KR900001801B1

KR900001801B1 - 펄스고전압 발생장치

Info

Publication number: KR900001801B1
Application number: KR1019870000659A
Authority: KR
Inventors: 유다까 나까야마; 가즈다까 도미마쯔
Original assignee: 미쯔비시주우고오교오 가부시기가이샤; 오다 데이시로오
Priority date: 1986-01-30
Filing date: 1987-01-28
Publication date: 1990-03-24
Also published as: HK19895A; BR8603457A; KR870006929A; DE3689471D1; EP0230850A3; US4733102A; CA1272758A; EP0230850A2; EP0230850B1; DE3689471T2; CN86105757A; CN1006270B

Abstract

내용 없음.

Description

펄스고전압 발생장치

제1도는 본 발명의 제1실시예에 관한 펄스고전압 발생장치의 회로도.

제2도 (a), (b) 및 (c)는 제1도에 있어서의 기본적인 동작을 도시한 타이밍도.

제3a도 및 3b도는 각각 점호막(α)과 충전전압(V_c)과의 관계를 도시한 도면.

제4도는 실제의 동작 타이밍을 도시한 도면.

제5도는 다른 동작을 도시한 타이밍도.

제6도는 본 발명의 제2실시예에 관한 펄스고전압 발생장치의 회로도.

제7도 (a), (b), (c)는 및 제8도 (a), (b)는 제6도에 있어서의 동작을 설명하기 위한 타이밍도.

제9도는 제2실시예의 다른 실시예를 도시한 회로도.

제10도 (a), (b)도는 제9도에 있어서의 동작을 설명하기 위한 동작타이밍을 도시한 타이밍도.

제11도는 본 발명의 제3실시예에 관한 펄스고전압 발생장치의 회로도.

제12도 및 제13도는 제11도에 있어서의 각부의 동작타이밍을 도시한 도면.

제14도 및 제15도는 제6도의 부하로서 전기집진장치를 접속한 펄스고전압 발생장치의 회로도와 동작의 타이밍도.

제16도 및 제17도는 각각 종래의 펄스고전압생장치의 회로도.

제18도는 종래의 승압용 변압기의 일례를 도시한 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

30, 101 : 교류전원 32, 104 : 다이리스터

33, 102 : 승압용변압기 36 : 직류전압전원

37, 105 : 콘덴서 38 : 고속스위칭장치

39 : 방전저항 47 : 제어장치

48 : 설정기 103 : 전파정류기

107 : 회전전극 109 : 동기모우터

115 : 부하 123 : 콘트롤러

128 : 주파수변형장치

본 발명은 펄스고전압 발생장치에 관한 것으로서, 특히 값싸고 또한 높은 효율로 펄스고전압의 파고치 및 발생빈도를 용이하게 변화시킬 수 있는 펄스고전압 발생장치에 관한 것이다.

종래, 펄스고전압 발생장치는 제16도에 도시한 바와 같이 직류고압전원(1)의 출력전압(V_Tr)을 도선(2)(3) 및 한류저항(4)를 개재해서 용량성 에너지 축적요소(예를 들면 콘덴서, 고압동축 케이블 등)(5)의 양단에 인가하고, 이것을 충전하는 충전부하가 고속스위칭장치(6)에 의해서 방전저항(7)에 도선(8)(9)을 통해서 방전하고, 출력단자(10)(11)로부터 부하(12)에 펄스고전압이 인가된다. 여기서 고속스위칭장치(6)는 펄스고전압발생용으로서는 주로 스파아크갭이 사용되고, 그 전극(13)(14)이 적당한 간격을 두고 적당한 종류, 압력의 절연가스 속에 봉입되어 있다. 또한, 고속스위칭장치(6)로서는 수소 다이라트론이나, 고속 다이리스터 등을 사용하는 것도 있다.

지금, 고속스위칭장치(6)가 상기 스파아크갭인 경우, 그 스파아크 전압(V_s)이 직류고압전원(1)의 출력전압(V_Tr)보다도 낮은 값이 되도록 고속스위칭장치(6)의 간격거리가 조정되어 있다. 또, 용량성 에너지 축적요소(5)의 충전과정에 있어서, 그 양단전압(V_c)이 스파아크 전압(V_s)에 도달하면, 전극(13)(14) 사이에 스파아크가 발생해서 양자가 순간적으로 단락되어 용량성 에너지 축적요소(5)에 축적된 전하가 도선(8)(9), 스파아크갭(15) 및 방전저항(7)을 통해서 방전되고, 출력단자(10)(11)에 급격한 입상의 펄스고전압이 발생한다.

상술한 스파아크갭은 자폭형이라 칭한다. 이것 대신에 V_s＞V_c가 되도록 해두고, 전극(13)(14) 사이에 스파아크 트리거용의 펄스전압을 V_c에 겹쳐서 인가하거나, 전극(13)(14) 사이에 트리거용 제3전극을 착설하여 여기에 트리거용 펄스전압을 인가함으로서 스파아크갭을 시동시키는 외부 제어형 스파아크갭도 사용되고 있다.

그러나, 종래 공지의 제16도에 도시한 펄스고전압 발생장치는 자폭형, 외보제어형을 불문하고, 이하에 설명하는 바와 같은 많은 결점을 가지고 있다.

[1] 용량성에너지 축적요소(이하 콘덴서라 함)(5)의 충전에 있어서는, 직류고압전원(1)이, 출력전압(V_Tr)이 한류저항(4)과 콘덴서(5)의 직렬회로에 인가된다. 그 충전과정에 있어서 한류저항(4)에는 콘덴서(5)의 정전용량(C)에 공급되는 에너지

과 같은 에너지가 쥬울손실로서 소비되어 현저히 전력손실을 일으킨다.

