JPH01311875A - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、直流高圧電源とこれに電力を供給するインバ
ータとから成りイオン源等に用いられる電源装置に関す
るものである。

（従来の技術） イオン源等の粒子線源を負荷とする直流高圧電源の直流
出力を低圧である１次側で制御するために、インバータ
を用いて直流高圧電源に入力電力を供給する事が行われ
る。

このような電源装置は、例えば、第４図に示す如き構成
となっている０図において、１は負荷であり、例えばイ
オン源等の粒子線源である。２は負荷１に高圧の直流電
圧を供給するための整流器であり、３は整流器２に交流
の高圧電力を供給する昇圧変圧器である。４は自己消弧
能力を有する可制御素子２例えばゲートターンサイリス
タ（以下ＧＴＯと略称する）から構成されるインバータ
であり、インバータ制御装置５の制御により昇圧変圧器
３の１次側に、制御された交流電力を供給する。図では
、ＧＴＯＵ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚからなる３相インバー
タを例に示している。各ＧＴＯには、逆電圧保護として
ｕ、　ＶＨＶｉｅ　ＸＩ　３’ｌ　Ｚのダイオードが、
それぞれ逆並列に接続されている。６はインバータ４に
供給される直流電圧を平滑化する為の平滑コンデンサ、
７は同じ目的の為の平滑リアクトルである。８はインバ
ータ４に直流電力を供給するためのサイリスタ整流器で
ある。

９はサイリスタ整流器８の為の電力を受電する整流器用
変圧器である。

このような構成において、サイリスタ整流器８の出力電
圧を制御する事により、また、インバータ４の起動停止
により負荷１に印加される直流電圧の制御と入切を行っ
ている。この時の電圧波形を第５図に示す１図において
、時間０で、インバータ４の起動を行うが、コンデンサ
６の充電電圧がＯであるので整流器２の出力電圧すなわ
ち負荷印加電圧はＯである。その後サイリスタ整流器８
により、コンデンサ６の充電々圧を上昇して行くと、整
流器２の出力電圧も上昇し、最終的には所定の一定電圧
を負荷１に印加する事が出来る。ここで、負荷１がイオ
ン源のような粒子線源である場合は、一定電圧の運転に
到達する迄の期間、上述の如く、出力電圧を制御しなが
ら立ち上げて行くという機能は１粒子線の特性に制御し
ながら安定な立ち上げを行うために、欠く事の出来ない
ものである。

（発明が解決しようとする課題） 負荷１は、イオン源等の粒子線源である為、正規の運転
を行っていても内部の電極間で短絡が発生する事があり
、上述の電源装置にとって直流出力短絡となる事がある
。このような場合、電源装置では、インバータ制御装置
５よりインバータ４のＧＴＯ（Ｕ−Ｚ）に消弧指令を与
え、インバータ４の出力をしゃ断する事により、整流器
２の出力電圧をしゃ断し、負荷および電源の保護を行っ
ている。ところが、このような保護を行った場合コンデ
ンサ６に充電電圧が残留する為に運転上の間層が発生す
る。この問題を第６図により以下に説明する。

第６図は、時間０で電源装置を起動し、時刻１ｇで負荷
１にて短絡が発生したため、インバータ制御装置５より
インバータ４のＧＴＯ（Ｕ−Ｚ）に消弧指令を与え整流
器２の出力電圧をしゃ断した場合を示している。ここで
、時刻ｔ０において、電源装置、を再び起動した場合は
、コンデンサ６に充電電圧が残留している為１図中の実
線の如く整流器２の出力電圧は瞬時に上昇する。この結
果、電圧の立上げ過程において、図中の破線に示す如く
出力電圧を制御する事により負荷１の粒子線特性を制御
する事が出来ず、再度の短絡を誘発する等の現象が生じ
、安定な運転が出来なくなる。

この対策として、例えば■インバータ４の再起動時にＧ
ＴＯ（ｔＪ−Ｚ）の通電時間幅を制御して、平均出力電
圧を下げる。■再起動迄の時間ｔ。−ｔ８をコンデンサ
６の充電電圧が十分低下する迄大きくする、■コンデン
サ６と並列に抵抗器とスイッチの直列回路からなる放電
回路を改番プる等が考えられるが、それぞれ以下の如き
問題点を有している。

