JPH0118445B2 - - Google Patents

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JPH0118445B2
JPH0118445B2 JP57203099A JP20309982A JPH0118445B2 JP H0118445 B2 JPH0118445 B2 JP H0118445B2 JP 57203099 A JP57203099 A JP 57203099A JP 20309982 A JP20309982 A JP 20309982A JP H0118445 B2 JPH0118445 B2 JP H0118445B2
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JP
Japan
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current
voltage
coil
converter
circuit
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JP57203099A
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JPS5991520A (ja
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Masahiro Shigenobu
Akyoshi Teramoto
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F7/00Regulating magnetic variables

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Voltage And Current In General (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 この発明は、電子あるいは陽子などを高エネル
ギーに加速するための最終段加速器(シンクロト
ロン)用電磁石のコイル電源装置の改良に関する
ものである。 〔従来の技術〕 素粒子物理学の分野では、近年その重要な研究
手段として電子あるいは陽子などを高エネルギー
に加速する加速器が用いられるようになつた。シ
ンクロトロンは、この加速器における最終段加速
器の磁場を発生さすためのものであり、その主電
磁石用のコイル電源装置は、負荷電流を一定パタ
ーンで急速に変化させかつ繰返し運転され、しか
も高精度・高力率・高信頼性が要求される。 このようなコイル電源装置としては、従来第1
図に示すものが用いられてきた。 第1図において、1は交流電源、2は交流を直
流に、あるいは直流を交流に変換する電力変換
器、3aは電流平滑用の直流リアクトル、4は抵
抗4aとインダクタンス4bから成るコイルであ
る。 第1図に基づいて従来の装置の動作を説明す
る。第1図において、電力変換器2は3相のサイ
リスタブリツジから成り、ブリツジを構成するサ
イリスタの点弧角αを制御することにより、交流
電源1から入力される交流電圧を正・負任意の直
流電圧に連続的に変換できることは周知である。 ところで、例えばシンクロトロンにおいて要求
されるコイル電流imは、第4図aに示すような
三角波である。従つて、コイル4の両端P―Nに
印加すべき電圧Vmは、電流の立上げ時にはVm
=Lmdim/dt+Rm・imと正極性(Nを基準電位と する)であり、上記サイリスタの制御角αは90゜
以下で運転される。また、電流の立下げ時に必要
な電圧は、Vm=−Lmdim/dt+Rm・imと逆極性 となるので、サイリスタの制御角αを90゜以上遅
らすように運転される。このように、電力変換器
2のサイリスタの点弧角αを制御することによ
り、コイル4に三角波電流を供給できる。なお、
直流リアクトル3aは電力変換器2のサイリスタ
の点弧角を制御することにより発生する電圧リツ
プルを平滑し、コイル4へリツプルの少ない電流
を流すためのものである。 〔発明が解決しようとする課題〕 ところで、上述のようなシンクロトロンの電磁
石用コイル電源は、コイル電流の設定値に対して
高精度の制御が必要である。例えば、三角波電流
の立上げ時において、コイル電流の最大値に対し
て約数%〜100%の範囲で、電流設定値(三角波
の電流基準)に対して±10-3オーダーの精度が要
求される。これに対して、上記従来の方法では、
特に、三角波電流の立上げ初期の数%付近の電流
領域において、電力変換器2の制御遅れにより、
設定値に追従したコイル電流が得られないという
課題があつた。従つて、例えば、シンクロトロン
用の電源装置に適用した場合、ビームの入射が不
可能となる不具合を生じていた。 この発明は、上記のような従来の課題に鑑みて
なされたもので、高精度の出力電流が得られる電
源装置を提供することを目的としている。 〔課題を解決するための手段〕 この発明に係わるコイル用電源装置は、サイリ
スタ変換器に高周波チヨツパ装置を直列接続する
とともに、コイル電流と電流基準との偏差信号に
