JPS6074920A - 過電流保護装置を備えた高電圧直流供給装置 - 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】 本発明は、特許請求の範囲第１項の所謂上位概念に記載
の過電流保護装置を備えた高電圧直流供給装置に関する
。

従来技術 発生される電力および特に短絡安全性に関し高い要件が
課せられるこのような給電装置は、例えば核融合の技術
分野において知られており、融合炉内のプラズマを付加
的に加熱するための給電装置として用いられて℃・る（
　［Ｐｒｏｃ、　ｏｆｔｈｅ　７　ｔｈ　ｓｙｍｐｏｓ
ｉｕｍ　ｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｐｒｏｂｌｅ
ｍｓ　ｏｆ　Ｆｕｓｉｏｎ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　ｊ　、
　Ｋｎｏｘｖｉｌｌｅ、　Ｕ、Ｓ、Ａ、。

１９７７年１０月２５−２８日、頁１５５Ｅ３−１５８
６に掲載のＰ、Ｌ、　Ｍｏｎｄｉｎｏおよびに、１．　
Ｓｅ　ｌｙｎの論文参照）。

プラズマ加熱においては、用いられる方法に依存して、
ＳＤＡ台の電流で３０−２００　ｋＶの範囲の直流電圧
が必要とされる。加熱を、特に中性粒子ビームの注入に
より行う場合には起動相ならび本来の数秒続くビーム注
入中に、それに必要とされるインジェクタ系において、
ビーム砲の電極系におけるフラッジオーバに短絡が繰り
返し生ずる。このような短絡による敏感なインジェクタ
系の損傷を回避するためには、電流を１０μｓより短い
期間内に確実に遮断し且つ高電圧を１ないし１Ｑ　ｍｓ
の解放時間後に再び閉成する迅速に応答する過電流保護
装置が必要である。

１述のような技術分野で用いられる従来の給電装置にお
いては、高電圧電源は、直列に設けられた開閉装置を介
し負荷即ちインジェクタ系に接続されて見・る。負荷電
流は閉成された開閉装置ならびに出力導体に設けられて
いる電１流測定装置を流れ、駆動もしくは運転中電流の
強さが連続的に測定される。負荷電流が予め定められた
限界値を越えると直ちに、接続されている限界値検出器
によつ又制御信号が開閉器制御部に供給され、該開閉器
制御部は再び開閉装置を開き、それにより負荷電流を遮
断する。

開閉装置は給電装置の出力導体に設けられているので、
該開閉装置は現れる負荷電流を開閉できるばかりではな
く、遮断過程を危険ならしめないようにするために特に
異状に高い電圧に対する耐電圧強度を有していなげＡ１
ばならない。

この理由から従来は開閉装置として、導通状態で負荷電
流を陽極電流として通し、そして短絡時ＩＩ［はその制
作１格子に印加される適当な制御室ＩＬで遮断される高
電力４極管もしくはテトロ−１か用いられて℃・る。

し７かしながら、このように高電圧電源と負荷との間に
開閉装置として高電力４極管もしくはテトロードを使用
する場合にはいろいろな問題が生ずる。駆動に必要とさ
れる陰極加熱ならびに導通状態における陰極と陽極との
間の数ｋＶの高見・電圧降下が原因で、テトロードは数
１０３　ｋＷの固有電力消費を有し、それにより給電装
置の作用効果が劣化されるばかりではなく相応の冷却手
段を設けなげればならない。

同様に、４極管の電極は開閉時に現れる電流および電圧
により相当大きな負荷に曝され、そのために４極管の内
部構造が変形１〜たり開閉装置の故障を生せしめ得る。

最後に、短絡時の遮断プロセスは、唯一っの開閉素子即
ちテトロードもしくは４極管によって行われているので
、開閉装置と高電圧電源との間に設けられるこの４極管
の機能不全に対処１−安全上の理由から、さらに、電源
に対し並列にクローバ−回路を設けなければならず、そ
れ（でより構成要素および制御手段に対する付加的な費
用が必要とされる。

発明の目的 よって本発明の課題は、大きく改善された効率に加えて
高揚された機能安全性を備え、しかも廉価に製作するこ
とができろ過電流保護装置を備えた直流電圧および直流
電流の供給装置を提供することにある。

発明の構成および作用 上の課題は、冒頭に述べた高電圧直流供給装置ておいて
特許請求の範囲第１項の謂ゆる特徴部分に記載の構成に
よ゛り解決される。

本発明の本質的特徴は、高電圧電源および開閉装置を複
数の中間電圧電源ならびに減少した負荷しか加わらない
開閉素子から構成し、開閉素子の各々をそれに関連の中
間電圧電源の中間電圧だけを考慮して設計すれば良いよ
うにした点にある。このようにすれば、１個の開閉器を
直列に設けられた複数の開閉素子で置換し７た場合に生
するような電圧分割に関する問題は避けられる。

