JPH01217845A - 保護装置のいらないビーム加速用電源装置 - 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） 本発明は保護装置のいらないビーム加速用電源装置に関
する。詳しくは、本発明は、イオンビームや電子ビーム
を加速するための高圧直流電源にあって、低圧直流発生
源からインバータにより交流化し、さらに高圧直流変換
器を接続した電源で負荷であるビーム系の保護回路を付
加することなく保護機能を保有させることの出来る電源
構成に関する。

（従来の技術） イオン或いは電子ビーム加速用電源は直流・高圧・大電
力を要すると同時に加速機構のブレイクダウン時の高速
遮断保護機能を必要とする。

第２図は従来の電源装置を説明するための回路図である
。イオン或いは電子ビーム加速系の両方あるが、ここで
は電子ビームの使用例について説明する。直流電源１は
正、負極の両方が考えられるが、ここでは負極を想定す
る。

直流電源１によって発生される電力は負荷である電子ビ
ーム加速装置工６に供給される。電子ビーム制御回路７
は電子ビーム加速装置１６のコレクター８とカソード１
００間に流れる電子束をアノード９を通して制御する。

一方、電子ビーム加速装置１６は変調を生じてボディ１
３やアノード９へ電子束が衝突した時は保護検出回路１
１或いは電子ビーム制御回路７により発見され保護要求
信号１２を発生し、主回路上の端子２．３．４．５に接
続された保護装置６によって負荷の保護に当たる。

一方、本回路では保護装置６による保護動作を完了して
も、例えばこの場合の静電容量１７に蓄積されているよ
うに、回路全体に蓄積されているエネルギーをも制御す
ることは出来ない。

このエネルギーは、電子ビーム加速装置１６自身が吸収
するか、もしくは回路中に有形、無形に存在する抵抗に
よって吸収され、装置は保護される。

第３図と第４図に示す回路は保護装置の具体的方式を示
したものである。第３図は保護時遮断方式の例である。

端子２−４、もしくは３−５間に直流遮断器を設置した
もので、ここでは２−４間へ遮断器１４を入れた場合の
例を示す。この場合の保護とは遮断器１４により保護時
に遮断する方法を示す。

第４図に示す回路は保護時短絡方式の例である。

端子２−４間と端子３−５間には第４図に示す短絡スイ
ッチ１５が置かれ、短絡スイッチ１５の投入によって保
護時に短絡を行ない負荷へのエネルギー供給を絶つ方法
である。

（発明が解決しようとする問題点） 上述のような保護方式において問題となる点は以下の通
りである。

第３図に示した遮断による保護方式は高度な技術を必要
とし、遮断器が高価なものとなる。第４図に示した短絡
保護方式の場合、前者と比較して安価なものとなる反面
、電源ｌを短絡に耐え得るものにする必要があり、直流
電源１が高価なものとなる。

さらに、イオンビームもしくは電子ビーム加速装置１６
は本電源に接続されても直ちにその性能を発揮するもの
ではなく、保護回路６を繰り返し動作させて所定の性能
を出し得るようになる過程（このような過程を以後エー
ジングという）がある。このエージング過程の期間は静
電容量１７等のように回路全体に蓄えられるエネルギー
源により保護回路６の動作時に電子ビーム加速装置１６
内で消費するエネルギー量により決まる。それが小さ過
ぎればエージング期間が長くなり、大き過ぎれば電子ビ
ーム加速装置１６を破壊する。しかし、従来の技術では
ビーム加速装置１６内で消費するエネルギーを制御する
ことは出来ず、エージングに長期間を要したり、エージ
ングを完了したビーム加速装置１６をそのまま運転し、
保護回路６の動作により寿命の劣化を早期化したりする
。

従って、この発明は上述した種々の問題点を解決するこ
とができるビーム加速用電源装置を提供することを目的
とする。

（問題点を解決するための手段） この発明の電源装置は直流発生源を回生・遮断可能な交
流変換回路（インバータ）により交流化し、これに直流
変換器を接続した電源とした構成を取ることを特徴とす
る。

（作用） この発明の回路においては交流変換回路（以後インバー
タという）により直流−直流変換をなすものである。し
たがって、インバータの遮断動作成いは回生動作によっ
て負荷遮断が可能となるため、高価な直流遮断器や高価
な直流電源を要す原因となる短絡装置を使用する必要が
なくなる。その上インバータの遮断動作や回生動作の組
合せによりエージング過程の最適化やビーム加速装置の
長寿命化を図ることができる。

