JP2681633B2 - Pulse high voltage power supply - Google Patents

Pulse high voltage power supply

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JP2681633B2
JP2681633B2 JP62026155A JP2615587A JP2681633B2 JP 2681633 B2 JP2681633 B2 JP 2681633B2 JP 62026155 A JP62026155 A JP 62026155A JP 2615587 A JP2615587 A JP 2615587A JP 2681633 B2 JP2681633 B2 JP 2681633B2
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閃一 増田
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増田 佳子
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は電気集塵装置等の如き高電圧負荷に、時間幅
の極めて短い周期的パルス高電圧を、直流高電圧に重畳
して印加しするためのパルス高圧電源に関するものであ
る。但し本発明のパルス高圧電源は電気集塵装置のみな
らず、パルス高電圧を直流高電圧に重畳印加して駆動す
べきあらゆる高電圧応用装置、例えばパルス・コロナ放
電を利用するオゾン発生装置、パルス・コロナ放電を利
用するSO2,NO,NO2,Hg,ダイオキシン、フラン等の有害ガ
スの燃焼廃ガスからの除去装置、あるいはパルス・コロ
ナ放電を利用するプラスチックの表面活性化装置等にも
用いる事が出来る。 [従来の技術] 従来この種の電極としては、電気集塵装置等の高電圧
負荷に予め独立の直流高圧電源で直流高電圧を印加して
おき、これに重畳して、それ自体別個の直流高圧電源別
を備えた独立のパルス高圧電源より結合コンデンサーを
介して該高電圧負荷に周期的パルス高電圧を印加する方
式が用いられてきた。 [本発明が解決しようとする問題] 上記従来技術にあっては、該高電圧負荷に直接直流高
電圧を印加するための直流高圧電源の他の、該パルス高
圧電源にもその構成要素として、該直流高圧電源と同程
度の出力電圧を有する別個の直流高圧電源を設ける必要
があり、そのためパルス高圧電源のコストが非常に高く
なるという問題があった。本発明はこの問題を解決し、
電気集塵装置ならびに上記の各種高電圧負荷に直流重畳
して周期的パルス高電圧を印加するための、簡単でかつ
安価なパルス高圧電源を提供する事を目的とするもので
ある。 [問題を解決するための手段] 本発明は、上記の高電圧負荷(以下負荷と呼ぶ)に直
流高電圧を供給するための直流高圧電源を以て、同時に
2個又はそれ以上のコンデンサーを充電インピーダンス
を介して並列に充電、次いで全ての該コンデンサーの充
電電圧を高速スイッチ素子を介して直列接続のうえ、予
め上記直流高電圧を印加されている該負荷の両端に印加
し、その結果として該負荷に直流高電圧に重畳して急峻
なパルス高圧を印加する事により、使用すべき直流高圧
電源の数をただ1個として上記の問題を解決する。 即ち、本発明による新規のパルス高圧電源は、空心コ
イル等のインダクタンス要素より成る高周波電流阻止要
素を介して直流高圧電源に接続された高電圧負荷に対し
て、複数のコンデンサーと夫々のコンデンサーの中間に
高速スイッチ素子を直列接続した合計N個(N≧2)の
コンデンサーと(N−1)個の高速スイッチからなるコ
ンデンサー列を並列に接続し、該コンデンサー列の両端
の2個のコンデンサーは夫々の該高速スイッチ素子との
接続点を夫々充電インピーダンスを介して反対端のコン
デンサーの該高電圧負荷との接続点に接続し、該コンデ
ンサー列の中間部のコンデンサーは夫々の両端を夫々の
充電インピーダンスを介して該両端コンデンサーと該高
電圧負荷との2個の当該接続点に接続することで、上記
直流高圧電源より高圧負荷に直流電圧を供給すると共
に、該コンデンサー列の各コンデンサーを夫々の充電イ
ンピーダンスを介して充電した後、該コンデンサー列の
全ての高速スイッチ素子を同時にオンせしめ、これによ
り該コンデンサー列の各コンデンサーの充電電圧を直列
に該高電圧負荷の両端に印加し、以下この動作を周期的
に繰返して該高電圧負荷に該直流高電圧に重畳して周期
的パルス高電圧を印加する事を特徴とする。 この場合該高速スイッチ素子はその全てを、例えば一
対の火花電極より成る火花スイッチ素子等の如く、ある
電圧以上の過電圧で自動的にオンする様な自爆型高速ス
イッチ素子としてもよく、この場合には該コンデンサー
の充電電圧が上記過電圧を越えると瞬時に全自爆型高速
スイッチ素子がオンする。あるいは該高速スイッチ素子
の中少なくとも1個は外部よりそのオン動作を制御設定
しうる外部制御型高速スイッチ素子、他は自爆型高速ス
イッチ素子とし、該外部制御型高速スイッチ素子を外部
よりの操作で周期的にオンせしめて、その都度他の自爆
型高速スイッチ素子を同時にオンせしめる様にしてもよ
い。この場合該外部制御型高速スイッチ素子がオンする
と、他のすべての自爆型高速スイッチ素子に過電圧を生
じ、自動的に全てがオンする事になる。 該外部制御型高速スイッチ素子としては所定のパルス
高電圧周期に合せて予め設定した時点オン動作を始発す
るものであれば適当な任意のものを使用でき、例えば外
部からのトリガー信号でオンするサイリスター素子、GT
O素子、FET素子、トランジスター等の半導体スイッチ素
子,又は電子管、あるいは水素サイラロトン等のトリガ
ー様格子電極を備えた放電管を様いてもよい。あるいは
外部からの操作で火花を発生してオン動作を行う外部制
御型火花スイッチ素子を用いてもよい。この様な外部制
御型火花スイッチ素子には、例えばトリガー用補助電極
を備え、これにトリガー電圧を加えて火花をトリガーす
る3点火花スイッチや、レーザー照射によるイオン化で
火花をトリガーするレーザー・トリガー型火花スイッチ
等、外部からののトリガー操作でオン動作を行わせるト
リガー型火花スイッチ素子、あるいは一対の固定電極
と、その間に回転自在に絶縁支持され電動機により駆動
された回転子とその上に担持された複数個の回転電極よ
りなる回転電極体とで構成され、該回転電極体が回転し
て該固定電極と該回転電極が接近した時点でのみ火花を
生じてオン動作を行う回転火花スイッチ等がある。 又充電インピーダンスとしては、インダクタンス要
素、抵抗要素のいずれを用いても良いが、インダクタン
ス要素を用いる時は各コンデンサーの該直流高圧電源か
らの充電に際して、該インダクタンス要素のインダクタ
ンスと該コンデンサーの静電容量によるLC過渡振動によ
る充電、即ちいわゆる共振充電がおこなわれ充電損失が
著しく少なくなって好都合である。この場合かかるイン
ダクタンス要素に直列に該コンデンサーの該直流高圧電
源からの充電方向をその導通方向としてダイオード素子
を接続する時は、上記共振充電によって充電されたコン
デンサー電圧のピーク値がそのまま保持され、各コンデ
ンサーの電圧は該直流高圧電源の直流高電圧よりも一般
に高くなり、その結果最大のパルス出力電圧が得られる
様になる。 [作用] 以下本発明の作用をその出力パルス高電圧の波形を示
した第1図によって説明する。但し同図では負の直流高
電圧を用いた場合の電圧波形が示されており、Vo=−V
となっいる。 先ず上記コンデンサー列を構成するん各コンデンサー
が、夫々の充電インピーダンスを介して該直流高圧電源
により並列に充電され、全てのコンデンサーの電圧Vcが
該直流高圧電源の出力直流高電圧Vo=−Vに等しいか、
あるいはこれより高い値Vc=−Ve(共振充電の時)に達
する。次に時点t1に於いて、、該高速スイッチ素子の全
てが同時にオンし、これらを介して各コンデンサーの充
電電圧がすべて直列に接続され、Vcに該コンデンサー要
素の数Nを乗じた値NVcの全波高値のパルス高電圧が該
コンデンサー列の両端に発生し、これが該高電圧負荷の
両端に印加される。このとき上記高周波電流阻止要素が
存在するので、このパルス高電圧の該直流高圧電源への
侵入は阻止され、オン時点t1に於いてVp=NVc−Voの波
高値のパルス高電圧が該直流電圧Voに重畳された形で、
該高電圧負荷の両端に加わる。 この時の電圧波形は同図の如く、該パルス高電圧の周
期T=t4−t1を1周期とする先頭波高値Vpの鋸歯状波が
該直流電圧Vo−Vに重畳したものを基本とし、該鋸歯状
波先頭部の立上がり部分に極めて高い周波数の高周波減
衰振動を有したものとなるが、その詳細については後で
第2図に関連して説明する。この高周波振動の第一の半
波はその時間幅が約1マイクロセカンド程度で、この部
分が極めて急峻なパルス高電圧によるパルス荷電と同等
の作用効果を現し、実質的にパルス高電圧として働くの
である。 この場合該コンデンサー列で3個またはそれ以上のコ
ンデンサーを用いる時は、両端のコンデンサー以外のコ
ンデンサーには、夫々の両端に1個ずつ、夫々計2個の
充電インピーダンスを具備せしめ、これらを夫々該高電
圧負荷の両端に接続する必要がある。 [実施例] 第2図は本発明の一つの実施例を示す回路図である。
1は高電圧負荷、本例は電気集塵装置で、その集塵電極
2は接地され、これより絶縁支持された放電極3は導線
4、空心コイル5(インダクタンス値L1)を介して直流
高圧電源6の負の出力端子7に接続されて負の直流高電
圧−Vが印加され、6の正の出力端子8は導線9により
接地されている。10は本発明によるパルス高圧発生部
で、その高圧側出力端子11は導線12を介して該放電極3
に接続され、接地側出力端子13は導線14を介して該集塵
電極2と共に接地されている。15は既に述べたコンデン
サー列で2個のコンデンサー16、17が回転火花スイッチ
18を介して直列接続されて成る。19、20は該回転火花ス
イッチ19の固定電極で、夫々接続点21,22を介して該コ
ンデンサー16、17に接続されている。23は絶縁円盤で該
固定電極19、20を結ぶ仮想軸に平行な回転軸24に回転自
在に支持され、23の周縁部は19、20の間隙に嵌入してお
り、該周縁部の対称位置に夫々該円盤を垂直に貫通して
回転電極25、26が配設されている。27は該回転塵24に結
合された電動機で、該絶縁円盤23を回転させて、該回転
電極25、26を交互に該固定電極19、20の間の間隙を通過
せしめ、その度に火花を発生せしめて該該回転火花スイ
ッチ18のオン動作を行わしめる。コンデンサー16、17の
他端28、29は夫々導線30、31を介して高圧出力端子11、
接地側出力端子13に接続されている。32、33は夫々該コ
ンデンサー16、17の充電インダクタンス要素で、夫々ダ
イオード素子34、35に直列接続の上接続点21と29、22と
30の間に接続されている。34、35の導通方向は該直流高
圧電源6による該コンデンサー16、17の充電方向であ
る。本例の電源の動作を次に述べる。先ず回転火花スイ
ッチ18のオフ時(該固定電極19、20と該回転電極25乃至
26の離間時)に於いて該コンデンサー16、17は夫々の充
電インダクタンス要素32,33.該ダイオード素子33、34、
及び該空心インダクタンス5を介して該直流高圧電源6
により並列充電される。この場合該コンデンサー16、17
は夫々の充電インダクタンス要素32,33の存在により過
渡振動で充電(共振充電)されるので充電損失は極めて
少なく、かつダイオード素子34、35の存在による各コン
デンサーの充電電圧Vcは−Vよりも高い過渡振動のピー
ク電圧Vc=−Veにホールドされる。次に該回転火花スイ
ッチ18がオンすると、両コンデンサー16、17が18を介し
て直列接続され、夫々の電圧の和2Vc=−2Veが出力端子
11、13間に現れ、これが導線12、14を介して、既に負の
直流高電圧−Vに充電されている放電極3と集塵電極2
の間に印加される。従って結局3と2の間には負の直流
高電圧−Vに重畳して負のパルス高電圧Vp=−(2Ve−
V)が印加される結果となり、第1図の様な電圧波形
(N=2)が現れる。即ち先ず時点t1に於いて上記該回
転火花スイッチ18がオンし、この瞬間、放電極3と集塵
電極2の間には瞬時に2Vc=2Veに近い波高値のパルス高
電圧が全回路容量Ct(コンデンサー16、17の静電容量C
1,C2,放電極3と集塵電極2の間の電極間静電容量Ceの
直列容量)と、全回路インダクタンスLt(火花スイッチ
18、導線30、12、14、31の各インダクタンスの直列イン
ダクタンス)との直列共振による高周波の過渡減衰振動
によって発生する。この振動は周波数が約1000kHz程度