本発明に従がい、高電圧電源を、それぞれが関連の中間
電圧電源を高速遮断するための少なくとも１つの開閉素
子から構成され℃いる複数個の中間電圧電源に分割する
ことにより、敏感で高価で使用寿命が制限されている高
電力電極の代りに、複数の廉価でしかも故障が少ない回
路素子を用い、しかも素子全体における電力消費を４極
管の場合よりも相当に低（し、それにより顕著に改善さ
れた効率を有する給電装置が得られる。

さらに、上記のような分割によれば、安全性の面におい
ても大きな利点が得られる。と言うのは、給電装置全体
の機能の信頼性は１つまたは複数の中間電圧電源および
開閉素子の故障によって本質的な影響を受けないからで
ある。

給電装置の特に価格面で好ましい構成として、本発明の
特に有利な実施態様に従い、総ての中間電圧電源が同じ
中間電圧を発生するようにすることができる。このよう
にすれば、製作に際して大規模ライン製造の利点を享受
することができると共に、給電装置のモジュール構造に
より異なった電力要件に容易に適合させることができる
。

本発明の別の実施例てよれば、中間電圧電源における開
閉素子として、実質的に無限の使用寿命を有すると共に
僅か数ボルトの非常に小さい順方向電圧を有する半導体
スイッチを設けることができる。この目的で、ＧＴＯ（
ゲートターンオフ）サイリスタとして知られている遮断
サイリスクを用いるのが好ましい。このサイリスクは、
半導体スイッチの一般的な利点に加えて、高℃・耐負荷
能力を有している。

特許請求の範囲第３項および第４項に記述されているよ
うな本発明思想の発展態様として、個々の開閉可能な中
間電圧電源を出力電圧の制御もしくは調整のための制御
論理回路と組合せて用いることができる。ＭＷ領領域ま
で達する電力消費を伴なう高電力４極管による従来公知
の直列制御と比較し７て、本発明による個々の中間電圧
電源の開閉によれば、９５係もの効率が達成される。

実施例 以下添伺図面を参照し本発明の実施例１（関連して詳細
に説明する。

第１図には、例えば核融合研究分野で用いられて℃・る
ような公知の高電圧直流供給装置（以下簡略にＨＶ−Ｄ
Ｃ供給装置とも称する）の原理が示されている。電源電
圧Ｕおよび出力電圧Ｕｏを有する高電圧電源１は、開閉
装置２ならびに２つの出力導体７および８を介して出力
端子９および１０に接続されており、これら出力端子間
には、例えばフ０ラズマ加熱のためのインジェクタもし
くは注入系のような負荷６が設けられて（・る。

一方の出力導体７１ては、多くの場合測定抵抗とするこ
とができる電流ｄ１１］定デバイス５が設けられており
、該測定デバイス５の出力端には、負荷６を流れる負荷
電流Ｊ工、に比例する測定信号が功、れる。この測定信
号は、電流測定デバイスから限界値検出器４に達する。

この検出器４には、負荷電流ＪＬの予め定められた限界
値が記憶されている。例六ば負荷６に短絡が生する等し
てこの限界値が越えられると膿ぢに、限界値検出器は後
続の開閉制御回路３に信号を発生し１．該回路３は閉じ
ている開閉装置２を開きそれにより負荷電流ＪＬを遮断
する。

上記のような駆動サイクルにおける高電圧電源１の出力
電圧Ｕ。および電源電圧Ｕの時間的変化が、第２図に共
通のダイアダラムとして示されている。第２図にお℃・
て、時点ｔ。に開閉装置２が開かれると先ず、電源電圧
Ｕが制御変流器（第１図には図示せず）により零から除
々に公称値もしくは定格値に向って増大し、時点ｔ１（
／コ該公称値に達する。この相においては、出力電圧Ｕ
　は零に等しい。そこで時点ｔよで開閉袋Ｎ２が閉ざさ
れ、負荷６は高電圧電源１に接続される。すると、出力
電圧■Ｊｏは跳躊的に定常出力電圧Ｕ。の値に増加する
。この定常出力電圧は、負荷分だけ低下した電源電圧Ｕ
に等しい。後続の注入期り中、出力電圧Ｕ。は、時点ｔ
２において短絡が生じ限界値検出器４が応答するまで一
定に留まる。そこで開閉装置２は開き、出力室ＩＩＵ。

は時点ｔ、までに１０μＳよりも少な℃・期間で零に減
少し、他方、電源電圧Ｕは無負荷の元の値もしくは初期
値に増加する。

第ろ図には公知のＨＶ−ＤＣ供給装置の別の構成が示し
である。３相交流回路網から交流電圧は、電源電圧Ｕを
設定する制御サイリスクブリッジ１１ならびに変圧器１
２を介してフィルタ（図示せず）を有する整流回路１３
に供給される。該整流回路１３の出力端から電源電圧Ｕ
が取り出される。開閉装置としては高電力テ）・ロード
（４極管）が用いられ、その制御格子が限界値検出器４
により開閉制御回路３を介して制御されるようになって
いる。短絡時における安全を高めるために、高電力テト
ロード１６の前にクローバ−回路１５が挿入されており
、この回路１５は限界値検出器４の第１の限界値が越え
られた際に高電力テトロード（４極管）１６が負荷電流
ＪＬを遮断できない場合に、第２の限界値検出器１４を
介してそれより高見・限界値で点弧される。

