JPH011478A - 加速器電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、核融合装置に使用される中性粒子入射装置（
ＮＢＩ）などの加速器の加速器電源装置に関する。

〔従来の技術〕

かかる加速器電源装置は、直流超高圧で、かつ一定の電
圧調整機能が要求されることがら、従来は第２図に示す
ように、直流高圧発生装置を複数段直列に接続して、絶
縁耐圧を確保するとともに、最上位段に電圧調整機能を
もたせたものが知られている（特開昭６１−７６０７１
号公報）。

第２図に示すように、各段の直流高圧発生装置は、交流
電力制御装置２０Ａ、Ｂと、変圧器２１Ａ。

Ｂと、整流装置２２Ａ、２Ｂと、フィルタ２３Ａ。

Ｂと、クローバ装置２４Ａ、Ｂと、電圧微調整機能を直
流スイッチとしての機能を兼用する４極真空管２５Ａま
たは直流スイッチとしての半導体スイッチ２５Ｂと、保
護ダイオード２６Ａ、Ｂのススタックと、を含んで構成
され、上位段の直流高圧発生装置の絶縁はフローティン
グとされている。

そして、このように構成された加速器電源装置の直流出
力は、リアクトル２７を介して負荷（加速器）に供給さ
れている。

各交流電力制御装置２０Ａ、Ｂは、各段または直流出力
電圧が設定値になるように粗調整するものであり、これ
によって調整された交流電力が整流装置２２Ａ、Ｂによ
り、リップルを含んだ直流高電圧に変換される。この直
流高電圧は、フィルタ２３Ａ、Ｂにより平滑されたのち
、最上段の直流高圧発生装置にあっては、４極真空管２
５Ａにより電圧の微調整またはオン・オフがなされ、他
の段の直流高圧発生装置にあっては、半導体スイッチ２
５Ｂによってオン・オフされる。例えば、負荷に短絡が
発生した場合などには、４極真空管２５Ａと半導体スイ
ッチ２５Ｂをオフして、電力の供給をしゃ断するように
している。そして、このオフするときに、各段のオフ動
作タイミングに時間的ずれがあると、各段の半導体スイ
ッチ等に耐電圧以上の過電圧が印加されるおそれがある
ため、この過電圧をダイオード２６Ａ、Ｂに分流するこ
とにより、それら半導体スイッチ等の破壊を防止するよ
うになっている。なお、クローバ装置２４Ａ、Ｂは４極
真空管２５Ａ、半導体スイッチ２５Ｂ（以下、直流スイ
ッチと称する）によって電流をオフすることができない
ときに動作するものであり交流電力制御装置２０Ａ、Ｂ
をオフさせて、負荷電力の供給をしゃ断するようになっ
ている。

なお、第２図において、直流高圧発生装置を複数段とし
たのは、４極真空管２５Ａに耐圧上の制限があるためで
あり、加速器電源装置の出力高電圧がその耐圧以下の場
合は、１段で構成することができるものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上記従来技術によれば、高電位にクローティ
ングされている真空管を制御して、定電圧制御を行なう
ようにしているため、その制御回路に直流高圧側のサー
ジなどによってノイズが混入するおそれがあり、ノイズ
対策に多くの困難があるという問題があった。特に、制
御量がアナログ量の場合には、ノイズの混入が大きな問
題となる。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決すること
、言い換えれば、直流高圧側のサージなどによるノイズ
の影響を排除できる電圧微調整制御機能を有した加速電
源装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するため、２以上の直流高圧
発生装置の直流出力端を直列に多段接続してなる加速器
電源装置において、最も低電位段の直流電圧発生装置は
、負荷要求電圧に応じて当該装置の出力電流を調整する
ことにより出力電圧を微調・殖する定電流装置を含んで
なるものとし。

他の段の直流高圧発生装置は、その出力電圧を粗調整可
能な定電圧制御機能を有し、かつその出力はｆ導体スイ
ッチを介して出力される構成とされたことを特徴とする
加速器電源装置としたことにある。

〔作用〕

このように構成することにより、電圧微調整にかかわる
直流高圧発生装置の電位は、対地電位からフローティン
グしたものではなく、かつ一定の低い電位範囲にあるこ
とから、ノイズ対策が容易になり、直流電圧側のサージ
等によるノイズの影響を排除することが可能となる。

〔実施例〕

以下１本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図に本発明を適用してなる一実施例の構成図を示す
。

