JPH0622561A - 極短パルス高圧電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パルス巾が１００ｎｓ前後の極短高圧パルス
を負荷への続流が発生しないようにして発生する。 【構成】 タンクコンデンサの両端に充電用火花放電ス
イッチを介してパルス電圧成形用コンデンサを結合し、
そのパルス電圧成形用コンデンサの両端子にパルス電圧
発生用火花放電スイッチを介して出力端子を接続し、該
両スイッチのオンオフの位相を電気角９０°変位する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気集塵装置やオゾナ
イザーあるいはコロナ電極にパルス電圧を加えてプラズ
マ化学反応や物体の表面処理等を行うコロナ・リアクタ
ー等の様に抵抗負荷ないしコロナ放電負荷に並列静電容
量を有する所謂容量性負荷に急峻な極短パルス高電圧を
供給するための極短高圧パルス電源に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、上述の如き容量性負荷を対象とす
る高圧パルス電源においては、パルス電圧成形用コンデ
ンサーを直流充電電源で充電の上、これをサイリスタ等
の高圧スイッチ素子を介して瞬時に負荷に接続放電せし
めて、負荷の両端にＣＲ減衰に伴うパルス高電圧を発生
するものが用いられている。

【０００３】上述の電源では該高圧スイッチ素子のオン
働作後、該パルス電圧成形用コンデンサーが直ちに直流
充電電源で再充電されてその電圧が上昇し、該高圧スイ
ッチ素子が再点弧するため、該充電電源から負荷に続流
電流が流れ、極端高圧パルス電圧を周期的に発生するこ
とが出来なくなる。

【０００４】この問題を解決するため、該直流充電電源
と該パルス電圧成形用コンデンサーの間に充分に高い限
流抵抗を挿入し、これにより該コンデンサーの再充電速
度を抑えて該高圧スイッチ素子のオン働作後の消弧によ
るオフ状態復帰を確実ならしめることが考えられるが、
この場合は確実なオフ状態復帰に要する高い抵抗値の限
流抵抗を用いると、該パルス電圧成形用コンデンサーの
充電に時間がかかりすぎ、得られるパルス電圧の周波数
が高く出来なくなるという欠点が生じ、その上この限流
抵抗で大きな電力損失を生ずる結果、高圧パルス電源の
電力効率が大きく低下するという別の欠点も生ずる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
従来の高圧パルス電源の上述の問題点を簡単な手段で解
決してパルス巾が１００ｎｓ前後の極短高圧パルス電源
を提供することである。

【０００６】他の目的は該高圧スイッチ素子のオン働作
後、そのオフ状態が回復するまでの導通期間には充電電
源からの出力電流を抑止して、その期間、該パルス電圧
成形用コンデンサーへの充電を抑止し、負荷への続流電
流の発生を確実に防止することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の極短高圧パル
ス電源は高圧変圧器の一次側に商用電源等の交流電源を
接続し、その変圧器の二次側に整流回路を接続してなる
充電電源の両出力端子にタンクコンデンサを接続し、該
タンクコンデンサの両端に充電スイッチを介してパルス
電圧成形用コンデンサを接続し、該パルス電圧成形用コ
ンデンサの両端子にパルス電圧発生用スイッチを介して
容量性負荷に接続される一対の出力端子を接続する高圧
パルス電源において、該充電スイッチと高圧パルス電圧
発生用スイッチを一方のスイッチがオン、オフすると
き、他方のスイッチがオフ、オンする共通の回転火花放
電スイッチで構成する。

【０００８】また、この発明の極短高圧パルス電源は絶
縁回転円盤の両側面の円周寄りに回転電極を突設すると
共に、該回転電極の両端部に夫々火花間隙を隔てて一対
の固定電極を二組設け、その一組で充電スイッチを他の
一組で高圧パルス電圧発生用スイッチを夫々に構成する
ものである。

【０００９】また、この発明の高圧変圧器、整流回路、
タンクコンデンサを共通の油入タンクに収納すると共
に、該タンクコンデンサの両端をそれぞれ絶縁用貫通碍
子又は高圧ケーブルを介して該油入タンクの壁を気密的
に絶縁貫通の上タンク外に導出し、導出導体端のいづれ
か一方を該充電用スイッチを介して該パルス電圧成形用
コンデンサの高圧端に、また他方を該パルス電圧成形用
コンデンサの接地端に、それぞれの相手を取りかえ可能
な様に接続するものである。