で極めて早く減衰、時点t2(t1の約0.1ミリセカンド
後)に於いて消滅するが、その最初の半波のピークのみ
で強力なパルス的コロナ放電が放電極3に生じ、放電極
表面に著しく大量の負イオンを生ずる。この放出負イオ
ンの空間電荷が余りに大きいため、その放電極に対する
静電遮蔽作用で次の振動ピーク以降ではコロナ放電は生
じない。結果的にこの最初の過渡振動のピークが、全波
高値−2Ve,等価的時間幅が約1マイクロセカンドの極め
て短いパルス高電圧と全く等価なパルス荷電作用を高電
圧負荷に及ぼすのである。この場合コンデンサー16、17
の回転火花スイッチ18を通しての放電電流は少なくとも
18がオフするまでの短い間は充電インダクタンス32、33
の高周波に対する大きなインピーダンスに阻止されて殆
ど流れない。また放電極3から集塵電極2への負イオン
移動によるパルス的コロナ電流は火花スイッチ18のアー
ク維持には小さすぎる。そこで上記の高周波過渡振動が
減衰し、その高周波電流によるアーク加熱作用が停止し
た時点t2で直ちにアークも切れて該回転火花スイッチ18
がオフとなり、該パルス高圧発生部10から電極3、2へ
の電流の供給が断たれる。パルス的コロナ放電で発生し
た大量の負イオンはこの後も放電極3から集塵電極2に
向かつて移動する、そしてこれに伴う大きなパルス的イ
オン電流によって、3と2の間の電極間静電容量Ceに蓄
えられていた電荷は急速に放電し、放電極3の電圧vが
急激に低下し、上記負イオンの移動完了時点t3(t2から
数ミリセカンド)で電圧vの急激な低下がおわる。そし
て、それ以降は通常の直流負コロナ放電による緩慢なv
の低下が続いてvはもとの直流電圧に−Vに近ずき、回
転火花スイッチ18の次のオン時点t4に至り、以上の動作
を繰返す。この場合上記高周波振動電圧に対して空心コ
イル5は大きなインピーダンスを呈し、これに阻止され
て該高周波振動電圧は直流高圧電源6に侵入する事がな
い。またこのインピーダンスの作用ではば全波高値−2V
eに近いパルス電圧がドロップする事なく電極3、2間
に現れるのである。また該高周波振動電圧が消滅した
後、t2−t3の期間の過電圧は該空心コイル5では阻止出
来ないが、その変化がより緩慢なので該直流高圧電源6
の内部の整流器で十分阻止でき、これを破壊する事も無
い。時点t2で回転火花スイッチ18がオフすると直ちに充
電インダクタンス32、33およびダイオード34、35を介し
てコンデンサー16、17の充電が始まるが、この場合該充
電インダクタンス32、33のインダクタンス値L1,L2と該
コンデンサーの容量C1,C2出定まる過渡振動の周期T1,T2
が大きいと共振充電に時間がかかり、結局ほぼ時点t4の
直前で充電が完了する。逆にT1,T2が時間(t3−t2)に
比べて十分小さいと、時点t2に於いて電極2、3間の静
電容量Ceに充電されている比較的高い電圧がCe−L1−C1
およびCe−L1−C1の過渡振動による共振充電で夫々のコ
ンデンサー16,17に逆充電し、パルス波形は第3図に示
す様に極めて急峻となる。これに伴って、該コンデンサ
ー16、17からパルス印加時に電極間容量Ceに供給された
容量正エネルギーの可なりの部分が16、17に回収され、
エネルギー効率が極めて高くなる。この場合もダイオー
ド34、35が上記逆充電電圧のピーク値をホールドする役
目を果たす。本例で該充電インピーダンス32、33の両方
又は一方を可変とし、これを大きくして時定数T1,T2の
両方又は一方をパルス周期T1/3よりも大きくしてやる
と、次のトリガー時点t4に至っても該コンデンサー16、
17の両方ないし一方が−Vまで充電されず、パルス高圧
電源の出力電圧は−2Vよりも小さくなる。従ってL1,L2
の両方ないし一方を上に対応する値より大きく調整する
事によって、パルス電圧の全波高値Vpを−2V以下の範囲
で可変にする事が可能となる。この場合充電インダクタ
ンス32、33の代わりに、固定または可変の充電抵抗を用
いてもよい事は言うまでも無い。又場合によりダイオー
ド34、35を省略する事も出来るが、この時は充電時の該
コンデンサー16、17の充電電圧は−V、あるいはこれ以
下に止まる。又回転火花スイッチ18の代わりに任意の外
部制御型高速スイッチ素子、ないし固定火花スイッチ等
の自爆型高速スイッチ素子を用いても良い。 第4図は両端のコンデンサー16、17の中間にいま一つ
のコンデンサー36を2個の固定電極37、38よりなる自爆
型火花スイッチ39および上記回転火花スイッチ18を介し
て挿入し、合計3個のコンデンサーをもってコンデンサ
ー列15を構成した例を示す。但し中間のコンデンサー36
は夫々その両端40、41と接続点28、29の間に挿入せる充
電用インダクタンス要素42、43を有し、夫々にダイオー
ド素子44、45が該コンデンサー36の該電源6による充電
方向を導通として直列に接続されている。この様に中間
のコンデンサーは、その数が本例の如く1個たるとそれ
以上たるとを問わず、いずれも夫々の両端と該高圧直流
電源6の両端子7、8の間の挿入された各2個の充電用
インピーダンスを具備しないと充電が出来ない事は言う
までもない。図に於ける1から35までの番号の要素の名
称及び機能は第2図に於ける同一番号の要素のそれと同
じである。該回転火花スイッチ18がオンするとコンデン
サー17と16の充電電圧の和、即ちほぼ2Voの電圧が自爆
型火花スイッチ39の固定電極37、38の間に加わり、39が
瞬時に自動的にオンする。これに続くパルス高電圧発生
動作の詳細は自明であるので、説明を省略する。 第5図は本発明のいま一つの実施例で、第2図の実施
例において回転火花スイッチ18の代わりに、2個の固定
電極46、47、トリガー用補助電極48、トリガー用パルス
電源49よりなる3点火花スイッチ50を用い、充電用イン
ダクタンス32、33の代わりに充電用抵抗52a、51bを用
い、かつ51aに直列にFET素子例52とそのゲート回路53よ
り成る充電電流制御要素54を挿入してパルス出力電圧制
御要素としたものである。図に於ける1から31までの要
素の名称及び機能は第2図に於ける同一番号の要素のそ
れと同じてある。本例では該直流高圧電源6より該コン
デンサー16、17が充電される際、16は充電抵抗51と上記
充電電流制御要素54を介して、また17は充電抵抗52を介
して充電される。従って17の充電速度は該充電抵抗52の
値で定まるが、16の充電速度は該充電電流制御要素54に
よって自由に制御出来、これによって該トリガー火花ス
イッチ50がオンする直前のコンデンサー16の充電電圧を
Vo以下の範囲で自由に調節出来、パルス出力電圧をVoか
ら2Voの範囲で自由に調節する事が出来る。本実施例の
パルス高電圧発生動作は基本的に第2図のそれと何等変
わる所はないので、その説明を省略する。 本発明に用いる外部制御型高速スイッチ素子として、
例えばサイリスターの如く整流性を有する素子55を用い
る時は、第6図(a)、(b)に示すようにこれに並列
にダイオード素子56を接続し、更にインダクタンス要素
57を同図(a)の如く上記並例接続要素に直列に、ある
いは同図(b)の如く該ダイオード素子56の分枝にこれ
と直列に接続して電極2、3間にパルス印加時に蓄えら
れた容量性エネルギーをLC過渡振動によりコンデンサー
に回収する事が出来る。第6図に於いてサイリスター素
子55の代わりのトリガー型火花スイッチまたは回転火花
スイッチ等を用いてもよい事は言うまでもない。 また接続点28と放電極3の間、あるいは接続点29と集
塵電極2の間に介入して、第7図(a)の如く可変充電
インダクタンス、可変充電抵抗、電流制御機能を有する
固定素子等より成る適当な充電電流制御要素58と該コン
デンサー列の放電時にその放電方向のみの導通を許す高
速スイッチ素子59を並列接続して成るパルス出力電圧制
御要素60を挿入し、該コンデンサー列の各コンデンサー
の並列充電速度を制御し、これによって各コンデンサー
の直列放電点に於ける充電電圧を変化せしめてパルス出
力電圧を自由に制御する事ができる。この場合該コンデ
ンサーの直列放電時にはその放電電流は瞬時に該高速ス
イッチ素子59を通じて流れるので、その放電動作には何
等の支障も生じない。第7図(b)は該充電電流制御要
素58として可変インダクタンス要素61を、該コンデンサ
ー列の放電時にその放電方向のみの導通を許す高速スイ
ッチ素子59として該コンデンサー列の直列放電に同期し
て火花をトリガーするトリガー型火花スイッチを62用い
て上記のパルス出力電圧制御要素60を構成したものであ
る。この場合61に直列にダイオード素子63を各コンデン
サーの電源6による充電方向を導通方向として接続し、
この直列接続要素を62に並列接続している。この場合該
コンデンサーの直列放電時にトリガー信号が62に加えら
れ、62が瞬時に火花を生じてオンする。また該コンデン
サーの充電時には該可変インダクタンス要素の存在によ
ってLC過渡振動による各コンデンサーの共振充電が生
じ、充電損失の大幅な低減が得られるのみならず、パル
ス電圧印加時に電極2、3間に蓄えられた容量性エネル
ギーの回収も行われる。また該ダイオード素子の存在に
よって各コンデンサーの充電電圧は該過渡振動のピーク
値にホールドされその値が大きくなる。 [発明の効果] 本発明は叙上の如く電気集塵装置その他の高電圧負荷
1に直流高電圧Voを供給する直流高圧電源6をもって、
コンデンサー列を構成する2個以上のコンデンサーを各
個に並列に充電の上、そのコンデンサー電圧を高速スイ
ッチ素子を介して該負荷1に向かい直列に放電する事に
より、該直流高電圧Voに重畳したパルス高電圧を該負荷
1に印加するので、パルス高圧電げのコンデンサーを充
電するための別個の直流高圧電源を要しないと言う効果
を生じ、該パルス高圧電源が極めて安価かつ簡単とな
る。またこれに加えて上記コンデンサーの充電インピー
ダンス要素としてインダクタンス要素を用いる事により
各コンデンサーの上記並列充電に共振充電を利用できて
充電損失を大幅に低減し、充電のエネルギー効率を著し
く向上出来る。更にこの充電インダクタンスに直列にダ
イオード素子を挿入し、これを介してコンデンサーの共
振充電を行う事によりコンデンサーの充電電圧を共振充
電時の過渡振動のピーク値にホールド出来、該充電電圧
Voよりも高く出来て好都合である。またこれに加えてコ
ンデンサーの充電電流制御要素からなるパルス出力電圧
制御要素を用いてコンデンサーの並列充電時の充電電流
を制御する事により容易にパルス出力電圧を調整でき
る。また該高速スイッチ素子のオン時のLC過渡高周波振
動の最初の時間幅1マイクロセカンド程度の半波のピー
ク電圧をパルス荷電に利用する事により、極めて急峻で
幅の短いパルス高電圧を用いた場合と同様の、極めて優
れたパルス荷電効果が得られる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention applies a periodic pulse high voltage having a very short time width to a high voltage load such as an electrostatic precipitator by superimposing it on a direct current high voltage. The present invention relates to a pulsed high voltage power supply for doing so. However, the pulsed high voltage power supply of the present invention is not limited to the electrostatic precipitator, but any high voltage application device to be driven by superimposing the pulsed high voltage on the DC high voltage, for example, an ozone generator using pulsed corona discharge, a pulsed device.