インバータ４において、ＧＴＯ（Ｕ−Ｚ）の通電時間幅
制御を行った場合、整流器２の平均直流出力電圧は制御
出来るが、出力電圧に含まれるリップル電圧は逆に大き
くなるため、粒子線特性が劣化し、かえって安定な立上
げが出来なくなる。

電源装置の再起動をコンデンサ６の充電電圧が十分低下
してからとする場合、第４図の如き構成ではコンデンサ
６の放電回路がない為、待ち時間が非常に大きくなり、
運転効率が大幅に低下する。

また、コンデンサ６と並列に抵抗器とスイッチの直列回
路からなる放電回路を設ける場合は、このような問題は
発生しないが、負荷の特性によって、多頻度の短絡が発
生する為、スイッチは半導体等を用いた多頻度型とする
必要があり、電源装置のコストアップにつながってしま
う。

本発明は上述の問題点に鑑み成されたもので、その目的
とする所は、負荷短絡が発生した場合に直流出力電圧し
ゃ断接のコンデンサの残留電圧を速かに放電し、再起動
時の出力電圧制御を行う事により、安定に再起動が出来
る経済的な電源装置を提供する事にある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上述の目的を達成する為、本発明による電源装置は、自
己消弧能力を有する可制御素子から構成されるインバー
タの直流入力側に、抵抗器とダイオードの直列回路とこ
れに並列に設けられたリアクトルから成る回路を設ける
とともに、電源起動時にインバータの交流出力側の同一
出力相に接続されている正側および負側の上記自己消弧
能力を有する可制御素子を同時に点弧しその後同時に消
弧を行うインバータ制御装置を設けることを特徴とする
ものである。

（作用） このような電源装置においては、電源起動時にインバー
タの交流出力側の同一出力相に接続されている正側負側
の自己消弧能力を有する可制御素子を同時に点弧し、平
滑コンデンサに残留している電荷をインバータ回路の直
流入力側に設けられたリアクトルを介して放電される事
により平滑コンデンサに残留している静電エネルギーを
リアクトルに蓄えられる磁気エネルギーに転換する。そ
の後、可制御素子を同時に消弧し、リアクトルの電流を
これと並列に設けられている抵抗器とダイオードの直列
回路に転流させる事により、リアクトルの磁気エネルギ
ーを抵抗器で消費させる。このような一連の動作を行う
事により、電源装置の起動時に平滑コンデンサに残留し
ている電荷を速やかに放電させるので、起動時の出力電
圧制御を行う事が可能となる。

（実施例） 以下、本発明による電源装置を、図面に示す一実施例を
参照して説明する。

第１図は本発明による電源装置の一実施例の構成を示す
ものである。第４図と同一の部分には、同一符号を付し
てその説明を省略する。

第１図において１０．１１．１２は、本発明によりイン
バータ回路４の直流入力側に設けられたもので。

ダイオードＩＯと抵抗器１１の直列回路とこれに並列に
設けられたリアクトル１２である。

第２図と第３図（ａ）（ｂ）は、第１図の一実施例にお
いて、インバータ制御装置５によりインバータ回路の交
流出力の同一出力相に接続されている正側および負側の
自己消弧能力を有する可制御素子を同時に点弧し、その
後同時に消弧する動作を説明する説明図である。

以下、これらの図に基き本実施例の作用を説明する。第
１図に示す電源装置の運転中に負荷１において、短絡が
発生し、インバータ制御装置５よリインバータ４のＧＴ
Ｏ（Ｕ−Ｚ）に消弧指令が与えられ整流器２の出力電圧
がしゃ断された場合は、第６図にて説明した如く、コン
デンサ６に充電電圧が残留している。第２図における時
刻ｔ＝０はこの状態を示している。この状態からインバ
ータ４を再起動するに当り、本実施例では、先ず１＝１
１において、インバータ４の交流出力の同一相Ｒに接続
されている正側のＧＴＯ−Ｕおよび負側のＧＴＯ−Ｘに
インバータ制御装置５より同時に点弧指令を与える。こ
の結果コンデンサ６に残留していた電荷は、第３図（ａ
）に示す如くリアクト／ｌ／１２．ＧＴＯ−Ｕ、ＧＴＯ
−Ｘにより形成される回路により放電し、第２図に示す
如くリアクトル１２の電流は上昇し、コンデンサ６の充
電電圧は低下する。放電電流がＧＴＯ−Ｕ、ＧＴＯ−Ｘ
（７）許容電流を超える前の時刻ｔ２において、インバ
ータ制御装置１５よ１ＪＧＴＯ−Ｕ、ＧＴＯ−Ｘを同時
に消弧すると放電々流がしゃ断され、第３図（ｂ）に示
す如く、ダイオード１０と抵抗器１１からなる回路に転
流する。この電流は、抵抗器１１における損失の為第２
図に示す如く、リアクトル１２のインダクタンスと抵抗
器１１の抵抗値によって決る時定数で減衰する。この一
連の動作の結果コンデンサ６の充電電圧は、リアクトル
１２に磁気エネルギーとして移され、抵抗器１１にて消
費されたエネルギーに相当する電圧ΔＥ４だけ低下する
。

