JP3292562B2 - 直流高電圧発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主に電力設備の試験用
に用いられる直流高電圧発生装置であって、別個に周波
数特性の良い抵抗分圧器などの出力電圧観測手段を用い
ない場合にも、周波数特性が良好で精度の高い出力電圧
の測定ができる直流高電圧発生装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の直流高電圧発生装置では、出力電
圧の測定手段を該装置に内蔵する場合には通常抵抗器を
用いた抵抗分圧器方式が採用されてきた。しかし、直流
高電圧発生時は連続的に電流を流すことになるので、消
費電力を抑え発熱による温度上昇を制限するため、測定
精度の確保できる範囲内で抵抗分圧器の電流を小さくす
るように１００ＭΩ程度以上の高抵抗の抵抗器が用いら
れている。

【０００３】この抵抗分圧器には、高電圧発生部や周囲
大地電位に対する浮遊静電容量が存在し、抵抗分圧器の
形状や寸法によってその値は数十ｐＦ以上となる。抵抗
分圧器としての応答時間は概略この抵抗値と浮遊静電容
量値を乗じた時定数で考えることができ、例えば各々１
０００ＭΩと１００ｐＦの場合の時定数は０．１秒とな
る。０．１秒という応答時間は６０Ｈｚの商用周波の周
期０．０１６７秒に比べて６倍であり、このことから直
流高電圧発生装置の特性として重要な出力電圧に現れる
商用周波のリプル成分の測定は、通常の抵抗分圧器によ
る測定では困難であった。

【０００４】抵抗分圧器の抵抗値を下げれば時定数は小
さくなり、商用周波リプル成分の測定が可能となるが、
抵抗分圧器での消費電力が大きくなってしまい、例えば
２０ＭΩとすると出力電圧８００ｋＶの時３２ｋＷもの
消費電力となってしまう。また抵抗分圧器に流れる電流
により出力電圧が低下し、リプル成分も大きくなるとい
う悪影響があり、抵抗分圧器の抵抗値を下げる方法は現
実的でない。

【０００５】従来の直流高電圧発生装置においては、リ
プル電圧の測定は上述の理由からコンデンサ分圧器や、
結合コンデンサのような別個の測定器が必要であった
が、これらの測定器は特に５００ｋＶを超える電圧でそ
の構造が大規模になり、またコストも直流高電圧発生装
置本体に匹敵するなど高額となって実現性はほど遠い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】発明が解決しようとす
る課題は、直流高電圧発生装置内蔵の抵抗分圧器では商
用周波のリプルの測定が困難であるという点である。す
なわち、上記のような理由から、従来の抵抗分圧方式の
出力電圧測定法では、出力電圧に含まれる商用周波リプ
ルのような微細な電圧変化を忠実に測定することができ
ず、そのためには従来方式の欠点であった抵抗分圧方式
の電圧測定回路が有する長時定数であることの弊害と、
また抵抗分圧器の抵抗値を減じた場合に於ける過大電力
損失発生の何れにも影響されない新たな測定技術を必要
とした。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、直流高電圧発
生装置の出力電圧測定の高速応答化を図ることが狙いで
あり、高電圧発生回路の出力電圧を直接測定することな
く、出力電圧が低く、かつ回路インピーダンスが低い上
記直流高電圧発生装置を縮小した直流高電圧発生モニタ
回路を別個に設けて、上記直流高電圧発生装置に付加し
て間接的に該装置の出力電圧を測定する手段を講じたも
のである。

【０００８】また、上記直流高電圧発生装置の電源は、
直流高電圧発生回路と該回路を縮小した直流高電圧発生
モニタ回路に供給する電源変圧器を共通化した回路構成
としたもので、すなわち、直流高電圧発生回路の出力低
圧側端子に、該直流高電圧発生回路と同一もしくは、同
回路の少なくとも１つの回路部分と同一の回路構成要件
を備えた、上記直流高電圧発生回路より低電圧，低イン
ピーダンスである直流高電圧発生モニタ回路を直列接続
し、かつ上記両回路は１次側を共有する電源変圧器を有
し、該変圧器の２次側巻線の巻数比が直流高電圧発生回
路と直流高電圧発生モニタ回路のインピーダンス比に略
等価であることを特徴とする直流高電圧発生装置であ
る。

【０００９】

【作用】本発明の直流高電圧発生モニタ回路は、電圧お
よび回路インピーダンスが低く、抵抗値の小さい抵抗分
圧器が使用できる。すなわち、低抵抗値の抵抗分圧器は
浮遊容量が小さく測定回路の時定数が小さいので測定応
答速度が速くかつ周波数特性が良好である。その結果、
出力電圧に含まれるリプル成分による微細な電圧変動も
忠実かつ高精度に計測することができる。

