JPS61154484A - 交流パルス電源 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、交流電源に接続され一定の直流電圧または
直流電流を出力する交直変換部と、この交直変換部の出
力を入力し正および負の矩形波電圧または矩形ｖｔ流を
交互に出力する直交変換部とを備え、この直交変換部の
出力側か１−）２次側にたとえばオゾン発生器のような
容葉性負荷を有する変圧器に＃寅する交流パルス電源に
関する。

〔従来技術とその問題点〕

従来、２次１４目こたとえばオゾン発生器のような容童
註負荷を有する変圧器の電源としては、摺動゛４圧調整
器もしくは誘導車圧調整器と昇圧トランスとを組合わせ
た商用周波゛電源が用いられてきた。

オゾン発生器は、周知のように、たとえは同心配置され
て１対の電極を形成する金Ｉｆ４製２重円筒の間に同心
的にｖｊ亀体円筒を挿入し、この２惠円筒の間に高電圧
を印加して無声数ＩＩＩ’を生ぜしめ、この放電雰囲気
中に酸素または酸素が混入された乾燥気体を前記２嵐円
筒の一方の端部から送り込み、他方の端部からオゾンを
取り出すものであって、印加電圧波形の１周期中の無戸
放電か行われている期１’ｍＪ中は、オゾン発生器は、
訪笥体円筒の有する静電容量と、放電雰囲気の有する抵
抗と静電容量の並列路とが直列となった負荷となり、無
声放電が止んでいる期間中は、１対の電極間に幼篭体円
筒が単に存在しているだけの靜亀容量負倚となる。この
ようなオゾン発生器における富力消費量（単位時間当り
）は次式： ％式％） ただし、Ａ、Ｂはオゾン発生器の構造や大きさｌこよっ
てきまる定数、〜′ｐは印加電圧の波高値、ｆは印加璽
、圧の周波数である。

で与えられる。従っｔ、前述のように、周波数が一定の
電源を利用する場合には、オゾン発生量を増加させるた
めには、印加電圧を高くしなければならない。このため
、オゾン発生器は絶縁が強化されなければならず、この
ため大形となり、しかもその絶縁強度上の制限からオゾ
ン発生量の可変幅をさほど大きくできないという欠点が
あった。

一方、オゾンの利用範囲が広がるに従い、オゾン発生量
とその可変幅の増大とに対する要求はま丁ます強まり、
近年に１６いては、オゾン発生器の電源として、静止形
すなわち電源を構成するスイッチンク素子に半導体を用
いた電圧・周波数ｆ換器の利用が進んでいる。第６Ｒ，
Ｍ７図はこのようなｔｇの代表的γλ構成ν１」を示１
−０纂６図は太きさが一定の正、負の矩形ｅ、裕１圧を
交互に出力する電跡の回路（（構成を示し、第７図は大
きさが一定の正、負矩形Ｕ′市流を交互に出力する電源
の回路構り又を示す。

′ｇＪ１６図において、交流’ＪＬ　ＩＪｆＡに接続さ
れたサイリスタ堅ｔｊｌ（、ブリッジ１１１から出力さ
れた巨流儀流は、インダクタンスが比較的小さい平滑リ
アクトル１１３を介して直流コンデンサ１１２に流入し
、このコンデンサを一定電圧に光ηする。直流コンデン
サ１１２の両端子には、トランジスタからなるブリッジ
回路１０３とダイオードから、なるブリッジ回路１０４
とが逆並列に接続され、さらにブリッジ回路１０３゜１
０４の出力ＩＱ１）が並列に接続され比較的小インダク
タンスのりアクドル１１４を介して変圧器２に入力され
ている。すなわち、変圧器２０）を源は、サイリスタ祭
成ブリッジ１１１と平滑リアクトル１１３と直流コンデ
ンサ１１２とを備えた父直質換部１１Ａと、トランジス
タからなるブリッジ回路１０３とダイオードからなるブ
リ、ジ回路１０４とを備えた直交変換！ＩＯＡとな備え
、この’ｉｓから、リアクトル１１４を介し、以下に説
明するように、大きさが一定の正、負の矩形波電圧が交
互に出力される。