[2] 한류저항(4)은, 고속스위칭장치(6)가 도통하고 있을 때에 직류고압전원(1)으로부터 흐르는 전류를 제어하기 위하여 큰 저항치(0.5∼10MΩ)를 가진다. 이것은 고속스위칭장치(6)의 도통시, 직류고압전원(1)로부터의 전류가 제어되지 않으면 고속스위칭장치(6)에서의 스파아크가 자폭방전인 아아크방전으로 이행하고, 연속적으로 I=V_Tr(R_c+R_m)이 되는 전류가 흘러 버리기 때문이다. (여기서, V_Tr: 직류고압전원(1)의 출력전압, R_c: 한류저항(4)의 저항치, R_m: 방전저항의 저항치 임). 그러나, 한류저항(4)의 저항치(R_c)는 콘덴서(5)를 충전하기 위한 충전시정수(τ=R_c·C)에 큰 영향을 준다. 저항치(R_c)를 극단적으로 크게 하면, 충전시정수가 커지게 되어 빈번한 펄스고전압의 발생이 불가능하게 되며 발생빈도는 제한을 받게 된다. 한편, 저항치(R_c)를 작게 하면, 상술한 연속전류가 커지기 때문에 너무 작게 할 수 없다. 어떻든 간에, 한류저항(4)은 0.5∼10MΩ의 큰 저항치가 필요하게 되며, 또한 [1]에서 설명한 이유에 의해서 큰 용량, 냉각설비가 요구된다.

상기 [1][2]에 기재된 문제점을 해소하기 위하여, 제17도와 같이 제16도의 한류저항(4)를 제거하고, 상기 직류고압전원(1) 대신에 교류고압전원(21)을 사용한다. 그 출력의 일단에 정류기(22)를 접속하고, 이것을 개재해서 콘덴서(23)를 0전압으로부터 교류출력파고치 전압(V_m)까지 충전함으로서 원리적으로 충전시의 전력손실을 현저히 작게 억제한다. 그리고, 고속스위칭장치(24)로서, 상기 교류전압에 동기해서 소정의 시점에서 고속스위칭 작용하는 외부억제형고속동기 스위치를 사용하고, 콘덴서(23)의 충전후, 이 교류전압의 극성이 반전해서 이 정류기(22)가 콘덴서(23)의 충전후, 이 교류고전압의 극성이 반전해서 이 정류기(22)가 콘덴서(23)의 방전을 차단하고 있는 반주기중에 이 외부제어형고속동기 스위칭소자를 도통시킨다. 이것에 의해서 콘덴서(23)의 축적전하를 방전저항(25)를 통해서 방전시키는 방식이 고안되어 있다(일본국 특원 소 56-144399)「극단펄스고전압발생장치」(마스다 셍이치). 그러나, 이 방식으로 해도, 또 하기 결점이 있다(전원 주파수 완전동기형).

[1] 콘덴서(23)의 충전전원으로서 실제로는 반파정류 직류고압전원을 사용하게 되나, 고압변압기 2차측을 반파정류하기 때문에 1차측 교류전류는 비대칭이 되어, 변압기의 편여자(偏勵磁)가 일어나기 쉽고, 이 때문에 변압기 용량의 증대화, 중간탭부착 변압기(제18도)로 하는 등의 대칭이 필요하다.

[2] 상기 방식에서는 완전히 전원주파수와 동기해서 동작하고, 또한 교류고압전원(21)의 반파로 콘덴서(23)를 충전하므로 펄스고전압 발생빈도는 50 혹은 60회(=전원주파수) 1초로 고정되어 버리고, 빈도의 가변, 50 혹은 60회/초를 초과하는 빈도는 실현할 수 없다.

본 발명은 상술한 결점을 감안해서 이루어진 것으로서, 그 목적은 적은 전력 손실로 펄스고전압 발생빈도를 최대전원주파수의 2배회/초를 포함하여 광범위하게 변화시킬 수 있는 펄스고전압 발생장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 구성은 다음과 같다.

[I] 교류전원으로부터의 교류전압을 승압하는 승압용 변압기와, 상기 승압용 변압기의 1차측(전원측)에 접속되어 상기 교류전압을 점호가 제어하는 다이리스터와, 상기 승압용 변압기의 2차측에 접속되는 전파정류기와, 이 전파정류기의 출력측에 접속되는 콘덴서와, 이 콘덴서에 접속되는 고속스위칭장치와, 이 고속스위칭장치에 접속되는 방전저항과, 펄스고전압 발생빈도를 설정하는 설정기와, 이 설정기에 의해서 설정된 펄스고전압 발생빈도에 따른 점호각으로 상기 다이리스터를 도통시켜서 상기 콘덴서를 충전시키고, 또한 상기 다이리스터의 비도통중에 상기 고속스위칭장치를 도통시켜 상기 콘덴서를 방전시켜서, 상기 방전용저항의 양단에 펄스고전압을 발생시키는 제어장치를 구비한 것을 특징으로 하는 펄스고전압 발생장치이다.

[II] 교류전원으로부터의 교류전압을 승압하는 승압용 변압기와, 상기 승압용 변압기의 1차측(전원측)에 접속되어 상기 교류전압을 점호각 제어하는 다이리스터와, 상기 승압용 변압기의 2차측에 접속되는 전파정류기와, 이 전파정류기의 출력측에 접속되는 콘덴서와, 이 콘덴서에서 발생하는 전압을 출력단자에 공급하는 고속스위칭장치와, 펄스고전압 발생빈도를 설정하는 설정기와, 상기 승압용 변압기의 1차측 전류를 검출하는 전류검출기와, 상기 콘덴서의 양단의 전압을 검출하는 제1전압검출기와, 상기 출력단자 사이의 전압을 검출하는 제2전압검출기와, 상기 설정기에 의해서 설정된 펄스고전압 발생빈도와 상기 전류검출기, 제1 및 제2전압검출기로부터의 각 검출신호에 따른 점호각으로 상기 다이리스터를 도통시켜서 상기 콘덴서를 충전시키고, 또한 상기 다이리스터의 비도통중에 상기 고속스위칭장치를 도통시켜 상기 콘덴서의 전압을 공급하고 출력단자에 펄스고전압을 발생시키는 제어장치를 구비한 것을 특징으로 하는 펄스고전압 발생장치이다.

