JP2004023913A

JP2004023913A - 直流高電圧電源装置

Info

Publication number: JP2004023913A
Application number: JP2002176964A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Kajiyama; 梶山　雅章; Yoshihiko Naito; 内藤　儀彦
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2002-06-18
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】直流高電圧電源装置を大型化することなく、高い直流高電圧が得られるようにした直流高電圧電源装置を提供する。
【解決手段】コンデンサユニット２２と整流素子ユニット２１を組み合わせて多段直列接続してその一端をトランスの二次巻線２０ａ，２０ｂで駆動し、反対端より直流高電圧を取り出すコッククロフト回路１３を備え、前記回路の一部に円筒状の絶縁体３０にコイル３１を巻回したインダクタ１７ａ，１７ｂを接続し、該コイルを巻回した円筒状絶縁体内部に前記整流素子ユニット２１を配置した。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は直流高電圧電源装置に係り、特に電子線照射装置、または粒子線加速装置等の用途に好適な１０００〜５０００ｋＶ程度の直流高電圧を発生することができる直流高電圧電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば火力発電所等において、燃焼排ガス中から大気汚染物質を除去するために燃焼排ガスに電子線を照射する技術が知られている。このような用途の電子線照射装置では、例えば１０００ｋＶ以下の直流高電圧を加速管に与え、電子線を大気中に放出して燃焼排ガスに照射するようにしたものである。照射対象が水のような液体になると透過能力が１０００〜５０００ｋＶ程度の加速電圧を加速管に与えることが必要となる。
【０００３】
このような電子線照射装置には、１０００〜５０００ｋＶの直流高電圧を発生する電源装置が必要であり、昇圧回路としてコッククロフト回路が用いられるのが一般的である。コッククロフト回路は、コンデンサと整流素子とを組み合わせて多段直列接続した回路であり、その一端をトランスの二次巻線で駆動し、反対端より直流高電圧を取り出すものである。即ち、コッククロフト回路によればトランスの二次巻線に形成される交流電圧が半波ごとに整流され、コンデンサと整流素子とを組み合わせた多段直列回路により整流電圧が順次加算され、多段直列回路の最終段より直流高電圧が取り出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
係るコッククロフト回路においては、理論的にはコンデンサと整流素子とを組み合わせたユニットの段数分にトランスの二次側巻線電圧の整流電圧（波高値分）の積の２倍の直流高電圧が得られる。しかしながら、実際には各段間には浮遊容量が存在し、このためこの浮遊容量が整流器に並列接続した形となり、理論的な直流高電圧が得られないという問題がある。このため、コンデンサと整流素子との組み合わせからなる多段直列回路の後段側（直流高電圧取出し口側）にインダクタを接続し、浮遊容量の影響をキャンセルして整流電圧を高めることができることが知られている。しかしながら、コッククロフト回路においては、一段当たりの分担電圧が例えば２００ｋＶ程度となり、インダクタのサイズもこの分担電圧に対応した大きさのものが必要となり、単にインダクタを配置すると電源装置全体のサイズが大型化するという問題がある。
【０００５】
本発明は上述した事情に鑑みて為されたもので、装置を大型化することなく、高い直流高電圧が効率的に得られるようにした直流高電圧電源装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の直流高電圧電源装置は、コンデンサユニットと整流素子ユニットを組み合わせて多段直列接続してその一端をトランスの二次巻線で駆動し、反対端より直流高電圧を取り出すコッククロフト回路を備え、前記回路の一部に円筒状の絶縁体にコイルを巻回したインダクタを接続し、該コイルを巻回した円筒状絶縁体内部に前記整流素子ユニットを配置したことを特徴とする。
【０００７】
上述した本発明によれば、コッククロフト回路の後段側に円筒状の絶縁体にコイルを巻回したインダクタを接続することで、コッククロフト回路における浮遊容量の影響をキャンセルして、高い整流電圧が得られる。そして、円筒状の絶縁体の内部に整流素子ユニットを配置することで、インダクタの配置スペースと整流素子ユニットの配置スペースとを共用することができ、これにより電源装置全体としてのサイズを大型化することなく上述したインダクタを配置することができる。従って、電源全体としてのサイズを大型化することなく、高い整流電圧が得られる直流高電圧電源装置が提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。
【０００９】
図１は、本発明の実施形態の直流高電圧電源装置の構成例を示す。電源装置は圧力容器１１の内部に収容され、変圧器１２と、コッククロフト回路１３と、コロナシールドカバー１４と、図示されていないがコロナシールドカバー内の直流電圧出力端子等から構成されている。容器１１内には、ＳＦ_６ガス等の絶縁ガスが充填され、十分な絶縁性が確保されている。コッククロフト回路１３は、支柱１５に支持された絶縁板に、各段当たり２組の整流素子ユニット２１，２１とコンデンサユニット２２，２２とが搭載されて構成されている。
【００１０】
変圧器１２には、例えば３０００Ｖ程度の三相商用交流電圧が供給され、各相１００ｋＶ程度の交流電圧に昇圧されてコッククロフト回路１３の入力段に供給される。コッククロフト回路１３では、後述するように入力された交流電圧が半波整流されるごとに昇圧され、最終段においては例えば１０００〜５０００ｋＶ程度の直流高電圧が得られ、コロナシールドカバー１４内の直流電圧出力端子に高電圧直流出力が取り出される。