（実施例） 第１図はこの発明に係る保護装置のいらないビーム加速
電源を説明するための一具体例である。

直流電源システム８はインバータ７へ接続されている。

インバータ７の出力は変圧器９へ入力され、さらにその
出力が整流器１０を介して直流出力となる。すなわち、
直流電源システム８、インバータ７、変圧器９、整流器
１０を持ってＤＣ−ＤＣコンバータを成す。インバータ
７と変圧器９の相数は単相、多相によらず対応可能であ
るが、本例では３相で説明する。インバータ７の構成素
子は自己消弧、すなわち自己開閉出来るスイッチング素
子、もしくは他の素子の組合せにより自己消弧能力を持
つ素子で構成される必要がある。例えば、通常使用され
るＧＴＯ等のスイッチング素子ζこダイオードを逆並列
接続したものが考えられる。インバータ制御回路２７は
、このスイッチング素子１〜６の開閉を制御するもので
ある。すなわち、通常運転時にはスイッチング素子１〜
６の各素子の開閉を制御することにより、６つの位相電
圧−・クトルを作り変圧器９へ入力出来る。整流器１０
の出力は負荷である電子ビーム加速装置１９の特性によ
って決められる。例えば、電子ビーム加速装置１９の抵
抗値が５にΩで８０ＫＶ、１６Ａとすれば、整流器１０
の出力も Ｖｚ＝−８０ＫＶ、　　Ｉｚ＝１６Ａ が必要となる。また、整流器出力は、インバータ７、変
圧器９によるロスを無視すれば Ｖｚ　　Ｉ　ｚ　”Ｖ＋　　Ｉ　ｌ の関係により、直流電源システム８の容量も決まる。

例えば、Ｖ、＝３ＫＶ　　とすれば Ｉ＋　＝４２７Ａ　　となる。

整流器１０の出力へは、電子ビーム加速装置１９以夕（
に電子ビーム制御回路１８や回路全体の静電容量Ｃ１７
がある。インバータ７のスイッチング周波数は電子ビー
ム加速装置１９の抵抗値と静電容量Ｃ１７によって決ま
る時定数の逆数以上あれば良い。

例えば、Ｃ＝　０．１μＦ　であれば、スイッチング周
波数は２ＫＨｚ以上あれば良い。しかし、この場合、ス
イッチング周波数がより高いほど静電容量Ｃの値が小さ
くでき、また、変圧器９もより小型化出来るため望まし
い。

保護時は、従来技術と同様に保護検出回路２０や電子ビ
ーム制御回路１８によって数マイクロ秒で検出される。

これからゲート制御回路２７へ保護指令を発信する。ゲ
ート制御回路２７は、直ちにインバータ７の遮断操作を
行うよう制御信号を発信する。例えば、今スイッチング
素子３．４が導通状態であれば、スイッチング素子３の
みを開とする。

これによりインバータ７は直流電源システム８から電力
供給を受けることはなくなる。しかし、このままでは回
路に蓄積されたエネルギー、例えば変圧器９の漏れイン
ダクタンス２８．３０に蓄積されたエネルギーが電子ビ
ーム加速装置へ全て流入することになる。さらにきびし
い保護を必要とする場合には、インバータ７の回生動作
を行う必要がある。すなわち、インバータ７の遮断操作
前のインバータ出力電圧ベクトルを１８０°位相変更す
る。つまり、スイッチング素子３を開とした後スイッチ
ング素子６を閉とし、スイッチング素子４を開とすると
、漏れインダクタンス２８．３０に蓄積されたエネルギ
ーの一部がダイオード２１およびスイッチング素子６を
経て直流電源システムへ回生される。さらに、先のイン
バータ遮断操作から回生動作への移行遅延時間の調製を
行うことにより電子ビーム加速装置１９のエージング状
態に合わせた調整が行なえるものである。

〔発明の効果〕

以上のよ・うに、この発明依れば、従来のビーム加速用
電源で問題となっていた高価な直流遮断器や直流電源製
作上困難な原因となる短絡装置を用いずに円滑な保護機
能が得られる。しかも、回路系に蓄積されるエネルギー
を回生でき、かつ負荷のエージング状態に合わせた回生
量を調節出来るので、従来の電源装置を用いるよりも効
率的なエージングが可能であると共にビーム加速装置の
長寿命化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係わる保８Ｗ装置のいらないビー
ム加速用電源の回路図である。 第２図は、従来のビーム加速用電源を説明するための回
路図である。 第３図及び第４図は、従来のビーム加速用電源のうち負
荷を保護する方式について示したものであって、第３図
は遮断方式、第４図は短絡方式の場合の回路図を示す。 Ｌ２図 一？ 尾３図　　　　　　　　尾４凹

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオンビーム、電子ビームを加速するための高圧
   電源であって、低圧直流発生源から交流変換器（インバ
   ーター）により交流電源化し、これに変圧器と整流器を
   用いて高圧直流変換することから成り、負荷であるビー
   ム系の異常時に対し、特に保護回路を付加することなく
   負荷のための保護機能を保有させるだけでなく、インバ
   ータの遮断動作と回生動作の遅延時間を制御することに
   よりビーム系の仕上げを早期化し、かつ長寿命化するこ
   とが出来ることを特徴とする保護装置のいらないビーム
   加速用電源装置。