・ It can also be used as a device for removing harmful gases such as SO2, NO, NO2, Hg, dioxins, and furans from combustion waste gas that uses corona discharge, or a surface activation device for plastic that uses pulsed corona discharge. I can. [Prior Art] Conventionally, as an electrode of this type, a DC high voltage is applied in advance to a high voltage load such as an electrostatic precipitator by an independent DC high voltage power source, and the DC voltage is superimposed on the DC high voltage to generate a separate DC voltage. A method has been used in which a periodic pulsed high voltage is applied to the high voltage load via a coupling capacitor from an independent pulsed high voltage power supply equipped with a separate high voltage power supply. [Problems to be Solved by the Present Invention] In the above-mentioned conventional technique, other than the DC high-voltage power supply for directly applying the DC high voltage to the high-voltage load, the pulse high-voltage power supply also has the following constituent elements: It is necessary to provide a separate DC high-voltage power supply having an output voltage comparable to that of the DC high-voltage power supply, which causes a problem that the cost of the pulse high-voltage power supply becomes very high. The present invention solves this problem,
It is an object of the present invention to provide an electric dust collector and a simple and inexpensive pulse high voltage power source for applying a periodic pulse high voltage by superimposing DC on the above various high voltage loads. [Means for Solving the Problem] The present invention uses a DC high-voltage power supply for supplying a DC high voltage to the above high-voltage load (hereinafter referred to as a load), and simultaneously charges two or more capacitors with charging impedance. Via the high-speed switching element in series, and then applied to both ends of the load to which the DC high voltage has been applied in advance, and as a result, to the load. By applying a steep pulse high voltage in superposition to the DC high voltage, the number of DC high voltage power supplies to be used is only one, and the above problem is solved. That is, the novel pulse high voltage power supply according to the present invention is provided with a high voltage load connected to the DC high voltage power supply through a high frequency current blocking element composed of an inductance element such as an air-core coil, and a plurality of capacitors and intermediate capacitors between them. A total of N capacitors (N ≧ 2) in which high-speed switching elements are connected in series and a capacitor array consisting of (N−1) high-speed switches are connected in parallel, and the two capacitors at both ends of the capacitor array are respectively connected. Connection point of each of the high-speed switching elements and the connection point of each of the capacitors at the opposite end to the high-voltage load via a charging impedance. By connecting to both the connection points of the both-end capacitor and the high-voltage load via After supplying the DC voltage to the load and charging each capacitor of the capacitor array through the respective charging impedance, all the high speed switching elements of the capacitor array are turned on at the same time, whereby each capacitor of the capacitor array is turned on. A charging voltage is serially applied to both ends of the high-voltage load, and this operation is cyclically repeated thereafter to superimpose the DC high-voltage on the high-voltage load to apply a periodic pulse high-voltage. . In this case, all of the high-speed switching elements may be self-destruction type high-speed switching elements that automatically turn on at an overvoltage of a certain voltage or higher, such as a spark switching element composed of a pair of spark electrodes. When the charging voltage of the capacitor exceeds the overvoltage, the all-self-destruction type high speed switching element is instantly turned on. Alternatively, at least one of the high-speed switching elements is an externally controlled high-speed switching element whose ON operation can be controlled and set from the outside, and the other is a self-destruction high-speed switching element. Alternatively, the self-destruction type high-speed switching elements may be turned on at the same time each time they are turned on periodically. In this case, when the external control type high speed switching device is turned on, an overvoltage is generated in all other self-destruction type high speed switching devices, and all are automatically turned on. As the external control type high speed switching element, any suitable one can be used as long as it initiates a preset time-on operation in accordance with a predetermined pulse high voltage period, for example, a thyristor turned on by an external trigger signal. Element, GT
A semiconductor switching device such as an O element, a FET element, a transistor, or an electron tube, or a discharge tube including a trigger-like lattice electrode such as hydrogen thyraroton may be used. Alternatively, an externally controlled spark switch element that generates a spark by an external operation and turns on may be used. Such an externally controlled spark switch element is provided with, for example, an auxiliary electrode for a trigger, and a three ignition spark switch that applies a trigger voltage to this to trigger a spark, or a laser trigger type that triggers a spark by ionization by laser irradiation. A spark switch or other trigger-type spark switch element that is turned on by an external trigger operation, or a pair of fixed electrodes and a rotor that is rotatably insulated and rotatably supported