JPH0322868A - Power source device - Google Patents

Power source device

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JPH0322868A
JPH0322868A JP1068586A JP6858689A JPH0322868A JP H0322868 A JPH0322868 A JP H0322868A JP 1068586 A JP1068586 A JP 1068586A JP 6858689 A JP6858689 A JP 6858689A JP H0322868 A JPH0322868 A JP H0322868A
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Kenji Baba
謙二 馬場
Naoya Eguchi
直也 江口
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To make a regenerating power converter unnecessary and miniaturize the whole of the title by device by a method wherein a bipole switch is connected to a capacitor for initial charging, which is functioned as a DC filter, and a switch is put ON upon the last transition of the current of an electromagnet to provide an AC/DC power converter with the role of power regeneration. CONSTITUTION:Simultaneously with the starting of the forward operation of an AC/DC power converter 2 at a time t1, a bipole switch 3c is put ON and the initial charging of a capacitor 3b is effected. A starting thyristor switch 5 is put ON by a starting signal at a time t2 and a power is supplied to an electromagnet 4. The electromagnet 4 is controlled so that the same is risen up to the maximum value substantially at a time t3 and the switch 3c is put OFF at a time t4 to transit the converter 2 into reverse converting operation. Thereafter, accumulated energy in the coil of the electromagnet 4 is regenerated at the side of an AC power source 1 and the time is returned to a time t1', corresponding to the time t1, again, then, the same operations are repeated.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、シンクロトロン等の加速器の高インダクタ
ンス電磁石に用いる電源装置に関し、特に三角波或いは
台形波電磁石電流の電力供給時におけるリプルを極小に
抑え、また,一供給サイクルを短縮することができる電
源装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] (Industrial Application Field) This invention relates to a power supply device used for a high-inductance electromagnet in an accelerator such as a synchrotron, and in particular, it minimizes ripples when power is supplied to a triangular or trapezoidal electromagnetic current. The present invention also relates to a power supply device that can shorten one supply cycle.

(従来の技術) シンクロトロン等の加速器の電磁石は、一般にインダク
タンスが大きく、これに使用する電源装置としては,従
来、第5図に示すものが知られている. 同図において1は交流電源であり、この交流電源1には
、サイリスタブリッジにより構成された三和の交流一直
流電力変換器(以下、「交/直電力変換器」という)2
と電圧平滑用のりアクトル3aとからなる電源装置が接
続されている。そして、この電源装置には抵抗分4aと
インダクタンス分4bとからなる電磁石4が接続されて
いる。
(Prior Art) Electromagnets in accelerators such as synchrotrons generally have large inductance, and the power supply device shown in Figure 5 is conventionally known as a power supply device used for this. In the figure, 1 is an AC power supply, and this AC power supply 1 includes a Sanwa AC-to-DC power converter (hereinafter referred to as an "AC/DC power converter") 2 configured with a thyristor bridge.
A power supply device consisting of a voltage smoothing glue actor 3a is connected. An electromagnet 4 consisting of a resistance 4a and an inductance 4b is connected to this power supply device.

上記構成の電源装置の動作を簡単に説明する。The operation of the power supply device having the above configuration will be briefly explained.

交/1!電力変換器2はその構成素子であるサイリスタ
の点弧角αの制御により、交流電g1から入力される交
流電圧を正又は負の直流電圧に連続的に変換し,電力の
供給,回生を行うことができる。このときの理想的な電
磁石電流の波形及び交l直電力変換器2の出力電圧の波
形を第6図に示す。
Cross/1! The power converter 2 continuously converts the AC voltage input from the AC voltage g1 into a positive or negative DC voltage by controlling the firing angle α of the thyristor which is a component thereof, and supplies and regenerates electric power. I can do it. The ideal waveform of the electromagnet current and the waveform of the output voltage of the AC/DC power converter 2 at this time are shown in FIG.