第４図には、本発明によるｎ　ｖ　−Ｄ　Ｃ（高電圧直
流）供給装置の原理図が示しである。この図において、
高電圧電源は、複数の中間型圧電＃ｖ１、・・、Ｖｎか
ら構成されており、該中間電圧電源の出力には対応の中
間電圧Ｕ１．　・、Ｕｎが現れる。以下の説明にお℃・
て、「中間電圧」とは、数１００ｖないし数ｋＶの電圧
を意味するものとＦＩ！　Ａ’Ｎされたい。中間電圧電
源Ｖ工、・。

Ｖｎの出力端は直列に接続されており、全ての中間電圧
電源■　・、Ｖｎか投入されている場１’ 合には出力電圧Ｕは全ての中間電圧Ｕよ、・・。

Ｕ　の来日（Ｕｏ＝　’Ｊ□±−、＋ｕｎ）としてイ咎
られる。

中間電圧電源Ｖ工、・、Ｖｎの各々は、少なくとも１つ
の開閉素子Ｓ　・、Ｓｎを有しており、１’ 各開閉装置は関連の電源内に、該開閉素子Ｓよ。

・・・、Ｓ　を開いた場合に関連の中間電圧電源■、。

・・、■から電流が流れないように配列されている。各
中間電Ｉ］′−，電源〜・２．・、■ｏの出力端子２６
および２７は、ｌ！ｆｉｔ、Ｊ一方向の極性で接続され
＋−７ＳＡｒｅｘｊｚ”Ａ−に−ＶＴ’＋；−’ｎｌｆ
ｆ１′Ｉ″ｌ」ぜ【１ｆ；Ａシされている。バイパスダ
イオードＤユ、−・・、Ｄｎをこのように設けることに
より、中間電圧電源■　・、■ｏの一部が遮断された場
合に、負荷１ 電流ＪＬはそれに対応して減少した出力電圧Ｕ。

で遮断された中間電圧電源のバイパスダイオードを介し
て流れ続けることができ、それによりターンオフされた
開閉素子には、関連の中間電圧電源の中間電圧よりもそ
れ程大きくはない電圧しか印加されフ？い。例えば、中
間電圧電源ｖ０の開閉素子Ｓ工が開かれ、他方残りの中
間電圧電源Ｖ２．・、■ｏの残りの開閉素子Ｓ２．・・
。

籟が閉じているとすると、出力電圧Ｕ。は中間電圧０．
．分だけ減少する。それに対応して減少した負荷電流Ｊ
Ｌはバイパスダイオ−ドＤ工を流れろ。他のバイパスダ
イオードＤ２．・・、Ｄｎは印加される中間電圧Ｕ２．
・、Ｕｎにより阻市方向にバイアスされており、したが
って負Ｗ　電流ＪＬはこれらバイパスダイオ−ドを介し
て（電流れず、関連の中間電圧電源〜′７．・・・ｌ　
’′１＋ｎ不＝＞１＝して取り出される。バイパスダイ
オードＤ　は喝。

連方向に５駆動されるので、中間電圧電源■、の接続端
子２６と２７との間には、中間電圧Ｕ１と比較して無視
することができるバイパスダイオードＤ工の順方向電圧
程度の電位差しか生じない。したがって、開いている開
閉素子Ｓ１には、中間電圧電源Ｖユから電源電圧として
発生され本質的に中間電圧Ｕ工に等しい電圧降下しか生
じない。

これに対して出力にバイパスダイオードＤ１゜・、Ｄｎ
が設けられていないとすると、１つの開閉素子Ｓ□の開
放もしくはターンオフで負荷電流ＪＬ全全体遮断されろ
ことになる。したがって開かれた開閉素子Ｓよには全出
力電圧Ｕ。がかかることになり、したがって現在の技術
レベルにおける高電力４極管もしくはテトロードで許さ
れろ限界圃データに関し正確に設計しなければならな（
・０このように、バイパスダイオードＤ工、・・、Ｄｎ
は開閉負荷を個々の開閉素子Ｓ１゜−・・、Ｓｎに分割
する際に重要な役割を果し、個々の中間電圧電源■１．
・・・、ｖｎの互いに独立した開閉を可能にする。

開閉素子Ｓ１．・・、Ｓｎは、導体部分と制御部分との
間における電位分離の目的でオプチカルファイバとして
構成するのが好ましい制御導体Ｌ０．・・・、Ｌｎを介
して開閉制御回路３に接続されている。該制御回路３は
、限界値検出器４から発生される遮断命令を個々の開閉
素子Ｓユ。

