JP2014116408A - Power source device for electromagnet - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power source device for an electromagnet, which can obtain a desired pulse-like current stably for a long time.SOLUTION: The power source device for an electromagnet comprises: a first current source configured to rise up/down the pulse-like current by means of discharge/regenerative current of a first capacitor; a second current source configured to maintain the pulse-like current at the top by means of discharge currents of second and third capacitors; a charging power source control part 7 configured to control charging powers 20, 30, and 32 of the corresponding capacitors so that a charging voltage reaches a predetermined set value; and current value determination means 73a configured to perform first to third determinations right after rise-up or right before rise-down in order to judge whether the current value at the top is included in a predetermined range or not. The current value determination means 73a performs the fist determination each time one pulse-like current is created, performs the second determination when it is judged in the determination that correction is unnecessary, and performs the third determination when it is judged in the determination that correction is unnecessary. The charging power source control part 7 corrects the set value judged to need correction.

Description

本発明は、加速器等で使用される電磁石にパルス状の大電流を印加するための電磁石用電源装置に関する。   The present invention relates to an electromagnet power supply device for applying a pulsed large current to an electromagnet used in an accelerator or the like.

物理化学実験や医療等の分野で使用される加速器には、電磁石にパルス状の大電流を印加するための電磁石用電源装置が備えられている。従来の電磁石用電源装置としては、例えば、非特許文献1に記載のパワークローバ回路を採用したものが知られている。   Accelerators used in fields such as physical chemistry experiments and medicine are equipped with an electromagnet power supply device for applying a pulsed large current to an electromagnet. As a conventional electromagnet power supply device, for example, a device using a power crowbar circuit described in Non-Patent Document 1 is known.

図11(A)に示すように、このタイプの電磁石用電源装置100は、第1コンデンサ101および該第1コンデンサ101よりも静電容量値が大きい第2コンデンサ102を備え、第1スイッチ103および第2スイッチ104をON/OFFさせることにより電磁石105に第1コンデンサ101および/または第2コンデンサ102の放電電流(=電磁石電流I)が印加されるよう構成されている。   As shown in FIG. 11A, this type of electromagnet power supply device 100 includes a first capacitor 101 and a second capacitor 102 having a capacitance value larger than that of the first capacitor 101. When the second switch 104 is turned ON / OFF, the discharge current (= electromagnet current I) of the first capacitor 101 and / or the second capacitor 102 is applied to the electromagnet 105.

より詳しくは、この電磁石用電源装置100では、第1コンデンサ101が数千Vの高電圧で、第2コンデンサ102が数百Vの電圧でそれぞれ予め充電されている。図11(B)に示すように、時間t0において第1スイッチ103がONされると、第1コンデンサ101の放電電流が電磁石105に供給され、電磁石電流Iが頂部(例えば、数十kA)まで一気に立ち上がる。時間t1において第1スイッチ103がOFFされて第2スイッチ104がONされると、第2コンデンサ102の放電電流が電磁石105に供給され、電磁石電流Iの電流値が頂部付近で維持される。その後、第2コンデンサ102の放電電流の減少とともに、電磁石電流Iの電流値は低下していく。 More specifically, in the electromagnet power supply device 100, the first capacitor 101 is charged in advance with a high voltage of several thousand volts and the second capacitor 102 is charged with a voltage of several hundred volts in advance. As shown in FIG. 11B, when the first switch 103 is turned on at time t 0 , the discharge current of the first capacitor 101 is supplied to the electromagnet 105 and the electromagnet current I is at the top (for example, several tens of kA). Stand up at a stretch. When the first switch 103 at time t 1 and the second switch 104 is OFF is turned ON, the discharge current of the second capacitor 102 is supplied to the electromagnet 105, the current value of the electromagnet current I is maintained near the top. Thereafter, as the discharge current of the second capacitor 102 decreases, the current value of the electromagnet current I decreases.

図12に、電磁石用電源装置100とコンセプトがよく似た別の従来の電磁石用電源装置200を示す。同図に示すように、電磁石用電源装置200は、第1電流源201と、第2電流源202と、制御部206とを備えている。   FIG. 12 shows another conventional electromagnet power supply device 200 whose concept is very similar to that of the electromagnet power supply device 100. As shown in the figure, the electromagnet power supply device 200 includes a first current source 201, a second current source 202, and a control unit 206.

第1電流源201は、第1充電電源210から出力される数千Vの電圧で予め充電された第1コンデンサ211の放電電流を電磁石205に供給することにより、電磁石電流Iを頂部まで一気に立ち上げ(図13(B)の時間t0〜時間t1)、かつ電磁石205の逆起電圧による回生電流を第1コンデンサ211に回生させることにより、電磁石電流Iを頂部から一気に立ち下げる(図13(B)の時間t2〜時間t3)よう構成されている。 The first current source 201 supplies the electromagnet current I to the top at a stroke by supplying the electromagnet 205 with the discharge current of the first capacitor 211 that has been precharged with a voltage of several thousand volts output from the first charging power supply 210. increased (Fig. 13 (B) of the time t 0 ~ time t 1), and by regenerating the regenerative current by the back electromotive force of the electromagnet 205 in the first capacitor 211, once falling lower the electromagnet current I from the top (Fig. 13 (B) time t 2 to time t 3 ).

第2電流源202は、電磁石電流Iの立ち上げ後に、第2充電電源220から出力される数百Vの電圧で予め充電された第2コンデンサ221の放電電流を電磁石205に供給することにより、電磁石電流Iの立ち下げ前まで頂部における電流値を維持する(図13(B)の時間t1〜時間t2)よう構成されている。 The second current source 202 supplies the electromagnet 205 with the discharge current of the second capacitor 221 precharged with a voltage of several hundred volts output from the second charging power source 220 after the electromagnet current I is raised. The current value at the top is maintained until the electromagnet current I falls (time t 1 to time t 2 in FIG. 13B).

この電磁石用電源装置200では、電磁石電流Iを立ち上げる期間(時間t0〜時間t1)、電磁石電流Iを維持する期間(時間t1〜時間t2)、および電磁石電流Iを立ち下げる期間(時間t2〜時間t3)で、第1電流源201の2つのスイッチング素子215a、215dおよび第2電流源202の2つのスイッチング素子225a、225dの導通状態が切り替えられる。これらのスイッチング素子215a、215d、225a、225dの導通状態は、適当な駆動回路216、226を介して接続された制御部206によって切り替えられる。 In this electromagnet power supply device 200, a period during which the electromagnet current I is raised (time t 0 -time t 1 ), a period during which the electromagnet current I is maintained (time t 1 -time t 2 ), and a period during which the electromagnet current I is lowered. At (time t 2 to time t 3 ), the conduction states of the two switching elements 215 a and 215 d of the first current source 201 and the two switching elements 225 a and 225 d of the second current source 202 are switched. The conduction states of these switching elements 215a, 215d, 225a, 225d are switched by the control unit 206 connected via appropriate drive circuits 216, 226.

田実、「コンデンサを用いたパルスパワー技術」、静電気学会誌、平成6年、第18巻、第4号、p.355−363Tami, “Pulse Power Technology Using Capacitors”, Journal of the Electrostatic Society, 1994, Vol. 18, No. 4, p. 355-363

ところで、上記従来の電磁石用電源装置200では、所望の(理想的なパルス状の)電磁石電流Iを得るために、オペレータが第1コンデンサ211および第2コンデンサ221の充電電圧を決定し、決定した充電電圧に応じてオペレータが自ら第1充電電源210および第2充電電源220の出力電圧を設定している。   By the way, in the conventional electromagnet power supply device 200, in order to obtain a desired (ideal pulse-like) electromagnet current I, the operator determines and determines the charging voltages of the first capacitor 211 and the second capacitor 221. The operator sets the output voltages of the first charging power source 210 and the second charging power source 220 according to the charging voltage.

第1充電電源210および第2充電電源220の出力電圧の設定は、熟練を要するので、電磁石用電源装置200を動作させながら出力電圧の設定を変更することは、実際上不可能であった。このため、従来の電磁石用電源装置200では、長時間の使用により電磁石205や第1および第2電流源201、202内部の抵抗値が上昇してしまうと、図14に示すように、電磁石電流Iの頂部における電流値が使用開始時よりも数%低下してしまうという問題があった。   Since the setting of the output voltages of the first charging power supply 210 and the second charging power supply 220 requires skill, it is practically impossible to change the setting of the output voltage while operating the electromagnet power supply apparatus 200. For this reason, in the conventional electromagnet power supply device 200, if the resistance value inside the electromagnet 205 or the first and second current sources 201 and 202 increases due to long-term use, as shown in FIG. There was a problem that the current value at the top of I was reduced by several percent from the start of use.

また、電磁石用電源装置200では、第1充電電源210および第2充電電源220の出力電圧の設定を変更する場合、一旦、電磁石用電源装置200の動作を停止させるので、所望の電磁石電流Iを得るまでに多大な時間と手間がかかるという問題もあった。   Further, in the electromagnet power supply apparatus 200, when changing the setting of the output voltage of the first charging power supply 210 and the second charging power supply 220, the operation of the electromagnet power supply apparatus 200 is temporarily stopped, so that a desired electromagnet current I is set. There was also a problem that it took a lot of time and labor to obtain.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、多大な時間や手間をかけることなく、長時間安定して所望のパルス状電流(電磁石電流)を得ることが可能な電磁石用電源装置を提供することにある。   This invention is made | formed in view of the said situation, The place made into the subject is to obtain a desired pulse-like electric current (electromagnet electric current) stably for a long time, without taking a lot of time and an effort. An object of the present invention is to provide a power supply device for an electromagnet.