(III) 교류전원으로부터 교류전압을 승압하는 승압용 변압기와, 상기 승압용 변압기의 1차측(전원측)에 접속되어 상기 교류전압을 점호가 제어하는 다이리스터와, 상기 승압용 변압기의 2차측에 접속되는 전파정류기와, 이 전파정류기의 출력측에 접속되은 콘덴서와, 이 콘덴서에서 발생하는 전압을 출력단자에 공급하는 고속스위칭장치와, 이 고속스위칭장치를 회전구동하는 동기전동기와, 이 동기전동기를 상기 교류전원의 주파수에 동기 또는 동주파수의 정수분의 1의 주파수로 변환해서 구동하는 주파수변환장치와, 펄스고전압 발생빈도를 설정하는 설정기와, 상기 승압용 변압기의 1차측 전류를 검출하는 전류검출기와, 상기 콘덴서의 양단의 전압을 검출하는 제1전압검출기와, 상기 출력단자 사이의 전압을 검출하는 제2전압검출기와, 상기 설정기에 의해서 설정된 펄스고전압 발생빈도와 상기 전류검출기, 제1 및 제2전압검출기로부터의 각 검출신호에 따른 점호각으로 상기 다이리스터를 도통시켜서 상기 콘덴서를 충전시키고, 또한 상기 주파수 변환장치를 제어해서 상기 동기전동기를 구동하고, 상기 다이리스터의 비도통중에 상기 고속스위칭장치를 도통시켜서 상기 콘덴서의 전압을 공급하고 출력단자에 펄스고전압을 발생시키는 제어장치를 구비한 것을 특징으로 하는 펄스고전압 발생장치이다.

다음에 작용에 대해서 설명한다.

상기 구성[I] 및 [II]에 의하면, 스파아크갭에 고압충전 전원과 동일한 교류전원에 의해서 구동되는 고속스위칭장치에, 예를 들면 동기모우터를 사용한 기계식 회전 스파아크갭을 채용한다. 그리고 고압충전 전원이 교류전압의 주파수에 따라서 콘덴서를 충전한 후, 다음의 충전개시까지의 고압충전 전원의 저압측전력 조절기로서 다이리스터(혹은 반도체소자)에 의한 전류저지 기간중에, 상기 기계식회전 스파아크갭을 도통시키도록 설정한다. 이것에 의해서, ＂콘덴서의 충전＂에서부터 ＂스파아크갭의 도통＂까지의 과정에 있어서 스파아크갭 도통시의 전원으로부터 부하에의 돌입전류가 발생하지 않고, 완전히 교류전원의 주파수에 동기해서 반복되게 한다. 이렇게 함으로서 함류저항은 불필요하게 되어 제거할 수 있고, 상기 전력조절기로서의 다이리스터 혹은 반도체소자를 교류전원의 주파수와 동기해서 온-오프의 통전제어를 하면 펄스고전압의 파고치 및 콘덴서의 충전빈도, 즉 펄스고전압 발생빈도를 용이하게 변화시킬 수 있다.

또 상기 구성[III]에 의하면, 본 발명은 기계식회전 스파아크갭의 회전을 직류고전압 발생장치와 동일한 교류전원에 의해서 주파수변환장치를 개재하여 구동되는 동기모우터로 제어하고, 다이리스터의 간헐적 운전에 연동해서 솎아낸 울(혹은 간혈 하전율)의 주파수에 맞추어서, 상기 동기모우터의 회전수를 주파수변화에 의해서 변화시킨다. 또 전압파형이 신호등을 피이드백 함으로서 다이리스터의 비도통시에 기계식회전 스파아크갭이 도통하도록 제어장치에 의해서 주파수변환장치의 주파수를, 설정주파수를 기준으로 해서 미소하게 증감시킨다. 이 때문에 다이리스터의 간헐적인 운전에 따라서 회전스파아크갭으로 부하에의 돌입전류를 발생하는 일이 없이 고저항 먼지에 대해서도 확실하게 펄스빈도를 변화시킬 수 있다.

이하, 도면을 참조해서 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.

[제1실시예]

제1도에 있어서, (31)은 교류전원(주파수 f : 50 혹은 60Hz)이다. 이 교류전원(31), 교류전력제어용 다이리스터(32), 승압변압기(33) 및 정류소자(34)를 브리지 접속한 전파정류기(35)로 이루어진 직류고압전원(36)의 출력직류고전압은 도선(42)(43)을 개재해서, 콘덴서(37)에 접속된다. 그리고, 이 콘덴서(37)의 양단은 도선(44), 외부제어형 고속스위칭장치(38), 도선(45), 방전저항(39), 도선(46)을 개재해서 접속된다. 상기 방전저항(39)의 양단에 출력단자(40)(41)가 착설되어 있다. 한편, 다이리스터(32)에는, 설정기(48)에서 설정된 펄스고전압 발생빈도(a)에 의거해서 다이리스터 제어신호(점호지령)(b)가 제어장치(47)로부터 보내어지고 있다. 또, 상기 제어장치(47)는 고속스위칭 지령신호(C)를 외부제어용고속스위칭장치(38)로 보내고 있다.

다음에, 동작에 eo해서 설명한다. 먼저 제2도에 도시한 바와 같이 제어장치(47)로부터의 신호(b)가 예를 들면 제2도 (b)와 같은 타이밍으로 다이리스터(32)에 보내어졌을 경우, 다이리스터(32)의 출력측[변압기(33)의 1차측]의 출력전압파형은 제2a도의 (e)와 같이 된다. 여기서 (d)는 충전전원(31)의 전압파형이다. 그러나, 직류고압전원(36)의 출력은 도선(42)(43)을 개재해서 콘덴서(37)에 인가된다. 이렇게 함으로서 콘덴서(37)가 충전되나, 이 때의 출력고전압파형은, 제2도 (a)와 대체로 같다. 따라서, 콘덴서(37)는 데체로 동도면(a)에 있어서의 (V_m')까지 충전된다. 여기서 콘덴서(37)의 충전전압은 출력전압의 파고치, 즉 전원전압의 파고치에 대한 변압기(33)의 변압비율이 최대가 된다. 또, 다이리스터(32)의 점호타이밍은, 동도면(a)에서 명백한 바와 같이 점호위상각이 전원위상각 0∼90°까지는 콘덴서(37)의 충전전압(V_c)이 변환하지 않으므로, 실제적으로는 90°∼180°사이에서 제어하게 된다.