between them, and is carried on it. And a rotating electrode body composed of a plurality of rotating electrodes, and a rotating spark switch or the like for performing an ON operation by generating a spark only when the rotating electrode body rotates and the fixed electrode and the rotating electrode approach each other. is there. As the charging impedance, either an inductance element or a resistance element may be used. When the inductance element is used, the inductance of the inductance element and the electrostatic capacitance of the capacitor are charged when the capacitors are charged from the DC high voltage power source. Due to the LC transient vibration caused by, that is, so-called resonance charging is performed, the charging loss is significantly reduced, which is convenient. In this case, when the diode element is connected in series with the inductance element with the charging direction from the DC high-voltage power supply as the conduction direction, the peak value of the capacitor voltage charged by the resonance charging is held as it is. The voltage of the capacitor is generally higher than the DC high voltage of the DC high voltage power supply, so that the maximum pulse output voltage is obtained. [Operation] The operation of the present invention will be described below with reference to FIG. 1 showing the waveform of the output pulse high voltage. However, in the figure, the voltage waveform when a negative DC high voltage is used is shown, and Vo = -V
Has become. First, each of the capacitors forming the above-mentioned capacitor array is charged in parallel by the DC high-voltage power supply through the respective charging impedances, and the voltage Vc of all the capacitors becomes the output DC high voltage Vo = -V of the DC high-voltage power supply. Equal to or
Alternatively, a higher value Vc = -Ve (during resonance charging) is reached. Next, at time t1, all of the high-speed switching elements are turned on at the same time, the charging voltages of the respective capacitors are all connected in series through them, and the value NVc obtained by multiplying Vc by the number N of the capacitor elements is obtained. A pulsed high voltage of full peak value is generated across the capacitor train, which is applied across the high voltage load. At this time, since the high-frequency current blocking element exists, the intrusion of this pulse high voltage into the DC high-voltage power supply is blocked, and the pulse high voltage with the peak value of Vp = NVc-Vo is turned on at the ON time t1. In the form superimposed on Vo,
Applied across the high voltage load. As shown in the figure, the voltage waveform at this time is basically a waveform in which a sawtooth wave having a leading peak value Vp having one cycle of the pulse high voltage cycle T = t4−t1 is superimposed on the DC voltage Vo−V, The leading edge of the sawtooth wave has a high-frequency damped vibration of an extremely high frequency, the details of which will be described later with reference to FIG. The first half-wave of this high-frequency oscillation has a time width of about 1 microsecond, and this portion exhibits the same action and effect as pulse charging by an extremely steep pulse high voltage, and substantially acts as a pulse high voltage. is there. In this case, when three or more capacitors are used in the capacitor array, capacitors other than the capacitors at both ends are provided with two charging impedances, one at each end and a total of two charging impedances, respectively. Must be connected across a high voltage load. [Embodiment] FIG. 2 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention.
1 is a high voltage load, in this example an electrostatic precipitator, whose dust collecting electrode 2 is grounded, and the discharge electrode 3 which is insulated and supported from this is a DC high voltage through a conducting wire 4 and an air core coil 5 (inductance value L1). It is connected to the negative output terminal 7 of the power source 6 to apply a negative DC high voltage −V, and the positive output terminal 8 of 6 is grounded by a conductor 9. Reference numeral 10 is a pulse high voltage generator according to the present invention, the high voltage side output terminal 11 of which is connected to the discharge electrode 3 via a conductor 12.
The ground-side output terminal 13 is grounded together with the dust collecting electrode 2 via a conductor 14. 15 is the already mentioned condenser array, and the two condensers 16 and 17 are rotary spark switches.
They are connected in series via 18. Fixed electrodes 19 and 20 of the rotary spark switch 19 are connected to the capacitors 16 and 17 via connection points 21 and 22, respectively. Reference numeral 23 is an insulating disk rotatably supported by a rotary shaft 24 parallel to an imaginary axis connecting the fixed electrodes 19 and 20, and a peripheral edge portion of 23 is fitted in a gap between 19 and 20, and a symmetrical position of the peripheral edge portion. Rotational electrodes 25 and 26 are respectively arranged so as to vertically penetrate the disk. 27 is an electric motor connected to the rotating dust 24, which rotates the insulating disk 23 to alternately pass the rotating electrodes 25 and 26 through the gap between the fixed electrodes 19 and 20, and sparks each time. The rotary spark switch 18 is turned on when it is generated. The other ends 28 and 29 of the capacitors 16 and 17 are connected to high voltage output terminals 11 and 11 via conductors 30 and 31, respectively.
