Progettazione di un Carico Elettronico per la Simulazione delle Impedenze Dipendenti dalla Frequenza per le Bobine di Stabilizzazione Verticale del Divertor Tokamak Test Facility.

Harvesting energy has long been one of humanity's greatest challenges. Nuclear fusion pledges to generate vast amounts of energy at a convenient price. Electrical Engineering plays a pivotal role when it comes to designing electrical converters for enabling proper plasma confinement.
     This thesis shows the topology and control strategies adopted for a power electronics converter that emulates the electrical load of the Vertical Stabilization (VS) coils of the Divertor Tokamak Test (DTT), a modern Nuclear fusion experimental reactor under construction in Frascati, Rome.
     The VS coils need to be supplied by a set of arbitrary currents, variable in amplitude and frequency in a predefined range that can be obtained thanks to the custom power supply specifically designed for DTT. This latter, referred as Device Under Test (DUT), must be preliminary tested by connecting it to a load emulator able to mimic the real VS coils behavior. The load emulator should be designed to simulate all values of resistance and inductance that the VS will encounter, avoiding the use of bulky R-L loads for each VS coil and for each working condition across the predefined frequency range.
     Depending on the amplitude and period of the requested arbitrary current, through the Fourier Transform a series of main harmonic frequencies can be identified, meaning that for each of these a specific value of R and L must be taken into account and superimposed to the others.

La generazione di energia è stata da sempre una delle più grandi sfide per l’umanità. La fusione nucleare promette di generare enormi quantità di energia a un costo accessibile. L’ingegneria elettrica gioca un ruolo fondamentale nella progettazione di convertitori elettrici per consentire un corretto confinamento del plasma. Questa tesi illustra la topologia e le strategie di controllo adottate per un convertitore di elettronica di potenza che emula il carico elettrico delle bobine di stabilizzazione verticale (VS) del Divertor Tokamak Test (DTT), un moderno reattore sperimentale a fusione nucleare in costruzione a Frascati, Roma. Le bobine VS richiedono di essere alimentate da una serie di correnti arbitrarie, variabili in ampiezza e frequenza entro un intervallo predefinito, ottenibili grazie all’alimentazione dedicata per il DTT. Quest'ultima, denominata Device Under Test (DUT), deve essere testata preliminarmente collegandola a un emulatore di carico in grado di imitare il comportamento reale delle bobine VS. Il simulatore di carico deve essere progettato per riprodurre tutti i valori di resistenze e induttanze che le VS possono assumere, evitando l’uso di ingombranti carichi R-L per ciascuna bobina di stabilizzazione verticale e per ogni condizione di lavoro nell’intervallo di frequenza predefinito. A seconda della ampiezza e del periodo della corrente arbitraria richiesta, attraverso la Trasformata di Fourier è possibile identificare una serie di frequenze armoniche principali, il che significa che per ciascuna di queste occorre considerare e sovrapporre un valore specifico di R e L