上記課題を解決するために、本発明に係る電磁石用電源装置は、(1)電磁石にパルス状電流を連続的に印加する電磁石用電源装置であって、第1電圧で充電された第1コンデンサの第1放電電流を電磁石に供給することにより、パルス状電流を頂部まで立ち上げ、かつ電磁石の逆起電圧による回生電流を第1コンデンサに回生させることにより、パルス状電流を頂部から立ち下げる第1電流源と、パルス状電流の立ち上げ後に、第1電圧よりも低い第2電圧で充電された第2コンデンサの第2放電電流を電磁石に供給し、さらにその後、第2電圧よりも低い第3電圧で充電された第3コンデンサの第3放電電流を第2放電電流とともに電磁石に供給することにより、パルス状電流の立ち下げ前までパルス状電流を頂部において維持する第2電流源と、第1電流源および第2電流源に設けられ、第1コンデンサ、第2コンデンサおよび第3コンデンサを充電する充電電源と、少なくともパルス状電流の立ち上げ直後の第1電流値、立ち下げ直前の第2電流値、立ち上げ直後および立ち下げ直前とは異なる頂部の第3電流値を測定する電流値測定手段と、第1電圧、第2電圧および第3電圧の各設定値を定め、第1電圧、第2電圧および第3電圧が各設定値になるように充電電源の出力電圧を制御する充電電源制御部と、を備え、充電電源制御部は、第1電流値が所定の範囲に含まれているか否かの第1判定、第2電流値が所定の範囲に含まれているか否かの第2判定、第3電流値が所定の範囲に含まれているか否かの第3判定を行い、第1判定、第2判定および第3判定の結果に基づいてそれぞれ、第1電圧の設定値、第2電圧の設定値および第3電圧の設定値の補正が必要か否かを判断する電流値判定手段を有し、電流値判定手段は、一のパルス状電流が生成されるたびに必ず第1判定を行い、該第1判定において第1電圧の設定値の補正が不要と判断された場合は第2判定を行い、該第2判定において第2電圧の設定値の補正が不要と判断された場合は第3判定を行う一連の判定ステップを繰り返し実行し、充電電源制御部は、補正が必要と判断された設定値を補正し、第1電圧、第2電圧および第3電圧が補正後の設定値になるように充電電源の出力電圧を制御することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, an electromagnet power supply device according to the present invention is (1) an electromagnet power supply device that continuously applies a pulsed current to an electromagnet, and is a first capacitor charged with a first voltage. By supplying the first discharge current to the electromagnet, the pulsed current is raised to the top, and the regenerative current due to the back electromotive force of the electromagnet is regenerated to the first capacitor, so that the pulsed current is lowered from the top. After the rise of the one current source and the pulsed current, the second discharge current of the second capacitor charged with the second voltage lower than the first voltage is supplied to the electromagnet, and then the second current lower than the second voltage is supplied. By supplying the third discharge current of the third capacitor charged with three voltages to the electromagnet together with the second discharge current, the second current is maintained at the top until the pulse current falls. A current source, a charging power source for charging the first capacitor, the second capacitor, and the third capacitor, and a first current value at least immediately after the rising of the pulsed current; Current value measuring means for measuring the second current value immediately before the lowering, the third current value at the top different from that immediately after the starting and immediately before the lowering, and the set values of the first voltage, the second voltage, and the third voltage are determined. A charging power source control unit that controls an output voltage of the charging power source so that the first voltage, the second voltage, and the third voltage are set to respective set values. A first determination as to whether or not the second current value is included in the predetermined range, a second determination as to whether or not the second current value is included in the predetermined range, and a first determination as to whether or not the third current value is included in the predetermined range. 3 determinations, and based on the results of the first determination, the second determination, and the third determination. Each having current value determining means for determining whether or not correction of the set value of the first voltage, the set value of the second voltage, and the set value of the third voltage is necessary. The first determination is always performed every time the current is generated. If it is determined that the correction of the set value of the first voltage is unnecessary in the first determination, the second determination is performed, and the second voltage is determined in the second determination. When it is determined that the correction of the set value is unnecessary, a series of determination steps for performing the third determination is repeatedly performed, and the charging power supply control unit corrects the set value determined to be corrected, the first voltage, The output voltage of the charging power supply is controlled so that the second voltage and the third voltage become the set values after correction.

この構成によれば、長時間の使用によりパルス状電流の電流値が低下した場合には、第1〜第3コンデンサの各充電電圧(第1電圧、第2電圧および第3電圧)の設定値が補正され、各充電電圧が補正後の設定値になるように充電電源の出力電圧が制御される。したがって、多大な時間や手間をかけることなく、長時間安定して所望のパルス状電流を得ることができる。   According to this configuration, when the current value of the pulsed current decreases due to long-term use, the set values of the charging voltages (first voltage, second voltage, and third voltage) of the first to third capacitors Is corrected, and the output voltage of the charging power supply is controlled so that each charging voltage becomes a set value after correction. Therefore, a desired pulsed current can be obtained stably for a long time without much time and effort.

上記(1)の電磁石用電源装置では、(2)充電電源制御部は、判定ステップにおいて、第1判定の結果、第1電圧の設定値の補正が必要と判断された場合に、第1電圧の設定値を補正し、補正後の第1電圧の設定値となるように充電電源の出力電圧を制御し、再び第1判定を行った後、第1電圧の設定値の補正が不要と判断された場合に、第1電圧の設定値を補正することなく第2判定に移行し、第2判定の結果、第2電圧の設定値の補正が必要と判断された場合に、第2電圧の設定値を補正し、補正後の第2電圧の設定値となるように充電電源の出力電圧を制御し、再び第1判定および第2判定を順に行った後、第2電圧の設定値の補正が不要と判断された場合に、第2電圧の設定値を補正することなく第3判定に移行し、第3判定の結果、第3電圧の設定値の補正が必要と判断された場合に、第3電圧の設定値を補正し、補正後の第3電圧の設定値となるように充電電源の出力電圧を制御し、再び第1判定、第2判定および第3判定を順に行った後、第3電圧の設定値の補正が不要と判断された場合に、第3電圧の設定値を補正することなく第1判定に移行するよう構成できる。   In the electromagnet power supply device according to (1) above, (2) the charging power supply control unit determines that the first voltage is determined when it is determined in the determination step that correction of the set value of the first voltage is necessary as a result of the first determination. Is corrected, the output voltage of the charging power supply is controlled so as to be the corrected first voltage setting value, the first determination is performed again, and then it is determined that the correction of the first voltage setting value is unnecessary. If it is determined that the setting value of the first voltage is not corrected, the process proceeds to the second determination. As a result of the second determination, if it is determined that the setting value of the second voltage needs to be corrected, The set value is corrected, the output voltage of the charging power supply is controlled so as to be the set value of the corrected second voltage, the first determination and the second determination are performed again, and then the set value of the second voltage is corrected. Is determined to be unnecessary, the process proceeds to the third determination without correcting the set value of the second voltage, and the result of the third determination When it is determined that correction of the set value of the third voltage is necessary, the set value of the third voltage is corrected, and the output voltage of the charging power supply is controlled to be the set value of the corrected third voltage, After performing the first determination, the second determination, and the third determination again in order, if it is determined that correction of the set value of the third voltage is unnecessary, the first determination is performed without correcting the set value of the third voltage. Can be configured to migrate.

また、上記(1)または(2)の電磁石用電源装置では、(3)充電電源制御部は、第1判定で用いられる複数の範囲と、該範囲が狭いほど小さくなるように該範囲に1対1で関連付けられた、第1電圧の補正に用いられる複数の補正量と、第2判定で用いられる複数の範囲と、該範囲が狭いほど小さくなるように該範囲に1対1で関連付けられた、第2電圧の補正に用いられる複数の補正量と、第3判定で用いられる複数の範囲と、該範囲が狭いほど小さくなるように該複数の範囲に1対1で関連付けられた、第3電圧の補正に用いられる複数の補正量とが格納された記憶部をさらに有し、第1判定、第2判定および第3判定は、それぞれ複数の範囲が大きい順に用いられ、充電電源制御部は、電流値判定手段においていずれかの判定で補正が必要と判断された場合は、記憶部を参照して、該判定に用いられた範囲に関連付けられた補正量を加算または減算することで設定値を補正することが好ましい。   In the electromagnet power supply device of the above (1) or (2), (3) the charging power supply control unit includes a plurality of ranges used in the first determination, and 1 in the range so that the smaller the range is, the smaller the range is. A plurality of correction amounts used for correction of the first voltage and a plurality of ranges used in the second determination, which are associated with each other, are associated with the ranges on a one-to-one basis so that the smaller the range is, the smaller the range is. In addition, a plurality of correction amounts used for the correction of the second voltage, a plurality of ranges used in the third determination, and a plurality of ranges associated with the plurality of ranges in a one-to-one relationship so as to be smaller as the range is narrower. 3 further includes a storage unit storing a plurality of correction amounts used for correcting the voltage, and the first determination, the second determination, and the third determination are used in descending order of the plurality of ranges, respectively, and the charging power source control unit Is compensated by either determination in the current value determination means. If it is judged that the required, by referring to the storage unit, it is preferable to correct the set value by adding or subtracting the correction amount associated with the range used in the determination.

この構成によれば、第1〜第3判定においてそれぞれ複数の範囲が大きい順に用いられて複数回判定が行われ、かつ範囲が狭いほど小さい補正量が用いられて設定値の補正が行われるので、所望のパルス状電流を得るまでの時間をより短縮することができる。   According to this configuration, in the first to third determinations, a plurality of ranges are used in order from the largest, the determination is performed a plurality of times, and the smaller the range, the smaller the correction amount is used and the set value is corrected. The time required to obtain a desired pulse current can be further shortened.

上記(1)〜(3)の電磁石用電源装置では、(4)第3電流値として、立ち上げ直後および立ち下げ直前とは異なる頂部における2点以上の電流値の平均値を用いてもよい。   In the electromagnet power supply device according to (1) to (3) above, (4) as the third current value, an average value of two or more current values at the apex that is different from immediately after startup and immediately before shutdown may be used. .

上記(1)〜(4)の電磁石用電源装置では、(5)使用開始時における第1電圧、第2電圧および第3電圧の設定値として、予め設定された初期値か、前回の使用開始時における設定値を用いてもよい。   In the electromagnet power supply device according to (1) to (4) above, (5) the set values of the first voltage, the second voltage, and the third voltage at the start of use are preset initial values or the previous use start A setting value at the time may be used.

上記(1)〜(5)の電磁石用電源装置では、例えば(6)充電電源は、第1電圧を出力する第1充電電源と、第2電圧を出力する第2充電電源と、第3電圧を出力する第3充電電源と、を有するよう構成できる。   In the electromagnet power supply device of (1) to (5) above, for example, (6) the charging power supply includes a first charging power supply that outputs a first voltage, a second charging power supply that outputs a second voltage, and a third voltage. And a third charging power source that outputs

上記(1)〜(5)の電磁石用電源装置では、(7)充電電源は、第1電圧を出力する第1充電電源と、第3電圧を出力する第3充電電源と、第4電圧を出力する第4充電電源と、を有し、第2電圧は、第3電圧および第4電圧の和電圧であってもよい。   In the electromagnet power supply device of (1) to (5) above, (7) the charging power supply includes a first charging power supply that outputs the first voltage, a third charging power supply that outputs the third voltage, and a fourth voltage. And a second voltage may be a sum voltage of the third voltage and the fourth voltage.

本発明によれば、多大な時間や手間をかけることなく、長時間安定して所望のパルス状電流を得ることが可能な電磁石用電源装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power supply apparatus for electromagnets which can obtain a desired pulse-shaped electric current stably for a long time can be provided, without taking much time and an effort.

本発明に係る電磁石用電源装置の回路図である。It is a circuit diagram of the power supply device for electromagnets concerning the present invention. 本発明における充電電源制御部のブロック図である。It is a block diagram of the charging power supply control part in this invention. 本発明に係る電磁石用電源装置の波形図であって、(A)は電磁石電圧の全体波形図、(B)は(A)の拡大波形図、(C)は電磁石電流の全体波形図、(D)は(C)の拡大波形図である。It is a wave form diagram of the power supply device for electromagnets concerning the present invention, (A) is a whole wave form figure of electromagnet voltage, (B) is an enlarged wave form figure of (A), (C) is a whole wave form figure of electromagnet current, (D) is an enlarged waveform diagram of (C). 本発明に係る電磁石用電源装置の波形図であって、(A)は図3(A)における一点鎖線円A内の拡大波形図、(B)は図3(C)における一点鎖線円B内の拡大波形図である。It is a wave form diagram of the power supply device for electromagnets concerning the present invention, and (A) is an enlarged waveform figure in dashed-dotted line circle A in Drawing 3 (A), and (B) is in dashed-dotted line circle B in Drawing 3 (C). FIG. 本発明におけるフィードバック制御(START〜ステップS12)のフローチャートである。It is a flowchart of feedback control (START-step S12) in this invention. 本発明における記憶部に格納されている範囲−補正量テーブルの一例である。It is an example of the range-correction amount table stored in the memory | storage part in this invention. 図5のステップS12に続いて行われるフィードバック制御(ステップS12〜S23)のフローチャートである。6 is a flowchart of feedback control (steps S12 to S23) performed following step S12 of FIG. 図7のステップS23に続いて行われるフィードバック制御(ステップS23〜S34)のフローチャートである。It is a flowchart of the feedback control (steps S23 to S34) performed following step S23 of FIG. 本発明における電磁石電流の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the electromagnet current in this invention. 本発明の変形例に係る電磁石用電源装置の回路図である。It is a circuit diagram of the power supply apparatus for electromagnets which concerns on the modification of this invention. (A)は従来の電磁石用電源装置の回路図、(B)は電磁石電流の波形図である。(A) is a circuit diagram of a conventional electromagnet power supply device, and (B) is a waveform diagram of an electromagnet current. 従来の電磁石用電源装置の回路図である。It is a circuit diagram of the conventional electromagnet power supply device. 従来の電磁石用電源装置の波形図であって、(A)は電磁石電圧の波形図、(B)は電磁石電流の波形図である。It is a wave form diagram of the conventional power supply device for electromagnets, (A) is a wave form figure of electromagnet voltage, (B) is a wave form figure of electromagnet current. 従来の電磁石用電源装置における電磁石電流の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the electromagnet electric current in the conventional power supply apparatus for electromagnets.