It is connected to the ground side output terminal 13. 32 and 33 are charging inductance elements of the capacitors 16 and 17, respectively, which are connected in series to the diode elements 34 and 35, respectively, and are connected at upper connection points 21 and 29 and 22, respectively.
Connected between 30. The conduction direction of 34 and 35 is the charging direction of the capacitors 16 and 17 by the DC high voltage power supply 6. The operation of the power supply of this example will be described below. First, when the rotary spark switch 18 is off (the fixed electrodes 19 and 20 and the rotary electrodes 25 to 25).
26), the capacitors 16 and 17 have respective charging inductance elements 32 and 33, and the diode elements 33 and 34,
And the DC high-voltage power supply 6 via the air-core inductance 5
Are charged in parallel. In this case the capacitors 16, 17
Is charged (resonant charging) by transient vibration due to the presence of the respective charging inductance elements 32 and 33, the charging loss is extremely small, and the charging voltage Vc of each capacitor due to the presence of the diode elements 34 and 35 is higher than -V. The peak voltage of transient vibration is held at Vc = -Ve. Next, when the rotary spark switch 18 is turned on, both capacitors 16 and 17 are connected in series via 18, and the sum of the respective voltages 2Vc = -2Ve is output terminal.
It appears between 11 and 13, which is already charged to the negative DC high voltage -V through the conductors 12 and 14 and the discharge electrode 3 and the dust collecting electrode 2.
Applied between. Therefore, in the end, between 3 and 2, the negative pulse high voltage Vp =-(2Ve- is superimposed on the negative DC high voltage -V.
As a result of application of V), a voltage waveform (N = 2) as shown in FIG. 1 appears. That is, first, at the time point t1, the rotary spark switch 18 is turned on, and at this moment, a pulse high voltage having a peak value close to 2Vc = 2Ve is instantaneously generated between the discharge electrode 3 and the dust collecting electrode 2 by the total circuit capacitance Ct. (Capacitance C of capacitors 16 and 17
1, C2, series capacitance of inter-electrode capacitance Ce between discharge electrode 3 and dust collection electrode 2), and total circuit inductance Lt (spark switch)
18, the series inductance of the inductances of the conductors 30, 12, 14, and 31) and the high frequency transient damping vibration due to series resonance. This vibration attenuates extremely quickly at a frequency of about 1000 kHz and disappears at time t2 (about 0.1 millisecond after t1), but a strong pulse-like corona discharge occurs only at the peak of the first half wave of the discharge electrode 3. Then, a large amount of negative ions are generated on the surface of the discharge electrode. Since the space charge of the released negative ions is too large, the electrostatic shield action on the discharge electrode does not cause corona discharge after the next vibration peak. As a result, this first transient oscillation peak exerts a pulse charging action on the high voltage load, which is quite equivalent to a very short pulse high voltage with a peak value of −2 Ve and an equivalent time width of about 1 microsecond. In this case capacitors 16 and 17
The discharge current through the rotary spark switch 18 is at least
Charging inductance 32, 33 for a short time before 18 turns off
Almost no current flows because of the large impedance against high frequencies. The pulsed corona current due to the movement of negative ions from the discharge electrode 3 to the dust collection electrode 2 is too small for maintaining the arc of the spark switch 18. Therefore, the high-frequency transient vibration is attenuated, and the arc is immediately cut off at time t2 when the arc heating action by the high-frequency current is stopped, and the rotary spark switch 18
Is turned off, and the supply of current from the pulse high voltage generator 10 to the electrodes 3 and 2 is cut off. A large amount of negative ions generated by the pulsed corona discharge still move toward the dust collection electrode 2 from the discharge electrode 3 after this, and the large pulsed ion current accompanying this causes electrostatic discharge between the electrodes 3 and 2. The electric charge stored in the capacitance Ce is rapidly discharged, the voltage v of the discharge electrode 3 is drastically decreased, and the voltage v is drastically decreased at the completion time t3 (a few milliseconds from t2) of the movement of the negative ions. . Then, after that, slow v due to normal DC negative corona discharge
Then, v approaches the original DC voltage to -V, reaches the next ON time t4 of the rotary spark switch 18, and the above operation is repeated. In this case, the air-core coil 5 has a large impedance with respect to the high-frequency oscillating voltage, and the high-frequency oscillating voltage is prevented from entering the high-voltage DC power supply 6 by being blocked by this impedance. Also, due to the action of this impedance, the full peak value is −2V.
The pulse voltage close to e appears between the electrodes 3 and 2 without dropping. Further, after the high frequency oscillating voltage disappears, the overvoltage in the period of t2-t3 cannot be prevented by the air-core coil 5, but since the change is slower, the DC high voltage power supply 6
The internal rectifier can prevent it, and it will not be destroyed. Immediately after the rotary spark switch 18 is turned off at time t2, charging of the capacitors 16 and 17 is started via the charging inductances 32 and 33 and the diodes 34 and 35. In this case, the inductance values L1 and L2 of the charging inductances 32 and 33 and the Capacitor capacity C1, C2 Transient vibration cycle T1, T2 determined
Is large, resonance charging takes time, and eventually charging is completed almost immediately before time t4. On the contrary, if T1 and T2 are sufficiently smaller than the time (t3−t2), the relatively high voltage charged in the capacitance Ce between the electrodes 2 and 3 at time t2 is Ce−L1−C1.
Resonant charging due to transient vibration of Ce-L1-C1 causes the capacitors 16 and 17 to be reversely charged, and the pulse waveform becomes extremely steep as shown in FIG. Along with this, a considerable portion of the capacitive positive energy supplied to the interelectrode capacitance Ce from the capacitors 16 and 17 at the time of applying a pulse is recovered to 16 and 17,
Extremely high energy efficiency. In this case as well, the diodes 34 and 35 serve to hold the peak value of the reverse charging voltage. In this example, both or one of the charging impedances 32, 33 is made variable, and if both are made larger by making it larger than the time constant T1, T2, or the pulse period T1 / 3, the next trigger time t4 is reached. Also the condenser 16,
Both or one of 17 is not charged to -V, and the output voltage of the pulse high voltage power supply becomes less than -2V. Therefore, L1, L2
By adjusting both or one of the values above to a value higher than the value corresponding to the above, it becomes possible to make the total peak value Vp of the pulse voltage variable within the range of −2 V or less. In this case, it goes without saying that fixed or variable charging resistors may be used instead of the charging inductances 32 and 33. In some cases, the diodes 34 and 35 may be omitted, but at this time, the charging voltage of the capacitors 16 and 17 during charging is -V or less. Instead of the rotary spark switch 18, any externally controlled high-speed switching element or a self-destruction high-speed switching element such as a fixed spark switch may be used. In FIG. 4, another capacitor 36 is inserted in the middle of the capacitors 16 and 17 at both ends via a self-destruction type spark switch 39 composed of two fixed electrodes 37 and 38 and the rotary spark switch 18 to make a total of three capacitors. An example in which the capacitor array 15 is composed of capacitors is shown. However the middle condenser 36
Have charging inductance elements 42 and 43 respectively inserted between both ends 40 and 41 and connection points 28 and 29, and diode elements 44 and 45 respectively make the charging direction of the capacitor 36 by the power source 6 conductive. It is connected in series. In this way, the intermediate capacitors, regardless of whether the number of capacitors is one or more as in the present example, both capacitors are inserted between the both ends of the capacitors and both terminals 7 and 8 of the high-voltage DC power supply 6, respectively. It goes without saying that charging cannot be performed unless the individual charging impedance is provided. The names and functions of the elements numbered 1 to 35 in the figure are the same as those of the elements of the same number in FIG. When the rotary spark switch 18 is turned on, the sum of the charging voltages of the capacitors 17 and 16, that is, a voltage of about 2Vo is applied between the fixed electrodes 37 and 38 of the self-destruction type spark switch 39, and 39 is instantly turned on automatically. Since the details of the pulse high voltage generating operation following this are self-explanatory, the description thereof will be omitted. FIG. 5 is another embodiment of the present invention. In place of the rotary spark switch 18 in the embodiment of FIG. 2, two fixed electrodes 46, 47, a trigger auxiliary electrode 48, and a trigger pulse power source 49 are used. And the charging resistors 52a and 51b are used instead of the charging inductances 32 and 33, and the charging current control element 54 including the FET element example 52 and its gate circuit 53 is inserted in series with 51a. And is used as a pulse output voltage control element. The names and functions of the elements 1 to 31 in the figure are the same as those of the elements with the same numbers in FIG. In this example, when the capacitors 16 and 17 are charged from the DC high-voltage power supply 6, 16 is charged via the charging resistor 51 and the charging current control element 54, and 17 is charged via the charging resistor 52. Therefore, the charging speed of 17 is determined by the value of the charging resistor 52, but the charging speed of 16 can be freely controlled by the charging current control element 54, whereby the charging voltage of the capacitor 16 immediately before the trigger spark switch 50 is turned on. To
It can be freely adjusted within the range of Vo or less, and the pulse output voltage can be freely adjusted within the range of Vo to 2Vo. The pulse high voltage generating operation of this embodiment is basically the same as that shown in FIG. 2, and therefore its explanation is omitted. As an external control type high speed switch element used in the present invention,
For example, when an element 55 having a rectifying property such as a thyristor is used, a diode element 56 is connected in parallel to the element 55 as shown in FIGS.
