JP3413785B2 - 放電プラズマ発生用交流高圧電源装置 - Google Patents
放電プラズマ発生用交流高圧電源装置Info
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- JP3413785B2 JP3413785B2 JP05431596A JP5431596A JP3413785B2 JP 3413785 B2 JP3413785 B2 JP 3413785B2 JP 05431596 A JP05431596 A JP 05431596A JP 5431596 A JP5431596 A JP 5431596A JP 3413785 B2 JP3413785 B2 JP 3413785B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は放電プラズマ発生用
交流高圧電源装置に係り、特に放電によりプラズマを発
生し、このプラズマで有害ガスを分解する処理装置の交
流高圧電源装置に関する。
交流高圧電源装置に係り、特に放電によりプラズマを発
生し、このプラズマで有害ガスを分解する処理装置の交
流高圧電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、電子ビーム照射や放電により発生
させたプラズマによる化学反応を用いて、ガス状の汚染
物質の浄化方法が検討されている。電子ビームをガス状
の汚染物質の浄化に用いる方法はすでに実用化されてい
るが、プラズマ発生設備が高価であり、より低コストで
実現可能性がある放電プラズマによるガス浄化法が有望
視されている。これはリアクタの内部に放電によりプラ
ズマを生成し、ここでガス状汚染物質を通して分解した
り、更に分解してできるラジカルに外部から添加物を注
入してエアロゾル状の反応生成物に転換し、その後、電
気集塵装置などのセパレータで除去する方法である。
させたプラズマによる化学反応を用いて、ガス状の汚染
物質の浄化方法が検討されている。電子ビームをガス状
の汚染物質の浄化に用いる方法はすでに実用化されてい
るが、プラズマ発生設備が高価であり、より低コストで
実現可能性がある放電プラズマによるガス浄化法が有望
視されている。これはリアクタの内部に放電によりプラ
ズマを生成し、ここでガス状汚染物質を通して分解した
り、更に分解してできるラジカルに外部から添加物を注
入してエアロゾル状の反応生成物に転換し、その後、電
気集塵装置などのセパレータで除去する方法である。
【０００３】放電プラズマの発生法にはリアクタに設け
た電極に交流高電圧を印加する方法がある。図４はリア
クタに設けた電極に交流高電圧を印加する電源装置の従
来例を示した構成図である。同図に示すように、交流高
電圧の発生方法は、商用の交流電源１０を整流器４１と
平滑コンデンサ４２によって整流・平滑して直流電圧を
作り、次に高周波インバータ４３で昇圧して目的の周波
数の交流電圧に変換し（数ｋＨｚから数十ｋＨｚ）、更
に、変圧器４４で昇圧して交流高電圧を作りリアクタ３
０に印加している。
た電極に交流高電圧を印加する方法がある。図４はリア
クタに設けた電極に交流高電圧を印加する電源装置の従
来例を示した構成図である。同図に示すように、交流高
電圧の発生方法は、商用の交流電源１０を整流器４１と
平滑コンデンサ４２によって整流・平滑して直流電圧を
作り、次に高周波インバータ４３で昇圧して目的の周波
数の交流電圧に変換し（数ｋＨｚから数十ｋＨｚ）、更
に、変圧器４４で昇圧して交流高電圧を作りリアクタ３
０に印加している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リアク
タに交流高電圧を印加する方法は次のような欠点をもっ
ている。即ち、電圧を印加するリアクタの電極間には静
電容量が存在するため、交流電圧を印加すると放電に関
与しない無効電力が発生する。この無効電力は用いる周
波数に比例し、放電電力の数十倍から百倍以上になる。
タに交流高電圧を印加する方法は次のような欠点をもっ
ている。即ち、電圧を印加するリアクタの電極間には静
電容量が存在するため、交流電圧を印加すると放電に関
与しない無効電力が発生する。この無効電力は用いる周
波数に比例し、放電電力の数十倍から百倍以上になる。
【０００５】また、周波数が高いことから、フェライト
等の高い周波数でも損失の少ない高価な材料をコアに使
う必要があった。しかし、この材料は飽和磁束密度が低
く、高電圧で用いるには、磁気飽和現象を避けるため、
コアを大きくする必要があり、装置の大型化とコスト高
になる欠点があった。本発明はこのような事情に鑑みて
なされたもので、リアクタに周波数の高い交流電圧を印
加することにより発生する大きな無効電力を削減し、電
源装置の規模縮小を図る放電プラズマ発生用交流高圧電
源装置を提供することを目的とする。
等の高い周波数でも損失の少ない高価な材料をコアに使