応じて上記高周波チヨツパ装置の出力を制御する
手段を設けたものである。 〔作用〕 この発明においては、偏差信号に対して高速に
応答する高周波チヨツパ装置の出力をサイリスタ
変換器の出力に加えることにより、サイリスタ変
換器の制御おくれを高周波チヨツパ装置の出力で
補償すべく作用する。 〔発明の実施例〕 以下、この発明の一実施例について説明する。 第2図において、1は交流電源、2aは交流を
直流に変換する順変換器、2bは直流を交流に変
換する逆変換器、3は上記順変換器より出力され
る電圧リツプルの吸収と電流の立上げ時に必要な
電圧を初期充電しておくためのフイルターであ
り、第3図で示すように直流リアクトル3a、コ
ンデンサ3b,3c、抵抗3dより成る。18
は、上記逆変換器2bに接続される直流リアクト
ルであり、これら2a〜3d,18により主変換
器が構成される。 21は例えば、12相ダイオードブリツジで構成
される整流器、22は上記整流器の出力フイルタ
ーであり、第3図で示すように直流リアクトル2
2aとコンデンサ22b及び22cと抵抗22d
から成る。23は、トランジスタあるいはゲート
ターンオフサイリスタなどより成る高周波チヨツ
パであり、上記21〜23によつて補助変換器が
構成される。 4a,4bはそれぞれコイル4の抵抗、インダ
クタンスである。5,6はコイル電流の立上げ時
に点弧され電流の立下げ時に消弧する例えばゲー
トターンオフサイリスタのようなスイツチ、7,
8は、上記コイル電流の立下げ時に導通するダイ
オード、9はコイル電流を検出する例えばDC
CT、シヤントのような電流センンサであり、以
上1〜8,21〜23により本コイル用電源装置
の主回路が構成される。 10は、主電力変換器の出力電圧を検出するた
めに分圧器などで構成された電圧センサ、11は
図示しない外部コントローラによつて与えられる
トリガ信号により付勢されるスイツチ5,6の点
弧及び消弧タイミングと電流基準回路12を付勢
して三角波電流基準Irefを発生させるための制御
タイミング発生回路である。13,16は制御信
号の加減算を行なうための加算器、14は電流コ
ントローラ、15はコイル電圧Vmを定める電圧
基準回路であり、出力される基準電圧Vrefは予
め推定した負荷特性と電流基準Irefによつて発生
する。17は電圧コントローラ、19は上記順変
換器2a及び逆変換器2bの制御角αを定める位
相制御回路、20は上記順変換器2a及び逆変換
器2bへ送る点弧パルスを発生させるためのゲー
ト回路である。24は電流基準Irefとコイル電流
imの差によつて付勢される電流コントローラで
あり、位相制御回路25及びベース駆動回路26
を通して、加算器13の出力が0になるよう高周
波チヨツパ23の出力電圧を制御する。上記12
〜19,24,25は演算増巾器を用いたアナロ
グ回路、あるいはマイクロプロセツサ、ミニコン
などを用いたデイジタル回路により構成できる。
以上9〜20,24〜26は本コイル用電源装置
の制御回路を構成する。 第2図は本発明の一実施例を示す図であり、第
4図は本発明の動作を説明する図である。第2図
及び第4図に基づいて本発明の作用・動作の説明
を行う。 コイル用電源装置より出力される電流の精度を
決定する要因として、順変換器2aより発生する
電圧リツプルと制御回路による電流基準Irefへの
追随性(応答性)とがある。 順変換器2aは、前述のようにサイリスタの点
弧角αを制御することにより任意の直流電圧を発
生できるが、点弧角αにより、直流電圧に重畳す
る電圧リツプルΔVの大きさも変化する。また、
この電圧リツプルの周波数rは、3相ブリツジの
場合、交流電源の周波数をsとすれば、r=6s
なる。この電圧リツプルにより発生するコイル電
流のリツプルΔimは、コイル4のインダクタンス
4bの値をLm、低抗4aの値をRmとすると、
一般的には、2πr・Lm>>Rmであるために、
Δim≒ΔV/2πr・Lmで表わされる。 従つて、電圧リツプルに対しては、コイルに印
加されるリツプル値ΔVそのものを小さくするこ
とと、リツプル周波数rを大きくすることによ
り、要求される電流精度を得ることができる。そ
のために、主電力変換器を構成する順変換器2a
及び逆変換器2bは、3相ブリツジを複数台組合
せてリツプル値ΔVを小、リツプル周波数rを大
としている。例えば、3相ブリツジを2台組合せ
た12相変換器、4台組合せた24相変換器では、リ
ツプル値ΔVはそれぞれ相数が多くなるほど減少
するのはもちろんであるが、リツプル周波数r
は、それぞれ、r=12,r=24となる。このよ
うに主電力変換器の相数を増すことにより、コイ
ル電流に発生するリツプル電流Δimをある程度減
衰させることはできるが、更にリツプル電流Δim
を小さくし電流精度上無視できるようにするため
には順変換器2aの出力端にフイルター3を設け
る必要がある。第2図に示すフイルター3を構成
する直流リアクトル3aの値をLとしコンデン
サ3bの値をCとすると、順変換器2aから出
力される電圧リツプルΔVは、フイルター3の出
力端すなわちコイル4の両端で次の式で表わされ
る値ΔVmとなる。 ΔVm=ΔV×(pr2 但し、p=1/2π√ 従つて、例えば24相変換器の場合、交流電源の