以下、添付図面を参照して、本発明に係る電磁石用電源装置の好ましい実施形態について説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an electromagnet power supply device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

[電磁石用電源装置の構成]
図1に、本発明の一実施形態に係る電磁石用電源装置1Aを示す。電磁石用電源装置1Aは、電磁石5にパルス状の大電流である電磁石電流Iを印加するためのもので、同図に示すように、第1電流源2と、第2電流源3と、制御部6と、充電電源制御部7と、電流センサ(本発明の「電流値測定手段」に相当)8とを備えている。
[Configuration of power supply for electromagnet]
FIG. 1 shows an electromagnet power supply device 1A according to an embodiment of the present invention. The electromagnet power supply device 1A is for applying an electromagnet current I which is a pulsed large current to the electromagnet 5, and as shown in the figure, the first current source 2, the second current source 3, and the control Unit 6, charging power source control unit 7, and current sensor 8 (corresponding to “current value measuring means” of the present invention) 8.

第1電流源2は、第1電圧(例えば、数千V)を出力する第1充電電源20と、第1電圧で充電される第1コンデンサ21と、Hブリッジ接続された4つのスイッチング素子25a〜25dを備えている。4つのスイッチング素子25a〜25dには、各1つのサージ吸収用コンデンサ(不図示)が並列接続されている。   The first current source 2 includes a first charging power supply 20 that outputs a first voltage (for example, several thousand volts), a first capacitor 21 that is charged with the first voltage, and four switching elements 25a that are H-bridge connected. ˜25d. One surge absorbing capacitor (not shown) is connected in parallel to each of the four switching elements 25a to 25d.

第1電流源2のスイッチング素子25a〜25dはブリッジ回路部を構成し、第1スイッチング素子25aおよび第2スイッチング素子25bの接続点が第1出力端、第3スイッチング素子25cおよび第4スイッチング素子25dの接続点が第2出力端となっている。第1コンデンサ21は、このブリッジ回路部に並列接続されている。   The switching elements 25a to 25d of the first current source 2 constitute a bridge circuit unit, and the connection point of the first switching element 25a and the second switching element 25b is the first output terminal, the third switching element 25c and the fourth switching element 25d. Is the second output terminal. The first capacitor 21 is connected in parallel to the bridge circuit unit.

第1電流源2の第1スイッチング素子25aおよび第4スイッチング素子25dは、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のパワー半導体素子であり、第1スイッチング素子25aおよび第4スイッチング素子25dの制御端子であるゲートは適当な駆動回路26を介して制御部6に接続されている。   The first switching element 25a and the fourth switching element 25d of the first current source 2 are power semiconductor elements such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) and are control terminals of the first switching element 25a and the fourth switching element 25d. The gate is connected to the control unit 6 through a suitable drive circuit 26.

第2電流源3は、第1電圧よりも低い第2電圧(例えば、百数十V)を出力する第2充電電源30と、第2電圧で充電される第2コンデンサ31と、第2電圧よりも低い第3電圧(例えば、100V)を出力する第3充電電源32と、第3電圧で充電される第2コンデンサ31よりも静電容量値の大きい第3コンデンサ33と、第3コンデンサ33に直列接続された整流素子34と、Hブリッジ接続された4つのスイッチング素子35a〜35dと、整流素子34に並列接続された第5スイッチング素子35eとを備えている。4つのスイッチング素子35a〜35dおよび第5スイッチング素子35eには、各1つのサージ吸収用コンデンサ(不図示)が並列接続されている。   The second current source 3 includes a second charging power source 30 that outputs a second voltage (for example, hundreds of tens of volts) lower than the first voltage, a second capacitor 31 that is charged with the second voltage, and a second voltage. A third charging power source 32 that outputs a lower third voltage (for example, 100 V), a third capacitor 33 having a larger capacitance value than the second capacitor 31 charged with the third voltage, and a third capacitor 33. Are connected in series, four switching elements 35 a to 35 d connected in H-bridge, and a fifth switching element 35 e connected in parallel to the rectifying element 34. Each of the four switching elements 35a to 35d and the fifth switching element 35e is connected in parallel with one surge absorbing capacitor (not shown).

第2電流源3のスイッチング素子35a〜35dはブリッジ回路部を構成し、第1スイッチング素子35aおよび第2スイッチング素子35bの接続点が第3出力端、第3スイッチング素子35cおよび第4スイッチング素子35dの接続点が第4出力端となっている。第2コンデンサ31と、第3コンデンサ33および整流素子34の直列回路とは、このブリッジ回路部に並列接続されている。   The switching elements 35a to 35d of the second current source 3 constitute a bridge circuit unit, and the connection point of the first switching element 35a and the second switching element 35b is the third output terminal, the third switching element 35c and the fourth switching element 35d. Is the fourth output terminal. The second capacitor 31 and the series circuit of the third capacitor 33 and the rectifying element 34 are connected in parallel to this bridge circuit unit.

第2電流源3の第1スイッチング素子35a、第4スイッチング素子35dおよび第5スイッチング素子35eは、IGBT等のパワー半導体素子であり、第1スイッチング素子35a、第4スイッチング素子35dおよび第5スイッチング素子35eの制御端子であるゲートは適当な駆動回路36を介して制御部6に接続されている。   The first switching element 35a, the fourth switching element 35d, and the fifth switching element 35e of the second current source 3 are power semiconductor elements such as IGBTs, and the first switching element 35a, the fourth switching element 35d, and the fifth switching element. A gate which is a control terminal of 35e is connected to the control unit 6 through an appropriate drive circuit 36.

第1電流源2の第1出力端および第2電流源3の第4出力端は、電磁石5に接続されている。また、第1電流源2の第2出力端および第2電流源3の第3出力端は、直接接続されている。   The first output terminal of the first current source 2 and the fourth output terminal of the second current source 3 are connected to the electromagnet 5. The second output terminal of the first current source 2 and the third output terminal of the second current source 3 are directly connected.

なお、図1では、第1電流源2の第1スイッチング素子25aおよび第4スイッチング素子25d、第2電流源3の第1スイッチング素子35a、第4スイッチング素子35dおよび第5スイッチング素子35eは、制御部6によって制御されるため、これらのスイッチング素子25a、25d、35a、35d、35eをON(導通)/OFF(非導通)させるためには、各々駆動回路26、36が必要となる。   In FIG. 1, the first switching element 25a and the fourth switching element 25d of the first current source 2 and the first switching element 35a, the fourth switching element 35d and the fifth switching element 35e of the second current source 3 are controlled. Since the switching elements 25a, 25d, 35a, 35d, and 35e are turned on (conductive) / off (non-conductive), the drive circuits 26 and 36 are required because they are controlled by the unit 6.

一方、第1電流源2の第2スイッチング素子25bおよび第3スイッチング素子25c、第2電流源3の第2スイッチング素子35bおよび第3スイッチング素子35cは、ON/OFFを切り替えることがなく、制御部6により制御する必要がないため、ダイオードのみでまかなうことができ、駆動回路26、36は不要である。図1において、スイッチング素子25b、25c、35b、35cをダイオードで表現したのはこのためである。   On the other hand, the second switching element 25b and the third switching element 25c of the first current source 2 and the second switching element 35b and the third switching element 35c of the second current source 3 do not switch ON / OFF, and the control unit Therefore, it is not necessary to perform control by 6, so that only the diode can be used, and the drive circuits 26 and 36 are unnecessary. This is why the switching elements 25b, 25c, 35b, and 35c are represented by diodes in FIG.

充電電源制御部7は、図2に示すように、差分算出部71と、FPGA(Field Programmable Gate Array)72と、PLC(Programmable Logic Controller)73と、記憶部74とを備えている。PLC73は、電流値判定手段73aを有している。   As shown in FIG. 2, the charging power supply control unit 7 includes a difference calculation unit 71, an FPGA (Field Programmable Gate Array) 72, a PLC (Programmable Logic Controller) 73, and a storage unit 74. The PLC 73 has current value determination means 73a.

充電電源制御部7は、第1コンデンサ21、第2コンデンサ31および第3コンデンサ33の充電電圧(第1電圧、第2電圧、第3電圧)の設定値を定め、各コンデンサ21、31、33の充電電圧が各設定値になるように第1充電電源20、第2充電電源30および第3充電電源32の出力電圧を制御する。   The charging power supply controller 7 determines the set values of the charging voltages (first voltage, second voltage, third voltage) of the first capacitor 21, the second capacitor 31, and the third capacitor 33, and sets the capacitors 21, 31, 33. The output voltages of the first charging power source 20, the second charging power source 30 and the third charging power source 32 are controlled so that the charging voltage becomes the respective set values.

各充電電圧の設定値として、使用開始時は、予め設定されている初期値か前回の使用開始時における設定値が用いられるが、これらの設定値は、長時間の使用等により電磁石電流Iの頂部における電流値が低下した場合には補正される。設定値の具体的な補正方法については後述する。なお、初期値や前回の使用開始時における設定値に替えて、使用終了時における設定値や、気温等の環境条件が比較的似かよっている日に用いた設定値を使用してもよい。   As the set value of each charging voltage, the initial value set in advance or the set value at the start of the previous use is used at the start of use. When the current value at the top decreases, it is corrected. A specific method for correcting the set value will be described later. Instead of the initial value and the setting value at the start of previous use, the setting value at the end of use or the setting value used on the day when environmental conditions such as temperature are relatively similar may be used.

[電磁石用電源装置の動作]
図3に示すように、電磁石用電源装置1Aの動作はI〜Vの5つのフェイズに分かれている。各フェイズにおいて、第1電流源2の第1スイッチング素子25aおよび第4スイッチング素子25d、並びに第2電流源3の第1スイッチング素子35a、第4スイッチング素子35dおよび第5スイッチング素子35eは、制御部6の制御下で、ON/OFFが下表のように切り替えられる。以下、各フェイズにおける電磁石用電源装置1Aの動作を順に説明する。

Figure 2014116408
[Operation of electromagnet power supply]
As shown in FIG. 3, the operation of the electromagnet power supply device 1 </ b> A is divided into five phases I to V. In each phase, the first switching element 25a and the fourth switching element 25d of the first current source 2, and the first switching element 35a, the fourth switching element 35d and the fifth switching element 35e of the second current source 3 are controlled by the control unit. Under the control of 6, ON / OFF is switched as shown in the table below. Hereinafter, the operation of the electromagnet power supply device 1A in each phase will be described in order.
Figure 2014116408

(フェイズI)
フェイズIは、準備フェイズであり、第1コンデンサ21、第2コンデンサ31および第3コンデンサ33の充電が行われる。
(Phase I)
Phase I is a preparation phase in which the first capacitor 21, the second capacitor 31, and the third capacitor 33 are charged.