・・・、Ｓｎのための対応の制御命令に変換する働きを
なす。該制御命令はこの場合、所要の遮断時間、例えば
１０μＳより小さいかまたはそれに等しい期間内に発生
される負荷電流ＪＬの明確な減衰特性が望ましい特殊な
場合には、上記制御命令を時間的に変位して発生し、負
荷電流ＪＬを相応に段階的に減少させることができる。

中間電圧電源■０．・・・、ｖｎは、その内部構造なら
びに発生される中間電圧Ｕよ、・・・、Ｕｎに関して同
一となるように実現するのが特に有利である。このよう
にすれば、中間電圧電源■、。

・・・、Ｖｎの各々は、同じ中間電圧ＵＭで出力電圧Ｕ
ｏに寄与し、その結果ｎ個の中間電圧電源を用いる場合
Ｕ。−ＵＭが成り立つ。ＨＶ−ＤＣ供給装置に対しＵＭ
＝　１　ｋＶでＵ。＝１００ｋＶの場合、約１００個必
要とされる中間電圧電源は大規模ラインで製作すること
ができ、それにより製造費用な著しく軽減することがで
きる。さらにそれに加えてこのようなモジュール構造で
は、個々のまたは複数の中間電圧電源を付加したり或い
は取外すことが簡単な仕方で行われ、それにより出力電
圧Ｕ。の大きさに対する異なった要件？それぞれ満すよ
うにすることができる。

１つの中間電圧電源■０．・・・またはｖｎのための好
ましく・実施例が第５図に示しである。例えば電源変圧
器（図示せず）の２次巻線に接続されている６１、目交
流電圧入力端２８には交流電圧か現れ、この交流電圧は
整流器ブリッジ回路１７により整流される。残留交流電
圧成分は公知の仕方で直列（（接続されたチョーク１８
ならびに並列のフィルタコンデンサ１９によりろ波され
る。２つの出力導体２４および２５は平滑された直売電
圧を対応の出力端子２６および２７に導く。一方の出力
導体には、開閉素子として、順方向の極性で轢断ザイリ
スタ２３が設けられており、その制御入力Ｑｉｉ、″（
は制御装置２２に接続されている。

制御装置２２ば、その人力瑞に対応の制御命令が現れる
と直ち（（、遮断サイリスタ２３０オ／／オフ駆動に必
要な制御パルスを発生ずる。

ここで述べている第１の実施例においては、この制御命
令は、第４図に示１７た中央開閉制御装置３から発生さ
れ、ｌ、たがって負荷電流ＪＬは電流測定装置５および
七二へに接続された限界値検出器４により中央で監視さ
：１′１ろ。この中央監視方式は構成が特に簡１Ｙ５−
Ｑあり、然も個々の中′間電圧電源Ｖユ、・・、Ｖ、の
個々の要件に対して調整する必要がない唯一の限界値を
予め規定するだけでよい。

第２の実施例に“−（ては、各中間電圧電源に、個々の
電源に整合されたｆｔ加監視久装が設けられ、これら監
視装置は、それぞれ、一方の出力導体２４に挿入された
電流測定デバイス２０および別の限界値検出器２１から
構成される。限界値検出器２１の出力端は制御装置２２
０入力端に接続さね、中央開閉制御装置３または局部限
界値検出器２１から遮断命令が現れると常に遮断サイリ
スタ２３は開かれる。

既に述べたように、第４図に示した回路構成におし・て
負荷電流ＪＬは、開閉素子が閉じて℃・る中間電圧電源
■１．・・、■□の各々を流れるので、電流測定装置５
，２０においては通常の場合同じ電流が測定されること
になる。中央監視装置を個々の電源の局部電流監視と組
合せることにより二重の安全性が確保される。さらに加
えて、局部監視により、電流４Ｎ（１定装置５の上流側
でＨ■−Ｄｄ供給系統に現れる短絡をも検出することが
できる。

他方また、既に述べた理由から、電流測定装置５により
中央監視を省略することができる。

この場合には、過電流保護装置は中間電圧電源ｖ０．・
、ｖｎの各々に一体的に設けられることになるが、この
場合には、Ｈ’Ｉ　−Ｄ　Ｃ供給装置のできる限り短い
遮断時間を全体的に達成するために、異なった中間電圧
電源の遮断特性における公差を狭くする必要がある。

中間電圧Ｕ工、・・・、ＵｎおよびＵＭの設定は、本質
的に、現在入手可能な開閉素子の限界値データに従って
定められる。特に遮断サイリスクもしくはケゞ−トター
ンオフ（ＧＴＯ）サイリスタを使用する場合には、個々
のサイリスタで数１０ＯＡ（アンペア）の電流で数ｋＶ
の中間電圧を遮断することができる。多数の遮断サイリ
スタの直列接続ならびにそれに伴う電圧分割と見・う問
題を回避するために、中間電圧ば１Ｑ　ｋＶより小さく
選択するのが有利である。中間電圧電源の実際に試みた
実施例にお見・では、中間電圧は約１０ＯＡの最大電流
で約ｉ１＜Ｖとして満足であった。