以上のように構成されたｔ算回路において、ブリ、ジ回
路１０３を構成″″４−るそれぞれのトランジスタのペ
ースが所定のシーケンスに従ってオン、オフ側倒される
と、直交変換部１０Ａの出力側には、第８図に示される
ように、大きさか一定の正、負の矩形波電圧３１Ａが交
互にあられれ、これに伴い、３２Ａのような波形のｔｌ
＃、が変圧器２に流入−′４−る。図において、パルス
１圧３１Ａは比較的尚Ｊ≧阪の場合を示すが、オゾンの
発生量を減らすため、その周波数を欺くして点１４１Ａ
のような波形にすると、変圧器２に流入する電流の波形
は４２Ａのようになり、各電流半波の曲に無電流の区間
を生ずる。

第７図は、大きさか一定の正、負の矩形成゛電流を交互
に出力するｔ諒の回路イ１す成を丞すものであり、その
交ｍｔ換部１１ＢＧ１サイリスタ３ψ流ブリ、ジ１１１
とインダクタンスの大きい直流リアクトル１２１とを備
え、また直交変換部ＩＬ’）Ｂはサイリスクからなるブ
リッジ回路１０５と転流コンデンサ１２；つとを備えて
いる。このように構成された電源回路にお（・て、ブリ
ッジ回路１０５をヤ４成するそれぞれのサイリスタのゲ
ートが所定のシーケンスに従ってオン。

オフ制御されると、直交変換部１０Ｂの出力側には、第
９図に示されるように、大きさが一定の正、負の矩形波
電流３２Ｂが交互に出力され、これに伴ない、３１Ｂの
ような波形の電圧が変圧器２Ｑ〕１仄側にあられれる。

図において、矩形波電流３２Ｂは比較的高周波の場合を
示すが、オゾンの発生器を減らすため、その周波数を低
くして点、％１４２Ｂのような波形にすると、変圧６２
　ｏ）ｉ次１目１１にあられれる電圧の波形は、４１Ｂ
に示すように、矩形波電圧４２Ｂの極性の変化の初期に
急速に変化してその極性を変え、その後徐々に変化する
波形となる。

すでに述べたように、第６図、第７図に示された従来の
交流パルス電源と、この電源から給電される変圧器とは
、高周波領域から低周波領域までの広い周波数範囲にわ
たり、所望の送力を変圧器２次１１１１の負荷に供給す
ることができなげればならないことから、電源は縄周波
頌域においても所望の外債を出力可能とするとともに、
昇圧トランス：２のような、鉄心を含む回路要素は、低
周波領域においても過熱することのないよう、十分大き
い磁気回路を有する必要があり、オゾン発生器の電源側
回路を畠低両周阪に対して設計しなけれはならない繁雑
さや、鉄心を含む回路要素の大形化が避けられないなど
の問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は、前記従来の問題が除去された、オゾン発生量
の可ｆｌｌＩｉｉｉが広くかつ鉄心を含む回路要素を小
形ならしめる交流パルスｎ源を提供１−るこ古を目的と
する。

〔発明の要点〕

この発明は、交流′ｒｊＬ′ｍ、に接続きれ一定の直流
電圧また（ま直流−流を出力する交直変換部と、この交
直変換部の出カケ入力し［ヒおよび負の矩形波電圧また
（ば矩形波電流を交互に出力する直交変換部とを備え、
この直交変換部の出力（ｐｌ＋から２次１目１１に容量
性負荷を有する変圧器に給…する交流パルス電源であっ
て、前記直反変換部の出力側が前記交互に出力さｎる′
―圧または′連流の正（頁）の矩形波の示ミリＤゝらこ
れにつつく貝（、ｔＥ）のｆｆ５．形波の姑スリまでＵ
）吋ｒａｌ短絡される。Ｊ５Ｊこして、前記の白８つを
６がニし７ようと−Ｃるものである。第１０図１編１１
図を用いてこの発明の要点を評細に祝明１−る。

第１０　［１は、変ＥＥ器２と、その２仄イＬｉ１ｉに
接続され幸 たオゾン発生器（第６図、第７図）の等価回路を示−ｉ
ｏここでｒｌ、Ｌｌ、ｒ２．Ｌ２は変圧器の１次側およ
び２仄ｆｕｌｌ　Ｏ）もれインピーダンスであり、ｒｇ
。