周波数sを60Hzとするとリツプル周波数rは1440
Hzとなり、フイルターの共振周波数prの1/10
0以下に選ぶと、順変換器2aにより発生した電
圧リツプルは、コイル4の両端では10-4以下とな
り、要求されるコイル電流の精度を十分満足でき
る。ところが、上記のようなLCフイルターは、
pの周波数に対して共振点をもつきわめて不安定
な回路であり、交流電源の急激な変動など何らか
の原因でその出力端すなわちコイル4の両端の電
圧が振動し、要求されるコイル4の電流精度を得
ることはできない。従つて、第3図に示すように
フイルター3を構成する要素として、更に、コン
デンサ3c,Coと抵抗3d,Roを追加し、Co及
びRoの値が、RoπpL,RoCo1/pを満足
するように選ぶことにより共振点をなくし、コイ
ル4へ印加される電圧は非振動的にすることがで
きる。 同様に、補助電力変換器の整流器も、例えば12
相ダイオード整流器で構成され、その出力電圧の
リツプルがコイル電流の精度に悪影響を及ぼすの
で、第3図に示すようなLC及びRCから成るフイ
ルターが必要である。LCフイルターの値を、
L′,C′,
〔発明の効果〕
以上述べたように、この発明によれば、サイリ
スタ変換器と、これに直列接続された高周波チヨ
ツパで直流電源を構成し、サイリスタ変換器の制
御おくれによる誤差電流を高周波チヨツパの出力
により補償するようにしたので、応答性が改善さ
れ、電流基準に対して高精度の出力電流が得られ
る効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来のコイル用電源装置を示す図、
第2図は、この発明の一実施例によるコイル用電
源装置を示す図、第3図は、この発明におけるフ
イルターの構成を示す図、第4図は、この発明の
動作を説明する図、第5図は、この発明の他の実
施例であり、第6図a,bは他の実施例における
フイルターの構成を示す図、第7図はこの発明に
おける高周波チヨツパの一例を示す回路図、第8
図は高周波チヨツパの動作を説明するための図で
ある。 図において、1は交流電源、2aは順変換器、
2bは逆変換器、3aは直流リアクトル、3b,
3cはコンデンサ、3dは抵抗でありフイルター
3を構成する。4は電磁石、4aは電磁石の抵
抗、4bは電磁石のコイル、5,6はスイツチ、
7,8はダイオード、9は電流センサ、10は電
圧センサ、11は制御タイミング発生回路、、1
2は電流基準回路、13,16は加算器、14は
電流コントローラ、15は電圧基準回路、17は
電圧コントローラ、18は直流リアクトル、19
は位相制御回路、20はゲート回路、21は整流
器、22はフイルター、22aは直流リアクト
ル、22b,22cはコンデンサ、22dは低
抗、23は高周波チヨツパ、24は高周波チヨツ
パの電流コントローラ、25は同じく位相制御回
路、26はベース駆動回路である。なお図中同一
符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 複数のサイリスタ素子をブリツジ接続してな
    る、交流を直流に変換するサイリスタ変換器及び
    自己消弧能力を有するスイツチング素子を用いた
    高周波チヨツパ装置を直列接続してなる直流電
    源、この直流電源と負荷となるコイルとの間に挿
    入されたスイツチ素子、上記コイルに流れる電流
    を検出する電流検出器、この電流検出器の検出し
    た電流値と電流基準との電流偏差信号を入力し、
    上記電流偏差信号に応じた制御信号を発生する第
    1の電流コントローラ、上記コイルに印加される
    電圧を検出する電圧検出器、この電圧検出器の検
    出した電圧値と電圧基準との電圧偏差信号及び上
    記電流偏差信号に基づいた位相制御信号を発生す
    る位相制御回路、この位相制御回路の位相制御信
    号により上記複数のサイリスタ素子を点弧するゲ
    ート回路、上記電流偏差信号に応じた制御信号を
    発生する第2の電流コントローラ、この第2の電
    流コントローラの制御信号により上記高周波チヨ
    ツパ装置のスイツチング素子をオン、オフ制御
    し、上記電流偏差信号が零になるように上記高周
    波チヨツパ装置の出力を制御する駆動回路を備え
    たことを特徴とするコイル用電源装置。
JP57203099A 1982-11-17 1982-11-17 コイル用電源装置 Granted JPS5991520A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6154880A (ja) * 1984-08-24 1986-03-19 Toshiba Corp 電源装置
JPS6370314A (ja) * 1986-09-12 1988-03-30 Toshiba Corp 電磁石電源
WO2021095204A1 (ja) * 2019-11-14 2021-05-20 三菱電機株式会社 電源装置および磁気共鳴画像診断装置

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