本実施例は、第１図に示すように、定電圧制御方式の直
流高圧発生装置１０Ａ−Ｄと、定電流方式の直流高圧発
生装置１０Ｅを含んで構成されている。直流電圧発生装
置１０Ａ−Ｄは、それぞれ入力される交流電圧を昇圧す
る変圧器ＬＡ−Ｄと、この変圧器ＬＡ−Ｄの出力を整流
する位相制御可能なサイリスタを用いてなる整流装置２
Ａ−Ｄと、この整流装置２Ａ−Ｄの出力をオン・オフす
る半導体スイッチ３Ａ−Ｄと、整流装置２Ａ−Ｄと半導
体スイッチ３Ａ−Ｄに並列に接続され、それらを過電圧
から保護する保護ダイオード４Ａ−Ｄを含んで構成され
ている。そして、それらの直流高圧発生装置１０Ａ−Ｄ
の出力端は、直列に多段接続されている。

定電圧直流高圧発生装置１０Ｅは、入力される交流電圧
を一定の電圧まで昇圧する変圧器１１と、この変圧器１
１の出力に接続された定電流型インバータ装置１２と、
この定電流型インバータ装置１２の出力を昇圧する変圧
器１３と、この変圧器１３の出力を整流する整流装置１
４と、この整流装置１４に波列接続されたクローバ装置
１５および保護ダイオード４Ｅを含んで構成されている
。

そして、定電流直流高圧発生袋ｅｌＯＥの出力端は、直
流高圧発生装置１０Ｄの定電位（接地）側の直列接続さ
れ、保護ダイオード４Ａ−Ｅの直列端電圧が出力直流高
圧とされ、リアクトル５を介して図示していない加速器
に供給されている。また、この出力直流高圧は、分圧抵
抗６Ａ、６Ｂにより、分圧して検出して、検出電圧は位
相制御回路７に入力されている。この位相制御回路７は
、検出電圧と要求電圧の偏差に基づいて各整流装置２Ａ
−Ｄの出力電圧を粗制御する位相制御信号をそれらに出
力するとともに、微調整信号を電流型インバータ装置１
２に出力するようになっている。

また、変圧器ＬＡ−Ｄの２次巻線は、それらの２次出力
が実質的に多相交流となるように出力位相角を各変圧器
相互間でずらして形成されている。

これによって、リップルを大幅に低減できることから、
各段の直流高圧発生装置１０Ａ〜ＩＯＨには、第２図の
ごときフィルタ２３が省略されている。

また、整流装置２Ａ−Ｄ、半導体スイッチ３Ａ〜Ｄのサ
イリスタゲート信号は、光伝送手段を介して接続される
ようになっており、これによって制御回路の高耐圧が確
保されている。なお、そのゲート信号は、単なるオン・
オフ信号であるから、アナログ制御信号と異なり、高圧
側のサージなどによるノイズの影響を容易に排除するこ
とができる。

次に、このように構成される第１図実施例の動作につい
て説明する。直流高圧発生装置１０Ａ（７）変圧器ＩＡ
は入力される交流電圧（３相）を所要の電圧と位相を有
する交流電圧に変換して、整流装置２Ａに供給する。整
流装置２Ａは、位相制御装置７から与えられる位相制御
信号に従って、サイリスタの位相制御を行い、リップル
を含んだ所定電圧の直流高電圧を発生し、半導体スイッ
チ３Ａを介して出力する。また、他の直流高圧発生装置
１０Ｂ−Ｄは、同様に動作して直流高圧を発生する。

これによって、保護ダイオード４Ａ〜４Ｄの直列出力端
に現われる電圧は、各直流高圧発生装置１０Ａ−Ｄの出
力が合成されたリップルの少ない直流高圧となる。

一方、定電流直流高圧発生装置１０Ｅは１人力される交
流電圧（３相）を、変圧器１１で一定の電圧に昇圧し、
定電流型インバータ装置１２に出力する。定電流型イン
バータ装置１２は、位相制御装置７から入力される電圧
微調整信号に基づいて、整流装置１４の出力電圧を調整
するように。

インバータを定電流制御する。定電流直流高圧発生装置
１０Ｅの出力電圧を微調整することによって、加速器に
供給される直流電圧をその要求電圧に微調整する。

上述したように、第１図実施例によれば、高電位にフロ
ーティングされた状態で動作される整流装置２Ａ−Ｄと
半導体スイッチ３Ａ−Ｄの制御信号は、オン・オフ制御
信号のみとすることができ、これによって、光伝送など
の絶縁手段により容易に高耐圧を確保することができ、
しかも高圧側のサージ等によるノイズを簡単に除去する
ことができる。

また、出力電圧の微調整機能を最低電位段の直流電圧発
生装置１０Ｅにもたせることとしたことから、その制８
１回路にかかわる高電圧の電位は、対地電位から安定し
た一定の範囲に定まったものとなり、フローティング状
態にある場合に比べて、高電圧側のサーじに起因するノ
イズ対策を容易に行うことができる。特に、第１図図示
実施例によれば、変圧器１３を介した低圧側の定電流型
インバータ装置１゛２を制御することにより、直流高電
圧の微調整を行うよようにしていることから、その微調
整にかかる制御回路は、高圧側と完全に縁が切れている
ことから、高圧側のサージ等によるノイズを完全に排除
することができるという効果がある。