또한 제3도에 다이리스터의 점호각(α)이 0°∼90°의 경우[제3도 (a)]와 90°∼180°의 경우[제3도 (b)]의 충전전압(V_c)을 도시하고 있다. 점호각(α)이 0°∼90°에서는 충전전압(V_c)은 최대이고 변하지 않기 때문에, 제어가 가능해지는 것은 90°∼180°범위에 한정된다. 즉, 이와 같은 다이리스터 제어에서는 전원전압 위상각 0°∼90°까지의 비도통시간을 설정하는 일이 가능하고, 이 시간중에 제1도의 고속스위칭장치(38)를 동작(도통)시키면, 전원(36)쪽으로부터 부하[방전저항(39) 및 출력단자(40)(41)에 접속되는 부하]쪽으로 전력이 유입되는 것을 완전히 방지할 수 있다. 따라서, 이 연속전류에 의한 고속스위칭장치(38)에서의 아아크방전으로의 이행을 방지할 수 있다. 즉, 제어장치(47)로부터 제2도 (a)(b)(c)에 도시한 바와 같은 다이리스터의 비도통 시간에 맞춘 타이밍으로 고속스위칭장치(38)에 동작지령이 보내어지면, 이것에 의해서, 고속스위칭장치(38)가 도통하고, 콘덴서(37)의 전하가 도선(44), 고속스위칭장치(38), 도선(45)(46)을 개재해서 방전저항(39)을 통과하여 출력단자(40)(41)에 급격한 상승을 가진 펄스고전압이 발생된다.

제4도에 실제의 동작시의 콘덴서(37)의 전압(V_c)파형과 출력전압[출력단자(40)(41)에 발생하는 펄스고전압](V_p)을 도시하고 있다. 동도면(a)에 도시한 바와 같이, 타이밍(α)에서 다이리스터에 다이리스터 제어신호(b)가 보내어지면 다이리스터(32)가 점호하여 콘덴서(37)의 충전이 시작된다. 그리고, 직류고압전원(36)의 출력전압과 콘덴서전압(V_c)이 같아진 시점에서 충전이 종료되고, 전압(V_c)은 유지된다. 그 후 전원위상각 0°∼90°까지의 소정의 타이밍(Sα)에서, 고속스위칭장치(38)에 동작지령신호(C)가 보내어지고, 이것에 의해서 고속스위칭장치(38)가 도통한다. 제4도에서는 확실하게 각 반파후에 고속스위칭장치(38)가 동작하고 있고, 동도면(b)과 같이 출력전압(V_p), 즉 펄스고전압은 전원주파수의 2배 즉, 100 혹은 120회/초의 빈도로 출력된다(전원주파수는 50Hz 혹은 60Hz).

한편 제5도에서는 다이리스터제어신호(b)를 동도면(c)와 같이 간헐적으로 함으로서, 동도면(b)과 같이 출력전압(V_p)의 출럭빈도를 임의로 변화시킬 수 있다. 동도면에서의 빈도는 제4도의 1/3로 되어 있다. 즉, 다이리스터 제어신호(b)를 제1도의 설정기(48)의 소정의 설정에 의거해서, 솎아내고(예를 들면 1/2,1/3,1/4), 그것에 따라서 고속스위칭동작지령(C)을 출력함으로서, 펄스고전압 발생빈도를 0∼2f(f : 50Hz 혹은 60Hz)의 범위에서 임의로 변화시키는 일이 가능하다.

이상, 상세히 설명한 바와 같이 제1실시예에 의하면 다음과 같은 효과가 있다. [1] 한류저항을 직류고압전원(36)의 출력에 접속하지 않아도 되므로, 효율이 좋고, 극히 작은 충전시정수로 콘덴서(37)를 충전할 수 있어, 충전시의 전력손실을 거의 무시할 수 있다. [2] 직류고압전원(36)의 전원측 다이리스터(32)의 비도통시간중에 고속스위칭장치(38)를 도통시키므로, 전원측으로부터 부하에 연속전류가 흐르는 일이 없다. [3] 직류고압전원으로서 종래의 전파정류형을 사용하므로, 반파정류형을 사용할 필요가 있는 종래의 전원주파완전동기형(전원주파수에 완전히 동기하는 완전동기형)과 비교하여, 변압기의 편여자등의 결점이 없고, 값싼 표준품을 사용할 수 있다. [4] 종래의 전원주파수에 완전동기하는 완전동기형에서는 펄스고전압 발생빈도는 전원주파수(f)(50 혹은 60Hz)에 고정되어, 전원주파수가 50 혹은 60회/초로 되어 있었으나, 본 발명에 의한 다이리스터 제어동기형에서는 전원주파수를 최대 100 혹은 120회/초로 할 수 있다. 또한 기존의 기술인 다이리스터의 제어에 의해서 최대치의 1/2,1/3...로 발생빈도를 용이하게 설정, 변화시키는 일이 가능하다. [5] 이상과 같은 효과가 있으므로, 본 발명을, 예를 들면 전기집진장치의 펄스고전압 발생전원으로서 사용하였을 경우, 고효율, 안전운전을 도모할 수 있어, 에너지절약 효과도 높다.

[제2실시예]

제6도에 있어서, (101)은 교류전원이다. 이 교류전원(101)은 교류전력제어용 다이리스터(104)를 개재해서 승압변압기(102)의 1차측에 공급된다. 이 승압변압기(102)의 2차측은 전파정류기(103)가 접속된다. 이 전파정류기(103)의 출력은 직류리액터(110)를 개재해서 콘덴서(105)에 공급된다. 이 콘덴서(105)의 일단은 스파아크갭을 개재해서 단자(113)에 접속된다. 이 스파아크갭은 일종의 고속스위칭장치이고, 입력전극(106), 출력전극(108), 공통인 축에 90°씩의 각도로 4개의 전극을 장착한 회전전극(30)과 이 회전전극(107)을 교류전원의 주파수로 결정되는 동기속도로 회전시키는 동기모우터(109)로 구성된다. 그리고 상기 단자(113)와 접지단자(114) 사이에 부하(115)가 접속된다.