【００１０】同一変圧器から、直流高電圧発生回路と直
流高電圧発生モニタ回路とに回路インピーダンスに比例
した交流電圧を供給し、さらに上記直流高電圧発生回路
と直流高電圧発生モニタ回路を直列接続して負荷電流を
同一にすると、上記両者の電圧変動比を一致させること
ができる。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明の直流高電圧発生装置の一実
施例の回路図で、１は直流高電圧発生回路、２は直流高
電圧発生モニタ回路、３は直流高電圧発生回路のコンデ
ンサ、４は直流高電圧発生モニタ回路のコンデンサ、５
は直流高電圧発生回路の出力低圧側端子、６は直流高電
圧発生モニタ回路の抵抗分圧器の高圧側抵抗器、７は直
流高電圧発生モニタ回路の抵抗分圧器の低圧側抵抗器、
８は直流高電圧発生モニタ回路の抵抗分圧器の電圧測定
端子、９は直流高電圧発生装置の負荷、１０は電源変圧
器の２次巻線で直流高電圧発生回路用巻線、１１は電源
変圧器の２次巻線で直流高電圧発生モニタ回路用巻線、
１２は電源変圧器の１次巻線、１３は直流高電圧発生回
路のダイオード、１４は直流高電圧発生モニタ回路のダ
イオードである。直流高電圧発生回路１および直流高電
圧発生モニタ回路２は、それぞれコッククロフト・ウォ
ルトン回路と呼ばれる多段倍電圧整流回路を構成してい
る。

【００１２】本実施例の直流高電圧発生装置の定格出力
電圧は−８００ｋＶ、そのときの定格出力電流値は２０
ｍＡで、直流高電圧発生回路のコンデンサ３の定格電圧
はＤＣ３５０ｋＶ、静電容量値は０．２μＦである。ま
た、直流高電圧発生モニタ回路２の定格出力電圧は−８
００Ｖ、直流高電圧発生モニタ回路のコンデンサ４の定
格電圧はＡＣ４４０Ｖ、静電容量値は２００μＦであ
る。電源変圧器の２次巻線１０の定格電圧は１１０ｋ
Ｖ、電源変圧器の２次巻線１１の定格電圧は１１０Ｖで
ある。

【００１３】コンデンサ回路のインピーダンスはコンデ
ンサの静電容量の逆数に比例するので、上述の回路定数
から直流高電圧発生モニタ回路２は直流高電圧発生回路
１の０．００１倍のインピーダンスと電圧定格を有して
いる。また直流高電圧発生回路１に給電する電源変圧器
の２次巻線１０と直流高電圧発生モニタ回路２に給電す
る電源変圧器の２次巻線１１とはその電圧比が１００
０：１であり、従って巻数比も１０００：１となってお
り、この比の値は、直流高電圧発生回路１と直流高電圧
発生モニタ回路２のインピーダンスの比の値に一致して
いる。

【００１４】コッククロフト・ウォルトン回路の出力電
圧Ｖｏは数式１によって表されることがわかっている。

【００１５】

【数１】

【００１６】上記の数式１において、ｎはコッククロフ
ト・ウォルトン回路の段数であり、本例ではｎ＝３、Ｅ
は電源変圧器からの供給電圧の波高値、ｉは直流出力電
流値、ｆは交流電源の周波数、Ｃはコンデンサの静電容
量値である。

【００１７】コッククロフト・ウォルトン回路の段数ｎ
および交流電源の周波数ｆが一定という条件で数式１に
ついて考察する。まず、右辺第１項は無負荷時の出力電
圧を表し、電源変圧器からの供給電圧の波高値に比例す
る。また、右辺第２項は、直流出力電流を負荷に流すと
きの電圧降下分を示しており、直流出力電流値ｉが同一
の場合にはコンデンサの静電容量に反比例しており、コ
ンデンサを回路インピーダンスとしてみればインピーダ
ンス値に比例していることがわかる。従って本実施例で
は、直流高電圧発生回路と直流高電圧発生モニタ回路と
の出力電圧を比較すると、無負荷電圧で１０００：１、
また電圧降下分でも１０００：１と、電流は共通で電圧
だけを０．００１倍した相似の関係にある。このことか
ら、直流高電圧発生モニタ回路の電圧を測定することに
より間接的に直流高電圧発生回路の電圧測定ができるこ
とがわかる。

【００１８】本実施例で直流高電圧発生モニタ回路の抵
抗分圧器の高圧側抵抗器６の抵抗値は１ＭΩ、直流高電
圧発生モニタ回路分圧器の低圧側抵抗器７の抵抗値は１
ｋΩとしている。この直流高電圧発生モニタ回路分圧器
には、該直流高電圧発生モニタ回路２の定格電圧−８０
０Ｖの出力時に約０．８ｍＡの電流が流れる。この電流
は直流高電圧発生回路１には流れないため電圧降下の割
合に差が生じ、直流高電圧発生回路の出力電圧の測定上
の誤差となるが、その値は直流高電圧発生モニタ回路に
ついて数式１の右辺第２項を計算した値で約１．６Ｖと
小さく、８００Ｖに対しては０．２％に過ぎず、実用上
無視し得る値である。この誤差を打ち消すために直流高
電圧発生回路の高圧側出力端子と低圧側出力端子の間に
インピーダンス比を合わせて１０００ＭΩの補正用抵抗
器を設ける方法があり、またこの抵抗器に流れる電流か
ら直流高電圧発生回路の直流出力電圧を直接計測するこ
ともできる。

