JPS63314175A - 高圧直流電源装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えば電子線照射装置等の電源として使用
される高電圧大電流の高圧直流電源装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来の高圧直流電Ｓ装置は、第４図に示すように、３相
の商用の交流電源３１に位相制御可能なサイリスタ型の
コンバータ２１の入力端を接続し、このコンバータ２１
の出力端に平滑用リアクトル２２および平滑用コンデン
サ２３を介して電圧型インバータ２４の入力端を接続し
、電圧型インバータ２４の出力端を突入電流制限用のり
アクドル２５を介して昇圧変圧器２６の一次巻線に接続
し、昇圧変圧器２６の二次巻線にコツククロフト型の整
流器２７の入力端を接続し、整流器２７の出力端に平滑
用コンデンサ２８を接続し、端子３０Ａ。

３０Ｂ間に高圧直流電圧を得るようになっている。

この場合、コンバータ２１は、第５図に示すように、６
個のサイリスタ２１ａ〜２１「で構成されている。また
、電圧型インバータ２４は、同図に示すように、６個の
バイポーラトランジスタからなるスイッチング素子２４
ａ〜２４ｄと還流ダイオード２４０〜２４ｈとを構成要
素としている。

つぎに、この高圧直流電源装置の動作を第６図を参照し
て説明する。同図１ａｌはコンバータ２１の出力電圧ｖ
！１の波形を、同図（ト））の実線は電圧型インバータ
２４への入力電圧ｖｚ４Ａの波形を、同図ｆｂｌの破線
は電圧Ｖ□の波形を、同図ｆｃｌは電圧型インバータ２
４の出力電圧■２４８の波形を、同図ｆｄｌは電圧型イ
ンバータ２４の出力電流＋２４の波形を、同図＋ｅ＋は
整流器２７への入力端子ｖｔ’＋の波形を、同図（ｆｌ
は整流器２７の出力電流Ｉｔ７の波形を、同図（ｆｆｌ
は端子３０Ａ、３０Ｂ間の電圧■、。の波形をそれぞれ
示している。同図（Ｃ１〜（幻の波形は、同図（ａｌ、
　（ｂｌの波形に比べて時間軸を拡大して描いている。

この高圧直流電源装置は、交流電源３１から出力される
交流電圧をコンバータ２１でもって第６図（ａｌに示す
ような波形の電圧Ｖｌｌに変換し、この電圧ｖｔ、を平
滑用リアクトル２２および平滑用コンデンサ２３に通す
ことで平滑して第６図山）に示すような電圧Ｖ　！４Ａ
を作り、この電圧■オ、Ａを電圧型インバータ２４に入
力する。

電圧型インバータ２４では、電圧Ｖ　ｔｄＡを第６図（
Ｃ１に示すような高周波の電圧ｖ　ｗａｓに変換する。

第６図ｆｅ）において、Ｔ＋　はスイッチング素子のオ
ン期間で、Ｔ２は還流ダイオードのオン期間である。

電圧型インバータ２４から出力される電圧■２４゜は昇
圧変圧器２６の二次側の浮遊容量２９を通して流れる突
入を流を制限するりアクドル２５を介して昇圧変圧器２
６の一次巻線に加えられ、昇圧されてコツククロフト型
の整流器２７に加えられる。電圧型インバータ２４と整
流器２７との間には、リアクトル２５および昇圧変圧器
２６の二次側の浮遊容量２９からなる振動要素があるた
め、電圧型インバータ２４の出力電流１ｚａは、第６図
（ｄ＋に示すような振動波形となり、この電流１２４で
もって浮遊容量２９が充電され、浮遊容量２９の充電に
より生じる整流器２７への入力電圧Ｖ２？も゛　第６図
ｆＱｌに示すような振動波形となる。

電圧■２．は、整流器２７でもって整流され、平滑用コ
ンデンサ２日で平滑されて端子３０Ａ、　３０Ｂ間に第
６図（ｇ）に示すような電圧ｖ３゜とじて現れることに
なる。この際、整流器２７の出力電流１ｇ？は、平滑用
コンデンサ２８の電圧が整流器２７の出力電圧より低（
なったときに流れる。

また、この高圧直流電源装置は、コンバータ２１のサイ
リスタの導通位相を変えることにより、端子３０Ａ、３
０Ｂ間の電圧Ｖ、。の値を調整でき、制御としては、端
子３０Ａ、３０Ｂ間の電圧Ｖ、。

