JP3500079B2 - Square wave power supply - Google Patents
Square wave power supplyInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば各種ガス
の絶縁耐力を試験するギャップ装置やコンデンサ等のよ
うな、漏れ抵抗成分が殆ど無い（換言すれば漏れ抵抗成
分の値が非常に大きい）負荷に、高電圧の方形波電圧を
印加する方形波電源装置に関し、より具体的には、当該
負荷に、目的とするパルス幅の方形波電圧を、その平坦
部の途中で切れることなく印加する手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の方形波電源装置の従来例を図２
に示す。この方形波電源装置２は、高電圧のパルス電圧
ＶP を発生するパルス電源４と、このパルス電源４の出
力部に直列に接続された出力ギャップスイッチ６とを備
えている。１２は出力取り出し用のブッシングである。
【０００３】パルス電源４は、例えば、並列に充電され
た多数のキャパシタをギャップスイッチによって直列に
切り換えて高電圧パルスを発生するマルクス回路や、リ
アクタとキャパシタとを梯子状に複数段組み合わせたパ
ルス成形ネットワーク等を備えて成る。
【０００４】出力ギャップスイッチ６は、例えば、空
気、ＳＦ6 ガス、窒素ガス等の絶縁ガス中で一対の電極
８、８をギャップをあけて相対向させた構造をしてい
る。
【０００５】この方形波電源装置２の出力部に負荷１４
が接続される。この負荷１４は、この例では一対の球ギ
ャップ１６を有するギャップ装置である。このような負
荷１４は、漏れ抵抗成分は殆ど無く（即ちその漏れ抵抗
成分の値ＲL の値は非常に大きく）、負荷成分は実質的
に浮遊静電容量ＣL のみである。
【０００６】パルス電源４から上記パルス電圧ＶP を発
生させるのにタイミングを合わせて、出力ギャップスイ
ッチ６にトリガパルスを加えると、その電極８、８間に
アーク放電１０が形成されて電極８、８間が導通して出
力ギャップスイッチ６が急速にオンし、それによって出
力電圧を急峻に立ち上げて、負荷１４に高電圧の方形波
電圧ＶR を印加することができる。
【０００７】この方形波電圧ＶR の波形の一例を簡略化
して図３に示す。負荷１４に印加したい方形波電圧ＶR
の平坦部（フラットトップ）２０の大きさＶ1 は例えば
５０ｋＶ〜１０００ｋＶ程度、パルス幅τは例えば５μ
ｓ〜１００μｓ程度である。
【０００８】なお、この明細書において方形波電圧（Ｖ
R ）とは、波形が方形、矩形またはそれらに近い波形の
電圧のことである。
【０００９】方形波電圧ＶR の立下りを急峻にするため
に、出力ギャップスイッチ６の前または後に電圧裁断ギ
ャップ（図示省略）等を設ける場合もある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】方形波電源装置２から
上記のような方形波電圧ＶR を上記のような負荷１４に
印加した場合、前述したように負荷１４の成分は実質的
に浮遊静電容量ＣL のみであるので、この負荷１４に流
れる電流はＣL ×（ｄＶ／ｄｔ）で与えられる。Ｖは方
形波電圧ＶR の大きさ、ｔは時間である。
【００１１】即ち、方形波電圧ＶR の立上り時の電圧Ｖ
が変化している間は、ｄＶ／ｄｔは０より十分に大きい
有限な値を持つので負荷１４に電流は流れることができ
る。しかし、方形波電圧ＶR が立ち上がった後の平坦部
２０では、ｄＶ／ｄｔはほぼ０になるので、理論上は負
荷１４に電流が流れなくなり、従って出力ギャップスイ
ッチ６の電極８、８間のアーク放電１０が消滅して出力
ギャップスイッチ６が自然にオフし、負荷１４に方形波
電圧ＶR を印加することができなくなる。即ち、方形波
電圧ＶR はその平坦部２０の途中で切れることになる。
【００１２】実際は、ｄＶ／ｄｔが０になっても、その
直後のごく短い時間の間は、先のアーク放電で生じた荷
電粒子が出力ギャップスイッチ６の電極８、８間に残存
していて出力ギャップスイッチ６の導通状態を維持でき
