JPS63178772A

JPS63178772A - 高圧パルス電源

Info

Publication number: JPS63178772A
Application number: JP751087A
Authority: JP
Inventors: Senichi Masuda; 増田　閃一
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-01-16
Filing date: 1987-01-16
Publication date: 1988-07-22

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］本発明は電気集塵装置等の如き高電圧負荷に、時間幅の
極めて短い周期的パルス高電圧を、直流高電圧に重畳し
て印加しするためのパルス高圧電源に関するものである
。但し本発明の高圧パルス電源は電気集塵装置のみなら
ず、パルス高電圧を直流高電圧に重畳印加して駆動すべ
きあらゆる高電圧応用装置、例えばパルス・コロナ放電
を利用するオゾン発生装置、パルス−コロナ放電を利用
するＳ０２）Ｎｏ、ＮＯ２，Ｈｇ、ダイオキシン、フラ
ン等の有害ガスの燃焼廃ガスからの除去装置、あるいは
パルス・コロナ放電を利用するプラスチックの表面活性
化装置等にも用いる事が出来る。

−３＝［従来の技術］従来この種の電源としては、電気集塵装置等の高電圧負
荷に予め一つの直流高圧電源で直流高電圧を印加してお
き、これに重畳して、それ自体別個の直流高圧電源を備
えた独立の高圧パルス電源より結合コンデンサーを介し
て該高電圧負荷に周期的パルス高電圧を印加する方式が
用いられてきた。

［本発明が解決しようとする問題］」−記従来技術にあっては、該高電圧負荷に直接直流高
電圧を印加するための直流高圧電源の他、該高圧パルス
電源にもその構成要素として、該直流高圧電源と同程度
の出力電圧を有する別個の直流高圧電源を設ける必要が
あり、そのため高圧パルス電源のコストが非常に高くな
るという問題があった。本発明はこの問題を解決し、電
気集塵装置ならびに」１記の各種高電圧負荷に直流高電
圧に重畳して周期的パルス高電圧を印加するための、簡
単でかつ安価な高圧パルス電源を提供する事を目的とす
るものである。

［問題を解決するための手段］本発明は、」二記高電圧負荷（以下負荷と呼ぶ）に直流
高電圧を供給するための直流高圧電源を以て、同時にコ
ンデンサーを充電インピーダンスを介して充電、次いで
該コンデンサーの充電電圧を高速スイッチ素子を介して
該直流高圧電源の出力直流高電圧に重ねて、予め上記直
流高電圧を印加されている該負荷の両端に印加し、その
結果として該負荷に直流高電圧に重畳して急峻なパルス
高電圧を印加する事により、使用すべき直流高圧電源の
数をただ１個として上記の問題を解決する。

即ち、本発明による新規の高圧パルス電源は、該充電イ
ンピーダンス（充電抵抗または充電インダクタンス）の
一端を該直流高圧電源の出力端子の一つに接続の上、該
高電圧負荷の一端に接続し、該充電インピーダンスの他
端をコンデンサー、ダイオード素子に順次に直列接続の
うえ該直流高圧電源の出力端子の別の一つに接続し、該
ダイオード素子の整流方向を該直流高圧電源の出力電圧
の極性方向と一致せしめ、且つ該充電インピーダンスと
該コンデンサーの接続点を外部よりオン動作の始発を制
御設定しうる外部制御型高速スイッチ素子を介して該ダ
イオード素子と該直流高圧電源の当該出力端子との接続
点に接続し、且つ該コンデンサーの上記接続点とは別の
一端で該ダイオード素子と直接接続された方の一端を該
高電圧負荷の上とは別の一端に接続して構成され、註コ
ンデンサーを該充電インピーダンスを介して該直流高圧
電源により充電のうえ該外部制御型高速スイッチ素子を
オンして該コンデンサー充電電圧を該直流高圧電源の出
力直流高電圧に重畳して該高電圧負荷の両端に印加し、
以下この動作を周期的に繰返して該高電圧負荷に該直流
高電圧に重ねて周期的パルス高電圧を印加する事を特徴
とする。

この場合上記外部制御型高速スイッチ素子としては、そ
のオン動作を外部で制御できる型の高速スイッチ素子で
あれば適当な任意のものを使用出来、例えば外部からの
トリガー信号でオンする様なサイリスター素子、ＧＴＯ
素子、ＰＥＴ素子当の固体素子、あるいは電子管、ある
いは水素サイラトロン等の放電管等を用いる事が出来る
。また火花スイッチでそのオン動作を外部で制御設定し
うる様な外部制御型火花スイッチ素子を用いてもよく、
この様な外部制御型火花スイッチ素子としては、例えば
ｌ・リガー用補助電極を備えた３点火花スイッチやレー
ザー照射によるイオン化で火花をトリガーするレーザー
・トリガー型火花スイッチ等に代表されるトリガー型火
花スイッチ、あるいは一対の固定電極と、その間に回転
自在に絶縁支持され電動機により駆動された回転子上に
配設の複数個の回転電極よりなり、回転子が回転して固
定電極と回転電極が接近した時点でのみ火花を生じてオ
ン動作を行う回転火花スイッチがある。

