JP2998213B2 - 電源装置の運転方法 - Google Patents

電源装置の運転方法

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JP2998213B2 JP2414323A JP41432390A JP2998213B2 JP 2998213 B2 JP2998213 B2 JP 2998213B2 JP 2414323 A JP2414323 A JP 2414323A JP 41432390 A JP41432390 A JP 41432390A JP 2998213 B2 JP2998213 B2 JP 2998213B2
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直也 江口
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子加速器用電磁
石電源のように負荷が高インダクタンスであり、この負
荷に対して低リプルで三角波状あるいは台形波状の電流
を供給する電源装置の運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図3は電子加速器用電源装置の従来例の
基本構成(制御回路は省略してある)を示しており、図
において1は順逆変換動作可能なサイリスタ整流器、
2,3は平滑フィルタを構成するリアクトル及びコンデ
ンサである。このフィルタコンデンサ3には直列にGT
Oサイリスタからなる両極性スイッチ5が接続されてい
る。また、電源装置の出力側には電磁石等の誘導性の負
荷4と、この負荷4に電流を供給する際にオンするサイ
リスタからなる起動用スイッチ6が接続されている。
【0003】この電源装置の基本動作を図4を参照しつ
つ説明する。なお、ここでは、負荷電流を繰り返し三角
波状に流すと仮定している。まず、出力リプルを抑制し
て電流を直線的に増加させる電流立ち上げ動作に先立
ち、整流器1は順変換動作を行なって正の電圧を出力す
る。このときスイッチ5はオンしており、フィルタコン
デンサ3は回路に接続された状態となっている。そし
て、図4の時刻t1における立ち上げ開始指令と共にス
イッチ6がオンし、負荷4にリプルの少ない立ち上げ電
流iLを供給する。その後、電流が所定値に達して立ち
上げが完了すると、時刻t2においてスイッチ5をオフ
し、フィルタコンデンサ3を回路から切り離した後、整
流器1をパルスシフトして逆変換運転させ、電流iL
立ち下げる。なお、一般に電流立ち下げ時には出力リプ
ルの規定はない。その後は、時刻t3 においてスイッチ
5をオン、スイッチ6をオフさせて整流器1の順変換動
作を開始し、続いて時刻t4の電流立ち上げ指令により
スイッチ6をオンさせて電流iLを立ち上げている。な
お、期間t1〜t2間の運転を便宜上、α運転、期間t2
〜t3間の運転をγ運転と呼ぶものとする。
【0004】このように、図3の電源装置ではスイッチ
5を整流器1の順逆変換に応じてオン・オフしている。
これにより、出力リプルの抑制が必要な電流立ち上げ
時、フラットトップ時に平滑フィルタがリプルの抑制機
能を果たし、リプル抑制が不要な電流立ち下げ時にはフ
ィルタコンデンサ3が切り離されるため、コンデンサ3
に逆電圧が加わることなく片極性のコンデンサを使用す
ることができる。また、電圧極性の変化によるコンデン
サ3の充放電が回避されるため、電流立ち上げ,立ち下
げ切り換え時の過渡現象が抑制されて出力電流の繰り返
し周波数を高めることが可能になっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前述のように図3の電
源装置では、運転サイクルにおいてフィルタコンデンサ
3を入切する両極性スイッチ5を図5に示すシーケンス
により運転しているが、この運転においてスイッチ5に
発生する過電圧が従来から問題になっている。以下この
点について、図6及び図7を参照しつつ説明する。な
お、図6は図3の回路をその機能に着目して簡略化して
描いたものである。図6において、電流立ち上げが完了
し、フィルタコンデンサ3の電流iCが零又は微小とな
っていない状態でスイッチ5をオフしようとすると、ス
イッチ5はリアクトル2及び負荷4に蓄えられたエネル
ギーを遮断するため、このときスイッチ5の両端に過電
圧が生じる。この様子を示すのが図7であり、時刻t11
においてスイッチ5にオフ指令を与えるとスイッチ5は
コンデンサ3の電流iCを遮断するが、このときリアク
トル2及び負荷4に流れる電流を急速に減少させるた
め、スイッチ5の両端電圧V5は、電流iCが零になる時
刻t12までの間、図のような過電圧状態となる。この過
電圧は遮断する電流iCに比例するため、もし遮断電流
が大きく、発生するピーク電圧(V1+ΔV)がスイッ