그런데, 승압변압기(102)의 1차쪽에는 1차쪽 전류를 검출하기 위한 전류검출기(124)가 착설되어 있고, 이 전류검출기(124)에 의해서 검출된 검출치는 콘트롤러(123)에 공급된다.

또, 상기 콘덴서(105)의 양단부의 전압(V_c)은 전압검출기(111)에 의해서 검출되고, 그 검출된 전압(V_c)은 상기 콘트롤러(123)에 공급된다. 또, 상기 단자(113)(114) 사이의 출력전압(V_p)은 전압검출기(112)에 의해서 검출되고, 그 전압(V_p')은 상기 콘트롤러(123)에 공급된다. 이 콘트롤러(123)는 상기검출기(124), (111)(112)로부터 출력되는 신호를 수동 혹은 임의의 외부지령의 설정기(126)에 의해서 입력되는 펄스고전압 발생빈도에 의거해서 상기 다이리스터(104)의 조절신호(점호각 제어신호)(CNT)를 출력한다.

그런데, 상기 기계식회전 스파아크갭은, 입력전극(106)과 출력전극(108)을 잇는 축선과 회전전극(107)의 전극 4개중 대향하는 2극을 잇는 축선이 대체로 일치하고, 입력전극(106)과 출력전극(108)과 회전전극(107)이 가장 접근하였을 때에 콘덴서(105)가 갭 사이에서 스파아크가 발생하는데 충분한 전압으로 충전되어 있으면, 이 타이밍에서 갭이 스파아크 방전에 의해서 도통된다. 즉 스위칭된다.

본 실시예에서는 동기모우터(109)로서 4극 모우터를 사용하고(예를 들면 주파수 f=50/60Hz이면 1500rpm/1800rpm회전속도가 됨), 즉 교류전원(101)의 2주기에 모우터 출력축 및 로우터는 1회전한다. 즉, 로우터가 1회전하는 동안에 상기 갭의 스위칭타이밍은 4회이므로, 교류전원반주기에 1회 스파아크갭이 완전히 교류전원의 주파수에 동거해서 스위칭하게 된다.

그리하여 콘덴서(105)가 전원주파수의 반주기에 소요의 전압(V_c)까지 충전되는데 충분한 용량으로 선정하면, 제7도(T_s)에서 도시한 다이리스터(104)의 전류저지 시간을 발생시킬 수 있다. 따라서, 상술한 바와 같이 스파아크갭의 스위칭타이밍을 이 전류저지시간으로 조정, 설정하면, 교류전원의 주파수에 완전히 동기하고, 또한 전파정류기(103)로부터 부하(115)에의 돌입전류가 흐르는 일없이 안정된 펄스고전압의 발생을 반복할 수 있다. 왜냐하면 전파정류기(103)로부터의 출력전압(V_r)은 제7도 (a)가 되어, 정류기(103)로부터 전류(I_c)는 제7도 (b)에 도시한 바와 같이 스파아크갭의 스위칭타이밍 이전에 0이 되므로, 스위칭시에 속류(續流)가 되어서 부하쪽으로 돌입하는 일은 없기 때문이다. 또 제7도(c)는 이때의 콘덴서(105)의 고압쪽전압(V_c)의 파형을 도시하고 있다. 여기서 상기 다이리스터(104)에 있어서, 교류전원의 주파수에 동기해서 통전 온-오프를 행하면, 콘덴서(105)의 충전빈도, 즉 펄스고전압 발생빈도를 변화시킬 수 있다. 즉, 제7도와 같이 교류전원주파수(f)의 반주기 1/2f마다 콘덴서(105)의 충전→스파아크갭의 스위칭(즉 펄스고전압 발생)을 반복 행하였을 경우, 펄스고전압 발생빈도는 1초 사이에 2f회가 된다. 그러나, 제8도와 같이 교류전원(101)의 주파수에 동기해서 (T₁)로 나타낸 온시간, (T₂)로 나타낸 오프시간을 반복하면, 동 빈도는

가 된다. 제8도에서는 펄스빈도는 f회/초가 된다. 승압변압기(102)의 편연자를 피하기 위하여, 저압측교류는 정부대칭으로 흐르는 것이 바람직하므로, 일반적으로 오프시간(T₂)은 교류전원의 1주기의 정수배로 설정한다(이것에 의해서 저압측교류는 정부대칭으로 흐름). 승압변압기의 용량에 여유가 있을 경우는 특히 문제는 발생하지 않으므로, 본 실시예에서는 특히 제한하지 않는다.

이상의 펄스고전압 발생빈도는 콘트롤러(123)의 조절신호(CNT)에 의해서 실행된다. 즉, 콘트롤러(123)는 콘덴서(105)와 병렬로, 전파정류기(103)와 접지선(120)과의 사이에 접속되는 콘덴서전압(V_c)의 전압검출기(111)의 출력전압(V_c')과, 부하(115)와 병렬로 스파아크갭의 출력과 접지선(120)과의 사이에 접속되는 출력전압(V_p)의 전압겸출기(112)의 출력전압(V_p')과, 전류검출기(124)의 검출신호가 입력되고, 또 수동 혹은 임의의 외부지령이 설정기(126)에 의해서 펄스고전압 발생빈도 지령이 입력된다. 이들 입력치에 의거해서 콘트롤러(123)는 다이리스터(104)에 조절신호(CNT)를 출력하고, 다이리스터(104)에 의한 교류전압의 점호각 제어를 행한다.

또한, 상술한 직류리액터(110), 스파아크갭, 콘덴서(105)에 불의의 단락이 발생하였을 경우, 충전원으로부터의 급격한 전류의 유출을 억제하기 위하여 착설된 것이다 .

제2실시예에 있어서, 교류전원(101)으로서 상용전원을 사용하였을 경우, 상술한 펄스고전압 발생빈도(f_p)는 (T₁)(T₂)의 설정에 의해서,

f=50Hz 의 경우 0＜f_p

100회/초의 범위에서 용이하게 변화할 수 있다.

60Hz 의 경우 0＜f_p 120회/초

또, 교류전원(101)으로서 인버어터 등의 가변주파수교류전원을 사용하였을 경우, 그 가변주파수(f)에 의해서 0＜f_p

2회/초의 범위에서 변화할 수 있다. 따라서 f를 변화함으로서 상용전원을 사용하였을 경우보다 더욱 펄스고전압 발생빈도를 얻는 일도 가능하다.