また該外部制御型高速スイッチ素子がオンした瞬間、立
」二がりの急峻なコンデンサー電圧が該直流高圧電源と
該高電圧負荷の直列接続回路、ならびに該ダイオード素
子に瞬時に印加され、その立上がり部分の高周波高電圧
成分が該直流高圧電源や該ダイオード素子に侵入してこ
れらを破壊する恐れがある。これをを防ぐため適当な場
所に適当な個数の高周波電流阻止作用を有する保護用イ
ンダクタンス要素（例えば空心コイル等）を挿入しても
よい、かがる保護用インダクタンス要素の挿入場所とし
ては、例えば（該コンデンサー）−（該外部制御型高速
スイッチ素子）−（該直流高圧電源）−（該高電圧負荷
）の直列接続回路中のいずれかの場所、ならびに（該コ
ンデンサー）−（該外部制御型高速スイッチ素子）−（
該ダイオード素子）−（該高電圧負荷）の直列接続回路
中のいずれがの場所がある。

１作用］いま時点ｔ１に於いて」二部外部制御型高速スイッチ素
子がオンするときは、これを介して該コンデンサーの該
高圧直流電源の出力電圧値Ｖｏに近い充電電圧が、該高
圧直流電源の出力電圧値Ｖｏに重畳して該高電圧負荷の
両端に印加され、予めＶｏの直流高電圧に荷電されてい
る該高電圧負荷の両端にこの電圧に重畳して更にＶｏに
近い波高値のパルス高電圧が印加される。その結果、該
高電圧負荷の両端に現れる電圧の波形Ｖは第１図に示す
ようになる。但し同図では負の直流高電圧を用いた場合
の電圧波形が示されており、Ｖ。

−−Ｖとなりいる。そして電圧波形は同図の如く、該パ
ルス高電圧の周期Ｔ＝ｔ５−ｔｌを１周期とする鋸歯状
波が該直流電圧−■に重畳したものを基本とし、該鋸歯
状波先頭部の立上がり部分に極めて高い周波数の高周波
減衰振動が乗ったものとなるが、その詳細については後
に第２図に関連して説明する。この高周波振動の第一の
半波はその時間幅が１がち数１０マイクロセカンドで、
この部分が実質的にパル高電圧として働くのである。

［実施例］第２図は本発明の一つの実施例を示す回路図である。１
は高電圧負荷、本例では電気集塵装置で、その集塵電極
２は接地され、これより絶縁支持された放電極３には導
線４、空心コイルよりなる保護用インダクタンス５（イ
ンダクタンス値Ｌ　］、　）を介して直流高圧電源６の
負の出力端子７に接続されて負の直流高電圧−■が印加
されている。該直流高圧電源６の正の出力端子８は導線
９、空心コイルよりなる保護用インダクタンス１０（イ
ンダクタンス値Ｌ２）、ダイオード素子１１を介して該
集塵電極２に接続され接地されている。１２は可変抵抗
よりなる充電インピーダンス（抵抗Ｒ１，）で、その一
端は導線１３を介して該放電極３に接続され、その他端
はコンデンサー１４（ｎ主容量Ｃ］、　）の一端に接続
されている。該コンデンサー１４の他端は導線１５を介
して該集塵電極２に接続されこれと共に接地されている
。そして該充電抵抗１２と該コンデンサー１４の接続点
１６は導！！１７、ｌ〜リガー型火花スイッチ素子１８
を介して上記直流高圧電源６の負の出力端子８と該空心
コイル１ｏとの接続点１９に接続されている。

先ずコンデンサー１４は充電抵抗１２）導線１３、空心
コイル５、該空心コイル１０、および該ダイオード素子
１１を介して該高圧直流電源６により一■に充電される
。次に該トリガー型火花スイッチ素子１８で火花をトリ
ガーしてその導通をオンさぜると、コンデンサー１４の
一端１６が該導線１７、該トリガー型火花スイッチ素子
１８、該導線９を介して該高圧直流電源６の負の出力端
子８に接続され、該コンデンサーの充電電圧−■と該高
圧直流電源６出力電圧−■の和、−２Ｖが該電気集塵装
置１の集塵電極２と出力端子７の間に現れ、これが該空
心コイル５、導線４をを介して、既に負の直流高電圧−
■に充電されている放電極３と集塵電極２の両電極間に
印加される。従って結局両電極３．２の間には負の直流
高電圧−Ｖに重畳して−Ｖにちがい波高値の負のパルス
高電が印加される結果となり、第１図の様な電圧波形が
現れる。

