JPH03268606A - 磁気パルス圧縮回路 - 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〕 この発明は、核融合、加速器、レーザ等の研究開発分野
において使用されるパルスパワー発生装置の構成要素で
ある磁気パルス圧縮回路に関する。

〔従来の技術〕

第２図は、従来の磁気パルス圧縮回路を含むパルスパワ
ー発生装置の構成例を示す回路接続図であり、パルス電
源回路１が直流電源２と、１次巻！４Ａが蓄積コンデン
サ３を介して直流電源２に接続されたパルストランス４
と、直流電源２に並列接続された投入スイッチ５より構
成され、磁気パルス圧１１回路６がパルストランス４の
２次５ＡＩ４Ｂに結線され互いに直列に接続された可飽
和リアクトル７．８．９と、この可飽和リアクトル７．
８．９のそれぞれに並列に接続された分路コンデンサ１
０，１１１２、１３より構成され、負荷１４が分路コン
デンサ１３に並列接続されてなり、磁気パルス圧縮回路
６はさらに可飽和リアクトル７．８．９を構成するコア
７Ａ８Ａ、９＾の残留磁束密度を消去するためのリセ７
）回路？０，８０．９０を備えている。可飽和リアクト
ル７はコア７Ａと、このコア７Ａを巻回する主Ｌ＆Ｉ７
Ｂおよびリセット５１７Ｃを有し、リセット回路７０は
直流電流源７Ｄと、直流電流１１７Ｄに並列接続された
側路コンデンサ７Ｅと、ブロッキングリアクトル７Ｆを
介して直流電流［７０に並列接続されたリセット巻線７
Ｃより構成されている。可飽和リアクトル８．９および
リセット回路８０．９０の構成は、可飽和リアクトル７
およびリセット回路７０で示した構成と同様であり、そ
れぞれに対応する部称の番号に同じインデックスを付け
ることにより説明は省略する。

第２図の構成におけるパルスパワー発生装置の動作を次
に説明する。まず、蓄積コンデンサ３を直流電源２より
パルストランス４の１次巻！４Ａを介して充電しておき
、充電後に投入スイッチ５を閉成させる。これにより蓄
積コンデンサ３の電荷がパルストランス４を介して分路
コンデンサｌＯに移動し、分路コンデンサ１０への充電
が始まる。可飽和リアクトル７は初期は未飽和状態にあ
り、高インダクタンスなので分路コンデンサ１１へ電荷
が流れることはないが、分路コンデンサ１０の充電電圧
が次第に高くなり、ある限界まで充電されると可飽和リ
アクトル７のコア７Ａが飽和し急激にインダクタンスが
少さくなるように設計しておくと、分路コンデンサ１０
に蓄積された電荷は可飽和リアクトル７を流れて次段の
分路コンデンサ１１を充電し始める０次にまた、分路コ
ンデンサ１１の充電電圧が次第に高まり、ある限界にお
いて可飽和リアクトル８のコア８Ａが飽和するとインダ
クタンスの急激な低下によって次の分路コンデンサ１２
を充電し始める。以下、同様の動作を繰り返すことによ
って分路コンデンサ１３の充電開始と同時に負荷１４に
パルス電圧が印加される。

上記の動作において、パルストランス４までのパルス電
源回路１は最初のパルス電圧を発生するための回路であ
って、発生させるパルス波形の立ち上がりやパルス幅は
比較的に長いものでもよく、次段の磁気パルス圧縮回路
６によってパルス波形の立ち上がりとパルス幅を縮小す
ることができる。