より詳しくは、第1コンデンサ21は、第1充電電源20から出力される第1電圧によって両端の電圧が数千Vになるまで充電され、第2コンデンサ31は、第2充電電源30から出力される第2電圧によって両端の電圧が百数十Vになるまで充電され、さらに第3コンデンサ33は、第3充電電源32から出力される第3電圧によって両端の電圧が約100Vになるまで充電される。   More specifically, the first capacitor 21 is charged by the first voltage output from the first charging power supply 20 until the voltage at both ends reaches several thousand volts, and the second capacitor 31 is output from the second charging power supply 30. The second voltage is charged until the voltage at both ends reaches several hundreds of volts, and the third capacitor 33 is charged by the third voltage output from the third charging power supply 32 until the voltage at both ends reaches approximately 100V. The

(フェイズII)
フェイズIIは、電流立ち上げフェイズである。フェイズIIでは、第1電流源2が第1コンデンサ21の第1放電電流を電磁石5に供給することにより、電磁石電流Iが頂部まで立ち上げられる。
(Phase II)
Phase II is a current rising phase. In Phase II, the first current source 2 supplies the first discharge current of the first capacitor 21 to the electromagnet 5, whereby the electromagnet current I is raised to the top.

より詳しくは、フェイズIIでは、第1電流源2の第1スイッチング素子25a→第1電流源2の第1出力端→電磁石5→第2電流源3の第4出力端→第2電流源3の第4スイッチング素子35d→第2電流源3の第2スイッチング素子35b(ダイオード)→第2電流源3の第3出力端→第1電流源2の第2出力端→第1電流源2の第4スイッチング素子25dの経路で第1コンデンサ21の第1放電電流が流れる。これにより、電磁石電圧が第1コンデンサ21の充電電圧(=第1電圧、数千V)まで上昇し、電磁石電流Iが数十kAまで上昇する。   More specifically, in Phase II, the first switching element 25a of the first current source 2 → the first output end of the first current source 2 → the electromagnet 5 → the fourth output end of the second current source 3 → the second current source 3 The fourth switching element 35d → the second switching element 35b (diode) of the second current source 3 → the third output terminal of the second current source 3 → the second output terminal of the first current source 2 → the first current source 2 The first discharge current of the first capacitor 21 flows through the path of the fourth switching element 25d. As a result, the electromagnet voltage rises to the charging voltage (= first voltage, several thousand volts) of the first capacitor 21, and the electromagnet current I rises to several tens of kA.

なお、フェイズIIでは、第2電流源3の第1スイッチング素子35aをONに設定し、第2電流源3の第4スイッチング素子35dをOFFに設定してもよい。この場合、第1コンデンサ21の第1放電電流は、・・・→第2電流源3の第4出力端→第2電流源3の第3スイッチング素子35c(ダイオード)→第2電流源3の第1スイッチング素子35a→第2電流源3の第3出力端→・・・の経路で流れる。   In Phase II, the first switching element 35a of the second current source 3 may be set to ON, and the fourth switching element 35d of the second current source 3 may be set to OFF. In this case, the first discharge current of the first capacitor 21 is as follows: → the fourth output terminal of the second current source 3 → the third switching element 35 c (diode) of the second current source 3 → the second current source 3 It flows through the path of the first switching element 35a → the third output end of the second current source 3 →.

(フェイズIII)
フェイズIIIは、電流維持フェイズである。フェイズIIIでは、第2電流源3が第2コンデンサ31の第2放電電流および第3コンデンサ33の第3放電電流を電磁石5に供給することにより、頂部における電磁石電流Iの電流値が一定に維持される。
(Phase III)
Phase III is a current maintenance phase. In Phase III, the second current source 3 supplies the second discharge current of the second capacitor 31 and the third discharge current of the third capacitor 33 to the electromagnet 5, so that the current value of the electromagnet current I at the top is kept constant. Is done.

より詳しくは、フェイズIIIに移行した当初は、第2電流源3の第1スイッチング素子35a→第2電流源3の第3出力端→第1電流源2の第2出力端→第1電流源2の第4スイッチング素子25d→第1電流源2の第2スイッチング素子25b(ダイオード)→第1電流源2の第1出力端→電磁石5→第2電流源3の第4出力端→第2電流源3の第4スイッチング素子35dの経路で第2コンデンサ31の第2放電電流が流れる。このとき、第2コンデンサ31の両端の電圧は、第2放電電流の放出とともに第2電圧(百数十V)から比較的急な勾配(以下「第1の傾き」という)で低下していく。したがって、図3(B)に示すように、電磁石電圧も同じ傾きで低下していく。   More specifically, at the beginning of the transition to Phase III, the first switching element 35a of the second current source 3 → the third output end of the second current source 3 → the second output end of the first current source 2 → the first current source 2nd switching element 25d → second switching element 25b (diode) of the first current source 2 → first output terminal of the first current source 2 → electromagnet 5 → fourth output terminal of the second current source 3 → second The second discharge current of the second capacitor 31 flows through the path of the fourth switching element 35d of the current source 3. At this time, the voltage across the second capacitor 31 decreases from the second voltage (hundreds of tens of volts) with a relatively steep slope (hereinafter referred to as “first slope”) as the second discharge current is released. . Therefore, as shown in FIG. 3B, the electromagnet voltage also decreases with the same slope.

第2コンデンサ31の両端の電圧が第3電圧を下回ると、整流素子34が導通状態となり、第2コンデンサ31の第2放電電流と同じ経路を通って第3コンデンサ33の第3放電電流も電磁石5に供給され始める。第2コンデンサ31の両端の電圧および第3コンデンサ33の両端の電圧は、第2および第3放電電流の放出とともに第1の傾きよりも緩やかな勾配(以下「第2の傾き」という)で低下していく。   When the voltage across the second capacitor 31 falls below the third voltage, the rectifying element 34 becomes conductive, and the third discharge current of the third capacitor 33 is also electromagnet through the same path as the second discharge current of the second capacitor 31. 5 begins to be fed. The voltage at both ends of the second capacitor 31 and the voltage at both ends of the third capacitor 33 decrease at a gentler slope than the first slope (hereinafter referred to as “second slope”) as the second and third discharge currents are released. I will do it.

第1の傾きは、第2コンデンサ31の静電容量値により調整することができ、第2の傾きは、第2コンデンサ31および第3コンデンサ33の静電容量値により調整することができる。本実施形態に係る電磁石用電源装置1Aでは、第3コンデンサ33の静電容量値を第2コンデンサ31の2倍に設定して第2の傾きを第1の傾きの約1/3にし、さらに第2電圧および第3電圧の電圧差を適当に調整することで、電磁石電圧波形を理想とする電磁石電圧波形に近似させている。   The first inclination can be adjusted by the capacitance value of the second capacitor 31, and the second inclination can be adjusted by the capacitance values of the second capacitor 31 and the third capacitor 33. In the electromagnet power supply device 1A according to the present embodiment, the capacitance value of the third capacitor 33 is set to be twice that of the second capacitor 31, the second gradient is set to about 1/3 of the first gradient, and further By appropriately adjusting the voltage difference between the second voltage and the third voltage, the electromagnet voltage waveform is approximated to an ideal electromagnet voltage waveform.

なお、フェイズIIIでは、第1電流源2の第1スイッチング素子25aをONに設定し、第1電流源2の第4スイッチング素子25dをOFFに設定してもよい。この場合、第2および第3放電電流は、・・・→第1電流源2の第2出力端→第1電流源2の第3スイッチング素子25c(ダイオード)→第1電流源2の第1スイッチング素子25a→第1電流源2の第1出力端→・・・の経路で流れる。   In Phase III, the first switching element 25a of the first current source 2 may be set to ON and the fourth switching element 25d of the first current source 2 may be set to OFF. In this case, the second and third discharge currents are:-> second output terminal of the first current source 2-> third switching element 25 c (diode) of the first current source 2-> first of the first current source 2 It flows through the path of the switching element 25a → the first output end of the first current source 2 →.

(フェイズIV)
フェイズIVは、電流立ち下げフェイズである。フェイズIVでは、電磁石5の逆起電圧V(−数千V)による回生電流を第1コンデンサ21に回生させることにより、電磁石電流Iが頂部から立ち下げられる。
(Phase IV)
Phase IV is a current falling phase. In Phase IV, the electromagnet current I is lowered from the top by causing the first capacitor 21 to regenerate a regenerative current caused by the back electromotive force V 1 (−thousands of volts) of the electromagnet 5.

より詳しくは、フェイズIVでは、第2電流源3の第4出力端→第2電流源3の第4スイッチング素子35d→第2電流源3の第2スイッチング素子35b(ダイオード)→第2電流源3の第3出力端→第1電流源2の第2出力端→第1電流源2の第3スイッチング素子25c(ダイオード)→第1コンデンサ21→第1電流源2の第2スイッチング素子25b(ダイオード)→第1電流源2の第1出力端の経路で回生電流が流れる。これにより、回生電流が第1コンデンサ21に回生され、電磁石電流Iが、頂部から急峻な勾配(以下「第3の傾き」という)で一気に低下していく。   More specifically, in Phase IV, the fourth output terminal of the second current source 3 → the fourth switching element 35d of the second current source 3 → the second switching element 35b (diode) of the second current source 3 → the second current source. 3 third output terminal → second output terminal of the first current source 2 → third switching element 25c (diode) of the first current source 2 → first capacitor 21 → second switching element 25b of the first current source 2 ( Diode) → A regenerative current flows through the path of the first output terminal of the first current source 2. As a result, the regenerative current is regenerated in the first capacitor 21 and the electromagnet current I is rapidly reduced from the top with a steep gradient (hereinafter referred to as “third gradient”).

なお、フェイズIVでは、第2電流源3の第1スイッチング素子35aをONに設定し、第2電流源3の第4スイッチング素子35dをOFFに設定してもよい。この場合、回生電流は、第2電流源3の第4出力端→第2電流源3の第3スイッチング素子35c(ダイオード)→第2電流源3の第1スイッチング素子35a→第2電流源3の第3出力端→・・・の経路で流れる。   In Phase IV, the first switching element 35a of the second current source 3 may be set to ON, and the fourth switching element 35d of the second current source 3 may be set to OFF. In this case, the regenerative current is the fourth output terminal of the second current source 3 → the third switching element 35 c (diode) of the second current source 3 → the first switching element 35 a of the second current source 3 → the second current source 3. It flows in the path of the third output end →.

(フェイズV)
フェイズVは、スローダウンフェイズである。フェイズVでは、第1コンデンサ21への回生を停止し、電磁石5の逆起電圧V(V<V)による回生電流を第2コンデンサ31および第3コンデンサ33に回生させることにより、電磁石電流Iが緩やかに立ち下げられる。
(Phase V)
Phase V is a slow-down phase. In the phase V, the regeneration to the first capacitor 21 is stopped, and the regenerative current caused by the back electromotive voltage V 2 (V 2 <V 1 ) of the electromagnet 5 is regenerated in the second capacitor 31 and the third capacitor 33 to thereby regenerate the electromagnet. The current I is gently lowered.