即ち先ず時点ｔ］に於いて上記トリガー型火花スイッチ
素子１８がオンし、この瞬間、放電極３と集塵電極２の
間には瞬時に一２■に近い波高値の高電圧がステップ的
に加わる。そして、これに重畳して（該コンデンサー１
４の静電容量ＣＩ）ｌ該トリガー型火花スイッチ素子］
８、該導線１７及び９の合計回路インダクタンス）−（
該直流高圧電源の６の漂遊容量Ｃ２）−（該空心インダ
クタンス５のインダクタンスＬｌｌ（該導線４と放電極
の合計回路インダクタンス）−（該放電極３と集塵電極
２間の電極間静電容量Ｃｅ）の直列ＬＣ回路に於いてＣ
１，、Ｃ２，Ｃｅの全直列容量ｃｔと、上記全合計回路
インダクタンスと上記し１の全直列インダクタンスＬｔ
とのＬＣ直列共振による高周波の過渡減衰振動が発生ず
る。この振動は周波数が数１００−１．０ＯＯｋＨｚ程
度で、極めて早く減衰し、時点ｔ２に於いて事実上消滅
するが、その最初の半波のピーク（ピーク値ＶＰ＝−２
Ｖ＞のみで強力なパルス的コロナ放電が放電極３に生じ
、放電極表面に著しく大量の負イオンを生ずる。この放
出負イオンの空間電荷が余りに大きいため、その放電極
３に対する静電遮蔽作用で次の振動ピーク以降ではコロ
ナ放電は生じない。

結果的にこの最初の過渡振動のピークが、直流電圧分も
含めた全波高値ｖｐ−−２ｖ、等優的時間幅−１−数１
０マイクロセカンドの極めて短い急峻なパルス高電圧と
全く等価なパルス荷電作用を高電圧負荷におよばずので
ある。この場合パルス的コロナ電流は該トリガー型火花
スイッチ素子１８のアーク維持には小さずぎ、またコン
デンサー１４から（該トリガー型火花スイッチ素子１８
ｋ（該空心インダクタンス１．０）−（該ダイオード素
子１１）−（該導線９）を通しての大地への放電も該空
心インダクタンス１ｏの高周波電流阻止作用、ならびに
阻止状態にあるダイオード素子１１に阻止され、その放
電電流は殆どゼロとなって上記アークを維持出来ない結
果、結局時点ｔ３（ｔｌから約１ミリセカンド後）に於
いて該ｌ・リガー型火花スイッチ素子１８のアークが消
滅して１８がオフし、該コンデンサー１４から該電気集
塵装置】の電極３．２への電流供給が断たれ、この間に
上記パルス的放電で発生した大量の負イオンが放電極か
ら集塵電極に向がって移動する。そしてこれに伴う大き
なパルス的イオン電流によって、該電極３と２の間の電
極間静電容量Ｃｅに蓄えられていた電荷が急速に放電し
、放電極の電圧Ｖが急激に低下し、上記負イオンの電極
間移動完了時点ｔ４　（＋２から数ミリセカンド）に於
いて電圧Ｖの急激な低下が停止する。そして、それ以降
は通常の直流負コロナ放電による緩慢な■の低下が続い
てＶは−Ｖに近すき、次に時点ｔ５に於いて該トリガー
型火花スイッチ１８が再びオンし、以下上の動作を繰返
す。この場合上記ダイオード素子１１が存在するので、
その電流阻止作用によりコンデンサー１４の蓄積電荷は
大地に放電する事がなくほぼ一２■に近いパルス電圧が
ドロップする事なく電極３．２間に現れ得るのである。

時点ｔ３で該トリガー型火花スイッチ素子１８がオフす
ると、直ちに（該空心コイル５）−（該充電抵抗１．４
１（該ダイオード素子１．１　）　＝（該空心コイル１
０）を介して該コンデンサー１４の該直流電源６による
充電が始まるが、充電抵抗の抵抗値Ｒ１が過大で充電に
時間がかかり過ぎる事が無ければ、はぼ時点ｔ５の直前
で充電が完了する。この場合該充電抵抗の抵抗値Ｒ１を
より大きくして時定数Ｔ１−ＣｌＲ１をパルス周期Ｔの
１／３よりも大きくしてやると、次のトリガ一時点ｔ５
に至ってもコンデンサー１４は一■まで充電されず、パ
ルス高電圧の全波高値は一２■よりも小さくなる、従っ
て該充電抵抗の抵抗値Ｒ１を上記条件の値より大きい範
囲で調整する事によって、パルス高電圧の全波高値Ｖｐ
を一２■よりも小さい範囲で可変にする事が可能となる
。