第３図は磁気パルス圧縮回路６の作用を説明するための
タイムチャートであり、電圧波形１０Ａ。

１１Ａ、　１２Ａ、　１３Ａはそれぞれ分路コンデンサ
１０，１１゜１２．１３の端子間に発生する電圧波形に
対応する。

分路コンデンサ１０の端子電圧は、電圧波形１０Ａのよ
うに時間【。において立ち上がり、時間ｔ、において可
飽和リアクトル７が飽和するので電圧値ｖｏより急激に
低下するが、同時に分路コンデンサ１１の端子電圧が電
圧波形１１Ａのように立ち上がる。時間ｔ、において可
飽和リアクトル８が飽和するので電圧波形１１Ａは急激
に低下し、同時にまた分路コンデンサ１２の端子電圧が
電圧波形１２Ａのように立ち上がる。同様に、時間ｔ、
において可飽和リアクトル９が飽和するので電圧波形１
２Ａは急激に低下するが、同時にまた分路コンデンサ１
３の端子電圧が電圧波形１３Ａのように立ち上がり、負
荷１４に圧縮されたパルス電圧が印加される。電圧波形
１０Ａの立ち上がり時間τ。はパルス電源回路ｌの特性
によって決まるが、電圧波形１１Ａ、　１２Ａ、　１３
Ａのそれぞれの立ち上がり時間τ１．τ２．τ、は可飽
和リアクトル７．８．９の飽和時のインダクタンスし、
に依存し、Ｌ、が小さくなるほど立ち上がり時間は短縮
される。可飽和リアクトルが後段になるに従ってそのり
、の値が小さくなるように設計しておけば、パルス電圧
の波形を順次圧縮することができる。

リセット回路７０．８０．９０は、可飽和リアクトル７
．８．９の残留磁束密度を消去する役目を担う。すなわ
ち、前記のパルス電圧を１度発生させた後にリセットを
行わないと、可飽和リアクトル７．８．９を構成してい
るコア７Ａ、８Ａ、９Ａが直流磁化されたままになり、
次のパルス電圧の発生に影響を与えるからである。

第４図は可飽和リアクトルのコアの交流磁気特性を示す
特性線図であり、横軸を磁界、縦軸を磁束密度としたコ
アの特性面！１５は一般に点＾、Ｂ、ＣＤ、Ｅ、Ｆで構
成されるヒステリシス曲線となる。

第４図において、コアの初期動作点がＡ点にあるときに
可飽和リアクトルに正極性の電圧が印加されると、コア
の動作点はＢ点に向かって移動する。Ａ−Ｂまでの移行
状態における可飽和リアクトルのインダクタンスはコア
が未飽和のために大きく、可飽和リアクトルの主巻線に
は電流がほとんど流れない、コアの動作点がＢ点に達す
ると可飽和リアクトルのコアは飽和し、Ｂ−Ｃ−Ｄの間
は可飽和リアクトルのインダクタンスが小さく、可飽和
リアクトルの主ｔ１線は通電の状態になる。

この通電状態で主巻線の電流を零にすると、コアの動作
点はＤ卓に落ち着きコアは残留磁束密度を保有したまま
となる。Ｄ点において正極性の電圧を印加すると、また
Ｄ−Ｂ−Ｃとコアの動作点はもとに戻り通電状態のまま
なので、主巻線には電流が流れてしまう。

磁気パルス圧縮回路６では、可飽和リアクトル７８．９
のコア７Ａ、８Ａ、９Ａの初期動作点を未飽和状態でか
つ常に同じ位置、例えばＡ点にしておく必要がある。そ
のためには逆極性の電圧を印加して残留磁束密度を消去
し、Ｄ点からＤ−Ｅ−Ａと戻すリセット操作が行われる
。

第２図において、リセ７）巻線７Ｃ，８Ｃ，９Ｃはコア
７Ａ、８Ａ、９Ａをそれぞれリセットするための巻線で
あり、直流電流源７Ｄ、８０，９Ｄより主巻１ｊ１７Ｂ
、８Ｂ、９Ｂの電流方向と逆方向の電流をリセット巻線
７Ｃ，８Ｃ，９Ｃに流すようにしている。なお、ブロッ
キングリアクトル７Ｆ、８Ｆ、９Ｆおよび側路コンデン
サ７Ｅ、８Ｂ、９Ｅは主１４１７Ｂ、８Ｂ、９Ｂに流れ
るパルス電流によって誘起される電圧がリセット回路７
０，８０．９０に侵入するのを防ぎ、直流電流源７Ｄ、
８Ｄ、９０を保護するためのものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前述したような従来の回路はリセット回
路の数を可飽和リアクトルと同数必要とし、広い設置面
積、複雑な配線、煩雑な操作を必要とするという欠点が
あった。