57 is connected in series with the above-mentioned connection element as shown in FIG. 7A or in series with the branch of the diode element 56 as shown in FIG. The stored capacitive energy can be recovered in the capacitor by LC transient vibration. It goes without saying that a trigger type spark switch or a rotary spark switch or the like may be used instead of the thyristor element 55 in FIG. Further, by interposing between the connection point 28 and the discharge electrode 3 or between the connection point 29 and the dust collection electrode 2, a fixed element having a variable charging inductance, a variable charging resistance and a current control function as shown in FIG. 7 (a). Insert a pulse output voltage control element 60, which is formed by connecting in parallel a suitable charging current control element 58 composed of the like and a high-speed switching element 59 that allows conduction only in the discharging direction when the capacitor array is discharged, It is possible to freely control the pulse output voltage by controlling the parallel charging speed of the capacitors and thereby changing the charging voltage at the series discharge point of each capacitor. In this case, when the capacitor is discharged in series, its discharge current instantaneously flows through the high-speed switching element 59, so that the discharging operation does not cause any trouble. FIG. 7 (b) shows a variable inductance element 61 as the charging current control element 58, and a high-speed switching element 59 as a high-speed switching element 59 for permitting conduction only in the discharging direction of the capacitor row in synchronization with the series discharge of the capacitor row. The above-mentioned pulse output voltage control element 60 is configured by using a trigger type spark switch 62 that triggers the. In this case, the diode element 63 is connected in series with 61 so that the charging direction by the power source 6 of each capacitor is the conduction direction,
This series connection element is connected in parallel to 62. In this case, the trigger signal is applied to 62 when the capacitor is discharged in series, and 62 instantly sparks and turns on. Moreover, when the capacitors are charged, resonance charging of each capacitor occurs due to LC transient vibration due to the existence of the variable inductance element, and not only a significant reduction in charging loss is obtained, but also when the pulse voltage is applied, it is stored between the electrodes 2 and 3. It also recovers capacitive energy. Further, due to the presence of the diode element, the charging voltage of each capacitor is held at the peak value of the transient vibration, and the value is increased. EFFECTS OF THE INVENTION The present invention has a DC high voltage power supply 6 for supplying a DC high voltage Vo to a high voltage load 1 such as an electrostatic precipitator as described above.
A pulse superposed on the DC high voltage Vo by charging two or more capacitors forming a capacitor array in parallel to each other and discharging the capacitor voltage in series toward the load 1 through a high-speed switching element, thereby being superimposed on the DC high voltage Vo. Since a high voltage is applied to the load 1, there is an effect that a separate direct current high voltage power source for charging a capacitor having a high pulse voltage is not required, which makes the pulse high voltage power source extremely inexpensive and simple. In addition to this, by using an inductance element as a charging impedance element of the capacitor, resonance charging can be used for the parallel charging of each capacitor, charging loss can be significantly reduced, and charging energy efficiency can be significantly improved. Furthermore, by inserting a diode element in series with this charging inductance and performing resonant charging of the capacitor via this, the charging voltage of the capacitor can be held at the peak value of transient vibration during resonant charging.
It is convenient because it can be made higher than Vo. In addition to this, the pulse output voltage can be easily adjusted by controlling the charging current during parallel charging of the capacitors by using the pulse output voltage control element including the charging current control element of the capacitor. Further, by using the peak voltage of a half wave of the first time width of about 1 microsecond of the LC transient high frequency oscillation when the high-speed switching element is turned on for pulse charging, a pulse high voltage with an extremely steep and short width is used. A very good pulse charging effect similar to the above can be obtained.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明のパルス高圧電源を使用するとき高電圧
負荷たる電気集塵装置の電極間に現れる典型的な電圧波
形を示す。第2図は本発明の一実施例の回路図を示す。
第3図は電気集塵装置の電極間にパルス高電圧印加時に
蓄えられる容量性エネルギーをLC過渡振動でコンデンサ
ーに回収する場合の該電極間に現れる典型的な電圧波形
を示す。第4図、第5図は夫々本発明の別の実施例の回
路図を示す。第6図(a),(b)は外部制御型高速ス
イッチ素子としてサイリスターを用い同時に上記エネル
ギー回収を行うものの回路図を示す。第7図(a),
(b)は夫々パルス出力電圧制御要素の一例の原理図お
よび具体例の回路図を示す。図に於いて v……負荷電圧、12,14……導線 1……電気集塵装置、15……コンデンサー列 2……集塵電極、16,17,36……コンデンサー 3……放電極、18……回転火花スイッチ 4,9,12,14,30,31……導線、19,20,37,38,46,47……固定
電極 5……空心インダクタンス、21,22,28,29,40,41……接
続点 6……高圧直流電源、23……絶縁円盤 7,……同上出力端子、24……同上回転軸 10……パルス高圧発生部、25,26……回転電極 11,13……同上出力端子、27……電動機 32,33,42,43……充電インダクタンス、53……同上用ゲ
ート回路 34,35,44,45,56,63……ダイオード素子、54……充電電
流制御要素 39……自爆型火花スイッチ、55……サイリスター 48……トリガー用補助電極、57……インダクタンス要素 49……トリガー用パルス電源、58……充電電流制御要素 50……3点火花スイッチ、59……高速スイッチ素子 51,52……充電抵抗、60……パルス出力電圧制御要素 62……トリガー型火花スイッチ 52……FET素子列、61……可変インダクタンス要素
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows a typical voltage waveform appearing between the electrodes of an electrostatic precipitator which is a high voltage load when the pulse high voltage power supply of the present invention is used. FIG. 2 shows a circuit diagram of an embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows a typical voltage waveform appearing between the electrodes of an electrostatic precipitator when the capacitive energy stored when a pulsed high voltage is applied between the electrodes is recovered in the capacitor by LC transient vibration. FIGS. 4 and 5 are circuit diagrams of other embodiments of the present invention. FIGS. 6 (a) and 6 (b) are circuit diagrams of a thyristor used as an external control type high speed switching element for simultaneously performing the energy recovery. FIG. 7 (a),