この様に充電インピーダンスとして可変抵抗を用いる事
によって出力パルス高電圧を簡単に調整する事が出来る
ので、本例では該可変充電抵抗１２は同時に出力パルス
高電圧を調整する為のパルス出力電圧制御要素を兼ねて
いる。しかし充電抵抗１２として抵抗値が一定の固定抵
抗を用い、該充電抵抗１２と接続点１６あるいは導線１
３との間に直列に適当な電流制御要素、例えばトランジ
スター、サイリスター、ＧＴＯ，ＦＥＴ等の半導体素子
よりなる電流制御要素を挿入し、これを」１記パルス出
力電圧制御要素として用いてもよい。

［発明の効果］本発明は叙上の如く電気集塵装置等の高電圧負荷１に直
流高電圧Ｖｏを供給する直流高圧電源６を以て、コンデ
ンサー１４を充電のうえ、そのコンデンサー電圧を高速
スイッチ素子１８を介して該負荷１に向かい該直流高圧
電源６に直列にその出力直流高電圧に重畳して放電する
事により、波高値Ｖｏに近いパルス高電圧を該負荷１の
直流電圧Ｖｏに重畳して印加すると言う作用を有するの
で、高圧パルス電源のコンデンサーを充電するための別
個の直流高圧電源を要しないと言う効果を生じ、該高圧
パルス電源が極めて安価かつ簡単となる。またこれに加
えて電流制御要素から成るパルス出力電圧制御要素を用
いて該コンデンサーの充電電流を制御する事により容易
にパルス出力電圧を調整出来る。またスイッチ・オン時
のＬＣ過渡高周波振動の最初の時間幅１−数１０マイク
ロセカンドの半波ビーり電圧をパルス荷電に利用する事
により、極めて急峻で幅の短いパルス高電圧を用いた場
合と同等の、極めて優れたパルス荷電効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高圧パルス電源使用時の高電圧負荷た
る電気集塵装置の両端に現れる典型的な電圧波形をしめ
す、第２図は本発明の一実施例の回路図を示す０図に於
いてｖ　−−−−−−−−−一負荷電圧１−一一一−−−−−電気集塵装置２−−−−−−−−集塵電極３−−−−−−−一−−放電極４．９．１３．１５．　＋７−−−−導線５．１１−−
−−−−−−一空心コイル６−−−−−−−−−高圧直
流電源７．８−−一一一−−−同上出力端子１１−−一一−−一−−ダイオード素子１２−−−−−
−−−−−−一可変充電抵抗＋４−−−−−−−−−コ
ンデンサー１６．１９−一−−−−−接続点１ｇ　−−一−−−−−−−）リガー型火花スイッチ以
上 ■−−−−−−負荷電圧］−一一一−−−−電気集塵装置２−−−−−−−集塵電極３−−−−−−−−放電極４．９，１３．１５．１７−導線５、１０−−−−−−−空心コイル６−−−−−−−−高圧直流電源７．８−−、−−、、−−−同上出力端子ｎ−−−−−
−−−ダイオード素子１２−−−−−−−可変充電抵抗＋４−−−−−−コンデンサー１６、１９−−−、、−−−−接続点＋Ｌ−−−−−−１−リガー型火花スイッチ；＃−２図才　　１　　　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）充電インピーダンスの一端を直流高圧電源の出力
端子の一つに接続の上、高電圧負荷の一端に接続し、該
充電インピーダンスの他端をコンデンサー、ダイオード
素子に順次に直列接続のうえ該直流高圧電源の出力端子
の別の一つに接続し、該ダイオード素子の整流方向を該
直流高圧電源の出力電圧の極性方向と一致せしめ、且つ
該充電インピーダンスと該コンデンサーの接続点を外部
よりオン動作の始発を制御設定しうる外部制御型高速ス
イッチ素子を介して該ダイオード素子と該直流高圧電源
の当該出力端子との接続点に接続し、且つ該コンデンサ
ーの上記接続点とは別の一端で該ダイオード素子と直接
接続された方の一端を該高電圧負荷の上と別の一端に接
続して成り、該コンデンサーを該充電インピーダンスを
介して該直流高圧電源により充電のうえ該外部制御型高
速スイッチ素子をオンして該コンデサー充電電圧を該直
流高圧電源の出力直流高電圧に重畳して該高電圧負荷の