以下、第２図に示す如く、必要な回数ｎだけ上述の動作
を繰り返す事により、コンデンサ６に蓄えられた残留電
圧を放電させる事が出来る。第２図に示す実施例では、
点弧・消弧の一連の動作を行’）ＧＴＯ（７）組を、Ｕ
−Ｘ、Ｖ−Ｙ、Ｗ−Ｚと順次切り換えているが、本発明
は、切換えの有無やその順序によって限定されるもので
はない。

（実施例の効果） 例えば、ＧＴＯにおいては、１／１０００秒以下の周期
で点弧・消弧の動作を繰り返す事が出来るので、必要な
回数ｎが数千回に及ぶ場合でも速やかにコンデンサ６の
残留電圧を放電させる事が出来。

短いインターバルで出力電圧の再立ち上げが可能となる
。

また、上述の如く、コンデンサ６の残留電荷を放電させ
るスイッチとしてインバータ４の構成要素であるＧＴＯ
Ｕ−Ｚを使用しているので、別個にスイッチを設ける場
合に比べ経済的である。

また、リアクトル１２は、インバータ４の故障電流を抑
制するためのリアクトルが設けられる場合、これと兼用
する事が出来る。

（他の実施例） 以上の説明は、インバータ４が３相ブリツジ構成の場合
について行ったが、インバータ４の構成は単相であって
も良い。また、複数のインバータ回路を並列に接続した
ような回路構成であっても本発明は適用出来る。

また、上述のＧＴＯの点弧・消弧動作は、コンデンサ６
の残留電圧が存在する場合にのみ行えば良く、必ずしも
電源装置の起動の度に行う必要はない。

更に、自己消弧能力を有する可制御素子は、ＧＴｏ以外
のもの例えばトランジスタその他の素子でも良い。

〔発明の効果〕

以上説明した如く、本発明の電源装置は、自己消弧能力
を有する可制御素子から構成されるインバータの直流入
力側に、抵抗器とダイオードの直列回路とこれに並列に
設けられたリアクトルから成る回路を設けるとともに、
電源起動時にインバータ回路の交流出力の同一出力相に
接続されている正側・及び負側の上記自己消弧能力を有
する可制御素子を同時に点弧し、その後同時に消弧する
動作を行う機能を有するインバータ制御装置を設ける事
を特徴としているので、負荷において短絡が発生した場
合、直流出力電圧しゃ断接のコンデンサの残留電圧を速
かに放電する事が出来、再起動時の出力電圧制御を行う
事により安定な再起動が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の電源装置の結線図、第２図
及び第３図（ａ）、　（ｂ）は上記実施例の動作を説明
する図、第４図は従来の電源装置の構成図、第５図及び
第６図はその動作説明図である。 １・・・負荷　　　　　　２・・・整流器３・・・昇圧
変圧器　　　４・・・インバータ５・・・インバータ制
御装置　　６・・・コンデンサ７・・・平滑リアクトル
　８・・・サイリスタ整流器９・・・整流器用変圧器　
　１０・・・抵抗器１１・・・ダイオード　　　１２・
・・リアクトル代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　第子丸　健 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直流電源の交流入力側に、自己消弧能力を有する可制御
   素子から構成されるインバータを接続し、このインバー
   タの直流入力側に抵抗器とダイオードの直列回路とこれ
   に並列に接続されたリアクトルから成る回路を設け、電
   源装置起動の度に前記インバータの交流出力の同一出力
   相に接続される正側および負側の前記自己消弧能力を有
   する可制御素子を同時に点弧ししかる後同時に消弧する
   動作を行う機能を有するインバータ制御装置を設けた事
   を特徴とする電源装置。