(B) shows the principle diagram of an example of a pulse output voltage control element, and the circuit diagram of a specific example, respectively. In the figure, v ... Load voltage, 12,14 ... Conductor 1 ... Electrostatic precipitator, 15 ... Capacitor row 2 ... Dust collecting electrode, 16,17, 36 ... Capacitor 3 ... Discharge electrode, 18 …… Rotary spark switch 4,9,12,14,30,31 …… Conductor wire, 19,20,37,38,46,47 …… Fixed electrode 5 …… Air core inductance, 21,22,28,29, 40, 41 ...... Connection point 6 ...... High voltage DC power supply, 23 ...... Insulation disk 7, ...... Same as above Output terminal, 24 ...... Same as above Rotating shaft 10 ...... Pulse high voltage generator, 25, 26 ...... Rotating electrode 11, 13 …… Same as above Output terminal, 27 …… Motor 32, 33, 42, 43 …… Charging inductance, 53 …… Same as above Gate circuit 34, 35, 44, 45, 56, 63 …… Diode element, 54 …… Charging Current control element 39 …… Self-destruction spark switch, 55 …… Thyristor 48 …… Trigger auxiliary electrode, 57 …… Inductance element 49 …… Trigger pulse power supply, 58 …… Charging current control element 50 …… 3 Ignition flower switch , 59 …… High-speed switch Child 51 ...... charging resistor, 60 ...... pulse output voltage control element 62 ...... triggered spark switch 52 ...... FET element array 61 ...... variable inductance element

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.インダクタンス要素より成る高周波電流阻止要素を
介して直流高圧電源に接続された高電圧負荷に対して、
複数のコンデンサーと夫々のコンデンサーの中間に高速
スイッチ素子を直列接続した合計N個(N≧2)のコン
デンサーと(N−1)個の高速スイッチからなるコンデ
ンサー列を並列に接続し、該コンデンサー列の両端の2
個のコンデンサーは夫々の該高速スイッチ素子との接続
点を夫々充電インピーダンスを介して反対側のコンデン
サーの該高電圧負荷との接続点に接続し、該コンデンサ
ー列の中間部のコンデンサーは夫々の両端を夫々の充電
インピーダンスを介して該両端コンデンサーと該高電圧
負荷両端との接続点に接続することで、上記直流電源に
より高電圧負荷に直流高電圧を供給すると共に該コンデ
ンサー列の各コンデンサーを夫々の充電インピーダンス
を介して並列に充電した後、該コンデンサー列の全ての
高速スイッチ素子を同時にオンせしめ、これにより該コ
ンデンサー列の各コンデンサーの充電電圧を直列に該高
電圧負荷の両端に印加し、以下この動作を周期的に繰返
して該高電圧負荷に該直流高電圧に重畳して周期的パル
ス高電圧を印加する事を特徴とするパルス高圧電源。 2.特許請求の範囲(1)に記載の装置に於いて、該高
速スイッチが全て過電圧に於いて自動的にオン動作を行
う自爆型高速スイッチ素子である事を特徴とするパルス
高圧電源。 3.特許請求の範囲(2)に記載の装置に於いて、該自
爆型高速スイッチ素子が夫々一対の火花電極より成る自
爆型火花スイッチである事を特徴とするパルス高圧電
源。 4.特許請求の範囲(1)に記載の装置に於いて、該高
速スイッチの少なくとも1個が外部よりそのオン動作を
制御設定しうる外部制御型高速スイッチ素子である事を
特徴とするパルス高圧電源。 5.特許請求の範囲(4)に記載の装置に於いて、該外
部制御型高速スイッチ以外の該高速スイッチ素子が過電
圧に於いて自動的にオン動作を行う自爆型高速スイッチ
素子である事を特徴とするパルス高圧電源。 6.特許請求の範囲(5)に記載の装置に於いて、該自
爆型高速スイッチ素子が夫々一対の火花電極より成る火
花スイッチ素子であるである事を特徴とするパルス高圧
電源。 7.特許請求の範囲(4)から(6)までのいずれか一
項に記載の装置に於いて、該外部制御型高速スイッチ素
子が、火花発生によるオン動作を外部で制御設定出来る
外部制御型火花スイッチ素子である事を特徴とするパル
ス高圧電源。 8.特許請求の範囲(7)に記載の装置に於いて、該外
部制御型火花スイッチ素子が外部からの操作で火花をト
リガー出来るトリガー型火花スイッチ素子である事を特
徴とするパルス高圧電源。 9.特許請求の範囲(8)に記載の装置に於いて、該ト
リガー型火花スイッチ素子がトリガー用補助電極を備え
た3点火花スイッチ素子である事を特徴とするパルス高
圧電源。 10.特許請求の範囲(8)に記載の装置に於いて、該
トリガー型火花スイッチ素子がレーザー照射によって火
花をトリガーするレーザー・トリガー型火花スイッチ素
子であることを特徴とするパルス高圧電源。 11.特許請求の範囲(7)に記載の装置に於いて、該
外部制御型火花スイッチ素子が一対の固定電極と、その
間に回転自在に絶縁支持され電動機により駆動された回
転子上に配設の複数個の回転電極より成り、該回転子の
回転伴う該固定電極と該回転電極の近傍による火花発生
によってオン動作が行われる回転火花スイッチである事
を特徴とするパルス高圧電源。 12.特許請求の範囲(4)から(6)までのいずれか
一項に記載の装置に於いて、該外部制御型高速スイッチ
素子が、固体スイッチ素子である事を特徴とするパルス
高圧電源。 13.特許請求の範囲(12)に記載の装置に於いて、該
固体スイッチ素子がサイリスター、GTO、FET、トランジ
スターのいずれか一つである事を特徴とするパルス高圧
電源。 14.特許請求の範囲(4)から(6)までのいずれか
一項に記載の装置に於いて、該外部制御型高速スイッチ
素子が、電子管である事を特徴とするパルス高圧電源。 15.特許請求の範囲(4)から(6)までのいずれか
一項に記載の装置に於いて、該外部制御型高速スイッチ
素子が、トリガー用格子電極を備えた放電管である事を
特徴とするパルス高圧電源。 16.特許請求の範囲(15)に記載の装置に於いて、該
放電管が水素サイラトロンである事を特徴とするパルス
高圧電源。 17.特許請求の範囲(1)から(16)までのいずれか
一項に記載の装置に於いて、該充電インピーダンスが充
電用インダクタンス要素である事を特徴とするパルス高
圧電源。 18.特許請求の範囲(1)から(16)までのいずれか
一項に記載の装置に於いて、該充電インピーダンスが充
電用抵抗要素である事を特徴とするパルス高圧電源。 19.特許請求の範囲(17)に記載の装置に於いて、該
充電用インダクタンス要素が可変インダクタンス要素で
ある事を特徴とするパルス高圧電源。 20.特許請求の範囲(17)又は(19)のいずれか一項
に記載の装置に於いて、該充電インダクタンス素子の少
なくとも一つに直列に、該直流高圧電源による当該コン
デンサーの充電方向を導通方向としてダイオード素子を
挿入した事を特徴とするパルス高圧電源。 21.特許請求の範囲(18)に記載の装置に於いて、該
充電用抵抗要素が可変抵抗要素である事を特徴とするパ
ルス高圧電源。 22.特許請求の範囲(1)から(21)までのいずれか
一項に記載の装置に於いて、該コンデンサー列と該高電
圧負荷との間に介入して該コンデンサーの充電電流制御
要素と該充電電流と反対方向の電流の導通のみを許す高
速スイッチ要素の並列接続より成るパルス電圧制御要素
に挿入した事を特徴とするパルス高圧電源。 23.特許請求の範囲(22)に記載の装置に於いて、該
充電電流制御要素が可変抵抗要素である事を特徴とする
パルス高圧電源。 24.特許請求の範囲(22)に記載の装置に於いて、該
充電電流制御要素が可変インダクタンス要素である事を
特徴とするパルス高圧電源。 25.特許請求の範囲(22)に記載の装置に於いて、該
充電電流制御要素が電流制御機能を備えた固体素子であ
る事を特徴とするパルス高圧電源。 26.特許請求の範囲(22)より(25)までのいずれか
一項に記載の装置に於いて、該高速スイッチ要素が火花
スイッチである事を特徴とするパルス高圧電源。 27.特許請求の範囲(26)に記載の装置に於いて、該
火花スイッチがその火花の始発を外部よりトリガー出来
るトリガー型火花スイッチである事を特徴とするパルス
高圧電源。 28.特許請求の範囲(1)から(27)までのいずれか
一項に記載の装置に於いて、該充電用インピーダンスの
少なくとも一つに直列に充電電流制御要素よりなるパル
ス出力電圧制御要素を挿入した事を特徴とするパルス高
圧電源。 29.特許請求の範囲(28)に記載の装置に於いて、該
充電電流制御要素が電流制御機能を備えた固体素子であ
る事を特徴とするパルス高圧電源。 30.特許請求の範囲(1)から(29)までのいずれか
一項に記載の装置に於いて、該コンデンサー列と該高電
圧負荷との間に介入して、該直流高圧電源による該各コ
ンデンサーの並列充電方向を導通方向とするダイオード
素子をインダクタンス要素と直列接続のうえ、この直列
接続要素に並列に該ダイオード素子導通方向と逆方向の
電流の導通のみを許す高速スイッチ要素を接続して成る
エネルギー回収要素を、挿入した事を特徴とするパルス
高圧電源。 31.特許請求の範囲(30)に記載の装置に於いて、該
高速スイッチが火花スイッチである事を特徴とするパル
ス高圧電源。 32.特許請求の範囲(1)から(31)までのいずれか
一項に記載の装置に於いて、該外部制御型高速スイッチ
素子を含む全ての該高速スイッチ素子に並列に、該コン
デンサーの直列放電と逆の導通方向とするダイオード素
子を接続し、かつこの並列接続要素の少なくとも一つ
と、この並列接続要素に接続のコンデンサーとの間にイ
ンダクタンス要素を接続した事を特徴とするパルス高圧
電源。 33.特許請求の範囲(1)から(31)までのいずれか
一項に記載の装置に於いて、該外部制御型高速スイッチ
素子を含む全ての該高速スイッチ素子に並列に、該コン
デンサーの直列放電と逆の導通方向とするダイオード素
子を接続し、かつこの並列接続要素の少なくとも一つに
於いて該ダイオード要素に直列にインダクタンス要素を
接続した事を特徴とするパルス高圧電源。
(57) [Claims] For a high voltage load connected to a DC high voltage power supply via a high frequency current blocking element consisting of an inductance element,
A plurality of capacitors and a capacitor array consisting of a total of N (N ≧ 2) capacitors in which a high-speed switch element is connected in series between the capacitors and (N−1) high-speed switches are connected in parallel, and the capacitor array is connected. 2 at both ends of
The capacitors are connected to their respective connection points with the high-speed switching element via charging impedances, respectively, to the connection points of the capacitors on the opposite side with the high-voltage load, and the capacitors in the middle of the capacitor array are connected to both ends of the capacitors. Is connected to the connection point between the both-end capacitors and both ends of the high-voltage load via their respective charging impedances, thereby supplying a high-voltage load to the high-voltage load with the direct-current power source and connecting each capacitor in the capacitor array to the respective high-voltage loads. After charging in parallel via the charging impedance of, all the high speed switching elements of the capacitor row are turned on at the same time, whereby the charging voltage of each capacitor of the capacitor row is applied in series across the high voltage load, Hereinafter, this operation is repeated cyclically to superimpose the DC high voltage on the high voltage load to apply a periodic pulse high voltage. Pulsed high-voltage power supply, wherein a thing. 2. The pulse high voltage power supply according to claim 1, wherein all the high-speed switches are self-destruction type high-speed switch elements that automatically turn on at overvoltage. 3. The pulsed high voltage power supply according to claim 2, wherein the self-destruction type high-speed switching element is a self-destruction type spark switch each comprising a pair of spark electrodes. 4. The device according to claim 1, wherein at least one of the high-speed switches is an externally controlled high-speed switching device capable of externally controlling the ON operation thereof. 5. The device according to claim (4) is characterized in that the high-speed switching element other than the externally controlled high-speed switch is a self-destruction high-speed switching element that automatically turns on at an overvoltage. Pulse high voltage power supply. 