う必要があった。しかし、この材料は飽和磁束密度が低
く、高電圧で用いるには、磁気飽和現象を避けるため、
コアを大きくする必要があり、装置の大型化とコスト高
になる欠点があった。本発明はこのような事情に鑑みて
なされたもので、リアクタに周波数の高い交流電圧を印
加することにより発生する大きな無効電力を削減し、電
源装置の規模縮小を図る放電プラズマ発生用交流高圧電
源装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、リアクタの電極間に交流電圧を印加して、
前記リアクタ内に放電プラズマを発生させる放電プラズ
マ発生用交流高圧電源装置において、前記リアクタに誘
導性のリアクタンス成分を有する回路素子を直列に接続
して直列共振回路を構成し、前記リアクタの容量性のリ
アクタンス成分を前記回路素子の誘導性のリアクタンス
成分によって相殺するようにしたことを特徴としてい
る。
するために、リアクタの電極間に交流電圧を印加して、
前記リアクタ内に放電プラズマを発生させる放電プラズ
マ発生用交流高圧電源装置において、前記リアクタに誘
導性のリアクタンス成分を有する回路素子を直列に接続
して直列共振回路を構成し、前記リアクタの容量性のリ
アクタンス成分を前記回路素子の誘導性のリアクタンス
成分によって相殺するようにしたことを特徴としてい
る。
【０００７】本発明によれば、リアクタの容量性のリア
クタンス成分をリアクタに接続した回路素子の誘導性の
リアクタンスで相殺し、電源装置から無効電力が供給さ
れないようにする。これにより、電源装置の規模縮小が
図れる。
クタンス成分をリアクタに接続した回路素子の誘導性の
リアクタンスで相殺し、電源装置から無効電力が供給さ
れないようにする。これにより、電源装置の規模縮小が
図れる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係
る放電プラズマ発生用交流高圧電源装置の好ましい実施
の形態を詳説する。図１は本発明に係る放電プラズマ発
生用交流高圧電源装置の第１の実施の形態を示した構成
図である。
る放電プラズマ発生用交流高圧電源装置の好ましい実施
の形態を詳説する。図１は本発明に係る放電プラズマ発
生用交流高圧電源装置の第１の実施の形態を示した構成
図である。
【０００９】同図に示すように放電プラズマ発生用交流
高圧電源装置は商用の交流電源１０から整流器１１と平
滑用コンデンサ１２により直流電圧を生成し、高周波イ
ンバータ１３により所望の周波数の交流電圧に変換する
回路と、負荷のリアクタ３０とコイルからなるインダク
タンス２０が直列に接続された回路とからなる。リアク
タ３０とインダクタンス２０の共振周波数とリアクタ３
０の電極に印加する電圧は、実験により得られた有害ガ
スの分解効率のデータに基づいて最適値に合うように設
定するが、この共振周波数はインダクタンス２０のコイ
ルの巻数や大きさを適当に選ぶことにより設定する。又
は、同図の破線で示したようにリアクタ３０に並列にコ
ンデンサ３１を接続して設定することもできる。
高圧電源装置は商用の交流電源１０から整流器１１と平
滑用コンデンサ１２により直流電圧を生成し、高周波イ
ンバータ１３により所望の周波数の交流電圧に変換する
回路と、負荷のリアクタ３０とコイルからなるインダク
タンス２０が直列に接続された回路とからなる。リアク
タ３０とインダクタンス２０の共振周波数とリアクタ３
０の電極に印加する電圧は、実験により得られた有害ガ
スの分解効率のデータに基づいて最適値に合うように設
定するが、この共振周波数はインダクタンス２０のコイ
ルの巻数や大きさを適当に選ぶことにより設定する。又
は、同図の破線で示したようにリアクタ３０に並列にコ
ンデンサ３１を接続して設定することもできる。
【００１０】そして、高周波インバータ１３の出力の周
波数は、リアクタ３０とインダクタンス２０の共振周波
数に合致させる。リアクタ３０の電極に印加する電圧
は、平滑用コンデンサ１２の充電電圧を調整して所望の
値に設定する。次に、上記放電プラズマ発生用交流高圧
電源装置の作用について説明する。
波数は、リアクタ３０とインダクタンス２０の共振周波
数に合致させる。リアクタ３０の電極に印加する電圧
は、平滑用コンデンサ１２の充電電圧を調整して所望の
値に設定する。次に、上記放電プラズマ発生用交流高圧
電源装置の作用について説明する。
【００１１】前述したようにリアクタ３０に交流電圧を
印加した場合、放電で流れる有効電力の他に、静電容量
を通して流れる電流によって生じる大きな無効電力が発
生する。このことは、リアクタ３０が、放電電力（有効
電力）を生じる抵抗Ｒと無効電力を生じるコンデンサＣ
の並列回路で等価的に表され、コンデンサのリアクタン
スＸC ＝１／（２πｆＣ）と抵抗Ｒの比Ｑ＝Ｒ／Ｘ
C （Ｑ値）が数十から百以上の大きな値となることに起
因する。
印加した場合、放電で流れる有効電力の他に、静電容量