【００１０】またこの発明の極短高圧パルス電源は、少
なくとも回転火花スイッチを密閉せるケーシング内に収
納し、該ケーシングの壁に排気孔を設けてケーシング内
の空気を外部に排気するための排気フアンを接続し、該
排気フアンの下流側にオゾン吸収剤、オゾン分解触媒、
活性炭層の中、少なくとも１つを含むオゾン除去部を設
けるものである。

【００１１】

【作用】高圧変圧器で交流電源の電圧を昇圧し、整流回
路で整流し、これをタンクコンデンサに充電し、この電
荷を火花放電による充電スイッチのオン、オフによって
それがオンしたときパルス電圧発生用コンデンサに充電
する。

【００１２】また前記充電スイッチが火花放電によって
オン、オフする際、火花放電による高圧パルス発生用ス
イッチがオフ、オンし、その度毎に出力端子に１００ｎ
ｓ前後の極短高圧パルスを発生する。

【００１３】またタンクコンデンサの２つのタンク外導
出端とパルス電圧成形用コンデンサの高圧端、接地端の
接続をとりかえることにより極めて容易に、負荷に加え
る極短高圧パルスの極性を変えることができる。

【００１４】また火花放電スイッチの放電に伴って人体
に有害なオゾンが発生するが、これを、該火花放電スイ
ッチを密閉ケーシング内に収納の上、内部の空気をファ
ンでオゾン除去部を介して排気するので、該ケーシング
内が常に負圧となってオゾンが外にもれることがない。

【００１５】

【実施例】この発明の実施例は図１に示す如く、高圧変
圧器１の一次捲線１ａ側に電圧調整器２を介して低圧交
流電源３を接続し、該高圧変圧器１の二次捲線１ｂ側に
両波整流回路４の入力側を接続して充電電源５を構成す
る。

【００１６】充電電源５の出力側にタンクコンデンサ６
の両端子６ａ、６ｂを接続し、一方の端子６ａは逆電流
防止用整流器７ａ、インダクタンス８ａ、ケーブル２２
ａ、その導出端子２３ａ、及び回転火花放電スイッチ４
３の充電用スイッチ１１を介してパルス電圧成形用コン
デンサ１２の高圧端子１２ａに接続し、タンクコンデン
サの他方の端子６ｂは逆電流防止用整流器７ｂ、インダ
クタンス８ｂ、ケーブル２２ｂ、その導出端子２３ｂを
介してパルス電圧成形用コンデンサ１２の接地端子１２
ｂに接続する。

【００１７】該高圧端子１２ａにパルス電圧発生用スイ
ッチ１５を介して、インダクタンス１６、抵抗１７及び
一方のパルス端子１８ａを順次接続し、前記パルス電圧
成形用コンデンサ１２の接地端子１２ｂに接地された他
方のパルス端子１８ｂを接続する。

【００１８】両出力端子１８ａ、１８ｂの間に例えば電
気集塵装置等における一対の電極２０ａ、２０ｂからな
る容量性負荷２０を接続するものである。

【００１９】回転火花放電スイッチ４３の充電スイッチ
１１とパルス電圧発生用スイッチ１５は図２に示す如く
回転円盤２５の両側面に亙って一体的に設けた回転電極
２６ａ、２６ｂ、２６ｃと、その回転電極２６ａ、２６
ｂ、２６ｃの両端の回転軌跡と隙間３０を隔てて対向す
る一対の充電用固定電極２７ａ、２７ｂ及びパルス電圧
発生用固定電極２８ａ、２８ｂで構成する。

【００２０】回転円盤２５を絶縁体で形成し、その中心
軸３１に電動機３２を結合し、該回転盤２５の両側面に
おける中心軸３１を中心とする同一円周上に任意数の、
例えば図示のように３個の回転電極２６ａ、２６ｂ、２
６ｃの両端を露出して設け、その中の一つの回転電極２
６ａが一対のパルス電圧発生用固定電極２７ａ、及び２
７ｂと対向する際、他の回転電極２６ｂ、及び２６ｃは
一対の充電用固定電極２７ａ、２７ｂと対向する位置か
ら外れる位置に設ける。

【００２１】電動機３２で回転円盤２５をその中心軸３
１を中心として矢印Ａ２５方向に回転し、回転電極２６
ｃが、一対の充電用固定電極２７ａ、２７ｂと対向する
際、他の回転電極２６ａ、２６ｂを一対のパルス電圧発
生用固定電極２８ａ、２８ｂの対向位置から外れる位置
に設ける。