チ5の定格電圧を越えると、スイッチ5の破壊を引き起
こすおそれがあった。
【0006】このため、従来ではその対策として定格電
圧の高い両極性スイッチを用い、更に、図8に示すよう
にスイッチ5の両端に過電圧抑制用のコンデンサ等から
なる大容量のスナバ回路51を接続して対処していた。
しかるにこれらの対策は、電源装置のコストの上昇や大
形化を招く原因となっていた。第1及び第2の発明は上
記問題点を解決するためになされたもので、その目的と
するところは、装置コストの上昇や大形化等を招くこと
なくフィルタコンデンサの入切用スイッチの破壊を防止
し得ると共に、電源装置の異常を検出して迅速な保護動
作を可能にした電源装置の運転方法を提供することにあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、第1の発明は、フィルタコンデンサ入切用のスイッ
チを遮断する際に、まず、フィルタコンデンサの両端電
圧の一定制御を行ってコンデンサ電流を減少させると共
に、このコンデンサ電流を検出し、その値が所定レベル
以下になったことを確認した上で前記スイッチをオフす
るものである。
【0008】第2の発明は、コンデンサ電流の減少が一
定時間を経過しても確認できない場合には電源装置の異
常とみなして負荷短絡用スイッチをオンすることによ
り、電源装置の運転を停止して負荷等に対する保護動作
を行うものである。
【0009】
【作用】第1の発明によれば、電流立ち下げ動作時にま
ず電圧一定制御を行うため、フィルタコンデンサの電流
が減少する。この電流が所定値以下にならない限りコン
デンサ入切用のスイッチに許容値以上の電流を遮断させ
ないため、スイッチの両端に過電圧を発生させることは
ない。また、上述の如く、出力電圧一定制御を長時間行
うと出力電流が増加して過大となるおそれがあるが、第
2の発明ではこの時間を監視して、コンデンサ電流の減
少が所定時間を経過しても確認できない場合には電源装
置の異常とみなし、負荷短絡用スイッチをオンして保護
動作を行うため、負荷や電源装置等の各部に過電圧、過
電流が加わることなく安全に運転を行うことができる。
【0010】
【実施例】以下、図に沿って各発明の実施例を説明す
る。図1は第1及び第2の発明の一実施例が適用される
制御回路を電源装置と共に示したものである。同図の電
源装置において、図3と同様に1は順逆変換動作が可能
なサイリスタ整流器、2,3は平滑フィルタを構成する
リアクトル及びコンデンサ、4は電磁石等の誘導性負
荷、5はフィルタコンデンサ3に直列接続された、コン
デンサ3の入切用の両極性スイッチ、6は負荷4に電流
を供給する際にオンする片極性の起動用スイッチであ
る。更に、7は保護用の負荷短絡用スイッチである。
【0011】一方、制御回路としては、整流器1の電圧
制御を行うための出力電圧(VC)検出器12と、電圧
調節器22と、点弧角調節器23とからなる従来の電圧
制御系に対し、出力電圧設定値V*を一定期間固定する
ためのラッチ等の保持回路21と、スイッチ5のオフ期
間をカウントするタイマ24と、コンデンサ電流iC
検出するための電流検出器11と、コンデンサ電流iC
を整流する検出用整流器26と、コンデンサ電流iC
零判定レベルを設定する設定器25と、検出用整流器2
6の出力及び設定器25の出力を比較判定するコンパレ
ータ27と、電流立ち下げ指令及びコンパレータ27の
出力が加えられるAND回路30と、その出力及びタイ
マ24の出力が加えられて点弧角調節器23に対し整流
器1のパルスシフト指令を出力するOR回路28と、タ
イマ24の出力の論理を反転するNOT回路29と、そ
の出力及びAND回路30の出力が加えられるAND回
路31とからなっている。なお、タイマ24の出力はス
イッチ7のオン指令、AND回路31の出力はスイッチ
5のオフ指令として用いられる。
【0012】この実施例では、以上の構成により電流立
ち下げ動作を行わせるものであり、この動作を図2のフ
ローチャートに従って説明する。つまり、電流の立ち上
げが完了して電流立ち下げ指令を受けると、まず保持回
路21により出力電圧設定値V*(=VC)を固定して出
力電圧一定制御を行う(図2S1)。これにより、フィ
ルタコンデンサ3の両端電圧VCが一定となるためコン
デンサ電流iCは零にしぼられることになる。このコン
デンサ電流iCは電流検出器11と検出用整流器26に
よってその絶対値が検出され、設定器25により設定さ
れた零判定レベルiCmin以下であるか否かがコンパレー
タ27によって比較される(S2)。
【0013】そして、電流立ち下げ指令中に零と判定さ
れると、AND回路30,31を介してスイッチ5をオ
フさせ(S3)、OR回路28を介して整流器1をパル
スシフトして逆変換動作に移行させる(S4)。この