Ｌｏ　ｔｉ励磁インピーダンスである。また、Ｃｇはオ
ゾン発生器の１対の郷極を構成する金為袈２重円筒の間
に同心的に挿入された訪鮨体円筒自体の外周面と内周面
との曲の静電容量、Ｃａは無声放置の／ｉ５／電免百の
静犠各貴、Ｒは無声放雷が生じているときの放霜空闇の
有する抵抗、Ｇは無声散型の有無を表示するギイソフで
あって、このキャップがｖ絡されているときは無声放′
−か生じていることを示し、開放されているときは魚戸
放雇が生じていないことを示す。このようｐ回路にたと
えは直父駕換部１０Ａ（第６図）の出力狽１１から最大
定格周波数の矩形彼祐圧Ｖを印加すると、オゾン発生器
５１と供給される霜、流すなわち負荷′川流！と変圧器
２の出力電圧Ｖとは第１１図ｆａｔのようになる。これ
に幼し、オゾン発生量を減らすため、矩形波電圧Ｖの周
波数をイ戊減１−ると、同図ｔｂｌに示されるように、
負荷電流ｌが零となっても励磁電流ｉ０は上昇をつづけ
る。一方、負荷への工不ルキ供給という点のみからみれ
ば、負荷電流ｉの零値以降は矩形阪膚圧■は持続する必
要がなく、同図ｉｃｌのように正極性の矩形波と負極性
の矩形波との田１に無１圧区間が存在するパルス性の電
圧としても十分所要エネルギを供給することができる。

しかしこのようにパルス性の電圧としても、第１０図の
励磁インピーダンスｒＱ　、　Ｌｇに流れる笥、流は減
少しない。１−なわち、交流パルス電源から供給された
エネルギの大半は容量性負荷であるオゾン発生器に蓄積
され、これが電源重圧Ｖが零のときに変圧器２の励磁回
路な曲して放■するため、励磁電流Ｉｏが持続して流れ
るからであ６゜もしも変圧器の励磁回路ないし磁気回路
が最大定格周波数に対して設計されていると、磁気回路
が飽和して励磁インピーダンスが著しく小さくなり、ｌ
７１７１Ｍ！を回路を＞［Ｊｉ、　して散布する電流は
同図ｆｃｌのｉ６のように大きくなり、オゾン発生器に
蓄積されたエネルギ（ま変圧器の励磁（ロ）路の抵抗分
で無、ｌ＆）、に消費さ１１．ることになる。一方、変
圧器の励磁回路ないし磁気回路を低周汲領域に対しで設
計すれは、前述のような、磁気回路の飽和１こよる励磁
インピーダンスの低下な牛ぜず、蓄積された工不ルキは
長時間にわたり保持されるが、−またこのためにこのエ
ネルギはオゾン発生器内においても有効に利用されない
こととなる。もしも、負荷電流の零値期間の闇に、この
蓄積エイ・ルキを低インピーダンスを介して放電させる
ならば、無声放迩時の等価迭抗１（（第１０図）におい
てこのエネルギが有効に消費されてオゾンの発生量が増
し、しかも変圧器（ま最大定格周波数に曾わせて小形に
製作１−にとがｏｆ能になる。

〔発明の実施例〕

第１図に、本発明に基づいて構成された交流パルス電源
の一実施例を示す。この実施例は′ｉＡＧ図に示される
従来例に対応するものであって、トランジスタからなる
ブリッジ回路１０３の出力端子のそれぞれとサイリスタ
整Ｚ庇ブリッジＩＩＡの出力佃１の負極端子上をトラン
ジスタＴｒ５、１゛ｒ６　ヶ介して接続したものであり
、ブリッジ回路１０；３を、偶成するそれぞれのトラン
ジスタ′ｌ″ｒ、　、　Ｔ’ｒ２　、　Ｔｒ３　、　Ｔ
ｒ４とともに第２図に示す制Ｊ信号により、駆動される
。