より詳しくは、フェイズVでは、第2電流源3の第4出力端→第2電流源3の第3スイッチング素子35c(ダイオード)→第2コンデンサ31→第2電流源3の第2スイッチング素子35b(ダイオード)→第2電流源3の第3出力端→第1電流源2の第2出力端→第1電流源2の第4スイッチング素子25d→第1電流源2の第2スイッチング素子25b(ダイオード)→第1電流源2の第1出力端の経路と、・・・→第2電流源3の第3スイッチング素子35c(ダイオード)→第2電流源3の第5スイッチング素子35e→第3コンデンサ33→第2電流源3の第2スイッチング素子35b(ダイオード)→・・・の経路で回生電流が流れる。   More specifically, in phase V, the fourth output terminal of the second current source 3 → the third switching element 35c (diode) of the second current source 3 → the second capacitor 31 → the second switching element 35b of the second current source 3 (Diode) → third output terminal of the second current source 3 → second output terminal of the first current source 2 → fourth switching element 25d of the first current source 2 → second switching element 25b of the first current source 2 ( Diode) → path of the first output terminal of the first current source 2 and... → third switching element 35c (diode) of the second current source 3 → fifth switching element 35e of the second current source 3 → third A regenerative current flows through a path from the capacitor 33 to the second switching element 35b (diode) of the second current source 3.

これにより、回生電流が、第2コンデンサ31および第3コンデンサ33に回生され、電磁石電流Iが、第3の傾きよりも緩やかな勾配(以下「第4の傾き」という)で低下していく。電磁石電流Iの勾配が緩やかになると、電磁石5と第2電流源3との間で発生する共振のエネルギーは小さくなるので、図4(B)に示すように、電磁石電流I立ち下げのゼロクロス時における振動は抑制(例えば、頂部における電流値の0.1%以下に抑制)される。   As a result, the regenerative current is regenerated in the second capacitor 31 and the third capacitor 33, and the electromagnet current I decreases at a gentler slope (hereinafter referred to as “fourth slope”) than the third slope. When the gradient of the electromagnet current I becomes gentle, the energy of resonance generated between the electromagnet 5 and the second current source 3 becomes small. Therefore, as shown in FIG. Is suppressed (for example, suppressed to 0.1% or less of the current value at the top).

なお、フェイズVでは、第1電流源2の第1スイッチング素子25aをONに設定し、第1電流源2の第4スイッチング素子25dをOFFに設定してもよい。この場合、回生電流は、・・・→第1電流源2の第2出力端→第1電流源2の第3スイッチング素子25c(ダイオード)→第1電流源2の第1スイッチング素子25a→第1電流源2の第1出力端→・・・の経路で流れる。   In phase V, the first switching element 25a of the first current source 2 may be set to ON and the fourth switching element 25d of the first current source 2 may be set to OFF. In this case, the regenerative current is:-> second output terminal of the first current source 2-> third switching element 25 c (diode) of the first current source 2-> first switching element 25 a of the first current source 2-> second 1 Current source 2 flows through the first output end of the current source 2.

[充電電源制御部の動作]
まず、図2を参照して、充電電源制御部7の動作の概要を説明する。
[Operation of charging power supply controller]
First, an outline of the operation of the charging power supply control unit 7 will be described with reference to FIG.

充電電源制御部7では、フェイズII〜フェイズIVにおいて、電流センサ8により測定された立ち上げ直後(図3(C)の時間t1)における電磁石電流I1、立ち下げ直前(図3(C)の時間t2)における電磁石電流I2、立ち上げ直後および立ち下げ直前とは異なる頂部(図3(C)の時間t5)における電磁石電流I3の電流値が、差分算出部71に入力される。 In the charging power source control unit 7, in phase II to phase IV, the electromagnet current I 1 immediately after the start-up (time t 1 in FIG. 3C) measured by the current sensor 8 immediately before the start-up (FIG. 3C). electromagnet current I 2 at time t 2), the current value of the electromagnet current I 3 at different apex immediately after rising and falling immediately before time t 5 in (FIG. 3 (C)) is input to the difference calculation section 71 The

差分算出部71は、これらの電流値(実測値)と、PLC73から出力されFPGA72でD/A変換された電磁石電流Iの設定値(目標値)との差分を算出し、算出した差分を反転増幅してFPGA72に出力する。FPGA72は、反転増幅された差分をA/D変換し、PLC73に出力する。なお、電磁石電流Iの設定値(目標値)は、オペレータにより予め設定される。   The difference calculation unit 71 calculates the difference between these current values (actually measured values) and the set value (target value) of the electromagnet current I output from the PLC 73 and D / A converted by the FPGA 72, and inverts the calculated difference. Amplified and output to the FPGA 72. The FPGA 72 A / D converts the inverted and amplified difference and outputs it to the PLC 73. The set value (target value) of the electromagnet current I is set in advance by the operator.

PLC73は、記憶部74を参照しつつ、FPGA72から出力された差分に基づいて後述するフィードバック制御を行い、第1〜第3コンデンサ21、31、33の充電電圧(第1電圧、第2電圧、第3電圧)の設定値を定め、該設定値に応じた出力電圧指令値を各充電電源20、30、32に出力する。   The PLC 73 performs feedback control, which will be described later, based on the difference output from the FPGA 72 while referring to the storage unit 74, and charges the first to third capacitors 21, 31, 33 (first voltage, second voltage, A set value of (third voltage) is determined, and an output voltage command value corresponding to the set value is output to each of the charging power supplies 20, 30, 32.

[フィードバック制御]
続いて、図5〜図8を参照して、PLC73で行われるフィードバック制御について具体的に説明する。PLC73では、FPGA72から出力された差分Idiff1、Idiff2、Idiff3をきっかけとして、フィードバック制御が開始される。
[Feedback control]
Next, feedback control performed by the PLC 73 will be specifically described with reference to FIGS. In PLC73, as triggered by the difference I diff1, I diff2, I diff3 output from FPGA72, feedback control is started.

図5に示すように、PLC73は、まず差分入力の有無を判定する(S1)。PLC73は、FPGA72から出力された電磁石電流I1、I2、I3の各差分Idiff1、Idiff2、Idiff3が入力されていない場合は、差分入力なしと判定し(S1でNo)、各差分Idiff1、Idiff2、Idiff3が入力されるまで差分入力の判定(S1)を繰り返す。 As shown in FIG. 5, the PLC 73 first determines whether or not there is a difference input (S1). PLC73, if the electromagnet current I 1 output from FPGA72, I 2, each difference between the I 3 I diff1, I diff2, I diff3 is not input, it is determined that no differential input (No in S1), the difference I diff1, I diff2, I diff3 is repeated determination (S1) of the differential input to the input.

一方、各差分Idiff1、Idiff2、Idiff3が入力されると、PLC73は、差分入力ありと判定し(S1でYes)、電流値判定手段73aにより、電磁石電流I1が所定の範囲に含まれているか否かの第1判定を行い、第1コンデンサ21の充電電圧(第1電圧)の設定値を補正する必要があるか否かを判断する(S2、S5、S8)。本実施形態では、電磁石電流I1の差分Idiff1の絶対値が後述する範囲R1、R2またはR3に含まれているか否かにより、電磁石電流I1が所定の範囲に含まれているか否かを判定する。 On the other hand, when the difference I diff1, I diff2, I diff3 is input, PLC73, it is determined that there is differential input (in S1 Yes), the current value determination means 73a, the electromagnet current I 1 within a predetermined range First, it is determined whether or not the set value of the charging voltage (first voltage) of the first capacitor 21 needs to be corrected (S2, S5, S8). In the present embodiment, the absolute value of the difference I diff1 electromagnet current I 1 by whether or not included in the scope R 1, R 2 or R 3 to be described later, the electromagnet current I 1 is included in a predetermined range Determine whether or not.

図6に示すように、記憶部74には、第1判定および後述する第2、第3判定で用いられる複数の範囲R1、R2、・・・R9と、第1〜第3電圧の補正に用いられる複数の補正量K1、K2、・・・K9とが格納されている。本実施形態における各範囲R1、R2、・・・R9の境界値Iset1、Iset2、Iset3は、それぞれ頂部における電磁石電流Iの設定値(目標値)×10%、上記設定値×1%、上記設定値×0.1%に設定されている。また、第1電圧の補正に用いられる補正量K1、K2、K3は、範囲が狭いほど小さくなるように各範囲R1、R2、R3に1対1で関連付けられている。第2電圧の補正に用いられる補正量K4、K5、K6および第3電圧の補正に用いられる補正量K7、K8、K9も、同様に各範囲R4、R5、・・・R9に1対1で関連付けられている。 As shown in FIG. 6, the storage unit 74 includes a plurality of ranges R 1 , R 2 ,... R 9 and first to third voltages used in the first determination and second and third determinations described later. correction plurality of correction amount K 1, K 2 used in the, and · · · K 9 is stored. The boundary values I set1 , I set2 , and I set3 of the ranges R 1 , R 2 ,... R 9 in the present embodiment are the set value (target value) × 10% of the electromagnet current I at the top, respectively. X1% and the set value x0.1%. Further, the correction amounts K 1 , K 2 , and K 3 used for correcting the first voltage are associated with the ranges R 1 , R 2 , and R 3 on a one-to-one basis so as to decrease as the range becomes narrower. The correction amounts K 4 , K 5 , K 6 used for correcting the second voltage and the correction amounts K 7 , K 8 , K 9 used for correcting the third voltage are similarly set in the respective ranges R 4 , R 5 ,. .. 1 to 1 associated with R 9

ステップS2では、電流値判定手段73aにより、電磁石電流I1の差分Idiff1の絶対値が範囲R1に含まれているか否か、すなわち、差分Idiff1が設定値の10%を超えるか否かの1回目の第1判定が行われる。電流値判定手段73aは、差分Idiff1の絶対値が範囲R1に含まれている(設定値の10%を超える)と判定した場合、第1電圧の設定値の補正が必要と判断し(S2でYes)、差分Idiff1の絶対値が範囲R1に含まれていない(設定値の10%以下)と判定した場合、補正は不要と判断する(S2でNo)。 In step S2, whether or not the absolute value of the difference I diff1 of the electromagnet current I 1 is included in the range R 1 by the current value determination means 73a, that is, whether or not the difference I diff1 exceeds 10% of the set value. The first determination is performed for the first time. When it is determined that the absolute value of the difference I diff1 is included in the range R 1 (exceeds 10% of the set value), the current value determining unit 73a determines that correction of the set value of the first voltage is necessary ( If it is determined that the absolute value of the difference I diff1 is not included in the range R 1 (10% or less of the set value), it is determined that correction is unnecessary (No in S2).

ステップS2において補正が必要と判断されると(S2でYes)、PLC73は、記憶部74を参照して、範囲R1に関連付けられた補正量K1を第1電圧の設定値に加算または減算することで第1電圧の設定値を補正し、補正後の設定値を新たな設定値として定める(S3)。なお、補正量K1を加算するか減算するかは、電磁石電流I1の差分Idiff1の極性によって決まる。 If it is determined in step S2 that correction is necessary (Yes in S2), the PLC 73 refers to the storage unit 74 and adds or subtracts the correction amount K 1 associated with the range R 1 to the set value of the first voltage. As a result, the set value of the first voltage is corrected, and the corrected set value is determined as a new set value (S3). Whether the correction amount K 1 is added or subtracted depends on the polarity of the difference I diff1 of the electromagnet current I 1 .