を検出し、この電圧ｖ３゜にしたがってコンバータ２１
のサイリスタの導通位相を制御して平滑用コンデンサ２
３の両端に現れる電圧■！４＾の設定値を決定している
。例えば、負荷電流が大きくするには、整流器２７の出
力電流ｒｚｔのパルス幅を広げる必要があり、このため
に平滑用コンデンサ２３の両端の電圧ＶｔＪを高めて電
圧型インバータ２４の出力電流１１４の上昇率を高くし
、整流器２７への入力電圧ｖ！？が所定の電圧値に早（
到達させる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この高圧直流ｔｉ１！装置は、高圧の直流電圧を得るた
めのもので、昇圧変圧器２６の昇圧比がきわめて太き（
（例えば１対１５０〜３００　）　、昇圧変圧器２６の
二次側に浮遊容量２９があると、それ自体小さくても、
この浮遊容量２９を一次側から見るとかなり大きくなり
、このために突入電流を制限するためのりアクドル２５
が必要となり、部品点数が多くなるという問題があった
。また、振動電流を整流および平滑して直流電圧として
いるので、例えば負荷変動に対する定電圧制御を行う場
合等に、応答が遅いという問題があった。さらに、電圧
型インバータ２４は、比較的と電流値の大きいところく
振動周期によっては最大点となることもある）で電流を
裁断しているので、電圧型インバータ２４を構成するス
イッチング素子として可制御電流値の大きいものが必要
であり、しかもそのスイッチング損失が大きかった。

したがって、この発明の目的は、応答が早く、スイッチ
ング損失が少なく、部品点数を少なくできる高圧直流電
源装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の高圧直流電源装置は、交流電源に入力端を接
続したコンバータと、このコンバータの出力端に接続し
た電流型インバータと、前記コンバータの出力端および
前記電流型インバータの入カ端の間に介挿した平滑用リ
アクトルと、前記電流型インバータの出力端に一次巻線
を接続した昇圧変圧器と、この昇圧変圧器の二次巻線に
入力端を接続した整流器と、この整流器の出力端に接続
した平滑用コンデンサとを備えている。

〔作用〕

この発明の構成によれば、コンバータの出力を平滑用リ
アクトルで定電流化して電流型インバータに供給し電流
型インバータの高周波電流出力を昇圧変圧器を介して浮
遊容量に加えることで電圧出力に変換し、浮遊容量の両
端に現れる電圧出力を整流器に加えて整流し、さらに平
滑用コンデンサで平滑しているため、電流型インバータ
の出力側には突入電流制限用のりアクドルを必要とせず
、しかも電流型インバータの入力側にはりアクタンス値
の大きい平滑用リアクトルを用いる必要があるが平滑用
コンデンサは不要となり、部品点数を削減することがで
きる。また、電流型インバータの出力側のりアクドルが
不要になることから、電流型インバータの出力は振動せ
ず、電圧制御を行う場合にも応答を早くすることができ
る。しがも、電流型インバータを構成するスイッチング
素子として可制御電流値の小さいものが使用可能となり
、またスイッチング損失も少なく抑えることができる。

〔実施例〕

この発明の一実施例を第１図ないし第３図に基づいて説
明する。すなわち、この高圧直流を源装置は、第１図に
示すように、３相の商用の交流電源１０に位相制御可能
なサイリスク型のコンバータ１の入力端を接続し、この
コンバータ１の出力端に平滑用リアクトル２を介して電
流型インバータ３の入力端を接続し、電流型インバータ
３の出力端を昇圧変圧器４の一次巻線に接続し、昇圧変
圧器４の二次巻線に例えばコツククロフト型の整流器５
の入力端を接続し、整流器５の出力端に平滑用コンデン
サ６を接続し、端子？Ａ、７Ｂ間に高圧直流電圧を得る
ようになっている。

この場合、コンバータｌは、第２図に示すように、従来
同様の６個のサイリスタ１ａ−１ｆで構成されている。

また、電流型インバータ３は、高速サイリスク、ＧＡＴ
Ｔ　（ゲート・アソシエートターンオフ・サイリスタ）
等の可制御電流値の小さいまたは無いサイリスタからな
るスイッチング素子３ａ〜３ｄを構成要素とし、転流用
無効電力を昇圧変圧器４の二次側の浮遊容量８により発
生させるようになっている。

つぎに、この高圧直流電源装置の動作を第３図を参照し
て説明する。同図ｆａｌはコンバータ１の出力電圧ｖ１
の波形を、同図（ｂｌの実線は電流型インバータ３への
入力電流１２の波形を、同図ｔｂ＋の破線は電圧■１の
波形を、同図（Ｃ１は電流型インバータ３の出力電流Ｉ
、の波形を、同図（ｄｌは昇圧変圧器４の二次電圧■４
の波形を、同図（８１は電流型インバータ３への入力電
圧■、の波形を、同図（ｆ）は整流器５の出力電流！、
の波形を、同図（勢は端子７Ａ、７Ｂ間の電圧■、の波
形をそれぞれ示している。同図（Ｃ１〜ｔｇ’＋の波形
は、同図（ａ）、（１））の波形に比べて時間軸を拡大
して描いている。