純粋な過電流保護に加えて、本発明思想の発展態様とし
て、第４図に示した中間電圧電源ｖ０゜・・、■ｏから
なる回路構成を、出力電圧■Ｊｏの制御および調整に用
いることができる。中間電圧箱、源Ｖ工、・、■　は個
別に開閉可能なように構成されているので、適当な制御
で異なった中間電圧を組合せることにより出力電圧Ｕ。

に異なった電圧段階を実現することができる。例えば全
ての中間′電圧電源ｖ１．・、■　が同じ中間電圧ＵＭ
を発生ずるものとすると、個々の電源を段階的に逐次接
続す・５ことにより、ＵＭないしｎ−ＵＭの段階状の出
力電圧Ｕ０を発生することができる。この場合、予め定
められた目標電圧ＵＳからの実際の出力電圧Ｕ。の偏差
はＵｌ、Ａｌ１の最犬匝に制限することができる。中間
電圧電源ｖ１．・・、■ｏのうちの複数個のものだけが
同じ中間電圧Ｕ、□を発生し、そして残りの中間電圧電
源の中間電圧が段階的（／ＣＵＭの２ｍ分の１の部分（
但（、ｍ−１，２，・・・）を賄うようにすれば、上記
最大偏差をさらに減少することかできる。例えは、中間
電圧ＵＭ／２およびＵＭ　／　４の２つの中間電圧電源
を設ければ、ｌ　−ＵＭと（ｚ　＋１　）Ｕｙと（）゛
）間の′電圧段階に加えて、電圧段階（ｌ＋Ｉ／４　）
ｕＭ、（ｌ＋　１／２　）ＵＭ。

（ｌ＋３／４）ＵＭを設定することができる。

但しここでＺは整数である。したがって、出力電圧Ｕ。

と目標電圧ＵＳとの間の最大偏差はＵＭ１８に減少され
る。

出力電圧Ｕ０の付加的な制御および調整機能を備えたＭ
Ｖ−ＤＣ供給装置の原理図が第６図に示しである。ダイ
オードおよびコンテンツで記号的に示した整流機能およ
びフィルタ機能を有する中間電圧電源■０．・・・、Ｖ
ｎの入力側は電源変圧器２９の分離された２次巻線Ｗ、
、・・。

■　に接続されている。電源変圧器２９は図示を明瞭に
する意図から単相変圧器として示しであるが、しかしな
がら通常ばろ相構造のものであって第５図に示１−よう
に中間電圧％諒に接続して使用されろものである。この
実施例にお（・では、第４図で既に述べた電流測定装置
５、限界値検出器４および開閉制御回路３０機能ブロッ
クに加えて、制御論理装置３０が設げられ、この装置３
０は限界値検出器４からの遮断他令を処理すると共に他
方また外部から規定される目標電圧ＩＪＳに対応する入
力量を処理する。側位１１論理回路３０は、目標電圧Ｕ
Ｓの大きさを中間電圧Ｕ　の太きさて除して、目標電圧
Ｕ８を出力屯圧Ｕ。でできるだけ正確に近似するために
閉成しなければならない中間電圧電源ｖ１．・・・。

■　の数をめる。それに加えて２進法で段階付けられる
中間電圧”Ｍ　／　２ｍを有する中間電圧電源が存在す
る場合には、制御論理回路３０は、ト配の除算で残る剰
余に従かい付加的に、２進法で段階付けられた電源の一
部を投入し、この投入でイ目応の組合せυてより目標電
圧ＵＳと出力電圧Ｕ。どの間の偏差がさらに減少される
。制御論理回路３０の処理結果は２進形態で開閉割面り
回路３に転送され、該回路３により対応の制御命令が制
御導体Ｌ１．・・、Ｌｎを介して開閉素子Ｓよ、・・＋
　Ｓｎに供給される。

制御論理回路３０内で過電流保護機能は、上述の目標電
圧ＵＳに依存する制御機能より」電位にある。限界値検
出器４からの遮断命令は、制御過程を遮断し、そして総
ての中間電圧電源■、２　・・、■ｏに対する遮断命令
として開閉制御回路３に供給される。予め定められた自
由もしくは解放時間の経過後のこのように強制遮断シー
ケンスにおいて出力電圧Ｕ。を自動的に再び投入するた
めに、制御論理回路３０内に時間発生器を設けて、それ
により目標値電圧ＵＳを基準としての中間電圧電源Ｖよ
、・・・、■ｎの再投入も［、＜は再閉成を上記自由時
間の経過後にトリがすることかできる。