るけれども、ごく短時間（例えば１μｓ程度）でこの導
通状態は維持できなくなる。
【００１３】従って、負荷１４に印加したい方形波電圧
ＶR のパルス幅τが長くなるほど、平坦部２０の途中で
電圧が切れる可能性は高くなる。
【００１４】負荷１４がコンデンサの場合も、漏れ抵抗
成分が殆ど無いので、これに上記のような方形波電圧Ｖ
R を印加する場合は、上記と同様の課題が存在する。
【００１５】そこでこの発明は、上記のような漏れ抵抗
成分が殆ど無い負荷に、目的とするパルス幅の方形波電
圧を、その平坦部の途中で切れることなく印加すること
ができる方形波電源装置を提供することを主たる目的と
する。
【００１６】
【課題を解決するための手段】この発明の方形波電源装
置は、前記出力ギャップスイッチの負荷側端とアースと
の間に、前記方形波電圧の平坦部において前記出力ギャ
ップスイッチにその導通状態を維持する電流を流す導通
維持抵抗を接続しており、かつ当該導通維持抵抗の抵抗
値がＶ 1 ／５［ｋΩ］以上Ｖ 1 ／０．１［ｋΩ］以下で
あることを特徴としている。
【００１７】上記構成によれば、方形波電圧の平坦部に
おいて、負荷に電流が流れなくても、導通維持抵抗を通
して出力ギャップスイッチにその導通状態を維持する電
流を流すことができるので、方形波電圧の平坦部におい
ても出力ギャップスイッチの導通状態を維持することが
できる。その結果、漏れ抵抗成分が殆ど無い負荷に、目
的とするパルス幅の方形波電圧を、その平坦部の途中で
切れることなく確実に印加することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１は、この発明に係る方形波電
源装置の一例を負荷と共に示す図である。図２の従来例
と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下に
おいては当該従来例との相違点を主に説明する。
【００１９】この方形波電源装置２ａは、前述した出力
ギャップスイッチ６の負荷側端（換言すれば負荷１４側
の電極８）とアースとの間に、導通維持抵抗１８を接続
している。
【００２０】この導通維持抵抗１８は、当該方形波電源
装置２ａから前述したような負荷１４に印加する前述し
たような方形波電圧ＶR の平坦部２０（図３参照）にお
いて、出力ギャップスイッチ６にその導通状態（即ちア
ーク放電１０）を維持する電流Ｉを、当該抵抗１８自身
を通して流すものである。
【００２１】この出力ギャップスイッチ６の導通状態を
維持する電流Ｉは、出力ギャップスイッチ６のギャップ
長、その前述した絶縁ガスの種類、そのガス圧力等によ
って多少は異なるが、通常は０．１Ａ以上あれば良い。
【００２２】従ってこのような導通維持抵抗１８を設け
ておくと、パルス電源４から上記パルス電圧ＶP を発生
させるのにタイミングを合わせて出力ギャップスイッチ
６にトリガパルスを加えると、その電極８、８間にアー
ク放電１０が形成され、電極８、８間が導通して（即ち
当該出力ギャップスイッチ６がオンして）方形波電圧Ｖ
R が負荷１４に印加される。方形波電圧ＶR が立ち上が
りその平坦部２０（図３参照）に達すると、前述したよ
うにｄＶ／ｄｔはほぼ０になって負荷１４に流れる電流
（これは殆どが当該負荷１４の浮遊静電容量ＣL に流れ
る充電電流である）はほぼ０になるけれども、出力ギャ
ップスイッチ６の出力側端とアース間には導通維持抵抗
１８が接続されているので、この導通維持抵抗１８を通
じて出力ギャップスイッチ６に上記電流Ｉが流れ続ける
ので、出力ギャップスイッチ６のアーク放電、即ち導通
状態は維持され、目的とするパルス幅τの方形波電圧Ｖ
Rを、その平坦部２０の途中で切れることなく確実に負
荷１４に印加し続けることができる。
【００２３】但し、導通維持抵抗１８に流す電流Ｉをあ
まり大きくすると、負荷１４に印加する上記方形波電圧
ＶR の波形を乱すので、この電流Ｉは負荷１４に印加す
る方形波電圧ＶR の波形を乱さない程度に小さくするの
が好ましい。より具体的には、負荷１４に前述したよう
な特性の、即ち平坦部２０の大きさＶ1 が５０ｋＶ〜１