を通して流れる電流によって生じる大きな無効電力が発
生する。このことは、リアクタ３０が、放電電力（有効
電力）を生じる抵抗Ｒと無効電力を生じるコンデンサＣ
の並列回路で等価的に表され、コンデンサのリアクタン
スＸC ＝１／（２πｆＣ）と抵抗Ｒの比Ｑ＝Ｒ／Ｘ
C （Ｑ値）が数十から百以上の大きな値となることに起
因する。
【００１２】従って、このリアクタ３０に直列にインダ
クタンス２０を接続して直列共振回路を構成し、この直
列共振回路を共振させるようにしたことにより、直列共
振回路のリアクタンス成分が相殺され、純抵抗Ｒ／（Ｑ
2 ＋１）が高周波インバータ１３に接続されたのと等価
になり、無効電力が零となる。また、リアクタ３０に直
列にインダクタンス２０を接続して直列共振回路を構成
しているため、この直列共振回路を励振する交流電圧に
対してリアクタ３０にはＱ倍の高電圧が発生する。
クタンス２０を接続して直列共振回路を構成し、この直
列共振回路を共振させるようにしたことにより、直列共
振回路のリアクタンス成分が相殺され、純抵抗Ｒ／（Ｑ
2 ＋１）が高周波インバータ１３に接続されたのと等価
になり、無効電力が零となる。また、リアクタ３０に直
列にインダクタンス２０を接続して直列共振回路を構成
しているため、この直列共振回路を励振する交流電圧に
対してリアクタ３０にはＱ倍の高電圧が発生する。
【００１３】例えば、高周波インバータ１３の出力電圧
を２００Ｖとすると、リアクタ３０には放電に十分な約
１０ｋＶの電圧が印加されることになる。図２は、上記
放電プラズマ発生用交流高圧電源装置の第２の実施の形
態を示した構成図である。尚、図１の部材と同一部材に
は同一番号を記す。同図に示すように上記第１の実施の
形態において、高周波インバータ１３の後に昇圧用の変
圧器３４を介してリアクタ３０とインダクタンス２０と
の直列共振回路を駆動する。直列共振による電圧の倍率
は上述したように数十から百程度であり、更に高電圧が
必要な場合に同電源装置を使用する。
を２００Ｖとすると、リアクタ３０には放電に十分な約
１０ｋＶの電圧が印加されることになる。図２は、上記
放電プラズマ発生用交流高圧電源装置の第２の実施の形
態を示した構成図である。尚、図１の部材と同一部材に
は同一番号を記す。同図に示すように上記第１の実施の
形態において、高周波インバータ１３の後に昇圧用の変
圧器３４を介してリアクタ３０とインダクタンス２０と
の直列共振回路を駆動する。直列共振による電圧の倍率
は上述したように数十から百程度であり、更に高電圧が
必要な場合に同電源装置を使用する。
【００１４】この第２の実施の形態によれば、直列共振
だけでは十分昇圧できない分を変圧器３４で補助するも
ので、変圧器の昇圧比は小さく出力は低電圧である。こ
の場合も無効電力は無いので小型の変圧器で実施するこ
とができ、従来のものより小コスト化できる。図３は、
上記放電プラズマ発生用交流高圧電源装置の第３の実施
の形態を示した構成図である。尚、図１の部材と同一部
材には同一番号を記す。
だけでは十分昇圧できない分を変圧器３４で補助するも
ので、変圧器の昇圧比は小さく出力は低電圧である。こ
の場合も無効電力は無いので小型の変圧器で実施するこ
とができ、従来のものより小コスト化できる。図３は、
上記放電プラズマ発生用交流高圧電源装置の第３の実施
の形態を示した構成図である。尚、図１の部材と同一部
材には同一番号を記す。
【００１５】同図に示す第３の実施の形態では、交流電
圧計測器１４によって直列共振回路に印加する交流電圧
（の位相）を検出するとともに、交流電流計測器１５に
よって直列共振回路に流れる交流電流（の位相）を検出
し、計測器１４、１５によって検出された両者の位相差
を位相差検出器１６によって検出する。そして、この位
相差をインバータ出力周波数制御回路１７に入力し、交
流電流の位相が進んでいればインバータの出力周波数を
上昇させ、逆に、交流電流の位相が遅れていればインバ
ータの出力周波数を下降させるようにしている。
圧計測器１４によって直列共振回路に印加する交流電圧
（の位相）を検出するとともに、交流電流計測器１５に
よって直列共振回路に流れる交流電流（の位相）を検出
し、計測器１４、１５によって検出された両者の位相差
を位相差検出器１６によって検出する。そして、この位
相差をインバータ出力周波数制御回路１７に入力し、交
流電流の位相が進んでいればインバータの出力周波数を
上昇させ、逆に、交流電流の位相が遅れていればインバ
ータの出力周波数を下降させるようにしている。
【００１６】この第３の実施の形態によれば、何らかの
原因により直列共振回路の共振周波数が変化した場合で
も自動的に高周波インバータ１３の出力周波数を調整
し、常に共振状態を保つことができるようになる。例え
ば、リアクタ３０内のガス濃度変化、ガスの種類の変
化、又は温度によるリアクタ３０の寸法の変化等で共振
周波数が変化しても、これによって共振点で動作するこ
とが補償される。