第２図においては磁気パルス圧縮回路が３個の可飽和リ
アクトルで構成された例を示したが、得ようとするパル
ス電圧の波形によっては段数を更に増し可飽和リアクト
ルを４個、５個とする場合もあり、それにつれてリセッ
ト回路の構成数も増してくる。そのために、パルスパワ
ー発生装置が大型化し広い設置面積が必要となると共に
、直流電流源からリセット巻線までの往復配線も複雑と
なる。また、パルス電圧発生のたび毎にリセット操作を
可飽和リアクトルの数だけ実施する必要があるので煩雑
な操作が必要であった。

この発明の目的は、リセット回路の数を減らすことによ
り、装置設置面積の縮小化、配線の簡素化、操作の単純
化が可能な回路を提供することにある。

（！ＩＩ！！を解決するための手段〕 上記課題を解決するために、この発明によれば、直列接
続された複数の可飽和リアクトルと、この可飽和リアク
トルのそれぞれを結ぶ接続部に結線された分路コンデン
サより構成され、前記可飽和リアクトルのそれぞれがコ
アと、このコアを巻回する主巻線と、前記コアを巻回し
前記主巻線によって形成された残留磁束密度を消去する
リセ７）巻線を有すると共に、このリセット巻線に直流
電流を供給するリセット回路を備えたものにおいて、前
記リセット回路が直流電流源と、この直流電流源に並列
接続された側路コンデンサと、ブロッキングリアクトル
を介して前記直流電流源に並列接続され前記リセット巻
線同士を直列に接続した直列結線回路より構成されてな
るものとする。

〔作用〕

この発明の構成によれば、リセット回路が直流電流源と
、この直流電流源に並列接続された側路コンデンサと、
ブロッキングリアクトルを介して直流電流源に並列接続
されリセット巻線同士を直列に接続した直列結線回路よ
り構成したことにより、１つのリセット回路によって複
数の可飽和リアクトルのコアをリセットすることができ
るようになるので磁気パルス圧縮回路を構成する可飽和
リアクトルの数が増えても、直流電流源、側路コンデン
サ、ブロッキングリアクトルはそれぞれ１個で済み、装
置設置面積の縮小化、配線の簡素化。

操作の単純化がはかれる。

〔実施例〕

以下この発明を実施例に基づいて説明する。

第１図はこの発明の実施例にかかる磁気パルス圧縮回路
６０を含むパルスパワー発生装置の構成を示す回路接続
図であり、リセット回路６１が直流電流源６１０と、直
流電流源６１Ｄに並列接続された側路コンデンサ６１Ｅ
と、ブロフキングリアクトル６１Ｆを介して直流電流Ｉ
［６１Ｄに並列接続されリセット巻線７Ｃ，８Ｃ，９Ｃ
を直列に接続した直列結線回路６Ｃより構成され、従来
の回路と同し部分には同一参照符号を用いることにより
詳細な説明は省略する。

１つの直流電流源６１０よりブロッキングリアクトル６
１Ｆを介してリセット巻線７Ｃ，８Ｃ，９Ｃに直流電流
を流しコア７Ａ、８Ａ、９Ａをリセットさせる。それぞ
れのリセット巻線７Ｇ、８Ｃ，９Ｃはコア７Ａ、８Ａ、
９Ａへの巻回数をあらかしめ調整しておくことによって
、直流電流が同一でもそれぞれに必要なアンペアターン
を確保することができる。更に、リセット巻線７Ｇ、８
Ｃ，９Ｃにタップを設けることによってアンペアターン
の微調整が可能となる。

従来のリセット回路に比べて複数のリセ７）巻線７Ｇ、
８Ｃ，９Ｃを直列に通電するので、直流電流源６１０の
出力電圧を高くする必要があるが、ブロッキングリアク
トル６１Ｆをコア入りのりアクドルによって構成するこ
とによって、直流抵抗の低いブロッキングリアクトル６
Ｆとすることができるので、従来のブロッキングリアク
トル７Ｆ、８Ｆ、９Ｆは直流抵抗の大きい空心リアクト
ルの場合が多かったことからすると、直流電流１１１６
０の出力電圧は従来のものと比べて必ずしも３倍は必要
としない。