【００２２】この際、前記タンクコンデンサ６の直流電
圧により、充電用固定電極２７ａと回転電極２６ｂの
間、及びその回転電極２６ｂと充電用固定電極２７ｂと
の間に夫々火花放電が発生し、充電用スイッチ１１が瞬
間的に導通し、インダクタンス８ａ、８ｂの作用でパル
ス電圧成形用コンデンサ１２を共振充電する。

【００２３】回転円盤２５が更に矢印Ａ２５方向に回転
して図２の状態になると、即ち、パルス電圧発生用固定
電極２８ａと、回転電極２６ａの間及び、該回転電極２
６ａとパルス電圧発生用固定電極２８ｂとの間の間隙３
０ａ、３０ｂに火花放電２１ａ、２１ｂが発生してパル
ス電圧発生用スイッチ１５を瞬間的に閉じ、パルス端子
１８ａに高圧極短パルスを発生する。この場合もインダ
クタンス１６の作用で容量性負荷２０に対して共振によ
る振動を生じ、これによりパルスのピーク値が大きく上
昇する。

【００２４】斯様にして一方のパルス端子１８ａと他方
のパルス端子１８ｂの間に接続する容量性負荷２０の両
電極２０ａ、２０ｂの間にパルス巾が１００ｎｓ前後の
高圧極短パルスを印加するものであるがこの際印加する
電圧が回転円盤型の火花放電スイッチによって生ずるパ
ルス巾が１００ｎｓ前後の極短パルスであるので、その
両電極２０ａ、２０ｂ間に火花が発生する限度の電圧を
極めて大きくすることができ、その負荷２０の能率を向
上することができる。

【００２５】電動機３２としては同期電動機、誘導電動
機、直流電動機等、適当な任意のものを用いることが出
来るが、特に回転数可変の電動機を用いることにより、
高圧パルスの発生周波数を可変にすることが出来る。

【００２６】また電動機３２と回転円盤２５の結合は、
図示のごとく直結としてもよいが、ベルトによる結合を
用いると絶縁上便利である。

【００２７】図１において高圧変圧器１、整流器４、タ
ンクコンデンサ６は、整流器７ａ、７ｂ及びインダクタ
ンス８ａ、８ｂと共に点線で示された油入タンク４４内
に収納し、ケーブル２２ａ、２２ｂを介して該タンク４
４の壁を絶縁貫通しているが、その導出端２３ａ、２３
ｂの充電スイッチ１１および、接地端１２ｂとの接続が
図示の如きときは、出力端子１８ａ、１８ｂ間に負極性
の極短パルス高電圧を生ずるが、その接続をとりかえて
導出端２３ｂを充電スイッチ１１に、導出端２３ａを接
地端１２ｂに接続すると、その極性は反転して正極性と
なる。

【００２８】回転火花放電スイッチ４３とパルス電圧成
形用コンデンサ１２及びインダクタンス１６と抵抗１７
はケーシング４５内に収納されており、その壁に排気口
４６があり、これに排気フアン４７、その下流にオゾン
分解触媒４８が設けられている。

【００２９】該ケーシング４５内で回転火花放電スイッ
チ４３の放電により発生したオゾンは空気と共に排気フ
アン４７の作用でオゾン分解触媒４８を介して常に外部
に、無オゾン空気として排出される。

【００３０】その結果ケーシング４５内は負圧に保た
れ、その隙間から人体に有害なオゾンが外部に洩出して
人体の安全をおびやかすことは完全に防止される。

【００３１】以上本発明を図１及び図２の実施例で説明
したが、本発明はその実施例に限定されるものでなく、
その要旨の範囲内において部分的構造を変更したり、或
は付加して実施することも可能である。

【００３２】例えば、図１の実施例を図３に示すよう
に、変更して実施することも可能であり、この場合は高
圧変圧器１の１次捲線１ａ側に逆並列接続されたサイリ
スタ素子３４、３５を介して、商用電源、その他の周波
の電源または可変周波数の電源３を接続し、各サイリス
タ素子３４、３５のゲート３６、３７を制御回路３８に
接続し、各サイリスタ素子３４、３５で交互に断続され
る出力を可変一次電圧として高圧変圧器１に入力するも
のである。