両端に印加し、以下この動作を周期的に繰返して該高電
圧負荷に該直流高電圧に重ねて周期的パルス高電圧を印
加する事を特徴とする高圧パルス電源。
（２）特許請求の範囲（１）に記載の装置に於いて、該
充電インピーダンスが抵抗である事を特徴とする高圧パ
ルス電源。
（３）特許請求の範囲（２）に記載の装置に於いて、該
抵抗が可変抵抗である事を特徴とする高圧パルス電源。
（４）特許請求の範囲（１）、（２）、（３）のいずれ
か一項に記載の装置に於いて、該充電インピーダンスに
直列に、電流制御要素より成るパルス出力電圧制御要素
を挿入した事を特徴とする高圧パルス電源。
（５）特許請求の範囲（１）より（４）までのいずれか
一項に記載の装置に於いて、該直流高圧電源の出力端子
と該高電圧負荷との間に少なくとも１個のインダクタン
ス要素を挿入した事を特徴とする高圧パルス電源。
（６）特許請求の範囲（５）に記載の装置に於いて、該
インダクタンス要素を該直流高圧電源の該ダイオード素
子と接続されない方の出力端子と該高電圧負荷との間に
挿入した事を特徴とする高圧パルス電源。
（７）特許請求の範囲（５）に記載の装置に於いて、該
インダクタンス要素を該直流高圧電源の該ダイオード素
子と接続された方の出力端子と該高電圧負荷との間に挿
入した事を特徴とする高圧パルス電源。
（８）特許請求の範囲（７）に記載の装置に於いて、該
インダクタンス要素を該ダイオード素子と該高電圧負荷
の接続点と、該ダイオード素子と該外部制御型スイッチ
素子の接続点との間に該ダイオード素子に直列に挿入し
た事を特徴とする高圧パルス電源。
（９）特許請求の範囲（７）に記載の装置に於いて、該
インダクタンス要素を該ダイオード素子と該外部制御型
スイッチ素子の接続点と、該高圧電源の当該出力端子と
の間に挿入した事を特徴とする高圧パルス電源。
（１０）特許請求の範囲（１）より（９）までのいずれ
か一項に記載の装置に於いて、該外部制御型高速スイッ
チ素子が、火花発生によるオン動作を外部で制御設定出
来る外部制御型火花スイッチ素子である事を特徴とする
高圧パルス電源。
（１１）特許請求の範囲（１０）に記載の装置に於いて
、該外部制御型火花スイッチ素子が外部からの操作で火
花をトリガー出来るトリガー型火花スイッチ素子である
事を特徴とする高圧パルス電源。
（１２）特許請求の範囲（１１）に記載の装置に於いて
、該トリガー型火花スイッチ素子がトリガー用補助電極
を備えた３点火花スイッチ素子である事を特徴とする高
圧パルス電源。
（１３）特許請求の範囲（１１）に記載の装置に於いて
、該トリガー型火花スイッチ素子がレーザー照射によっ
て火花をトリガーするレーザー・トリガー型火花スイッ
チ素子である事を特徴とする高圧パルス電源。
（１４）特許請求の範囲（１０）に記載の装置に於いて
、該外部制御型火花スイッチ素子が、一対の固定電極と
、その間に回転自在に絶縁支持され電動機により駆動さ
れた回転子上に配設の複数個の回転電極より成る回転火
花スイッチである事を特徴とする高圧パルス電源。
（１５）特許請求の範囲（１）より（９）までのいずれ
か一項に記載の装置に於いて、該外部制御型高速スイッ
チ素子が固体スイッチ素子である事を特徴とする高圧パ
ルス電源。
（１６）特許請求の範囲（１５）に記載の装置に於いて
、該固体スイッチ素子がサイリスター、ＧＴＯ、ＦＥＴ
、トランジスターのいずれか一つである事を特徴とする
高圧パルス電源。
（１７）特許請求の範囲（１）より（９）までのいずれ
か一項に記載の装置に於いて、該外部制御型高速スイッ
チ素子が電子管である事を特徴とする高圧パルス電源。
（１８）特許請求の範囲（１）より（９）までのいずれ
か一項に記載の装置に於いて、該外部制御型高速スイッ
チ素子が放電管である事を特徴とする高圧パルス電源。
（１９）特許請求の範囲（１８）に記載の装置に於いて
、該放電管が水素サイラトロンである事を特徴とする高
圧パルス電源。