目標電圧Ｕ８に依存する純制（財）に加えて、第６図に
示す別の好まし号・実施例においては、出力電圧Ｕ。の
制御も実現される。この目的で、ＨＶ−ＤＣ供給装置の
出力端子９および１０に並列に電圧測定装置３１が接続
され、この装置３１で連続的に出力電圧Ｕ。の実際の大
きさが」］］定される。この測定の結果は制御論理回路
３０の別の入力に与えられる。制量論理回路３０はｔｌ
ｏとＵ８を比較１．てこれら２つの量から差を発生する
。この差の大きさおよび記号から、上林の除算もしくは
割算（ｔより、ＵｏとＵｓとの間の偏差を最小にするた
めにどのそして幾個の中間電源を閉成もしくは開放しな
ければならないかｋ　：”ニー＜める。

制御論理回路３０は制御および調整に対して必要とされ
る計算ステップを実行することができ■つ中間電圧電源
Ｖよ、・・・、■ｏの適切な選択を行なうことができろ
１つまたは複数のマイクロプロセッサから構成するのが
好ましい。この場合、電流１９１１定装置５から得られ
る負荷電流孔の１ｉ１１１定値がディジタル形態で制御
論理回路３０１１こｂヤ−られでそこで、ディジタル化
され記憶され−いる負荷電流ＪＬの限界値と比較される
場合には、別個に設けられる限界値検出器を省略オニ〉
−とができろ。

電流動定装＋ｉ！ｔ５ど制御論理回路３０との間の直接
接続には、好ましくは第７図に示すように重置１１１・
：　””’−’＋’；：　’ｌ”’ｊ：　５内で行なわ
に１．る電位分離が必要で、”；ｙ）　ｚ２．っ負荷電
流Ｊ１Ｊは、極端な場合、真直ぐな・９体台から構成す
ることができる界磁コ・ｒル３２を流れる。界磁コイル
３２によって発生される磁界は、電源デバイス（図示せ
ず）から一定の直流を４′弓、考、＼れるホール素子に
作用する。

磁界に依存するホール電圧は、Ａ　／　Ｄ変換器３４に
供給される。この変換器３４はホール電圧から、負荷電
流■、ヨに比例するディジタル信号を発生し、そして予
め定められた限界値と比較するために制御論理回路２．
０に送る。同じ仕方で、被測定電圧を最初に精密抵抗を
用いて対応の電流に変換する１易合には、電位分離を電
圧測定装置３１内で実現することもできる。

制御および調整過程の時間的経堝は第８図にＵｏ（ｔ）
曲線としてｉ１ミし゛（ある。ｌ−１標電圧Ｕ８の点鎖
線で描いた電位ｊは、即想的には出力電圧Ｕ０がとるべ
き電圧変化もし２くは）００フイールを表わす。時点ｔ
＝Ｑと時点ｔ、との間におけるＵＳの直線的な立上りは
、出力電圧Ｕ。から段階ＵＭで中間電圧電源を逐次投す
ることにより近似される。時（禮ｔ０において■に、は
Ｕ。の最後の段階より約ＵＭ、、’　２だけ筒い位置に
ある水平の直線に移行するので時点１〕、にお（・ては
全中間電圧Ｕ、□を有する１つの中間電圧宙、源が投入
されるのではなく、Ｕ、　／　２の中間電圧を有する２
進法で段階例けられた電源が投入もしくは閉成されろ。

時点ｔ４において、負荷インピーダンスの減少Ｆ６よび
出力′市川［ｆ。の降下として現われる負荷変動が始ま
るｔｌ、までにＵ。は、制御論理回路がＵＳとＵ。どの
間差な補償するために制御をトリがするまでに減少して
いる６、ＵＭ／２の中間室圧電のは遮断されそれに代っ
てＵＭを有する他の中間電圧電源が閉成される。その結
果中ずるＵ。から０Ｍ７２分の増加は差（ＵＳ−Ｕｏ）
を補償するの８で充分である。出力電圧Ｕ　がさらに降
下すると制御論理回路は時点ｔ６で中間電圧Ｕ１Ｖ４／
２を有する電源）ｋ再び投入し、その結果新たにＵ。は
Ｕ８に適合される。第８図に示した制御もしくは調整は
大きな変動に対して採られるものである。と言うのは、
この図においては、図示を明瞭にする意図から、２進法
で分割された電圧ＵＭ／２を有する唯１つの中間電圧段
階Ｉ−か存在しなし・ことを前提どしているからである
。したがってＨ，Ｖ　−Ｄ　Ｃ供給装置内に、２進法で
分割される段階電圧Ｕ、□／２．　Ｕ、Ａ／’４゜ＵＭ
／８．　ＵＭ／１６を有する辺数の中間′電圧電源が存
在する場合には、それに対応して平滑な制御および調整
を実現し得る。