이 경우에 있어서, 동기모우터(109)는 충전전원과 동일한 교류전원에 접속되어 있으므로 충전전원에 의한 콘덴서(105)의 충전과 스파아크갭에 있어서의 스위칭의 일련의 동작 동기성이 유지되고 있다. 이 때문에 교류전원(101)의 주파수가 변화해도 안정한 펄스고전압의 발생이 반복되는 것은 말할 것도 없다.

다음에, 제2실시예의 또 다른 실시예에 대해서 설명한다. 이 실시예에 있어서는 제9도와 같이 스파아크갭에 입력전극(106a), 출력전극(108a) 및 2극 타입의 회전전극(140)을 사용한 경우이다.

이 경우 동기모우터(141)를 상기와 마찬가지로 4극 동기 모우터라고 하면, 전원주파수의 1주기마다 스파아크갭은 스위칭하므로, 얻어지는 펄스고전압 발생빈도(f_p)의 최대는 f회/초(f는 전원주파수)가 된다. 상술한 다이리스터(104)의 온시간(T₁), 오프시간(T₂)을 설정함으로서, 이 경우에서는, 0＜f_p

f의 범위에서 펄스고전압 발생빈도를 변화할 수 있다. 제10도는 그 일례이다.

한편 동기모우터(141)를 2극 동기 모우터라고 하면(전원주파수 f=50Hz/60Hz에서 회전속도는 3000rpm/3600rpm이 됨), 회전속도는 4극 동기 모우터의 배가 되므로, 스파아크갭으로 2극 타입의 회전전극(140)을 사용하였을 경우에서도 앞서의 제6도의 실시예와 완전히 같은 동작을 행할 수 있다.

이상, 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 의하면, 다이리스터에 의한 전류저지시간에 동기해서 스위칭 동작을 행하는 고속스위칭장치로서 기계식회전 스파아크갭을 사용하였기 때문에, 종래 사용되고 있던 한정 저항을 불필요하게 할 수 있으므로, 전력손실을 거의 없앨 수 있다. 또 교류전원의 주파수를 변화시키거나, 다이리스터의 통전 온-오프제어에 의해서 매우 간단하고 또한 최대 전원주파수의 2배회/초를 포함하여 광범위하게 펄스고전압 발생빈도를 변화시킬 수 있다.

[제3실시예]

제14도는 상기한 제2실시예에 있어서의 제6도의 단자(113)와 접지촉단자(114) 사이에 접속된 부하(115) 대신에 전기집진장치(Electrostatic Precipitator)(115a)를 접속한 펄스고전압 발생장치를 도시한다. 그 외에 대해서는 상기의 제6도에 도시한 것과 동일한 부분에는 동일한 번호를 붙여서 설명을 생략한다.

제14도에 있어서, 펄스형성용콘덴서(105)를 충전하고, 기계식회전 스파아크갭이 도통하는 타이밍에 맞추어서 펄스고전압을 E_p(115Aa)에 공급한다. 이 때 스파아크갭이 도통하는 타이밍은 펄스형성용콘덴서(105)를 충전하는 타이밍, 즉 다이리스터(104)가 점호하는 타이밍을 제외한 시기, 즉 다이리스터(104)의 비도통시에 동기시켜서 도통하도록 하고 있다. 이 때문에 직류고압발생장치로부터 EP(115a)에의 돌입전류를 방지하고 있다.

제15도는 그 일련의 동작에 있어서의 전압의 변화예를 도시한 것이다. EP (115a)가 용량성부하와 저항성부하를 병렬로 합성한 특성을 가지고 있으므로 EP(115a)에서는 기계식회전 스파아크갭이 도통시에 펄스형상의 고전압이 인가되고, 비도통시에 있어서 서서히 전압이 저하해 간다.

또 제15도 (a)(b)는 펄스고전압 발생장치의 다이리스터(104)의 점호각을 간헐적으로 운전함으로서, 충전타이밍을 조정하여 펄스빈도를 변화시켰을 때의 전압의 예를 도시한 것이다. 제15도 (c)(d)에 있어서의 정상시에는 솎아낸 사이클에서는 콘덴서(105)에 충전되지 않기 때문에 , 기계식 스파아크갭이 본래에 있어서는 도통하는 타이밍이라도 콘덴서(105)와 EP(115a) 사이의 전압차(V_c-V_ESP)가 적기 때문에 도통하지 않는다. 따라서 펄스빈도를 다이리스터(104)의 점호의 속아내는 사이클에 따라서 가변하는 일이 가능하다.

상기 제14도에 도시한 바와 같은 장치일 경우, EP쪽의 전류전압 특성에 따라서는 다이리스터(104)의 점호빈도를 조정하여도 펄스발생빈도를 조정할 수 없다는 결점이 있었다.

즉, EP에 포집된 먼지가 고저항일 경우, EP에서 소비되는 전류가 높아지면 EP내의 먼지층내에서 역전리 현상이라는 이상현상이 생겨, EP공간내에서 무효전류가 흐르기 때문에 외관상의 EP의 저항부하 요소가 대폭적으로 작아지게 되어, EP는 저전압, 고전류운전이 되어서 집진성이 저하된다.

따라서, 상기 펄스전원장치에 있어서 역전리를 억제한 운전을 행할 경우, 높은 펄스피이크 전압을 유지하면서 평균 전류를 낮출 필요가 있다. 그를 위해서는 펄스발생빈도를 낮추므로서 대응이 가능하다.

그러나, 제14도와 같은 장치에서는 고저항 먼지일 경우 역전리가 발생하면 EP쪽의 전기저항이 대폭적으로 떨어진다. 이 때문에 콘덴서(105)의 충전을 행하지 않아도 제15도 (e)(f)의 전압파형에도 도시한 바와 같이 콘덴서(105)의 전압과 EP(115a)사이의 전압차(V_c-V_ESP)가 시간의 경과와 함께 커지게 되어, 기계식회전 스파아크갭이 도통하는 타이밍 마다 콘덴서(105)와 EP(115a)가 도통해 버린다. 결과로서 펄스발생빈도가 떨어지지 않고, EP(115a)에 대전류가 흐르게 되어 역전리 상태가 계속된다.