交流入力電圧はサイリスタ整流ブリッジ１１１と平Ｉｄ
　１１アクドル１１３と直流コンデンサ１１２とにより
適当な大きさの直流重圧に変換され、第２図の曲ｊ御信
号に従って駆動されるブリッジ回路１０３のトランジス
タＴｒｌ　、　Ｔｒ２　、　Ｔｒ３　、１’ｒ４ニヨｔ
）バｔｖ　ス状０．＞矩形波として切り出され、昇圧ト
ランス２により適当な適圧に高められてオゾン発生４を
駆動する。

ダイオードからなるブリッジ回路１０４は、オゾン発生
器５に供給される負萌゛Ｃｈ流１が断続する際の昇圧ト
ランス２にあられれる過電圧を低減するとともに、万シ
ン発生器に蓄積されたエネルギの一部を直流コンデンサ
１１２に帰還させる役目を果たす。スイッチング回路６
が本発明の基本要素であって、オゾン発生器５に蓄積さ
れたエネルギを逆極性に環流せしめてオゾン発生器内の
無声放電に消費せしめ、これにより畜績工坏ルギの鳴動
利用を行なわせる回路である。第３図に、ブリ、ジ回Ｍ
　１０３の各トランジスタとスイッチング（ロ）Ｇ６０
）各トランジスタとが第２図の制＜ｍ信号に従ってμ駆
動されたときの昇圧トランス２０）１　／Ｋ　１Ｕｎ　
’ｉＪＪ圧Ｖ。

励磁回路の′４流ｌｏおよび２仄側の電圧ｖ、　　ｆｆ
ｌ流ｉの波形を示す。図からみられるように、トランジ
スタＴｒＩおよびＴｒ４をオンすることによりオゾン発
生器５の端子重圧Ｖは急激に上昇し、無声放電が生じて
オゾンを発生する。トランジスタＴｒｌおよびＴｒ４の
オフと同時に°ｒｒ５がオンされるが、この時点では負
荷電流ｉは零となって２つ、第１０図におけるオゾン発
生−６５の等価回路において、ギャップＧは開放状態と
なっている。従ってこの時点において最大値を示す司、
圧Ｖはオゾン発生器に挿入されている一機体円筒の肉厚
部分にかかつている電圧である。この′１圧に相当して
訴寛体円筒に蓄積されている電荷は、昇圧トランス２０
）　１次側を短絡している前記トランジスタＴｒ５を介
して放電し、このときの放ｉｔ寛流が反転ｔ４．６：Ｃ
としてオ・　　シン発生器自体の光電極性を反転する方
向に流れ、放１窒間の等価コンデンサＣａを逆方向に光
′Ａ、する。

この等価コンデンサＣａの端子重圧が一定値以上になる
とこの放霜空間に再び無声放電が生じオゾンが生殖され
る、しかしオゾン発生器にがかる電圧Ｖは、前記ｖｊ’
ｔｔ体円筒の肉厚部分の電圧＜Ｃｇの端子重圧）と放賢
望間の電圧（Ｃａの端子ｉ、圧）との代斂和であるから
、トランジスタＴ　ｒ　５のオンと同時に降下する波形
となる。このようにして再び無声放電が生じると、この
族４．ハトランジスタＴ　ｒ　５がオフされＩ”ｒ２　
、　’ｆ’ｒ３がオンされて仄の逆極性の矩形波゛重圧
■が印加されるまで継続し、反転電流１は有効にオゾン
発生に寄与することになる。この逆極性の矩形ｅｉＲ圧
が印加されてからの現象（才先行する矩形波雪圧の場合
と同じである。なおダイオードからなるブリッジ回路１
ｏｆｔ；！、トランジスタＴｒｌ〜Ｔｒ６のスイッチン
グず７シＱ）とぎに発生１−る回路の開放状態を貨けて
異常回圧の発生を防止しつつオゾン発生器に蓄積された
エネルギの一部を直ｒ’Ａｆ、　：’ンデンサ１１２に
帰還させる作用を待っている。なお、昇圧トランス２の
励磁回路の？！　、＃ｉ、ｉ　。