発明の効果 以上要約すると、本発明によるＨ　Ｖ　−Ｄ　Ｃ供給装
置は、製造および駆動において特に経済的で機能に信頼
性があり且つ融通性を有し、しかも単純な仕方で制御お
よび調整が可能な給１ｂ装置であり、従来のものと比較
し７て顕著に改善された作用効果が得「、れるばがりで
はなく同時に使用寿命も長くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図番、■、過電流保護装置を（ｉｉｆｉえた公知の
高電圧直流供給装置の原理的回路略図、第２図は中性粒
子ビームインジェクタの駆動に際して第１図に示１〜だ
高電圧直流供給装置を用いる場合の電圧の時間的変化特
性を示す図、第６図は、高電力４極管もしくはテトロ−
ドを備えた第１図に示す給電装置の分備構成を示ず図、
第４図Ｇ、駅本発明による高電圧直流供給装置の原理的
回路略図、第５図は、第４図に示した１つの中間電圧１
．）“、びの実、ｕＱ例を示す回路略図、第６図は、出
力電圧の伺加的な制御および調整機能を備えた本発明に
よる高電圧直流供給装置の原理的回路略図、第７図は、
第４図に示した電流測定装置の一実施例を示す回路略図
、そして第８図は、第６図に示１〜だ高電圧直流供給装
置の調整される出力電圧の時間的変化を示す図である。 １・−高電圧電源、２・・・開閉装置、３・・・開閉制
御回路、４・検出器、５・・電流測定デバイス、６・負
荷、７．８・出力導体、９，１ｏ・出力端子、１１−・
制御サイリスクブリッジ、１２　・変圧器、１３−・・
整流口：賂、１４・・限界値検出器、１５・・クローバ
−回路、１６・・・高電力カテロイド、１７・・整流器
ブリッジ回路、１８・　チョーク、１９・・フィルタコ
ンチゞンザ、２０　由’ｔ　流ｍｌｌ定デバイス、２１
・・限界値検出器、２２・・・制御装置、２３・・・遮
断サイリスク、２４．２！ｉ・・出力導体、２６．２７
・・・出力端１’、２８・・３相交流Ｎ圧入力端、Ｊ’
Ｌ・負荷電流、Ｄ・−・バイパスダイオード、Ｌ・・・
制御群１本、Ｓ・・開閉素子、Ｕ・・・中間電圧、■・
・中間電圧電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　出力電圧（Ｕｏ）を有する高電圧電源（１）と、前
   記高電圧電源（１）に接続された負荷（６）を流れる負
   荷電流（ＪＬ）を測定するための電流測定装置（５）と
   、該負荷電流（ＪＬ　）を迅速に遮断するための開閉装
   置（２）と、前記電流測定装置（５）と接続されて前記
   負荷電流（Ｊｂ　）の予め定められた限界値が越えられ
   た際開閉器制御部（３）を介し、て、前記開閉装置（２
   ）を負荷電流（ＪＬ）が遮断されるように制御する限界
   値検出器（４）とを含む過電流保護装置を備えた高電圧
   直流供給装置において、前記高電圧電源（１）は、出力
   端子（２６，２７）にそれぞれ中間電圧（Ｕ　・・、Ｕ
   ｎ）を発生する複数の１’ 中間電圧電源（入７□、・・、Ｖｎ）を具イ脂し、前記
   中間電圧（＋Ｊ　・・、ＵＴｉ）を加算１．て前記１′ 出力電圧（Ｕｏ）にするために前記中間電圧電源（Ｖよ
   、・・・、ｖｎ）の出力端子（２６，２７）を相互に直
   列に接続し、前記中間電圧電源（Ｖ工、・・・、ＶｒＩ
   ）の各々に、関連の中間電圧電源（■０．・・・、Ｖｎ
   ）を高速遮断するための少なくとも１つの開閉素子（ｓ
   ｌ、・・、ｓｎ）を設け、前記各中間電圧電源（Ｖ　・
   ・・。 １ Ｖｎ）の出力端子（２６，２７）を阻止方向の極性で接
   続されたバイパスダイオード（Ｄよ、・・・、Ｄｎ）に
   より接続し、そして前記開閉素子（Ｓｏ、・・・、Ｓｎ
   ）で前記開閉装置（２）を形成し、該開閉素子を開閉器
   制御部（３）から制御導体（Ｌ　・、橢）を介１〜て同
   ｌ　す 時に制御できるようにしたことを％徴とする過電流保護
   装置を備えた高電圧１自流供給装置。 ２、全ての中間電圧電源（Ｖ　・・・、ｖｎ）が同■＋ じ中間電圧（ＵＭ、　）を発生し、該中間電圧（Ｕ１４
   ）がｉ　Ｑ　ｋＶ、好ま１−＜は約１基より小さい特許
   請求の範囲第１項記載の高電圧直流供給装置。 ろ　開閉素子（Ｓ工、・・・、Ｓｎ）を半導体スイッチ
   、例えば遮断ザイリスタから構成した特許請求の範囲第
   １項及び第２項のいずれかに記載の高電圧直流供給装置