０００ｋＶ程度、パルス幅τが５μｓ〜１００μｓ程度
の方形波電圧ＶR を印加する場合は、上記電流Ｉは５Ａ
以下に抑えるのが好ましい。
【００２４】以上を総合すると、導通維持抵抗１８は、
方形波電圧ＶR の平坦部２０において出力ギャップスイ
ッチ６に０．１Ａ〜５Ａの電流Ｉを流すものにするのが
好ましい。そのようにすれば、漏れ成分が殆ど無い負荷
１４に、目的とするパルス幅の方形波電圧ＶR を、その
平坦部２０の途中で切れることなく確実に印加すること
ができる。しかも、負荷１４に印加する方形波電圧ＶR
の波形を乱すこともない。
【００２５】この発明が対象としている、漏れ抵抗成分
が殆ど無い負荷１４をより具体的に説明すれば、それに
印加される方形波電圧ＶR の平坦部２０において出力ギ
ャップスイッチ６に前述した０．１Ａの電流を流すこと
ができない位に、漏れ抵抗成分ＲL が大きい負荷のこと
である。換言すれば、負荷１４は、方形波電圧ＶR の平
坦部２０の大きさをＶ1 ［ｋＶ］とした場合、その漏れ
抵抗成分の値ＲL の値がＶ1 ／０．１［ｋΩ］より大き
い負荷である。このような負荷１４の場合、前述した平
坦部２０の途中で方形波電圧ＶR が切れるという課題が
存在する。
【００２６】同様に前記導通維持抵抗１８をより具体的
に説明すれば、当該導通維持抵抗１８の抵抗値ＲM は、
Ｖ1 ／５［ｋΩ］以上Ｖ1 ／０．１［ｋΩ］以下が好ま
しい。Ｖ1 は方形波電圧ＶR の平坦部２０の大きさ［ｋ
Ｖ］である。そのようにすれば、方形波電圧ＶR の平坦
部２０において出力ギャップスイッチ６に前述した０．
１Ａ〜５Ａの電流Ｉを流すことができる。
【００２７】上記負荷１４は、前述したようにギャップ
装置に限られるものではなく、コンデンサ等であっても
良い。
【００２８】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、上記の
ような導通維持抵抗を設けたので、方形波電圧の平坦部
においても出力ギャップスイッチの導通状態を維持する
ことができる。その結果、漏れ抵抗成分が殆ど無い負荷
に、目的とするパルス幅の方形波電圧を、その平坦部の
途中で切れることなく確実に印加することができる。
【００２９】 しかも導通維持抵抗の抵抗値を上記範囲
に選定したので、漏れ抵抗成分が殆ど無い負荷に、目的
とするパルス幅の方形波電圧を、その平坦部の途中で切
れることなく確実に印加することができると共に、負荷
に印加する方形波電圧の波形を乱すこともない。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention has almost no leakage resistance component (in other words, a gap device for testing the dielectric strength of various gases, a capacitor, etc.). The present invention relates to a square wave power supply device that applies a high-voltage square wave voltage to a load having a very large resistance component value. More specifically, a square wave voltage having an intended pulse width is applied to the load. The present invention relates to a means for applying without breaking in the middle of a section. 2. Description of the Related Art FIG. 2 shows a conventional example of this type of square wave power supply device.