は、トランジスタＴｒ５のオンと同時に上昇がとまり、
励磁回路におけるエネルギ消費が僅少であることを示し
ている。

第４図は本＠明の別の実施ψＩＩ　’に示すものであり
、スイッチンク素子１°なわちトランジスタの個数を増
すことなく前述の動作を行なわせるようにしたものであ
６゜交流入力電圧は、サイリスフケ流ブリツジｔｉ１．
−’＋乙滑りアクドル１１３．ｉｔ流コンデンサ１１２
により適当な直流１圧に変換さ几、ブリッジ回路１０３
により、正および貢の矩形阪寅圧が父互にあられれる交
流パルス１圧として、昇圧トランス２を介して、オゾン
発生器５に供給される。

このときブリッジ回Ｍ１０３のトランジスタＴｒｌ。

Ｔｒ２．”Ｉ’ｒ３　、　Ｔｒ４のでン、オフは第５図
のように制御され、第３図１こボした波形が得られる。

以下第４囚の回路の動作について説明する。

オゾンのり１望発生域を設定する信号式と、央際に発生
されたオゾン鎗を示すオゾン検出１ｇ号りとの間に庭が
あるときは、この差を差！助増幅器１．（を用いて増幅
し、このＭ幅された匍気知乞りσ、Ｊクハルス発生器１
５に入力するよ、このクロックパルス発生器１５は、人
力された７ｈ気看に比世１した周波数を有するクロック
パルスを発生する。この荏気量は同時ｔこ判別器１４へ
も入力され、ここで＠記りロックパルス発生器１５から
出力されるクロックパルスの周波数を知るとともにこの
周波数が予め設定された周波数より大さいか／Ｊ＼さい
かを判別し、この設定周波４りより小さければ上限付き
ゲート２３を開いて、クロックパルス発生器１５から出
力され゛　たクロックパルスをゲート信号発生４１６に
入力する。ゲート信号発生器１６は人力されたクロック
パルスの周波数に相当してザイリスタ壷流ブリ、ジ１１
１を礪成する各サイリスタの廣弧角を制御し、所望のオ
ゾン発生量が得られるような直流電圧を出力させる。も
しもクロックパルス１５から出力されるクロックパルス
の周波数が前記設定周波数より大きくなるときには、前
記ゲート信号発生器１６に入力されるクロックパルスの
周波数をこの設定円？皮数に胛定して、サイリスタ整流
ブリッジ１１１から田方される直流電圧を一定値（ζ固
ポするとともに、下限付きゲート２４を判別器１４から
の出力信号により開いて、クロックパルス発生器１５か
らのクロ、クパルスを基撫パルス発生器１７に入力する
。

羞悪パルス発生器１７番は、前記設定周波数より小さい
周波数のクロ、クパルスがクロ、クバルス発生器１５か
ら出力されている間は常に、所定の幅を持つ一定周波数
のクロックパルスをベース卸ｊａ＊、加発生！　１９　
、２ｔに出力しているが、この設定周波数より大きい周
波数のクロ、クバルスが入力されると、入力されたクロ
、クパルスの周波数に比例した周波数を狩つ一定（−の
パルスを発生し、ベース制御Ｗ、流発生器１９　、２ｆ
）に出力する。一方、基準パルス発生器１７から出力さ
れるパルスは常に分周器１８にも出力され、この基準パ
ルス発生器１７から出力されるパルスの１周期の１７２
の幅をもつパルスがこの分周５１８からペース制偵＋′
ｗＩ流発生器２１．乙に出力され、トランジスタＴｒｌ
、　Ｔｒ２　、　Ｔｒ３　、　Ｔｒ４はそれぞれ第５図
のようにオン・オフ匍［される。これらのトランジスタ
からなるブリ、ジ回路１０３をこのように制御すれば、
第１図に示された実施例におけるトランジスタＴｒ５　
、　’ｌ”ｒ６の役目をトランジスタＴｒ２゜Ｔｒ４が
それぞれ果たすことになり、トランジスタの個数を増す
ことなく、オゾン発生器に蓄積されたエネルギを有効に
利用することができる。

なお、第２図（こだけるＴｒ、　、　’ｆ’ｒ４のパル
ス終端とＴｒ５のパルス始端との間に時間のギャップを
生じた場合や、第５図におけるＴｒｌ、’ｒｒ４のパル
ス終端（！：　Ｔｒ２のパルス始端との間に時間のギャ
ップを生じたような場合にも、このギャップによって昇
圧変圧為２に発生しようとする異常重圧はダイオードか
らなるブリ、ジ回路１０４により防止され、またこの時
［１１キヤツフは小さいから、蓄積エネルギの利用動部
が実負昨に損われることはない。