【００１９】ここで、直流高電圧発生モニタ回路の抵抗
分圧器の応答時間について考えてみると、直流高電圧発
生モニタ回路の高圧側抵抗器６の浮遊静電容量が１００
ｐＦであっても、抵抗値との乗算結果である時定数は
０．１ｍｓとなり、この応答時間は６０Ｈｚの商用周波
の周期１６．７ｍｓに比べて十分短かく、直流高電圧発
生装置の特性として重要な出力電圧に現れる商用周波の
リプル成分を計測することができる。

【００２０】また、本発明の直流高電圧発生モニタ回路
法においては、上記直流高電圧発生モニタ回路の回路イ
ンピーダンスは、直流高電圧発生回路の回路インピーダ
ンスの０．５倍以下の値とすることが、本発明の電圧計
測法の目的からして好ましい条件である。

【００２１】なお、図２は従来の直流高電圧発生装置
で、高電圧出力の負荷端子に高抵抗分圧器を直接並列接
続して出力電圧測定を行うようにした一例である。

【００２２】

【発明の効果】本発明の直流高電圧発生モニタ回路によ
る間接電圧測定法によれば、直流高電圧発生装置の出力
電圧を安全かつ簡単に極めて高精度に測定できるように
なった。

【００２３】すなわち、本発明の直流高電圧発生装置
は、直流高電圧発生回路の出力低圧側端子に、電圧とイ
ンピーダンスとが相似な直流高電圧発生モニタ回路を直
列接続して、この直流高電圧発生モニタ回路の電圧を測
定することによって間接的に高電圧出力回路の電圧を測
定することを可能としたものである。

【００２４】上記の結果、高電圧出力回路に高価な高電
圧用コンデンサ分圧器や、結合コンデンサを用いること
なく、リプル電圧を含む直流高電圧発生装置の出力電圧
の微細な変化をも高精度に計測し、しかもその操作にお
いては高電圧の危険性もなく、安全かつ簡単な取扱いで
測定できるようにした。

【００２５】また、本発明による直流高電圧発生回路の
電圧測定法は、電圧計測の応答速度が速く、かつ周波数
特性が良好であるため、特にフィードバック制御を用い
た安定化直流高電圧発生装置の制御精度を著しく向上さ
せることを可能とした。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の直流高電圧発生装置の一実施例の回路
図である。

【図２】従来の直流高電圧発生装置の一例を示す回路図
である。

【符号の説明】

１ 直流高電圧発生回路 ２ 直流高電圧発生モニタ回路 ３ 直流高電圧発生回路のコンデンサ ４ 直流高電圧発生モニタ回路のコンデンサ ５ 直流高電圧発生回路の出力低圧側端子 ６ 直流高電圧発生モニタ回路の抵抗分圧器の高圧側抵
抗器 ７ 直流高電圧発生モニタ回路の抵抗分圧器の低圧側抵
抗器 ８ 直流高電圧発生モニタ回路の抵抗分圧器の電圧測定
端子 ９ 直流高電圧発生装置の負荷 １０ 電源変圧器の２次巻線で直流高電圧発生回路用巻
線 １１ 電源変圧器の２次巻線で直流高電圧発生モニタ回
路用巻線 １２ 電源変圧器の１次巻線 １３ 直流高電圧発生回路のダイオード １４ 直流高電圧発生モニタ回路のダイード ２１ 電源変圧器 ２２ 直流高電圧発生回路のコンデンサ ２３ 直流高電圧発生回路のダイオード ２４ 負荷 ２５ 低圧側端子 ２６ 直流高電圧発生回路の抵抗分圧器の高圧側抵抗器 ２７ 直流高電圧発生回路の抵抗分圧器の低圧側抵抗器 ２８ 電圧測定端子

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 7/10 H02M 3/28 H02M 9/06

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流高電圧発生回路の出力低圧側端子
   に、該直流高電圧発生回路と同一もしくは、該回路の少
   なくとも１つの回路部分と同一の回路構成要件を備え
   た、上記直流高電圧発生回路より低電圧，低インピーダ
   ンスである直流高電圧発生モニタ回路を直列接続し、か
   つ上記両回路は１次側を共有する電源変圧器を有し、該
   変圧器の２次側巻線の巻数比が直流高電圧発生回路と直
   流高電圧発生モニタ回路のインピーダンス比に略等価で
   あることを特徴とする直流高電圧発生装置。