第1電圧の新たな設定値が定められると、PLC73は、第1コンデンサ21の充電電圧(第1電圧)が新たな設定値になるように、第1充電電源20の出力電圧指令値を決定し、該出力電圧指令値を第1充電電源20に出力する(S4)。本実施形態では、第1電圧の新たな設定値が第1充電電源20の出力電圧指令値になる。   When the new setting value of the first voltage is determined, the PLC 73 determines the output voltage command value of the first charging power supply 20 so that the charging voltage (first voltage) of the first capacitor 21 becomes the new setting value. Then, the output voltage command value is output to the first charging power source 20 (S4). In the present embodiment, the new set value of the first voltage becomes the output voltage command value of the first charging power supply 20.

第1充電電源20の出力電圧指令値が出力されると、PLC73は、次の電磁石電流I1、I2、I3の各差分Idiff1、Idiff2、Idiff3が入力されるまで、再び差分入力の有無を判定(S1)を繰り返す。すなわち、本実施形態に係る電磁石用電源装置1Aでは、一のパルスに対して最大1回の補正が行われることとなる。 When the output voltage command value of the first charging power supply 20 is outputted, PLC73 until the next electromagnet currents I 1, I 2, each of the I 3 difference I diff1, I diff2, I diff3 is input again the difference The determination of presence / absence of input is repeated (S1). That is, in the electromagnet power supply device 1 </ b> A according to the present embodiment, a maximum of one correction is performed for one pulse.

一方、ステップS2において補正が不要と判断されると(S2でNo)、電流値判定手段73aは、電磁石電流I1の差分Idiff1の絶対値が範囲R2に含まれるか否か、すなわち、差分Idiff1が設定値の10%〜1%の範囲内に含まれているか否かの2回目の第1判定を行い、第1電圧の設定値の補正が必要か否かの判断を行う(S5)。 On the other hand, if it is determined in step S2 that no correction is necessary (No in S2), the current value determination unit 73a determines whether or not the absolute value of the difference I diff1 of the electromagnet current I 1 is included in the range R 2 , that is, A second first determination is made as to whether or not the difference I diff1 falls within the range of 10% to 1% of the set value, and it is determined whether or not the set value of the first voltage needs to be corrected ( S5).

ステップS5において補正が必要と判断されると(S5でYes)、PLC73は、範囲R2に関連付けられた補正量K2を第1電圧の設定値に加算または減算することで第1電圧の設定値を補正し(S6)、補正後の新たな設定値に応じた第1充電電源20の出力電圧指令値を出力し(S7)、再び差分入力の有無を判定する(S1)。 If it is determined in step S5 that correction is necessary (Yes in S5), the PLC 73 sets the first voltage by adding or subtracting the correction amount K 2 associated with the range R 2 to the set value of the first voltage. The value is corrected (S6), the output voltage command value of the first charging power source 20 according to the new set value after correction is output (S7), and the presence / absence of differential input is again determined (S1).

一方、ステップS5において補正が不要と判断されると(S5でNo)、電流値判定手段73aは、電磁石電流I1の差分Idiff1の絶対値が範囲R3に含まれるか否か、すなわち差分Idiff1が設定値の1%〜0.1%の範囲内に含まれているか否かの3回目の第1判定が行い、第1電圧の設定値の補正が必要か否かの判断を行う(S8)。 On the other hand, if it is determined in step S5 that no correction is necessary (No in S5), the current value determination unit 73a determines whether or not the absolute value of the difference I diff1 of the electromagnet current I 1 is included in the range R 3 , that is, the difference. A third first determination is made as to whether I diff1 is included in the range of 1% to 0.1% of the set value, and it is determined whether correction of the set value of the first voltage is necessary. (S8).

ステップS8において補正が必要と判断されると(S8でYes)、PLC73は、範囲R3に関連付けられた補正量K3を第1電圧の設定値に加算または減算することで第1電圧の設定値を補正し(S9)、補正後の新たな設定値に応じた第1充電電源20の出力電圧指令値を出力し(S10)、再び差分入力の有無を判定する(S1)。 If it is determined in step S8 that correction is necessary (Yes in S8), the PLC 73 sets the first voltage by adding or subtracting the correction amount K 3 associated with the range R 3 to the set value of the first voltage. The value is corrected (S9), the output voltage command value of the first charging power supply 20 corresponding to the new set value after correction is output (S10), and the presence / absence of differential input is again determined (S1).

一方、ステップS8において補正が不要と判断されると(S8でNo)、PLC73は、第1電圧の設定値を補正することなく、直前の設定値を新たな設定値として定め(S11)、第1充電電源20の出力電圧指令値を出力する(S12)。   On the other hand, if it is determined in step S8 that no correction is necessary (No in S8), the PLC 73 sets the immediately previous set value as a new set value without correcting the set value of the first voltage (S11). Output voltage command value of 1 charging power supply 20 is output (S12).

次いで、図7に示すように、電流値判定手段73aは、電磁石電流I2の差分Idiff2の絶対値が所定の範囲R4、R5またはR6に含まれているか否かの第2判定を行い、第2コンデンサ31の充電電圧(第2電圧)の設定値の補正が必要か否かの判断を行う(S13、S16、S19)。第2判定は、第1判定と同様に、段階的に狭くした範囲R4、R5、R6を用いて最大3回行われる。 Next, as shown in FIG. 7, the current value determining means 73 a performs the second determination as to whether or not the absolute value of the difference I diff2 of the electromagnet current I 2 is included in a predetermined range R 4 , R 5 or R 6. To determine whether or not it is necessary to correct the set value of the charging voltage (second voltage) of the second capacitor 31 (S13, S16, S19). Similar to the first determination, the second determination is performed a maximum of three times using the ranges R 4 , R 5 , and R 6 that are narrowed in stages.

ステップS13、S16、S19において補正が必要と判断されると(S13、S16、S19でYes)、PLC73は、範囲R4、R5、R6に関連付けられた補正量K4、K5、K6を第2電圧の設定値に加算または減算することで第2電圧の設定値を補正し(S14、S17、S20)、補正後の新たな設定値に応じた第2充電電源30の出力電圧指令値を出力し(S15、S18、S21)、再び差分入力の有無を判定する(S1)。 If it is determined in steps S13, S16, and S19 that correction is necessary (Yes in S13, S16, and S19), the PLC 73 sets the correction amounts K 4 , K 5 , and K associated with the ranges R 4 , R 5 , and R 6. The set value of the second voltage is corrected by adding or subtracting 6 to the set value of the second voltage (S14, S17, S20), and the output voltage of the second charging power source 30 according to the new set value after the correction The command value is output (S15, S18, S21), and the presence / absence of a difference input is determined again (S1).

一方、ステップS13、S16、S19のすべてにおいて補正が不要と判断されると(S19でNo)、PLC73は、第2電圧の設定値を補正することなく(S22)、第2充電電源30の出力電圧指令値を出力する(S23)。   On the other hand, if it is determined that correction is not necessary in all of steps S13, S16, and S19 (No in S19), the PLC 73 does not correct the set value of the second voltage (S22), and the output of the second charging power source 30. A voltage command value is output (S23).

次いで、図8に示すように、電流値判定手段73aは、電磁石電流I3の差分Idiff3の絶対値が所定の範囲R7、R8またはR9に含まれているか否かの第3判定を行い、第3コンデンサ33の充電電圧(第3電圧)の設定値の補正が必要か否かの判断を行う(S24、S27、S30)。第3判定は、第1判定および第2判定と同様に、段階的に狭くした範囲R7、R8、R9を用いて最大3回行われる。 Next, as shown in FIG. 8, the current value determining means 73 a performs the third determination as to whether or not the absolute value of the difference I diff3 of the electromagnet current I 3 is included in a predetermined range R 7 , R 8 or R 9. To determine whether or not it is necessary to correct the set value of the charging voltage (third voltage) of the third capacitor 33 (S24, S27, S30). Similar to the first determination and the second determination, the third determination is performed up to three times using the ranges R 7 , R 8 , and R 9 that are narrowed in stages.

ステップS24、S27、S30において補正が必要と判断されると(S24、S27、S30でYes)、PLC73は、範囲R7、R8、R9に関連付けられた補正量K7、K8、K9を第3電圧の設定値に加算または減算することで第3電圧の設定値を補正し(S25、S28、S31)、補正後の新たな設定値に応じた第3充電電源32の出力電圧指令値を出力し(S26、S29、S32)、再び差分入力の有無を判定する(S1)。 If it is determined that correction is necessary in steps S24, S27, and S30 (Yes in S24, S27, and S30), the PLC 73 corrects the correction amounts K 7 , K 8 , and K associated with the ranges R 7 , R 8 , and R 9. The set value of the third voltage is corrected by adding or subtracting 9 to the set value of the third voltage (S25, S28, S31), and the output voltage of the third charging power source 32 according to the new set value after correction The command value is output (S26, S29, S32), and the presence / absence of a difference input is again determined (S1).

一方、ステップS24、S27、S30のすべてにおいて補正が不要と判断されると(S30でNo)、PLC73は、第3電圧の設定値を補正することなく(S33)、第3充電電源32の出力電圧指令値を出力し(S34)、再び差分入力の有無を判定する(S1)。   On the other hand, if it is determined that correction is unnecessary in all of steps S24, S27, and S30 (No in S30), the PLC 73 does not correct the set value of the third voltage (S33), and outputs the third charging power source 32. A voltage command value is output (S34), and the presence / absence of a difference input is determined again (S1).

結局、PLC73で行われるフィードバック制御によれば、最初に第1電圧の設定値が定められ(S11)、電磁石電流I1の電流値が決定される。次いで、第2電圧の設定値が定められ(S14、S17、S20、S22)、電磁石電流I2の電流値が決定される。第2電圧の設定値が定められたことにより、第1電圧の設定値の補正が必要になった場合は、図5に示すフローに従って第1電圧の設定値が補正される(S3、S6、S9)。第1電圧の設定値が定まり(S11)、第2電圧の設定値も定まった場合は(S22)、最後に、第3電圧の設定値が定められる(S25、S28、S31、S33)。第3電圧の設定値を定めたことにより、第2電圧の設定値の補正が必要になった場合は、図5に示すフローに従って第1電圧の設定値が定められた後に図6に示すフローに従って第2電圧の設定値が補正される(S14、S17、S20)。 After all, according to the feedback control performed by the PLC 73, the set value of the first voltage is first determined (S11), and the current value of the electromagnet current I 1 is determined. Then, the set value of the second voltage is determined (S14, S17, S20, S22 ), the current value of the electromagnet current I 2 is determined. When it is necessary to correct the first voltage setting value by setting the second voltage setting value, the first voltage setting value is corrected according to the flow shown in FIG. 5 (S3, S6, S9). When the set value of the first voltage is determined (S11) and the set value of the second voltage is also determined (S22), finally, the set value of the third voltage is determined (S25, S28, S31, S33). When it is necessary to correct the set value of the second voltage because the set value of the third voltage is determined, the set value of the first voltage is determined according to the flow shown in FIG. 5 and then the flow shown in FIG. Accordingly, the set value of the second voltage is corrected (S14, S17, S20).