제15도 (e)(f)에서는 다이리스터(104)의 도통을 1/3로 솎아낸 예를 도시하고 있으나, 콘덴서(105)의 전압은 EP(115a)와의 전압차가 어느 레벨 이하가 될 때까지 방전해 버린다. 따라서 결과적으로 솎아낸 사이클의 전부에서 기계식회전 스파아크갭이 도통한 예를 도시한다.

제3의 실시예는 상기의 문제점을 해소하고, 고저항 먼지의 EP(115a)에 대해서도 확실하게 펄스빈도를 변화시킬 수 있는 펄스고전압 발생장치를 설명한다.

제11도는 본 발명의 제3실시예의 구성을 도시한 도면으로서, 제14도에 도시한 도면과 동일부분에는 동일한 부호를 붙이고 설명한다.

제11도에 있어서, 제14도에 도시한 것과 다른 곳은, 교류전원의 주파수로 결정되는 동기속도로 회전시킬 수 있는 동기모우터(109)와, 이의 입력전원주파수를 정수분의 1로 저감할 수 있는 주파수변환장치(예를 들면 인버어터 등)(128)를 착설하고, 또한 이들을 콘트롤러(123)에 의해서 제어할 수 있도록 구성되어 있다. 기타의 구성 및 작용은 제14도에 대해서 설명한 것과 동일하다.

제12도 (a)는 전파정류기(103)의 출력전압(V_r)파형중 주파수를 변화시키지 않은 경우를 도시한다. 여기에서 (T_f)는 교류전원주파수(f)의 반주기(1/2f)를 나타내고, (T_s)는 다이리스터(104)의 다이리스터 점호사이 즉 저합측전류 저지시간을 나타낸다. 스파아크갭의 회전전극(107)을 동기모우터(109)의 출력축에 대하여 적당한 위치각으로 부착하면, 회전전극(107)이 입력전극(106), 출력전극(108)과 각각 가장 접근하는 타이밍을 제12도에 (T_s)로 나타낸 시간내로 설정할 수 있다.

제3실시예에서 사용하는 고속스위칭장치로서의 기계식회전 스파아크갭은, 입력전극(106)과 출력전극(108)을 잇는 축선과 회전전극(107)이 대향하는 2극을 잇는 축선이 대체로 일치하고, 입력전극(106)과 출력전극(108)과 회전전극(107)이 가장 접근하였을 때에, 또한 펄스형성용 콘덴서(105)가 갭사이에 스파아크가 발생하는데 충분한 전압으로 충전되어 있을 때, 이 타이밍에서 갭이 스파아크 방전에 의해서 도통된다. 즉 스위칭된다.

제3실시예에서는 동기모우터(109)로서 4극모우터를 사용하고(예를 들면 주파수 f=50/60Hz이면 1500rpm/1800rpm의 회전속도가 됨), 교류전원의 2주기에 모우터 출력축 및 로우터는 1회전한다. 즉, 로우터가 1회전할 동안에 상기 갭의 스위칭 타이밍은 4회이므로 최대 교류전원 반주기에 1회 스파아크갭이 완전히 교류전원의 주파수에 동기해서 스위칭하게 된다.

고압충전전류를 펄스형성콘덴서(105)가 전원주파수의 반주기에서 소요의 전압(V_c)까지 충전되는데 충분한 용량으로 선정하면 상술한 제12도의 (T_s)로 나타낸 저합측 전력제어용 다이리스터(104)의 전류저지시간을 발생시킬 수 있다. 따라서 상술한 바와 같이 스파아크갭의 스위칭타이밍을 이 전류저지시간으로 조정 설정하면, 교류전원의 주파수에 완전히 동기한다. 또한 고압충전전류로부터 부하로로의 동일전류가 흐르지 않아, 안정된 펄스고전압의 발생을 반복할 수 있다. 이 때 고압충전 전원으로부터의 전류(I_c)는 제12b도에 도시한 바와 같이 스파아크갭의 스위칭타이밍 이전에 0이 되어, 스위칭시에 속류가 되어서 부하쪽으로 돌입하는 일은 없다.

제12d도에 EP(115a)의 전압(V_ESP)의 파형을 도시한다. 기계식회전 스파아크갭이 도통하면, EP(115a)의 전압(V_ESP)은 순간적으로 펄스형상의 피이크전압(V_PESP)에 도달한 후, 콘덴서(105)와 동전압(V_d)으로 안정되고, 그후 EP내의 저항요소에 의해서 전압이 서서히 저하되어 간다.

제13도는 다이리스터의 점호사이클을 1/n(n은 정수이고 동도면에서 n=3)로 솎아낸 예를 도시한다.

이 경우, 충전되는 타이밍주기는 T₁=n/2f이고, 동기모우터(109)의 회전수를 주파수변환장치(128)에서 변환하여 회전스파아크갭이 도통하는 타이밍주기(T_f')를 T'_f=T_f가 되도록 설정하고, 또 이 회전스파아크갭을 다이리스터의 비도통기간(T_s)으로 설정함으로서 항상 직류고전압의 충전전류가 EP(115a)쪽에 돌입하는 일없이 운전하는 일이 가능하다.

또한 주파수변환장치(128)가 직류고압전원의 교류전원과 완전히 동기할 경우, 상기 충전타이밍주기(T_f)와 스파아크갭의 도통타이밍주기(T_f')는 T_f=T'_f가 되는 관계에 있으나, 주파수변환장치(128)로서 범용의 인버터를 사용하였을 경우 T'_f=T_f가 되도록 설정해도 완전히 동기할 수는 없다.