また、第１図実施例によれば、最低電位段の直流高圧発
生装置１０Ｅを定電流制御のものとしたことから、すな
わち、定電流制御される定電流型インバータ装置１２に
よって整流装置１４に流れる出力電流も定電流となり、
このような定電流源は一般に出力インピーダンスが極め
て高く、上位の直流高圧発生装置１０Ａ〜１０Ｄの出力
と直列に接続した構成とすることにより、加速器に要求
される出力直流高圧のリップルを大幅に除去することが
可能となる。したがって、第２図図示従来例のごときフ
ィルタを省略することができるのである。この結果、直
流高電圧系統の構成を極めて簡単なものとすることがで
きるという効果がある。

さらに、この出力インピーダンスが高いことにより、負
荷で短絡が発生した場合にあっても、減流効果が大きく
作用するため、リアクトル５を含めた系統のりアクドル
を小型化することができるという効果がある。

さらにまた、前述したように、高電位にて動作される制
御素子の制御回路の絶縁は、光伝送等により簡単に行う
ことができることから、第２図図示従来例のごとき高絶
縁変圧器などが不要となり、その面においても装置の構
成を倹しく簡単化することができるという効果がある。

なお、第１図図示実施例における整流装置２Ａ−Ｄのサ
イリスタまたは半導体スイッチ３Ａ−Ｄを、光で直接点
弧制御することが可能な素子で構成すれば、高電圧にフ
ローティングされた部分に制御回路を設ける必要がなく
なり、−層有効なものとすることができる。また、第１
図図示実施例によれば、高電位にて動作される制御素子
等の構成部品に係る制御回路に、調整を必要とするもの
がなく、試験、調査時間を大幅に短縮することが可能と
なる。また。

真空管を用いていないため、真空管のアノード。

カソード間損失に伴う回路の力率低下を改善することが
できるという効果がある。

その他の効果として、定電流直流高圧発生装置を用いた
ことにより、加速器電源装置としての中間負荷電圧で運
転される場合におけるリップルを極めて小さくすること
ができるという効果がある。

なお、定電流直流高圧発生装置は、第１図の構成のもの
に限られるものではなく、例えば定電流インバータ１２
に代えて、真空管などを用いた定電流装置を用いること
も可能であり、また第１図の定電流インバータ１２．変
圧器１３．整流装置】４に代えて、出力インピーダンス
の高い可変型の整流装置を適用することも可能である。

なおまた、定電圧方式の直流高圧発生装置１０Ａ〜Ｄの
しゃ断動作については、第２図従来例と同様に考えるこ
とが可能であり、一方、定電流直流高圧発生装置１０Ｅ
については、定電圧制御方式の直流高圧発生装置１０Ａ
−Ｄがしゃ断完了したのち、クローバ装置１５を動作さ
せるとともに、定電流型インバータ装置１２を停止する
ことにより、高速でしゃ断可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明によれば、電圧微調整制御
回路に及ぼす直流高圧側のサージ等によるノイズの影響
を排除できるという効果がある。

また、本発明によれば、高電位にフローティングされた
部分に真空管を設ける必要がなくなるとともに、高耐圧
、大容量のフィルタ（コンデンサ）を省略することがで
き、装置を大幅に簡単化できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成図、第２図は従来例の構
成図である。 ＬＡ−Ｄ・・・変圧器、２Ａ〜Ｄ・・・整流装置、３Ａ
〜Ｄ・・・半導体スイッチ、７・・・位相制御装置、１
０Ａ〜Ｅ・・・直流高圧発生装置、１１・・・変圧器、
１２・・・定電流型インバータ装置、１３・・・変圧器
、１４・・・整Ｊε装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２以上の直流高圧発生装置の直流出力端を直列に多
   段接続してなる加速器電源装置において、最も低電位段
   の直流高圧発生装置は、負荷要求電圧に応じて当該装置
   の出力電流を調整することにより出力電圧を微調整する
   定電流装置を含んでなるものとし、他の段の直流高圧発
   生装置は、その出力電圧を粗調整可能な定電圧制御機能
   を有し、かつその出力は半導体スイッチを介して出力す
   る構成としたことを特徴とする加速器電源装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の発明において、前記最
   低電位段の直流高圧発生装置の定電流装置は、定電流イ
   ンバータ装置と、該インバータ装置の出力に変圧器を介
   して接続された整流装置とを含み、前記要求電圧に応じ
   て前記定電流インバータ装置を制御するものとしたこと
   を特徴とする加速器電源装置。