すなわち、本実施形態に係る電磁石用電源装置1Aによれば、長時間の使用により電磁石電流Iの電流値が低下した場合には、PLC73で行われるフィードバック制御により、一のパルスに対して最大1回の補正が行われ、第1電圧、第2電圧、第3電圧の順に新たな設定値が定められ、第1〜第3電圧が補正後の新たな設定値になるように各充電電源20、30、32の出力電圧が制御される。したがって、本実施形態に係る電磁石用電源装置1Aによれば、図9に示すように、長時間安定して所望の電磁石電流(パルス状電流)Iを得ることができる。   That is, according to the electromagnet power supply device 1A according to the present embodiment, when the current value of the electromagnet current I is reduced due to long-term use, the maximum value of 1 per pulse is obtained by feedback control performed by the PLC 73. Each charging power source 20 so that a new set value is determined in the order of the first voltage, the second voltage, and the third voltage, and the first to third voltages become the new set values after correction. , 30, 32 are controlled. Therefore, according to the electromagnet power supply device 1A according to the present embodiment, as shown in FIG. 9, a desired electromagnet current (pulsed current) I can be obtained stably for a long time.

[変形例]
以上、本発明に係る電磁石用電源装置の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではない。
[Modification]
As mentioned above, although preferable embodiment of the power supply device for electromagnets which concerns on this invention was described, this invention is not limited to the said structure.

図10に、本発明の変形例に係る電磁石用電源装置1Bを示す。電磁石用電源装置1Bは、第2電流源3ではなく、第2電流源4を備えている点において、上記実施形態に係る電磁石用電源装置1Aと異なっている。   FIG. 10 shows an electromagnet power supply device 1B according to a modification of the present invention. The electromagnet power supply device 1B is different from the electromagnet power supply device 1A according to the above-described embodiment in that the electromagnet power supply device 1B includes the second current source 4 instead of the second current source 3.

第2電流源4は、第3電圧(例えば、100V)を出力する第3充電電源42と、第3電圧で充電される第3コンデンサ43と、第4電圧(例えば、数十V)を出力する第4充電電源40と、第3電圧および第4電圧の和電圧(例えば、百数十V)である第2電圧で充電される第2コンデンサ41と、第3コンデンサ43に直列接続された整流素子44と、Hブリッジ接続された4つのスイッチング素子45a〜45dと、整流素子44に並列接続された第5スイッチング素子45eとを備えている。ただし、上記実施形態と同様、第2電流源4の第2スイッチング素子45bおよび第3スイッチング素子45cは、ON(導通)/OFF(非導通)を切り替えることがなく、制御部6により制御する必要がないため、ダイオードでまかなうことができ、駆動回路46は不要である。   The second current source 4 outputs a third charging power source 42 that outputs a third voltage (for example, 100 V), a third capacitor 43 that is charged with the third voltage, and a fourth voltage (for example, several tens of volts). A fourth charging power source 40, a second capacitor 41 charged with a second voltage that is the sum of the third voltage and the fourth voltage (for example, hundreds of volts), and a third capacitor 43 connected in series. A rectifying element 44, four switching elements 45a to 45d connected in an H-bridge, and a fifth switching element 45e connected in parallel to the rectifying element 44 are provided. However, as in the above embodiment, the second switching element 45b and the third switching element 45c of the second current source 4 need not be switched ON (conductive) / OFF (non-conductive) and must be controlled by the control unit 6. Therefore, it can be covered with a diode, and the drive circuit 46 is unnecessary.

電磁石用電源装置1Bでは、第2コンデンサ41が第3電圧および第4電圧の和電圧である第2電圧で充電されるので、充電電源制御部7は、図7のステップS15、S18、S21、S23において、第2コンデンサ41の充電電圧(第2電圧)がステップS14、S17、S20、S22で定めた設定値になるように、第3充電電源42および第4充電電源40の各出力電圧指令値を決定し、該出力電圧指令値を第3充電電源42および第4充電電源40に出力する。これにより本変形例に係る電磁石用電源装置1Bでは、上記実施形態と同様、長時間安定して所望の電磁石電流Iを得ることができる。   In the electromagnet power supply device 1B, since the second capacitor 41 is charged with the second voltage that is the sum of the third voltage and the fourth voltage, the charging power supply controller 7 performs steps S15, S18, S21, In S23, the output voltage commands of the third charging power source 42 and the fourth charging power source 40 are set so that the charging voltage (second voltage) of the second capacitor 41 becomes the set value determined in steps S14, S17, S20, and S22. The value is determined, and the output voltage command value is output to the third charging power source 42 and the fourth charging power source 40. Thereby, in the electromagnet power supply device 1B according to the present modification, a desired electromagnet current I can be obtained stably for a long time as in the above embodiment.

また、上記実施形態では、頂部における電磁石電流I3の電流値として、立ち上げ直後の過渡的な変化がほぼ収まった時点(図3(C)の時間t5)における電流値を用いたが、立ち上げ直後および立ち下げ直前とは異なる頂部における2点以上の電流値の平均値を用いてもよい。 In the above embodiment, as the current value of the electromagnet current I 3 at the top, the current value at the time when the transitional change immediately after start-up is almost settled (time t 5 in FIG. 3C) is used. You may use the average value of the current value of 2 or more points | pieces in the top part different from immediately before starting and immediately before falling.

上記実施形態では、第1〜第3判定をいずれも3回行っているが、判定回数は減らしてもよいし、増やしてもよい。なお、判定回数を増やす場合には、一の電磁石電流Iが生成されてから次の電磁石電流Iが生成される前(フェイズIIに移行する前)までに、すべての判定を完了させる必要がある。   In the above embodiment, the first to third determinations are all performed three times, but the number of determinations may be reduced or increased. When the number of determinations is increased, it is necessary to complete all determinations after the generation of one electromagnet current I and before the generation of the next electromagnet current I (before shifting to Phase II). .

上記実施形態における第1判定で用いられる範囲R1、R2、R3は、段階的に狭くなるのであれば任意に変更でき、補正量K1、K2、K3も、段階的に小さくなるのであれば、任意に変更できる。また、第2、第3判定で用いられる範囲R4、R5、・・・R9および補正量K4、K5、・・・K9も、同様に変更できる。 The ranges R 1 , R 2 , R 3 used in the first determination in the above embodiment can be arbitrarily changed as long as they are narrowed in steps, and the correction amounts K 1 , K 2 , K 3 are also small in steps. If it becomes, it can be changed arbitrarily. The ranges R 4 , R 5 ,... R 9 and the correction amounts K 4 , K 5 ,... K 9 used in the second and third determinations can be changed in the same manner.

上記実施形態では、第1〜第3判定において、電磁石電流I1、I2、I3が所定の範囲に含まれているか否かを、電磁石電流I1、I2、I3の各差分Idiff1、Idiff2、Idiff3の絶対値が所定の範囲R1〜R9に含まれているか否かにより判定しているが、他の方法により判定してもよい。 In the above embodiment, in the first to third determination, electromagnet currents I 1, I 2, whether I 3 is included in a predetermined range, the electromagnet currents I 1, I 2, each of the I 3 difference I The determination is based on whether or not the absolute values of diff1 , I diff2 and I diff3 are included in the predetermined ranges R 1 to R 9 , but may be determined by other methods.

上記実施形態では、第2電流源3に第5スイッチング素子35eを設け、フェイズVにおいて回生電流を第2コンデンサ31および第3コンデンサ33に回生させているが、第5スイッチング素子35eを設けることなく、回生電流を第2コンデンサ31だけに回生させてもよい。   In the above embodiment, the second current source 3 is provided with the fifth switching element 35e, and the regenerative current is regenerated in the second capacitor 31 and the third capacitor 33 in the phase V, but the fifth switching element 35e is not provided. The regenerative current may be regenerated only by the second capacitor 31.

上記実施形態では、異なる電圧で予め充電された2つのコンデンサ(第2コンデンサ31、第3コンデンサ33)の放電電流により電磁石電流Iの頂部における電流値を一定に維持したが、電磁石電圧波形を理想とする電磁石電圧波形により近似させるという観点から、コンデンサの数は3つ以上とし、電磁石電圧の傾きを2回以上、切り替えることがより好ましい。コンデンサの数を3つ以上とする場合、充電電源制御部7では、例えば、図7のステップS14、S17、S20、S22において、第2電流源3に含まれるコンデンサのうち最も充電電圧が高くなるコンデンサの充電電圧の設定値を定め、かつ図8のステップS25、S28、S31、S33において、第2電流源3における残りのコンデンサの充電電圧の設定値を定めてもよい。   In the above embodiment, the current value at the top of the electromagnet current I is kept constant by the discharge currents of the two capacitors (second capacitor 31 and third capacitor 33) precharged with different voltages, but the electromagnet voltage waveform is ideal. More preferably, the number of capacitors is three or more, and the gradient of the electromagnet voltage is switched twice or more from the viewpoint of approximating by the electromagnet voltage waveform. When the number of capacitors is three or more, the charging power supply control unit 7 has the highest charging voltage among the capacitors included in the second current source 3 in steps S14, S17, S20, and S22 of FIG. The setting value of the charging voltage of the capacitor may be determined, and the setting value of the charging voltage of the remaining capacitor in the second current source 3 may be determined in steps S25, S28, S31, and S33 of FIG.

上記実施形態に係る電磁石用電源装置1Aでは、充電電源制御部7がステップS2〜S34の制御を行うか否かを選択できるスイッチを設け、ステップS1とステップS2の間において上記スイッチのON/OFFを判定するステップを追加してもよい。かかるステップでスイッチONと判定された場合には、上述したようにステップS2〜S34の制御が行われ、スイッチOFFと判定された場合には、第1〜3電圧の設定値を補正することなく、各充電電源20、30、32の出力電圧指令値を出力し、再び差分入力の有無を判定する(S1)よう構成できる。   In the electromagnet power supply device 1A according to the above-described embodiment, a switch is provided that allows the charging power supply control unit 7 to select whether or not to perform the control in steps S2 to S34, and the switch is turned ON / OFF between step S1 and step S2. You may add the step which determines. If it is determined that the switch is ON in this step, the control in steps S2 to S34 is performed as described above. If it is determined that the switch is OFF, the set values of the first to third voltages are not corrected. The output voltage command value of each charging power source 20, 30, 32 can be output and the presence / absence of differential input can be determined again (S1).

上記実施形態における第1電流源2のスイッチング素子25a〜25dおよび第2電流源3のスイッチング素子35a〜35eは、いずれもIGBTとダイオードの並列回路で構成することができる。   The switching elements 25a to 25d of the first current source 2 and the switching elements 35a to 35e of the second current source 3 in the above embodiment can each be configured by a parallel circuit of an IGBT and a diode.