【００３３】その後高圧変圧器１から両波整流回路４、
タンクコンデンサ６、充電用スイッチ１１、パルス電圧
成形用コンデンサ１２及びパルス電圧発生用スイッチ１
５を経て出力端子１８ａ、１８ｂに至る間の構造及び機
能は前述の図１における場合と同一である。

【００３４】出力端子１８ａ、１８ｂの間に分圧器４０
を接続し、負荷２０が火花放電等によって短絡またはア
ーク地絡したとき、これらによる電圧降下を直ちに検出
部４１で検出し、これを導線４２を経て前述の制御回路
３８に入力し、そのゲート３６、３７への信号電流の供
給を停止し、上記短絡電流等を停止する。

【００３５】

【発明の効果】この発明は上述のとおりであるから、前
記従来の高圧パルス電源の問題点を簡単な手段で解決
し、充電スイッチと高圧パルス電圧発生用スイッチを一
方のスイッチがオン、オフするとき、他方のスイッチが
オフ、オンする共通の回転火花スイッチで構成したの
で、簡単な構造でパルス巾が１００ｎｓ前後の極短高圧
パルス電圧を発生することができ、しかも高圧パルス発
生用スイッチがオフした直後には充電電源及びタンクコ
ンデンサから負荷に対して続流電流が流れないので、容
量性負荷を構成する両電極間に火花放電を発生すること
なく充分な高電圧を印加でき、その負荷の能力を向上す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の電気回路図である。

【図２】図１の一部分の詳細図である。

【図３】本発明の他の実施例の電気回路図である。

【符号の説明】

１ 高圧変圧器 ３ 低圧交流電源 ４ 整流回路 ５ 充電電源 ６ タンクコンデンサ １１ 充電用スイッチ １２ パルス電圧成形用コンデンサ １５ パルス電圧発生用スイッチ ２０ 負荷 ２５ 回転円盤 ２６ａ 回転電極 ２６ａ 回転電極 ２６ｃ 回転電極 ２７ａ 充電用固定電極 ２７ｂ 充電用固定電極 ２８ａ パルス電圧発生用固定電極 ２８ｂ パルス電圧発生用固定電極 ３０ａ 隙間 ３０ｂ 隙間

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高圧変圧器の低圧側に交流電源を接続
   し、高圧側に整流回路を接続してなる充電電源の、両出
   力端子にタンクコンデンサを接続し、該タンクコンデン
   サの両端に充電用スイッチを介してパルス電圧成形用コ
   ンデンサを接続し、該パルス電圧成形用コンデンサの両
   端子にパルス電圧発生用スイッチを介して容量性負荷に
   接続される一対の出力端子を接続する高圧パルス電源に
   おいて、該充電用スイッチと高圧パルス電圧発生用スイ
   ッチを一方のスイッチがオン、オフするとき、他方のス
   イッチがオフ、オンする共通の回転火花放電スイッチで
   構成することを特徴とする極短パルス高圧電源。
2. 【請求項２】 共通の回転火花放電スイッチが絶縁回転
   円盤の両側面に突設される回転電極と、該回転電極の両
   端部に夫々火花間隙を隔てて設けられる一対の固定電極
   二組で構成され、その一組が充電スイッチの一部を他の
   一組が高圧パルス電圧発生用スイッチの一部を夫々構成
   することを特徴とする請求項１記載の極短パルス高圧電
   源。
3. 【請求項３】 該高圧変圧器、整流回路、タンクコンデ
   ンサを共通の油入タンク内に収納すると共に該タンクコ
   ンデンサの両端をそれぞれ絶縁用貫通碍子又は高圧ケー
   ブルを介して該油入タンクの壁を気密的に絶縁貫通の上
   タンク外に導出し、導出導体端のいづれか一方を該充電
   用スイッチを介して該パルス電圧成形用コンデンサの高
   圧端に、また他方を該パルス電圧成形用コンデンサの接
   地端に、それぞれの相手をとりかえ可能に接続したこと
   を特徴とする請求項１及び２のいづれか１項記載の極短
   パルス高圧電源。
4. 【請求項４】 少なくとも該回転火花放電スイッチを密
   閉せるケーシング内に収納し、該ケーシングの壁に排気
   孔を設けてケーシング内の空気を外部に排気するための
   排気ファンを接続し、該排気ファンの下流側にオゾン吸
   収剤、オゾン分解触媒、活性炭層の中少なくとも１を含
   むオゾン除去部を設けたことを特徴とする請求項１より
   ３までのいづれか１項記載の極短パルス高圧電源。