なお、第１．２図および第４．５図に示される実施例は
、第７図にボされるような、大きさが一定の正、負の矩
形波′ｌｉ流を交互に出力する交流パルス電源に対して
も、この交流パルス電源がその出力側に転流コンデンサ
１２３を有し、たとえば第１図のトランジスタＴｒ５．
Ｔｒ６のスイッチングずれに基因する異常重圧の発生が
防止されていることから、そのまま通用できることは明
らかて′ある。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば、オゾン発生器に
蓄積されたエネルギを、交流パルス電源の直交変＃部の
出力（ａｌｌをスイッチンク素子（第１図のＴｒ５１　
Ｔｒ６１　仁４図のＴｒ２　、　Ｔｒ４）で短絡してオ
ゾン発生器からみて低インピーダンス七なった回路を遺
して放電し、オゾン発生６の舌声放猶エネルキとして利
用するようにしたので、（１）昇圧トランスを定格最大
周波数に合わせて設計しても過熱のおそれがなく、昇圧
トランスを小形に実作できる。

（２）交流パルス′噴、源から出力されるパルス電圧ま
たはパルス電流の周波数の町實範囲を犬さくとることが
でき、オゾン発生量の可変幅を広ｈ−ｊることかできる
− （３）オゾン発生器に蓄積されたエネルギが無声放電の
エネルギとして利用されるからオゾンの発生幼名が尚く
なる。

などの効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基つく交流パルス１源の実施例を示す
回路構成図、第２１Ａは第１図の実施例におけるスイッ
チング素子のオン・オフ制御の仕方を示すスイッチンク
モード、箪３図は第】１１−７１に示された回路各部の
省、圧、１流の波形図、第４図は本発明に吾づ〈交流パ
ルス電像の別の実施例を示す回路構成図、第５図は第４
図の実Ｍ　俳ｌにおけるスイ、チンク素子のオン・オフ
制御の仕方を示すスイ、チンクモード、第６図は従来の
交１１Ｆｆ、　パルス電源のｖｌを示す回路構成図、威
７図は倚来の交流パルスを源の別の例を示す回路構成図
、第８図は第６図の交流パルス１源から出力されろ゛Ｐ
１圧、電流の波形図、第９図は第７図の交流パルス電源
から出力されるＩＩｔ流、電圧の欣形図、第１０図（ズ
不発明の詳細な説明するための外圧トランス−オゾン発
生器の等価回路図、４１１図ｔａｌは直交変換部からの
出力周波数が高周波のときの第１０図各部の電圧。 ′ｍ流の波形図、第１１図ｆｂｌはＩＴ３］じく低周波
のときの電圧、ｌｌ流の波形図、第１１図ｔｅｌは直交
変換部から出力される電圧または電流の周期が同図ｔｂ
ｌと等しく、電圧、を流の矩形波の幅が短い場合の第１
０図各部の電圧、ＶＬ流の波形図である。 ２・・・変圧器、５・・・オゾン発生！ｔ？！（容蓋性
負荷）、６・・・スイッチンク素子、ＩＯＡ　、　ＩＯ
Ｂ・・・直交変換部、１１Ａ、ＩＩＢ・・・交直ｆ換部
。 イ七ノー１．＝二　・′、　　τ−，−ｓ：’、で′１
、＼゛：５・ゝ 第１５１ 第２図 第４図 第５図 第１０図 （ａ） 第１１区 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）交流電源に接続され一定の直流電圧または直流電流
   を出力する交直変換部と、この交直変換部の出力を入力
   し正および負の矩形波電圧または矩形波電流を交互に出
   力する直交変換部とを備え、この直交変換部の出力側か
   ら２次側に容量性負荷を有する変圧器に給電する交流パ
   ルス電源であって、前記直交変換部の出力側が前記交互
   に出力される電圧または電流の正（負）の矩形波の終り
   からこれにつづく負（正）の矩形波の始まりまでの時間
   短絡されることを特徴とする交流パルス電源。