Shown in The square wave power supply device 2 is provided with a pulse power supply 4 for generating a pulse voltage V P of the high voltage, and an output gap switch 6 connected in series to the output of the pulse power supply 4. Reference numeral 12 denotes a bushing for taking out output. [0003] The pulse power supply 4 is, for example, a Marx circuit that generates a high voltage pulse by switching a large number of capacitors charged in parallel by a gap switch in series, or a pulse forming in which a reactor and a capacitor are combined in a plurality of stages in a ladder shape. It comprises a network and the like. The output gap switch 6 has a structure in which a pair of electrodes 8, 8 are opposed to each other with a gap in an insulating gas such as air, SF 6 gas, or nitrogen gas. A load 14 is connected to the output of the square wave power supply 2.
Is connected. The load 14 is a gap device having a pair of spherical gaps 16 in this example. Such a load 14 has almost no leakage resistance component (that is, the value of the value RL of the leakage resistance component is very large), and the load component is substantially only the floating capacitance C L. [0006] from the pulse power supply 4 timed to generate the pulse voltage V P, the output gap the addition of the trigger pulse to the switch 6, the arc discharge 10 is formed electrode 8 between the electrodes 8 and 8, 8 while the output gap switch 6 conducting is turned on quickly, thereby launch the output voltage sharply, it is possible to apply a square-wave voltage V R of the high voltage to the load 14. [0007] FIG. 3 a simplified example of the waveform of the square wave voltage V R. Want applied to the load 14 a square wave voltage V R
The flat portion (flat top) 20 has a size V 1 of, for example, about 50 kV to 1000 kV, and a pulse width τ of, for example, 5 μm.
s to about 100 μs. In this specification, a square wave voltage (V
R ) is a voltage having a square or rectangular waveform or a waveform close thereto. In order to make the falling of the square wave voltage V R steep, a voltage cutting gap (not shown) may be provided before or after the output gap switch 6. [0010] If the [0005] square wave power from the apparatus 2 as described above square-wave voltage V R applied to the load 14 as described above, components of the load 14 as described above is substantially Since only the floating capacitance C L is present, the current flowing through the load 14 is given by C L × (dV / dt). V is the magnitude of the square-wave voltage V R, t is time. That is, the voltage V at the time of the rise of the square wave voltage V R
Is changing, dV / dt has a finite value that is sufficiently larger than 0, so that current can flow through the load 14. However, in the flat portion 20 after the rise of the square wave voltage V R , dV / dt becomes almost zero, so that theoretically, no current flows through the load 14, and therefore, between the electrodes 8, 8 of the output gap switch 6. arc discharge 10 is turned off naturally the output gap switch 6 disappeared, it becomes impossible to apply a square-wave voltage V R to the load 14. That is, the square wave voltage V R is cut off in the middle of the flat portion 20. Actually, even if dV / dt becomes 0, for a very short time immediately after that, charged particles generated by the previous arc discharge remain between the electrodes 8, 8 of the output gap switch 6. Although the conduction state of the output gap switch 6 can be maintained, the conduction state cannot be maintained in a very short time (for example, about 1 μs). Accordingly, the longer the pulse width τ of the square wave voltage V R to be applied to the load 14 is, the higher the possibility that the voltage is cut off in the middle of the flat portion 20 is. Even when the load 14 is a capacitor, there is almost no leakage resistance component.
When applying R , there is the same problem as described above. Accordingly, the present invention provides a square-wave power supply device capable of applying a square-wave voltage having a target pulse width to a load having almost no leakage resistance component as described above without cutting off in the middle of the flat portion. The main purpose is to provide According to the present invention, there is provided a square wave power supply device comprising: a flat portion of the square wave voltage between a load side end of the output gap switch and a ground; A continuity maintaining resistor for flowing a current for maintaining the continuity state is connected , and the resistance of the continuity maintaining resistance is connected.