6. The pulsed high voltage power supply according to claim 5, wherein the self-destruction type high speed switching element is a spark switching element each comprising a pair of spark electrodes. 7. The device according to any one of claims (4) to (6), wherein the externally controlled high-speed switching element is an externally controlled spark switch capable of externally setting an ON operation caused by spark generation. A pulsed high voltage power supply characterized by being an element. 8. The pulsed high-voltage power supply according to claim 7, wherein the external control type spark switch element is a trigger type spark switch element capable of triggering a spark by an external operation. 9. The pulse high-voltage power supply according to claim 8, wherein the trigger-type spark switch element is a three-ignition spark switch element provided with a trigger auxiliary electrode. 10. The pulse high-voltage power supply according to claim 8, wherein the trigger-type spark switch element is a laser-trigger-type spark switch element that triggers a spark by laser irradiation. 11. The device according to claim (7), wherein the externally controlled spark switch element is a plurality of fixed electrodes, and a plurality of fixed electrodes are rotatably insulated and supported between the fixed electrodes and arranged on a rotor driven by an electric motor. A pulsed high-voltage power supply comprising a rotating spark switch, which is composed of a plurality of rotating electrodes, and is turned on by generating a spark in the vicinity of the fixed electrode and the rotating electrode as the rotor rotates. 12. The pulse high voltage power supply according to any one of claims (4) to (6), characterized in that the externally controlled high-speed switching element is a solid-state switching element. 13. The pulse high voltage power supply according to claim 12, wherein the solid state switch element is any one of a thyristor, a GTO, a FET and a transistor. 14. A pulsed high voltage power supply according to any one of claims (4) to (6), characterized in that the externally controlled high-speed switching element is an electron tube. 15. The device according to any one of claims (4) to (6), characterized in that the externally controlled high-speed switching element is a discharge tube having a trigger grid electrode. Pulse high voltage power supply. 16. A pulsed high voltage power supply according to claim 15, wherein said discharge tube is a hydrogen thyratron. 17. A pulse high voltage power supply according to any one of claims (1) to (16), characterized in that the charging impedance is a charging inductance element. 18. A pulse high voltage power supply according to any one of claims (1) to (16), characterized in that the charging impedance is a charging resistance element. 19. The pulsed high voltage power supply according to claim 17, wherein the charging inductance element is a variable inductance element. 20. The device according to any one of claims (17) and (19), wherein at least one of the charging inductance elements is connected in series with the charging direction of the capacitor by the DC high-voltage power supply as a conduction direction. A pulsed high voltage power supply featuring a diode element inserted. 21. The pulse high voltage power supply according to claim 18, wherein the charging resistance element is a variable resistance element. 22. The device according to any one of claims (1) to (21), wherein a charging current control element for the capacitor and the charging are provided by intervening between the capacitor string and the high voltage load. A pulsed high voltage power supply characterized by being inserted in a pulse voltage control element consisting of parallel connection of high-speed switching elements that allow only conduction of current in the direction opposite to the current. 23. The pulsed high voltage power supply according to claim 22, wherein the charging current control element is a variable resistance element. 24. The pulsed high voltage power supply according to claim 22, wherein the charging current control element is a variable inductance element. 25. The pulsed high voltage power supply according to claim 22, wherein the charging current control element is a solid-state element having a current control function. 26. A high-voltage pulse power supply according to any one of claims (22) to (25), characterized in that the high-speed switching element is a spark switch. 27. The pulse high voltage power supply according to claim 26, wherein the spark switch is a trigger type spark switch capable of externally triggering the start of the spark. 28. In the device according to any one of claims (1) to (27), a pulse output voltage control element composed of a charging current control element is inserted in series with at least one of the charging impedances. A pulsed high voltage power supply that is characterized. 29. The pulsed high voltage power supply according to claim 28, wherein the charging current control element is a solid-state element having a current control function. 30. The device according to any one of claims (1) to (29), wherein the DC voltage high-voltage power supply is used to intervene between the capacitor bank and the high-voltage load to Energy obtained by connecting a diode element whose conduction direction is the parallel charging direction and an inductance element in series, and connecting a high-speed switching element that allows only the conduction of a current in the direction opposite to the conduction direction of the diode element in parallel to the series connection element. A pulsed high voltage power supply characterized by inserting a recovery element. 31. A high-voltage pulse power supply according to claim 30, wherein said high-speed switch is a spark switch. 32. The device according to any one of claims (1) to (31), wherein a series discharge of the capacitor is provided in parallel with all the high speed switching devices including the externally controlled high speed switching device. A pulse high voltage power supply characterized in that a diode element having a reverse conduction direction is connected, and an inductance element is connected between at least one of the parallel connection elements and a capacitor connected to the parallel connection element. 33. The device according to any one of claims (1) to (31), wherein a series discharge of the capacitor is provided in parallel with all the high speed switching devices including the externally controlled high speed switching device. A pulse high voltage power supply characterized in that a diode element having a reverse conduction direction is connected, and an inductance element is connected in series to the diode element in at least one of the parallel connection elements.
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