그러나, 이 경우에도 제13도 (e)에 도시한 바와 같이 콘덴서(105)의 전압(V_c)의 파형의 검사를 제어장치에서 행하고, 충전개시로부터 방전할 때까지의 시간사이클(T_c)을 T_cmin

T_c

T_cmax로 설정하도록 제어장치(123)에서 주파수변환장치(128)에 신호를 인가하여 (T'_f)를 제어한다. 즉 T_c=T_cmin+α(여유화의 설정치)일 때, T'_f=T_f+

T, 또는 T_c=T_cmax-α(여유화의 설정치)일 때, T'_f=T_f-

로 설정하고,

T→0이 되도록 제어를 T'_f=T_f로 한다. 이렇게 함으로서, 회전스파아크갭의 도통시기를 다이리스터의 비도통시기(T_s)에 설정할 수 있다.

이상, 상세히 설명한 바와 같이, 제3실시예에 의하면, 기계식회전 스파아크갭의 구동회전수를 전원의 다이리스터가 점호하는 주파수와 동기시켜서 저감함으로서 펄스고전압 발생장치의 펄스발생빈도를 EP의 부하특성에 관계없이 확실하게 저감할 수 있다. 따라서 EP는 고저항먼지에 대해서 펄스파아크전압을 낮추지 않고 낮은 평균전류로 운전할 수 있기 때문에, 역전리현상을 억제할 수 있어 집진효율을 높일 수 있는 등의 뛰어난 효과가 있다.

Claims

교류전원으로부터의 교류전압을 승압하는 승압용 변압기와, 상기 승압용 변압기의 1차쪽(전원쪽)에 접속되어 상기 교류전압을 점호각 제어하는 다이리스터와, 상기 승압용 변압기의 2차쪽에 접속되는 전파정류기와, 이 전파정류기의 출력쪽에 접속되는 콘덴서와, 이 콘덴서에 접속되는 방전용저항과, 펄스고전압 발생빈도를 설정하는 설정수단과, 이 설정수단에 의해서 설정된 펄스고전압 발생빈도에 따른 점호각으로 상기 다이리스터를 도통시켜서 상기 콘덴서를 충전시키고, 또한 상기 다이리스터의 비도통중에 상기 고속스위칭수단를 도통시키고 상기 콘덴서를 방전시켜서, 상기 방전용저항의 양단에 펄스고전압을 발생시키는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 펄스고전압 발생장치.
제1항에 있어서, 상기 고속스위칭수단은 회전전극이 공통의 회전축에 90도마다 장착되어 있고, 이 회전전극은 상기 교류전압발생원의 반주기에서 90도 회전하는 회전속도를 가진 동기모우터로 구동되는 기계식회전 스파아크 스위치인 것을 특징으로 하는 펄스고전압 발생장치.
교류전원으로부터 교류전압을 승압하는 승압용 변압기와, 상기 승압용 변압기의 1차쪽(전원쪽)에 접속되어 상기 교류전압을 점호각 제어하는 다이리스터와, 상기 승압용 변압기의 2차쪽에 접속되는 전파정류기와, 이 전파정류기의 출력쪽에 접속되는 콘덴서와, 이 콘덴서에 발생하는 전압을 출력단자에 공급하는 고속스위칭수단과, 펄스고전압 발생빈도를 설정하는 설정수단과, 상기 승압용변압기의 1차쪽 전류를 검출하는 전류검출기와, 상기 콘덴서의 양단의 전압을 검출하는 제1전압검출기와, 상기 출력단자 사이의 전압을 검출하는 제2전압검출기와, 상기 설정수단에 의해서 설정된 펄스고전압 발생빈도와 상기 전류검출기, 제1 및 제2전압검출기로부터의 각 검출신호에 따른 점호각으로 상기 다이리스터를 도통시켜서 상기 콘덴서를 충전시키고, 또한 상기 다이리스터의 비도통중에 상기 고속스위칭수단을 도통시켜서 상기 콘덴서의 전압을 공급하고 출력단자에 펄스고전압을 발생시키는 제어장치를 구비한 것을 특징으로 하는 펄스고전압발생장치.
제3항에 있어서, 상기 고속스위칭수단은 회전전극이 공통의 회전축에 90도마다 장착되어있고, 그 회전전극은 상기 교류전압발생원의 반주기에서 90도 회전하는 회전속도를 가진 동기모우터로 구동되는 기계식회전 스파아크 스위치인 것을 특징으로 하는 펄스고전압 발생장치.
교류전원으로부터 교류전압을 승압하는 승압용 변압기와, 상기 승압용 변압기의 1차쪽(전원쪽)에 접속되어 상기 교류전압을 점호각 제어하는 다이리스터와, 상기 승압용 변압기의 2차쪽에 접속되는 전파정류기와, 이 전파정류기의 출력쪽에 접속되는 콘덴서와, 이 콘덴서에서 발생하는 전압을 출력단자에 공급하는 고속스위칭수단과, 이 고속스위칭수단을 회전구동하는 동기전동기와, 이 동기전동기를 상기 교류전원의 주파수에 동기 또는 동주파수의 정수분의 1의 주파수로 변환하고 구동하는 주파수변환수단과, 펄스고전압 발생빈도를 설정하는 설정수단과, 상기 승압용 변압기의 1차쪽 전류를 검출하는 전류검출기와, 상기 콘덴서의 양단의 전압을 검출하는 제1검출기와, 상기 출력단자 사이의 전압을 검출하는 제2전압검출기와, 상기 설정수단에 의해서 설정된 펄스고전압 발생빈도와 상기 전류검출기, 제1 및 제2전압검출기로부터의 각 검출신호에 따른 점호각으로 상기 다이리스터를 도통시켜서 상기 콘덴서를 충전시키고, 또한 상기 주파수변환수단를 제어해서 상기 동기전동기를 구동하고, 상기 다이리스터의 비도통중에 상기 고속스위칭장치를 도통시켜서 상기 콘덴서의 전압을 공급하여 출력단자에 펄스고전압을 발생시키는 제어장치를 구비한 것을 특징으로 하는 펄스고전압 발생장치.
제5항에 있어서, 상기 제어수단에 의한 상기 주파수변환수단으로의 제어가 주파수 변환비의 선택인 것을 특징으로 하는 펄스고전압 발생장치.
제5항에 있어서, 상기 제어수단에 의해 상기 주파수변환수단으로의 제어가 교류전원의 주파수에 대하여 그 출력이 동기하는 것을 특징으로 하는 펄스고전압 발생장치.