1A、1B 電磁石用電源装置
2 第1電流源
3、4 第2電流源
5 電磁石
6 制御部
7 充電電源制御部
8 電流センサ(電流値測定手段)
20 第1充電電源
21 第1コンデンサ
25a〜25d 第1電流源の第1〜第4スイッチング素子
26、36、46 駆動回路
30 第2充電電源
31、41 第2コンデンサ
32、42 第3充電電源
33、43 第3コンデンサ
34、44 整流素子
35a〜35d、45a〜45d、 第2電流源の第1〜第4スイッチング素子
35e、45e、 第2電流源の第5スイッチング素子
40 第4充電電源
71 差分算出部
72 FPGA
73 PLC
73a 電流値判定手段
74 記憶部
1A, 1B Electromagnet power supply device 2 First current source 3, 4 Second current source 5 Electromagnet 6 Control unit 7 Charging power source control unit 8 Current sensor (current value measuring means)
20 1st charge power supply 21 1st capacitor | condenser 25a-25d 1st-4th switching element 26,36,46 of 1st current source Drive circuit 30 2nd charge power supply 31,41 2nd capacitor | condenser 32,42 3rd charge power supply 33 , 43 3rd capacitors 34, 44 Rectifier elements 35a-35d, 45a-45d, 1st-4th switching elements 35e, 45e of the 2nd current source, 5th switching element 40 of the 2nd current source 4th charge power supply 71 Difference Calculation unit 72 FPGA
73 PLC
73a Current value determination means 74 storage section

Claims (7)

電磁石にパルス状電流を連続的に印加する電磁石用電源装置であって、
第1電圧で充電された第1コンデンサの第1放電電流を前記電磁石に供給することにより、前記パルス状電流を頂部まで立ち上げ、かつ前記電磁石の逆起電圧による回生電流を前記第1コンデンサに回生させることにより、前記パルス状電流を前記頂部から立ち下げる第1電流源と、
前記パルス状電流の立ち上げ後に、前記第1電圧よりも低い第2電圧で充電された第2コンデンサの第2放電電流を前記電磁石に供給し、さらにその後、前記第2電圧よりも低い第3電圧で充電された第3コンデンサの第3放電電流を前記第2放電電流とともに前記電磁石に供給することにより、前記パルス状電流の立ち下げ前まで前記パルス状電流を前記頂部において維持する第2電流源と、
前記第1電流源および前記第2電流源に設けられ、前記第1コンデンサ、前記第2コンデンサおよび前記第3コンデンサを充電する充電電源と、
少なくとも前記パルス状電流の前記立ち上げ直後の第1電流値、前記立ち下げ直前の第2電流値、前記立ち上げ直後および前記立ち下げ直前とは異なる前記頂部の第3電流値を測定する電流値測定手段と、
前記第1電圧、前記第2電圧および前記第3電圧の各設定値を定め、前記第1電圧、前記第2電圧および前記第3電圧が前記各設定値になるように前記充電電源の出力電圧を制御する充電電源制御部と、
を備え、
前記充電電源制御部は、前記第1電流値が所定の範囲に含まれているか否かの第1判定、前記第2電流値が所定の範囲に含まれているか否かの第2判定、前記第3電流値が所定の範囲に含まれているか否かの第3判定を行い、前記第1判定、前記第2判定および前記第3判定の結果に基づいてそれぞれ、前記第1電圧の設定値、前記第2電圧の設定値および前記第3電圧の設定値の補正が必要か否かを判断する電流値判定手段を有し、
前記電流値判定手段は、一のパルス状電流が生成されるたびに必ず前記第1判定を行い、該第1判定において前記第1電圧の設定値の補正が不要と判断された場合は前記第2判定を行い、該第2判定において前記第2電圧の設定値の補正が不要と判断された場合は前記第3判定を行う一連の判定ステップを繰り返し実行し、前記充電電源制御部は、補正が必要と判断された設定値を補正し、前記第1電圧、前記第2電圧および前記第3電圧が補正後の設定値になるように前記充電電源の出力電圧を制御することを特徴とする電磁石用電源装置。
An electromagnet power supply device that continuously applies a pulsed current to an electromagnet,
By supplying a first discharge current of a first capacitor charged with a first voltage to the electromagnet, the pulsed current is raised to the top, and a regenerative current due to a back electromotive voltage of the electromagnet is supplied to the first capacitor. A first current source that causes the pulsed current to fall from the top by regenerating,
After the rise of the pulsed current, a second discharge current of a second capacitor charged with a second voltage lower than the first voltage is supplied to the electromagnet, and then a third lower than the second voltage. Supplying a third discharge current of a third capacitor charged with a voltage together with the second discharge current to the electromagnet, thereby maintaining the pulsed current at the top until the pulsed current falls. The source,
A charging power source provided in the first current source and the second current source, for charging the first capacitor, the second capacitor, and the third capacitor;
At least a first current value immediately after the rise of the pulsed current, a second current value immediately before the fall, and a current value that measures a third current value of the top that is different from the just after the rise and immediately before the fall Measuring means;
The set values of the first voltage, the second voltage, and the third voltage are determined, and the output voltage of the charging power supply is set so that the first voltage, the second voltage, and the third voltage become the set values. A charging power control unit for controlling
With
The charging power supply controller includes a first determination as to whether or not the first current value is included in a predetermined range, a second determination as to whether or not the second current value is included in a predetermined range, A third determination is made as to whether or not the third current value is included in a predetermined range, and the set values of the first voltage are determined based on the results of the first determination, the second determination, and the third determination, respectively. And a current value determining means for determining whether or not correction of the set value of the second voltage and the set value of the third voltage is necessary,
The current value determination means always performs the first determination every time one pulsed current is generated. If it is determined in the first determination that correction of the set value of the first voltage is unnecessary, the current value determination means 2, and when it is determined that the correction of the set value of the second voltage is unnecessary in the second determination, a series of determination steps for performing the third determination is repeatedly performed, and the charging power supply controller The set value determined to be necessary is corrected, and the output voltage of the charging power source is controlled so that the first voltage, the second voltage, and the third voltage become the set values after correction. Electromagnet power supply.
前記充電電源制御部は、前記判定ステップにおいて、
前記第1判定の結果、前記第1電圧の設定値の補正が必要と判断された場合に、前記第1電圧の設定値を補正し、補正後の前記第1電圧の設定値となるように前記充電電源の出力電圧を制御し、再び前記第1判定を行った後、前記第1電圧の設定値の補正が不要と判断された場合に、前記第1電圧の設定値を補正することなく前記第2判定に移行し、
前記第2判定の結果、前記第2電圧の設定値の補正が必要と判断された場合に、前記第2電圧の設定値を補正し、補正後の前記第2電圧の設定値となるように前記充電電源の出力電圧を制御し、再び前記第1判定および前記第2判定を順に行った後、前記第2電圧の設定値の補正が不要と判断された場合に、前記第2電圧の設定値を補正することなく前記第3判定に移行し、
前記第3判定の結果、前記第3電圧の設定値の補正が必要と判断された場合に、前記第3電圧の設定値を補正し、補正後の前記第3電圧の設定値となるように前記充電電源の出力電圧を制御し、再び前記第1判定、前記第2判定および前記第3判定を順に行った後、前記第3電圧の設定値の補正が不要と判断された場合に、前記第3電圧の設定値を補正することなく前記第1判定に移行することを特徴とする請求項1記載の電磁石用電源装置。
In the determination step, the charging power supply controller
As a result of the first determination, when it is determined that the set value of the first voltage needs to be corrected, the set value of the first voltage is corrected so as to be the set value of the first voltage after correction. After controlling the output voltage of the charging power source and performing the first determination again, if it is determined that correction of the set value of the first voltage is unnecessary, the set value of the first voltage is not corrected. Transition to the second determination,
As a result of the second determination, when it is determined that the set value of the second voltage needs to be corrected, the set value of the second voltage is corrected so as to be the set value of the second voltage after correction. When the output voltage of the charging power source is controlled and the first determination and the second determination are performed again in order, and it is determined that correction of the set value of the second voltage is unnecessary, the setting of the second voltage is performed. The process proceeds to the third determination without correcting the value,
As a result of the third determination, when it is determined that the setting value of the third voltage needs to be corrected, the setting value of the third voltage is corrected so that the corrected setting value of the third voltage is obtained. When the output voltage of the charging power source is controlled and the first determination, the second determination, and the third determination are sequentially performed again, and it is determined that correction of the set value of the third voltage is unnecessary, The electromagnet power supply device according to claim 1, wherein the first determination is made without correcting a set value of the third voltage.
前記充電電源制御部は、前記第1判定で用いられる複数の範囲と、該範囲が狭いほど小さくなるように該範囲に1対1で関連付けられた、前記第1電圧の補正に用いられる複数の補正量と、前記第2判定で用いられる複数の範囲と、該範囲が狭いほど小さくなるように該範囲に1対1で関連付けられた、前記第2電圧の補正に用いられる複数の補正量と、前記第3判定で用いられる複数の範囲と、該範囲が狭いほど小さくなるように該複数の範囲に1対1で関連付けられた、前記第3電圧の補正に用いられる複数の補正量とが格納された記憶部をさらに有し、
前記第1判定、前記第2判定および前記第3判定は、それぞれ前記複数の範囲が大きい順に用いられ、
前記充電電源制御部は、前記電流値判定手段においていずれかの判定で補正が必要と判断された場合は、前記記憶部を参照して、該判定に用いられた範囲に関連付けられた補正量を加算または減算することで前記設定値を補正することを特徴とする請求項1または2に記載の電磁石用電源装置。
The charging power supply control unit is configured to correct a plurality of ranges used in the first determination, and a plurality of ranges used in the correction of the first voltage, which are associated with the ranges in a one-to-one relationship so as to be smaller as the range is smaller. A correction amount, a plurality of ranges used in the second determination, and a plurality of correction amounts used for correcting the second voltage, which are related to the range in a one-to-one relationship so that the range is smaller as the range is smaller. A plurality of ranges used in the third determination, and a plurality of correction amounts used for correcting the third voltage, which are related to the plurality of ranges on a one-to-one basis so as to decrease as the range becomes narrower. A storage unit further stored;
The first determination, the second determination, and the third determination are used in order of increasing the plurality of ranges,
If the current value determination means determines that correction is necessary in the current value determination unit, the charging power supply control unit refers to the storage unit and calculates a correction amount associated with the range used for the determination. 3. The electromagnet power supply device according to claim 1, wherein the set value is corrected by addition or subtraction.
前記第3電流値は、前記立ち上げ直後および前記立ち下げ直前とは異なる前記頂部における2点以上の電流値の平均値であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電磁石用電源装置。   The electromagnet according to any one of claims 1 to 3, wherein the third current value is an average value of current values at two or more points at the top, which is different from immediately after the start-up and immediately before the start-up. Power supply. 使用開始時における前記第1電圧、前記第2電圧および前記第3電圧の設定値として、予め設定された初期値か、前回の使用開始時における設定値が用いられることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の電磁石用電源装置。   The set value of the first voltage, the second voltage, and the third voltage at the start of use is a preset initial value or a set value at the start of previous use. The power supply apparatus for electromagnets in any one of -4. 前記充電電源は、
前記第1電圧を出力する第1充電電源と、
前記第2電圧を出力する第2充電電源と、
前記第3電圧を出力する第3充電電源と、
を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の電磁石用電源装置。
The charging power source is
A first charging power supply for outputting the first voltage;
A second charging power source for outputting the second voltage;
A third charging power source for outputting the third voltage;
The electromagnet power supply device according to claim 1, comprising:
前記充電電源は、
前記第1電圧を出力する第1充電電源と、
前記第3電圧を出力する第3充電電源と、
第4電圧を出力する第4充電電源と、
を有し、
前記第2電圧は、前記第3電圧および前記第4電圧の和電圧であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の電磁石用電源装置。
The charging power source is
A first charging power supply for outputting the first voltage;
A third charging power source for outputting the third voltage;
A fourth charging power source for outputting a fourth voltage;
Have
6. The electromagnet power supply device according to claim 1, wherein the second voltage is a sum voltage of the third voltage and the fourth voltage.
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