Value V 1/5 [kΩ] or more V 1 /0.1[kΩ] below
It is characterized in that. According to the above configuration, in the flat portion of the square wave voltage, even if no current flows to the load, a current for maintaining the conduction state can be passed through the output gap switch through the conduction maintaining resistor. The conductive state of the output gap switch can be maintained even in the flat portion of the voltage. As a result, a square wave voltage having a target pulse width can be reliably applied to a load having almost no leakage resistance component without being cut off in the middle of the flat portion. FIG. 1 is a diagram showing an example of a square wave power supply device according to the present invention together with a load. Parts that are the same as or correspond to those of the conventional example in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and differences from the conventional example will be mainly described below. In the square wave power supply 2a, a continuity maintaining resistor 18 is connected between the load side end of the output gap switch 6 (in other words, the electrode 8 on the load 14 side) and the ground. [0020] The conductive maintained resistor 18 is in the square wave power supply 2a flat portion of the square-wave voltage V R as described above is applied to the load 14 as described above from 20 (see FIG. 3), the output gap switch 6 The current I for maintaining the conductive state (ie, the arc discharge 10) flows through the resistor 18 itself. The current I for maintaining the conduction state of the output gap switch 6 slightly varies depending on the gap length of the output gap switch 6, the kind of the above-mentioned insulating gas, the gas pressure thereof, etc., but is usually 0.1 A or more. I just want it. [0022] Therefore, when preferably provided such conduction maintain resistance 18, when the pulse power supply 4 to the output gap switch 6 timed to generate the pulse voltage V P adds a trigger pulse, the electrodes 8, An arc discharge 10 is formed between the electrodes 8, and the electrodes 8 and 8 are electrically connected (that is, the output gap switch 6 is turned on), and the square wave voltage V
R is applied to the load 14. When the square wave voltage V R rises and reaches the flat portion 20 (see FIG. 3), as described above, dV / dt becomes almost zero and the current flowing through the load 14 (this is mostly the floating electrostatic force of the load 14). Although the charging current flowing through the capacitor C L becomes substantially zero, the conduction maintaining resistor 18 is connected between the output side end of the output gap switch 6 and the ground. 6, the arc discharge of the output gap switch 6, that is, the conduction state is maintained, and the square wave voltage V having the desired pulse width τ is maintained.
R can be reliably applied to the load 14 without being cut in the middle of the flat portion 20. [0023] However, if too large a current I flowing in the conductive maintain resistance 18, so disturbing the waveform of the square-wave voltage V R applied to the load 14, the square-wave voltage V R applied to the current I load 14 It is preferable to make it small so as not to disturb the waveform. More specifically, the load 14 has the characteristics described above, that is, the size V1 of the flat portion 20 is 50 kV to 1 kV.
When applying a square wave voltage V R of about 000 kV and a pulse width τ of about 5 μs to 100 μs, the current I is 5 A
It is preferred to keep it below. Summing up the above, the conduction maintaining resistor 18 is
Preferably in the flat portion 20 of the square-wave voltage V R to that electric current I of 0.1A~5A the output gap switch 6. By doing so, it is possible to reliably apply the square wave voltage V R having the target pulse width to the load 14 having almost no leakage component without being cut off in the middle of the flat portion 20. In addition, the square wave voltage V R applied to the load 14
Does not disturb the waveform. [0025] 0 The present invention is targeted, In more detail the load 14 there is little leakage resistance component, as described above the output gap switch 6 in the flat portion 20 of the square-wave voltage V R applied thereto. This is a load having a large leakage resistance component R L so that a current of 1 A cannot flow. In other words, assuming that the size of the flat portion 20 of the square wave voltage V R is V 1 [kV], the load 14 has a value RL of the leakage resistance component of V 1 /0.1 [kΩ]. Greater load. For such a load 14, there is a problem in that the square-wave voltage V R in the middle of the flat portion 20 described above expires. [0026] In more detail the same manner the conducting maintenance resistor 18, the resistance value R M of the continuity maintained resistor 18,
V 1/5 [kΩ] or more V 1 /0.1[kΩ] or less. V 1 was the size of the flat portion 20 of the square-wave voltage V R [k
V]. By doing so, the output gap switch 6 described above at the flat portion 20 of the square wave voltage V R is supplied to the output gap switch 6.