原因により直列共振回路の共振周波数が変化した場合で
も自動的に高周波インバータ１３の出力周波数を調整
し、常に共振状態を保つことができるようになる。例え
ば、リアクタ３０内のガス濃度変化、ガスの種類の変
化、又は温度によるリアクタ３０の寸法の変化等で共振
周波数が変化しても、これによって共振点で動作するこ
とが補償される。
【００１７】尚、上記第３の実施の形態では直列共振回
路の共振点が外れた場合、電圧と電流に位相差が生じる
ことを検出して、位相差が零になるように制御するよう
にしていたが、共振点が外れた場合、無効電力も発生す
るため、これを検出して零になるように高周波インバー
タ１３の出力周波数を調整するようにしてもよい。ま
た、共振状態では、直列共振回路は純抵抗に見えるた
め、力率は１であるが、共振点を外れると力率は１より
小さくなるため、この力率を検出して高周波インバータ
１３の出力周波数を調整し、力率が１になるように制御
してもよい。
路の共振点が外れた場合、電圧と電流に位相差が生じる
ことを検出して、位相差が零になるように制御するよう
にしていたが、共振点が外れた場合、無効電力も発生す
るため、これを検出して零になるように高周波インバー
タ１３の出力周波数を調整するようにしてもよい。ま
た、共振状態では、直列共振回路は純抵抗に見えるた
め、力率は１であるが、共振点を外れると力率は１より
小さくなるため、この力率を検出して高周波インバータ
１３の出力周波数を調整し、力率が１になるように制御
してもよい。
【００１８】以上説明した実施の形態では、リアクタ３
０に直列にインダクタンス２０を接続していたが、リア
クタ３０に並列にインダクタンス２０を接続しても無効
電力を無くすことが可能である。
０に直列にインダクタンス２０を接続していたが、リア
クタ３０に並列にインダクタンス２０を接続しても無効
電力を無くすことが可能である。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る放電プ
ラズマ発生用交流高圧電源装置によれば、リアクタの容
量性のリアクタンス成分をリアクタに接続した回路素子
の誘導性のリアクタンス成分で相殺するようにしたた
め、電源装置からリアクタに無効電力が供給されなくな
り、大形で高価な変圧器を用いることなく、低コストの
部品で交流高電圧を発生させることができる。これによ
り、電源装置の規模縮小が図れる。
ラズマ発生用交流高圧電源装置によれば、リアクタの容
量性のリアクタンス成分をリアクタに接続した回路素子
の誘導性のリアクタンス成分で相殺するようにしたた
め、電源装置からリアクタに無効電力が供給されなくな
り、大形で高価な変圧器を用いることなく、低コストの
部品で交流高電圧を発生させることができる。これによ
り、電源装置の規模縮小が図れる。
【００２０】また、請求項３、４又は５の発明によれ
ば、リアクタの静電容量に変化があった場合にも、励振
周波数を共振点に維持することができる。
ば、リアクタの静電容量に変化があった場合にも、励振
周波数を共振点に維持することができる。
【図１】図１は、本発明に係る放電プラズマ発生用交流
高圧電源装置の第１の実施の形態を示した構成図であ
る。
高圧電源装置の第１の実施の形態を示した構成図であ
る。
【図２】図２は、放電プラズマ発生用交流高圧電源装置
の第１の実施の形態の変形例である第２の実施の形態を
示した構成図である。
の第１の実施の形態の変形例である第２の実施の形態を
示した構成図である。
【図３】図３は、上記放電プラズマ発生用交流高圧電源
装置の第１の実施の形態の変形例である第３の実施の形
態を示した構成図である。
装置の第１の実施の形態の変形例である第３の実施の形
態を示した構成図である。
【図４】図４は、従来の放電プラズマ発生用交流高圧電
源装置の一例を示した構成図である。
源装置の一例を示した構成図である。
１０…商用電源
１１…整流器
１２…平滑用コンデンサ
１３…高周波インバータ
１４…電圧計測器
１５…電流計測器
１６…位相差検出器
１７…インバータ出力周波数制御回路
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平７−302695（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−325897（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−244726（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−263175（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02M 7/48
Claims (4)
- 【請求項１】 リアクタの電極間に交流電圧を印加し
て、前記リアクタ内に放電プラズマを発生させる放電プ
