do
transformador de aquecimento ôhmico (fase A). Na segunda temos a descarga da energia armazenada na bobina sobre os resistores RB a RF (fase B e seguintes). A alteração do valor
da resistência para cada uma das fases a partir da segunda é obtida a partir do chaveamento das ignitrons Ig2 a Ig7.
Fig. 4.1: Diagrama que indica o princípio básico de funcionamento do Sistema de A.O. do TCABR.
Na fig. 4.2 apresentamos o esquema do circuito do Sistema de Aquecimento Ôhmico do TCABR a partir do qual foi construído o diagrama da fig. 4.1. Nesse circuito mostramos os componentes principais bem como elementos auxiliares. Os parâmetros principais do sistema encontram-se descritos na tabela 2.3.
Fig 4.2: Circuito simplificado do Sistema de Aquecimento Ôhmico do TCABR onde são mostrados seu componentes principais [Che-79].
Nas condições iniciais do circuito de A.O. temos que todas as “Vacuum switch” (Vs1,
Com base nas duas figuras apresentadas descrevemos as várias fases de uma descarga apontando a participação dos diversos elementos do circuito em cada uma delas:
FASE A:
Nesta fase, a ignitron Ig1 é acionada e a energia armazenada no banco de capacitores
CAO, previamente carregado, é transferida para a bobina. Nesta fase o sistema se comporta
como um circuito RLC e a resposta é ¼ de ciclo de uma senóide amortecida. FASE B:
No início desta fase entra em operação o circuito de extinção principal 1 composto pelo banco de capacitores C2 (140.10-6F x 9000V), a ignitron Ig2 e componentes a eles
associados. No início desta fase o banco C2 é conectado ao circuito pela ignitron Ig2 que
quando acionada gera uma corrente no sentido contrário à corrente de descarga do capacitor CA.O. o que acarreta a abertura da chave VS1. Simultaneamente é acionada automaticamente a
ignitron Ig3 através do diodo D13 e da resistência R13, havendo a inversão da polaridade da
tensão nos terminais da bobina de A.O. Neste instante é iniciado o processo de descarga da energia armazenada na bobina do Sistema de A.O. através da associação em série das resistências R, R1, e R2. Esse decaimento da corrente gera um alto campo elétrico toroidal no
interior da máquina, podendo ocasionar a ruptura do gás, e também dar início ao crescimento da corrente de plasma.
FASE C:
Nesta fase, a ignitron Ig4 é acionada, retirando a resistência R1 do circuito de descarga.
Com a redução da resistência há uma diminuição na taxa de decaimento da corrente no primário do circuito e também do campo elétrico toroidal aplicado (tensão de enlace). Esse campo é menor que na fase anterior porém ainda alto em relação à fase seguinte. O plasma está se aquecendo e a resistividade caindo. A corrente de plasma continua crescendo e deverá atingir o início do patamar de corrente no final desta fase.
FASE D:
Quando a corrente de plasma está próxima de seu valor de pico, a ignitron Ig5 é
acionada, colocando os resistores R2, R3, R4 em paralelo, sendo que essa associação está em
série com R. A corrente no primário do transformador de A.O. cai ainda mais lentamente, colocando a tensão de enlace num valor ainda mais baixo e estável. O início desta fase coincide com o início do patamar de corrente de plasma.
FASE E:
No início desta fase entra em operação o circuito de extinção auxiliar 3 composto pelo banco de capacitores C7 (140.10-6F x 9000V), a ignitron Ig7 e demais componentes
associados. No inicio desta fase o banco é conectado ao circuito pela ignitron Ig7 que é
acionada, gerando uma corrente de sentido contrário à corrente de descarga que passa através da chave Vs3, acarretando na abertura desta. Como conseqüência, a resistência R4 é retirada e
a nova associação passa a ser formada pelas resistências R2 e R3 em paralelo em série com R.
Esta fase forma o estágio intermédio para o patamar da corrente de plasma. FASE F:
Finalmente, nesta fase entra em operação o circuito de extinção auxiliar 2 composto pelo banco de capacitores C6 (180.10-6F x 6000V), a ignitron Ig6 e componentes associados.
No inicio desta fase esse banco é conectado ao circuito pela ignitron Ig6 que é acionada,
gerando uma corrente de sentido contrário à corrente que passa pela chave Vs2 e acarretando a
abertura desta. Como conseqüência, a resistência R2 é retirada e a nova associação passa a ser
formada pelas resistências R3 em série com R. Esta é a última configuração dos elementos do
circuito de descarga do Sistema de Aquecimento Ôhmico e permanece inalterada até a descarga de toda energia armazenada no primário do transformador de aquecimento ôhmico. Esta fase coincide com o final do patamar da corrente de plasma indo até à extinção completa dessa corrente.
Na tabela 4.1, são apresentados os elementos envolvidos no início de cada fase, a associação das resistências envolvidas para cada fase da descarga os intervalo de tempo, e a designação dada ao intervalo de tempo para as fases.
A título de ilustração, representamos na fig. 4.3 os perfis temporais da corrente e tensão na bobina primária do transformador de aquecimento ôhmico. Estes perfis foram obtidos, por simulação, na situação particular de uma descarga sem formação de plasma, a partir de um modelo “zero dimensional” mais geral e que escreveremos no item seguinte. As setas na fig. 4.3 indicam o ponto de disparo das ignitrons e entre os disparos das ignitrons encontra-se assinalada a fase correspondente.
Tabela 4.1: Comutação das Ignitrons e “Vacuum switches”, resistências equivalentes, e intervalo de tempo para cada fase de uma descarga do sistema de A.O.
FASE Ignitrons e “Vacuum Switches” Resistência equivalente Intervalo de tempo
A Ig1 ligada RA =R t0
B Ig2 ligada (Ext. Principal); Vs1
aberta; Ig3 ligada R R R RB = 1+ 2+ t1-t2 C Ig4 ligada RC =R2+R t2-t3 D Ig5 ligada R R R R R * R R * R R R * R R 2 3 4 3 4 2 4 3 3 4 D + + + + = t3-t4
E Ig7 ligada (Extinção Auxiliar 2); Vs3
aberta R R *R R R * R R 2 3 2 3 2 E = + + t4-t5
F Ig6 ligada (Extinção Auxiliar 1); Vs2
aberta RF =R3+R t5-t6
Fig. 4.3: Perfil temporal da corrente (linha contínua) que circula na bobina primária do aquecimento ôhmico (It(t)) e da tensão (linha tracejada) sobre a bobina (V b.A.O), para uma descarga no TCABR sem formação de