A current I of 1 A to 5 A can flow. The load 14 is not limited to the gap device as described above, but may be a capacitor or the like. As described above, according to the present invention, since the above-described conduction maintaining resistance is provided, the conduction state of the output gap switch can be maintained even in the flat portion of the square wave voltage. . As a result, a square wave voltage having a target pulse width can be reliably applied to a load having almost no leakage resistance component without being cut off in the middle of the flat portion. [0029] Moreover the range resistance value of the conduction maintaining resistance
Therefore , a square wave voltage having a target pulse width can be reliably applied to a load having almost no leakage resistance component without being cut in the middle of the flat portion, and a square wave voltage applied to the load can be reliably applied. Does not disturb the waveform.
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る方形波電源装置の一例を負荷と
共に示す図である。
【図２】従来の方形波電源装置の一例を負荷と共に示す
図である。
【図３】方形波電圧の一例を簡略化して示す図である。
【符号の説明】
２ａ 方形波電源装置
４ パルス電源
６ 出力ギャップスイッチ
１４ 負荷
１８ 導通維持抵抗
ＶR 方形波電圧BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing an example of a square wave power supply device according to the present invention together with a load. FIG. 2 is a diagram showing an example of a conventional square wave power supply device together with a load. FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an example of a square wave voltage. [Description of Reference Numerals] 2a square wave power supply 4 pulsed power supply 6 outputs gap switch 14 load 18 conductive maintained resistor V R square wave voltage
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 八島 政史 東京都狛江市岩戸北２−11−１ 財団法 人電力中央研究所狛江研究所内 (72)発明者 藤波 秀雄 東京都狛江市岩戸北２−11−１ 財団法 人電力中央研究所狛江研究所内 (72)発明者 五島 久司 東京都狛江市岩戸北２−11−１ 財団法 人電力中央研究所狛江研究所内 (56)参考文献 特開 平８−318522（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H03K 3/537 H03K 3/57 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Masafumi Yajima 2-1-1-1, Iwatokita, Komae-shi, Tokyo Inside the Komae Research Institute, Central Electricity Research Institute (72) Inventor Hideo Fujinami 2--Iwatokita, Komae-shi, Tokyo 11-1 Komae Research Institute, Central Research Institute of Electric Power Industry (72) Inventor Hisashi Goshima 2-1-1-1, Iwatokita, Komae City, Tokyo Metropolitan Institute of Technology, Komae Research Center (56) References JP-A-8 −318522 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H03K 3/537 H03K 3/57
Claims (1)
源と、このパルス電源の出力部に直列に接続されていて
電極間のアーク放電によってオンする出力ギャップスイ
ッチとを備えていて、漏れ抵抗成分が殆ど無い負荷に高
電圧の方形波電圧を印加する方形波電源装置であって、
前記方形波電圧の平坦部の大きさＶ 1 ［ｋＶ］が５０ｋ
Ｖ〜１０００ｋＶ、パルス幅が５μｓ〜１００μｓであ
り、かつ前記負荷の漏れ抵抗成分の値がＶ 1 ／０．１
［ｋΩ］よりも大きいものにおいて、 前記出力ギャップスイッチの負荷側端とアースとの間
に、前記方形波電圧の平坦部において前記出力ギャップ
スイッチにその導通状態を維持する電流を流す導通維持
抵抗を接続しており、かつ当該導通維持抵抗の抵抗値が
Ｖ 1 ／５［ｋΩ］以上Ｖ 1 ／０．１［ｋΩ］以下である
ことを特徴とする方形波電源装置。(57) and a pulse power supply for generating a All Claims pulse voltage of 1. A high voltage, which is connected in series with the output of the pulse power supply
An output gap switch that is turned on by arc discharge between the electrodes, and a square wave power supply that applies a high voltage square wave voltage to a load having almost no leakage resistance component ,
The size V 1 [kV] of the flat portion of the square wave voltage is 50 k
V to 1000 kV, pulse width 5 μs to 100 μs
And the value of the leakage resistance component of the load is V 1 /0.1
[KΩ] , between the load side end of the output gap switch and ground, a continuity maintaining resistor for flowing a current for maintaining the continuity to the output gap switch in the flat portion of the square wave voltage. Connected and the resistance value of the continuity maintaining resistor is
V 1/5 [kΩ] or more V 1 /0.1[kΩ] square wave power apparatus according to claim in which <br/> that follows.
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