ラズマ発生用交流高圧電源装置において、 前記リアクタに誘導性のリアクタンス成分を有する回路
素子を直列に接続して直列共振回路を構成し、前記リア
クタの容量性のリアクタンス成分を前記回路素子の誘導
性のリアクタンス成分によって相殺するようにしたこと
を特徴とする放電プラズマ発生用交流高圧電源装置。 - 【請求項２】 前記リアクタと該リアクタに接続された
前記誘導性のリアクタンス成分を有する回路素子とから
なる前記直列共振回路に供給される無効電力を検出する
無効電力検出手段と、 前記無効電力検出手段によって検出された無効電力が零
となるように前記直列共振回路に印加する交流電圧の周
波数を調整する周波数調整手段と、 を有することを特徴とする請求項１の放電プラズマ発生
用交流高圧電源装置。 - 【請求項３】 前記リアクタと該リアクタに接続された
前記誘導性のリアクタンス成分を有する回路素子とから
なる前記直列共振回路に印加する交流電圧の位相を検出
する電圧位相検出手段と、 前記直列共振回路に流れる交流電流の位相を検出する電
流位相検出手段と、 前記電圧位相検出手段によって検出された交流電圧の位
相と、前記電流位相検出手段によって検出された交流電
流の位相とが同じになるように前記直列共振回路に印加
する交流電圧の周波数を調整する周波数調整手段と、 を有することを特徴とする請求項１の放電プラズマ発生
用交流高圧電源装置。 - 【請求項４】 前記リアクタと該リアクタに接続された
前記誘導性のリアクタンス成分を有する回路素子とから
なる前記直列共振回路に供給する交流電力の力率を検出
する力率検出手段と、 前記力率検出手段によって検出された力率が１となるよ
うに前記直列共振回路に印加する交流電圧の周波数を調
整する周波数調整手段と、 を有することを特徴とする請求項１の放電プラズマ発生
用交流高圧電源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05431596A JP3413785B2 (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | 放電プラズマ発生用交流高圧電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05431596A JP3413785B2 (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | 放電プラズマ発生用交流高圧電源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09247945A JPH09247945A (ja) | 1997-09-19 |
| JP3413785B2 true JP3413785B2 (ja) | 2003-06-09 |
Family
ID=12967161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05431596A Expired - Fee Related JP3413785B2 (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | 放電プラズマ発生用交流高圧電源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3413785B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1675155B1 (de) * | 2004-12-24 | 2012-01-25 | HÜTTINGER Elektronik GmbH + Co. KG | Plasmaanregungssystem |
| KR100713194B1 (ko) * | 2005-02-24 | 2007-05-02 | 이엔테크놀로지 주식회사 | 단위 용량 증대 및 출력 리플 저감을 위한 장치 |
| JP2010114001A (ja) * | 2008-11-07 | 2010-05-20 | Shimada Phys & Chem Ind Co Ltd | プラズマ発生用電源装置 |
| JP5708988B2 (ja) * | 2010-03-30 | 2015-04-30 | 株式会社ダイヘン | 高周波電源装置 |
| JP2014189455A (ja) * | 2013-03-27 | 2014-10-06 | Toshiba Corp | オゾン発生装置用電源及びオゾン発生装置 |
-
1996
- 1996-03-12 JP JP05431596A patent/JP3413785B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09247945A (ja) | 1997-09-19 |
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