後、実際に電流iLが立ち下がることになる。また、立
ち下げ指令を受けた時点から、タイマ24によりスイッ
チ5のオフ時間tをカウントし、所定時間(tmax)内
にコンデンサ電流iCの零が検出されない場合は(S
2,S5)、電源装置の異常とみなして負荷短絡用スイ
ッチ7をオンさせ(S6)、保護停止動作に移行する。
このような運転方法をとることにより、電流立ち下げ時
にコンデンサ電流が充分に減少していない状態でスイッ
チ5をオフしてしまうことがなくなり、スイッチ5の破
壊を未然に防止することができる。
【0014】なお、本発明は、負荷4に対して台形波状
の電流を供給する場合や、電磁石に限らず種々の導電性
負荷に電流を供給する電源装置に対しても適用可能であ
る。
【0015】
【発明の効果】以上のように第1の発明によれば、フィ
ルタコンデンサの電流が十分に小さくなったことを検出
してからコンデンサ入切用のスイッチをオフするため、
上記電流に起因する過電圧がスイッチに加わることがな
い。従って、このスイッチに高耐圧のデバイスを用いた
り、また過電圧抑制用の大容量スナバ回路を付加するこ
となく電流の立ち下げや装置の停止を安全に行うことが
できる。これにより、コストの上昇や大形化を招くこと
なく電源装置の信頼性を高めることができる。
【0016】第2の発明によれば、電源装置の異常を自
動的に検出して保護停止動作に移行することができ、重
大事故の発生を未然に防止して信頼性の高い電源装置を
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1及び第2の発明の一実施例が適用される電
源装置及び制御回路の回路図である。
【図2】第1及び第2の発明の一実施例の運転制御動作
を示す電流立ち下げ時のフローチャートである。
【図3】従来例を示す電源装置の回路図である。
【図4】図3の電源装置の各部の動作波形図である。
【図5】図3の電源装置による電流立ち下げ時のフロー
チャートである。
【図6】図3を簡略化した回路図である。
【図7】図6におけるフィルタコンデンサの入切用スイ
ッチのオフ時の電流、電圧波形図である。
【図8】図6におけるスイッチに接続される過電圧抑制
用スナバ回路の回路図である。
【符号の説明】
1 サイリスタ整流器 2 リアクトル 3 フィルタコンデンサ 4 負荷 5 フィルタコンデンサの入切用スイッチ 6 起動用スイッチ 7 負荷短絡用スイッチ 11 電流検出器 12 電圧検出器 21 保持回路 22 電圧調節器 23 点弧角調節器 24 タイマ 25 設定器 26 検出用整流器 27 コンパレータ 28 OR回路 29 NOT回路 30,31 AND回路

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 整流器と、その出力側に接続されたリア
    クトル及びフィルタコンデンサからなる平滑フィルタ
    と、前記フィルタコンデンサに直列に接続されて前記整
    流器の順変換動作時にオンし、逆変換動作時にオフする
    両極性スイッチとを備え、出力電圧制御により誘導性負
    荷に三角波状あるいは台形波状の直流電流を供給する電
    源装置において、前記直流電流の立ち下げ時であって前
    記両極性スイッチをオフさせる前に出力電圧を一定値に
    制御して前記フィルタコンデンサに流れる電流を減少さ
    せ、当該電流が所定レベル以下になったことを確認した
    後に前記両極性スイッチをオフさせることを特徴とする
    電源装置の運転方法。
  2. 【請求項2】 整流器と、その出力側に接続されたリア
    クトル及びフィルタコンデンサからなる平滑フィルタ
    と、前記フィルタコンデンサに直列に接続されて前記整
    流器の順変換動作時にオンし、逆変換動作時にオフする
    両極性スイッチとを備え、出力電圧制御により誘導性負
    荷に三角波状あるいは台形波状の直流電流を供給する電
    源装置において、前記直流電流の立ち下げ時であって前
    記両極性スイッチをオフさせる前に出力電圧を一定値に
    制御して前記フィルタコンデンサに流れる電流を減少さ
    せ、当該電流が一定時間内に所定レベル以下にならない
    場合には、電源装置の異常とみなして前記誘導性負荷両
    端に接続された負荷短絡用スイッチをオンさせて電源装
    置の運転を停止させることを特徴とする電源装置の運転
    方法。
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JP5754570B2 (ja) * 2012-02-21 2015-07-29 ニチコン株式会社 パルス電源
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