複数の可飽和リアクトルを１つのリセット回路でリセッ
トする別の手段として、ブロッキングリアクトルを介し
て直流電流源に並列接続されリセット巻線同士を並列に
接続した並列結線回路を用いる方法も考えられるが、こ
の回路では印加電圧が一定であるためにそれぞれのリセ
ット巻線に流す電流を調整することができず、可飽和リ
アクトルがすべて同じ構造でかつ同一の磁束密度が残留
している場合以外は適用できないので磁気パルス圧縮回
路には不向きである。

リセット回路６１を１つにすることによって、磁気パル
ス圧縮回路の構成が小さくなるので、パルスパワー発生
装置全体の設置面積が低減されるという効果が得られる
。更に、直流電流源と可飽和インダクタンスとを結ぶ配
線が少なくなり、回路が簡素化され、また、従来は１回
のパルス電圧の発生後にそれぞれのリセット回路によっ
て可飽和リアクトルをリセットするという手間があった
のを、１つのリセット回路のリセット操作だけで済むの
で手間をはぶくことができる。上述のような効果は、可
飽和リアクトルの数が増えるにつれてさらに増大する。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、リセット回路として複数の可
飽和リアクトルのリセット巻線同士を直列に接続し１つ
の直流電流源によって直流電流を流すようにしたので、
従来の回路はそれぞれのリセット巻線ごとにリセット回
路を組んでいたために装置が大きくかつ配線が複雑であ
るという欠点があったのを、磁気パルス圧縮回路の構成
が小さくなり、設置面積の低減されたパルスパワー発生
装置を提供することができる。

更に、リセット回路が１つになったので、直流電流源か
ら可飽和リアクトルまでの配線本数が大幅に少なくなり
、配線が簡素化されるという利点が得られる。

また、リセット操作も１回で済むので、従来は可飽和リ
アクトルの数だけ繰り返して操作するという欠点があっ
たのを、操作が単純化されるという効果も得られる。

なお、上記の効果は磁気パルス圧縮回路を構成する可飽
和リアクトルの数が増えるほどますます大きくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例にかかる磁気パルス圧縮回路
を含むパルスパワー発生装置の構成を示す回路接続図、
第２図は従来の磁気パルス圧縮回路を含むパルスパワー
発生装置の構成例を示す回路接続図、第３図は磁気パル
ス圧縮回路の作用を説明するためのタイムチャート、第
４図はコアの交流磁気特性を示す特性線図である。 １：パルス電源回路、２：直流電源、３：蓄積コンデン
サ、４：パルストランス、４Ａ：１次ｊｌｉｌ。 ４Ｂ：２次巻線、５：投入スイッチ、６，６０：磁気パ
ルス圧縮回路、７．８．９　：可飽和リアクトル、７Ａ
、８Ａ、９Ａ　：コア、７Ｂ、８Ｂ、９Ｂ　：主Ｓ線、
７Ｃ，８Ｇ、９Ｃ：リセットＳ線、７Ｄ、８Ｄ、９Ｄ、
６１０．：直流電流源、７Ｂ。 ８Ｅ、９Ｅ、６１Ｅ　　：側路コンデンサ、７Ｆ、８Ｆ
、９Ｆ、６１Ｐ　ニブロッキングリアクトル、６１Ｃ：
直列結線回路、７０．８０，９０．６１　：リセット回
路、１０．１１．１２．１３　：分路コンデンサ、ＩＯ
Ａ、１１＾、　１２Ａ、　１３Ａ　：電圧波形、１４：
負荷、１５：コアの特性曲線。 ｆ゛、理人升理１　山　口　　巌

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）直列接続された複数の可飽和リアクトルと、この可
   飽和リアクトルのそれぞれを結ぶ接続部に結線された分
   路コンデンサより構成され、前記可飽和リアクトルのそ
   れぞれがコアと、このコアを巻回する主巻線と、前記コ
   アを巻回し前記主巻線によって形成された残留磁束密度
   を消去するリセット巻線を有すると共に、このリセット
   巻線に直流電流を供給するリセット回路を備えたものに
   おいて、前記リセット回路が直流電流源と、この直流電
   流源に並列接続された側路コンデンサと、ブロッキング
   リアクトルを介して前記直流電流源に並列接続され前記
   リセット巻線同士を直列に接続した直列結線回路より構
   成されてなることを特徴とする磁気パルス圧縮回路。