【００１１】
図２は、バランス形コッククロフト回路を示す回路図であり、本発明の電源装置においては、最上段の整流素子ユニットの部分にインダクタ１７ａ，１７ｂが接続されている。
【００１２】
図示するバランス形コッククロフト回路は、整流素子Ｄと分担電圧改善用コンデンサＣｓと保護抵抗Ｒからなる整流素子ユニット２１がたすきがけ状に多段接続されている。そして、各段ごとにコンデンサＣと保護抵抗ｒとからなるコンデンサユニット２２が図示するように各整流素子ユニットの接続点間に接続されている。ここで整流素子ユニット２１は単一の整流素子Ｄと分担電圧改善用のコンデンサＣｓとからそれぞれ構成されるように図示しているが、実際には多数の整流素子およびコンデンサの直列接続集合体である。個々の整流素子およびコンデンサは、例えば１ｋＶ等の耐圧であるが、多数個を直列接続することで、所用耐圧を確保している。
【００１３】
コッククロフト回路の動作は、変圧器の二次側巻線２０ａ，２０ｂにそれぞれ例えば１００ｋＶ程度の交流高電圧が生じると、半波ごとに整流素子ユニット２１で整流され、コンデンサユニット２２のコンデンサＣに整流された直流電圧が充電される。そして、２段目のコンデンサユニットのコンデンサＣには１段目のコンデンサＣに蓄圧された直流電圧に加えられるように、たすきがけ状に接続された整流素子ユニット２１，２１から直流電流が流入する。従って、２段目のコンデンサユニットにおいては、初段のユニットと同じ直流電圧がコンデンサユニットのコンデンサＣに充電される。このようにしてたすきがけ状に直列接続された整流素子ユニットの段数Ｎに、１段当たりの整流電圧を乗じた２倍の直流電圧が、理論的には最終段の直流電圧取出し端子２３に得られる。得られた直流高電圧は、保護抵抗Ｒｏを介して、容器の直流電圧出力端子に接続され、加速管に送られる。
【００１４】
係るコッククロフト回路においては、コンデンサユニットのコンデンサＣに並列に存在する浮遊容量の影響により、上述した理論上の直流電圧が得られなくなるということは、発明が解決しようとする課題の欄に述べたとおりである。このため、浮遊容量の影響をキャンセルして高い整流電圧が得られるようにインダクタを挿入することが行われていることも上述したとおりである。本発明のコッククロフト回路においては、図２に示すようにコッククロフト回路の最上段にインダクタ１７ａ，１７ｂを備えている。
【００１５】
このインダクタ１７ａ，１７ｂは、図３に示すように、円筒状の絶縁体３０にコイル３１を巻回したインダクタであり、円筒状絶縁体３０の内部に整流素子ユニット２１ａまたは２１ｂを配置している。すなわち、直流高電圧取出し端子２３に接続する一対の整流素子ユニット２１ａ，２１ｂを取り囲む一対の円筒状絶縁体３０，３０を配置し、その周囲にコイル３１を巻回してインダクタ１７ａ，１７ｂを構成するようにしたものである。そして、２個のインダクタは配線３３により相互に接続されている。
【００１６】
絶縁筒３０は例えば直径が２５０〜３００ｍｍφであり、長さが例えば数百ｍｍ程度であり、ＦＲＰ等の絶縁材により構成されている。そして、その外周にコイルを巻回し、例えば数百ｍＨから数Ｈのインダクタンスを形成するようにしている。このような空芯構造により耐圧上の問題をクリアしつつ大きなインダクタンスが得られる。一方で、その内部に収容する整流素子ユニットは、例えば１ｋＶ程度の耐圧を有する整流素子と保護抵抗を回路基板上に数百個程度直列接続したもので、これにより１段当たり数百ｋＶ程度の耐圧を有する整流素子ユニット２１を形成することができる。この寸法については、例えば１５０ｍｍφ×数百ｍｍ程度の基板上に上記素子を搭載して、整流素子ユニットを構成することができ、上記円筒状絶縁体３０の内部に収容することが可能である。
【００１７】
このように、コッククロフト回路においてインダクタを備え、その内部に整流素子ユニットを配置することで、実際的なサイズを大型化することなく、インダクタを内蔵したコッククロフト回路を形成することができる。これにより、コッククロフト回路の問題点である高電圧側で整流電圧が低くなるという問題点を、そのサイズを大型化することなく克服することができる。
【００１８】
以上の説明は、バランス形コッククロフト回路についてのものであるが、対称形コッククロフト回路等の他の回路形式にも、同様に適用可能なことは勿論である。
【００１９】
尚、上記実施形態は本発明の実施例の一態様を述べたもので、本発明の趣旨を逸脱することなく種々の変形実施例が可能なことは勿論である。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、サイズを大型化することなく、高い直流高電圧が得られる電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の直流高電圧電源装置の概要を示す図である。
【図２】図１におけるコッククロフト回路の回路図である。
【図３】図２におけるコッククロフト回路の要部を示す説明図である。
【符号の説明】
１１　　　高圧容器
１２　　　変圧器
１３　　　コッククロフト回路
１４　　　コロナシールドカバー
１５　　　支柱
１７ａ，１７ｂ　　インダクタ
２１ａ，２１ｂ　　整流素子ユニット
２２　　コンデンサユニット
２３　　接続端子
３０　　円筒状絶縁体
３１　　コイル

Claims

コンデンサユニットと整流素子ユニットを組み合わせて多段直列接続してその一端をトランスの二次巻線で駆動し、反対端より直流高電圧を取り出すコッククロフト回路を備え、前記回路の一部に円筒状の絶縁体にコイルを巻回したインダクタを接続し、該コイルを巻回した円筒状絶縁体内部に前記整流素子ユニットを配置したことを特徴とする直流高電圧電源装置。
前記コッククロフト回路は、バランス形コッククロフト回路であり、直流高電圧の取出し端子に接続する一対の整流素子ユニットを備え、該一対の整流素子ユニットを取り囲む一対の円筒状絶縁体を配置し、該絶縁体にインダクタを構成するコイルを配置したことを特徴とする請求項１記載の直流高電圧電源装置。