   。 ４　中間電圧電源（■０．・・・、Ｖｎ）をそれぞれ、
   チョーク（１８）およびろ波コンデンサ（１９）からな
   る後続のフィルタを備えた整流器ブリッジ（１７）から
   構成して、電源変成器（２９）の別々の２次巻線（Ｖ／
   、　、・・、Ｗｎ）を介し交流電圧回路網に接続した特
   許請求の範囲第１項から第６項のいずれかに記載の高電
   圧直流供給装置。 ５　各中間電圧電源（Ｖ工、・・、Ｖｎ）の開閉素子（
   Ｓよ、・・・、Ｓｎ）を出力導体（２５）に設け、そし
   て各中間電圧電源（Ｖよ、・・、Ｖｎ）か固有の電流側
   ・定装置（２０）と固有の限界値検出器（２１）を有し
   、それにより、前記中間電圧電源から供給される電流が
   予め定められた限界値を越えた時に当該中間電圧電源を
   特徴とする特許請求の範囲第１項から第４項のいずれか
   に記載の高電圧直流供給装置。 ６　電流測定装置（５，２０）が被測定電流が流れる界
   磁コイル（３２）を有し、該界磁コイルの磁界をホール
   素子（３３）に作用させ、該ホール素子の出力信号を後
   続のＡ　／　Ｄ変換器（３４）で前記電流に対応するデ
   ィジタル量に変換ｌ−て限界値検出器（４，２１）に供
   給する特許請求の範囲第１項ないし第５項のし・ずれか
   に記載の高電圧直流供給装置。 ７　出力電圧（Ｕｏ）を有する高電圧電源（１）と、前
   記高電圧電源（１）に接続された負荷（６）を流れる負
   荷電流（ＪＬ）を測定するための電流測定装置（５）と
   、該負荷電流（ＪｌＪ）を迅速に遮断するための開閉装
   置（２）と、前記電流測定装置（５）と接続されて前記
   負荷電流（ＪＬ）の予め定められた限界値が越えられた
   際開閉器制御部（３）を介して、前記開閉装置（２）を
   負荷電流（ＪＬ）が遮断されるように制御する限界値検
   出器（４）とを含む過電流保護装置を備えた高電圧直流
   供給装置において、前記高電圧電源（１）は、出力端子
   （２６，２７）にそれぞれ中間電圧（Ｕｏ、・、Ｕ）を
   発生する複数の中間電圧電源（■１．・・・、Ｖｎ）を
   具備し、前記中間電圧（Ｕユ、・、Ｕ）を加算して前記
   出力電圧（Ｕｏ）にするために前記中間電圧電源（Ｖ工
   、・・・、ｖｎ）の出力端子（２６，２７）を相互に直
   列に接続し、前記中間電圧電ｉ（Ｖ、、・、ｖ）の各々
   に、関連の中間電圧電源（Ｖ工、・・・、Ｖｎ）を高速
   遮断するための少なくとも１つの開閉素子（Ｓよ、・、
   Ｓｎ）を設け、前記各中間電圧電源（■１．・。 ■　）の出力１瑞子（２６，２７）を阻止方向の極性で
   接続されたバイパスダイオード（Ｄ　・・、Ｄｎ）によ
   り接続し、そし、て前記間１′ 閉素子（Ｓ工、・・、Ｓｎ）で前記開閉装置（２）を形
   成し、該開閉素子を開閉器制御部（３）から制御導体（
   Ｌｌ、・・、Ｌｎ）を介して同時に制御できるようにし
   、さらに、出力電圧（Ｕｏ）を刊加的に制御するために
   、限界値検出器（４）と開閉器制御部（３）との間に制
   御論理回路（３０）を設け、該制御論理回路は、外部か
   ら予め与えられる目標電圧（ＵＳ）に従い前記中間電圧
   電源（Ｖ工、・・。 ■　）のうち、中間電圧の和が前記目標電馬（ＵＳ）に
   ほぼ等しくなる数の中間電圧電源を閉成することを特徴
   と１−る高電圧直流供給装置。 ８、　負荷変動に除して出力電圧（Ｕｏ）を付加的に制
   御するために、出力電圧（ＩＪｏ）を測定ずろための電
   圧測定装置（３１）を設け、該電圧測定装置（３１）は
   前記出力電圧（ＩＪｏ）に対応する測定信号を制御論理
   回路（３０）に供給し、前記制御論理回路（３０）は前
   記出力電圧（Ｕｏ）と目標電圧（、ＵＳ）との間の差に
   従い、開閉器制御部（３）を介して、前記差が最小値と
   なるように中間電圧電源（Ｖ　・＋　ｖｎ）の一部を投
   入もし５くは鴻〕　を 断する特許請求の範囲第７項記載の高電圧直流供給装置
   。 ９　中間電圧電源（Ｖ工２・・・、Ｖｎ）のうちの多数
   の中間電圧電源が同じ中間電圧（ＵＭ）を発生１．、そ
   して残りの中間電源の中間電圧を前記中４ａ’Ｊ　！圧
   （Ｕｙ、　）’ｔ　２”　（但しｍ＝１．２゜・・）で
   除して段階付けて取り出す特許請求の範囲第７項または
   第８項に記載の高電圧直流供給装置。