この高圧直流電、ｌｌ！装置は、交流電源１０から出力
される交流電圧をコンバータ１でもって第３図（ａ）に
示すような波形の電圧ｖｌに変換し、この電圧■、を平
滑用リアクトル２に通すことで定電流化して第３図（ｂ
ｌに示すような電流！雪を作り、この電流！２を電流型
インバータ３に入力する。電流型インバータ３では、電
流に！を第３図（Ｃ１に示すような高周波の電流Ｉ、に
変換する。この際に、電流型インバータ３に入力される
電圧Ｖ］は、第３図ｔｅｌに示すように、電流！、が反
転するときに負の値となり、この時に電流型インバータ
３の転流が行われる。すなわち、電流型インバータ３を
構成するスイッチング素子のうち遮断しているスイッチ
ング素子を点弧してやれば、そのスイッチング素子が導
通し、それまで導通していたスイッチング素子に逆バイ
アスが与えられて電流が流れなくなる。この逆バイアス
期間に逆回復すればトランジスタ等の自己消弧素子を用
いて電流型インバータを構成する必要はない。

電流型インバータ３から出力される電流ｌ、は、昇圧変
圧器４の一次巻線に加えられる。この場合、昇圧変圧器
４の二次側に存在する浮遊容量８により第３図ｆｄｌに
示すような昇圧された電圧ｖ４として現れ、この電圧■
４がコツククロフト型の整流器５に加えられる。

電圧■４は、整流８５でもって整流され、平滑用コンデ
ンサ６で平滑されて端子７Ａ、７Ｂ間に第３図（ｇｌに
示すような電圧■、として現れることになる。この際、
整流器５の出力電流Ｉｓは、第３図（ｆｌに示すように
平滑用コンデンサ６の電圧が整流器５の出力電圧より低
くなったときに流れる。

また、この高圧直流電源装置は、コンバータ３のサイリ
スタの導通位相を変えることにより、端子７Ａ、７Ｂ間
の電圧■１の値を調整でき、制御としては、端子？Ａ、
７Ｂ間の電圧Ｖ、を検出し、この電圧Ｖ、にしたがって
コンバータ１のサイリスタの導通位相を制御して平滑用
コンデンサ６の両端に現れる電圧■、の設定値を決定し
ている。

この実施例の高圧直流電源装置は、コンバータｌの出力
を平滑用リアクトル２で定電流化して電流型インバータ
３に供給し電流型インバータ３の高周波電流出力を昇圧
変圧器４を介して浮遊容量８に加えることで電圧出力に
変換し、浮遊容量８の両端に現れる電圧出力を整流器５
に加えて整流し、さらに平滑用コンデンサ６で平滑して
いるため、電流型インバータの出力側には突入電流制限
用のりアクドルを必要とせず、しかも電流型インバータ
３の入力側にはりアクタンス値の大きい平滑用リアクト
ル２を用いる必要があるが平滑用コンデンサは不要とな
り、部品点数を削減することができる。また、電流型イ
ンバータ３の出力側のりアクドルが不要になることから
、電流型インバータ３の出力は振動せず、電圧制御を行
う場合にも応答を早くすることができる。しかも、同じ
出力電流の実効値を得るのに、出力電流のピーク値を従
来例より低くすることができ、電流型インバータ３を構
成するスイッチング素子として可制御電流値の小さいも
のが使用可能となり、またスイッチング損失も少なく抑
えることができる。

また、昇圧変圧器４の二次側の浮遊容量８を小さくする
必要はなくなり、高圧直流電源装置の設計が容易になる
。

〔発明の効果〕

この発明の高圧直流電源装置によれば、コンバータの出
力を平滑用リアクトルで定電流化して電流型インバータ
に供給し電流型インバータの高周波電流出力を昇圧変圧
器を介して浮遊容量に加えることで電圧出力に変換し、
浮遊容量の両端に現れる電圧出力を整流器に加えて整流
し、さらに平滑用コンデンサで平滑しているため、電流
型インバータの出力側には突入電流制限用のりアクドル
を必要とせず、しかも電流型インバータの入力側にはり
アクタンス値の大きい平滑用リアクトルを用いる必要が
あるが平滑用コンデンサは不要となり、部品点数を削減
することができる。また、電流型インバータの出力側の
りアクドルが不要になることから、電流型インバータの
出力は振動せず、電圧制御を行う場合にも応答を早くす
ることができる。しかも、電流型インバータを構成する
スイッチング素子として可制御電流値の小さいものが使
用可能となり、またスイッチング損失も少なくプ申える
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の高圧直流電源装置の構成
を示すブロック図、第２図は第１図の要部の具体的な回
路図、第３図は第１図の各部の波形図、第十図は従来の
高圧直流電源装置の構成を示すブロック図、第５図は第
４図の要部の具体的な回路図、第６図は第４図の各部の
波形図である。 ■・・・コンバータ、２・・・平滑用リアクトル、３・
・・電流型インバータ、４・・・昇圧変圧器、５・・・
整流器、６・・・平滑用コンデンサ トＰ８９ミ＝ヒノ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 交流電源に入力端を接続したコンバータと、このコンバ
   ータの出力端に接続した電流型インバータと、前記コン
   バータの出力端および前記電流型インバータの入力端の
   間に介挿した平滑用リアクトルと、前記電流型インバー
   タの出力端に一次巻線を接続した昇圧変圧器と、この昇
   圧変圧器の二次巻線に入力端を接続した整流器と、この
   整流器の出力端に接続した平滑用コンデンサとを備えた
   高圧直流電源装置。