ところで,例えばシンクロトロンにおいて要求される電
磁石電流は、三角波或いは台形波(第6図では三角波)
である.従って、電磁石4の両端(P−N)に印加され
る電圧■.は、電磁石電流の立上げ時には, dt で表される.但し、i.は電磁石電流であり、Lmはイ
ンダクタンス分4bの値、Rsit抵抗分4aの値を示
している。この場合にはV一ま正極性(第5図中Nを基
準とする)となっており、交/直電力変換器2は順変換
動作を行って前記サイリスタの点弧角αは90″以下で
運転される。
By the way, for example, the electromagnet current required in a synchrotron is a triangular wave or a trapezoidal wave (triangular wave in Fig. 6).
It is. Therefore, the voltage ■. applied to both ends (P-N) of the electromagnet 4. is expressed as dt when the electromagnet current starts up. However, i. is the electromagnet current, Lm indicates the value of the inductance component 4b, and the value of the Rsit resistance component 4a. In this case, V is a positive polarity (based on N in Fig. 5), and the AC/DC power converter 2 performs a forward conversion operation so that the firing angle α of the thyristor is 90'' or less. It is driven by.

一方、電磁石電流の立下げ時には,電圧V,は、dt で表される。この場合には、V一は逆極性となり交/直
電力変換器2は逆変換動作を行うので、サイリスタの制
御角αを90゜以上遅らすように運転される。
On the other hand, when the electromagnet current falls, the voltage V is expressed as dt. In this case, V1 has a reverse polarity and the AC/DC power converter 2 performs a reverse conversion operation, so that it is operated so as to delay the control angle α of the thyristor by 90° or more.

このように、交/直電力変換器2はサイリスタの点弧角
αを制御することにより、電磁石4に三角波電流による
電力の供給、或いは電力の回生を行うことができる。
In this way, the AC/DC power converter 2 can supply electric power to the electromagnet 4 using a triangular wave current or regenerate electric power by controlling the firing angle α of the thyristor.

なお,リアクトル3aはサイリスタの点弧角制御の際に
発生する電圧リップルを平滑化し、電磁石4に対しリッ
プルの少ない電流を仇給するために設けられている。
Note that the reactor 3a is provided to smooth voltage ripples that occur when controlling the firing angle of the thyristor, and to supply a current with less ripple to the electromagnet 4.

(発明が解決しようとする課題) ところが、従来の上記電源装置では以下の問題がある。(Problem to be solved by the invention) However, the conventional power supply device described above has the following problems.

(1)シンクロトロン等の電源装1rtでは、電磁石電
流の立上げ時及びフラットトップ運転中において,電磁
石電流の設定値に対して高精度の制御を行うことが必要
である。例えば、電磁石電流の立上げ時には、その最大
値の数%〜lOO%の範囲内で電磁石電流設定値に対し
て±10−3オーダの精度が要求される.この精度が低
下すると、例えば、シンクロトロンへの荷電粒子の入射
が不可能となる等の不都合が生ずる.一般に加速器の電
磁石電流の精度を決定する要因として、電源装置を構成
する交/直電力変換器の出力リップル電圧や交/直電力
変換器の制御回路の電流基準iref(図示せず)への
追従性があげられる.このうち出力リップル電圧につい
て以下に説明する. 例えば、第5図において、電源装置の出力側(リアクト
ル3aの電磁石4側)には点弧角αに応じた電圧リップ
ルΔVが直流電圧Vに重畳されて表れる. いま、電磁石4のインダクタンス分4bの値をL+−、
抵抗分4aの値をRl1、およびリップル周波数をfr
とすると,一般的には、 2 x f r−Lm> R− とすることができる。したがって、上記電圧リップルΔ
Vにより発生する電磁石電流のリップルΔiIIIは、 Δ i l11’F Δv/(2 π fr− L一)
で表される。
(1) In the power supply unit 1rt of a synchrotron or the like, it is necessary to perform highly accurate control over the set value of the electromagnet current when starting up the electromagnet current and during flat top operation. For example, when starting up the electromagnet current, accuracy of the order of ±10-3 is required for the electromagnet current set value within a range of several percent to lOO% of its maximum value. If this accuracy decreases, problems will occur, such as making it impossible to inject charged particles into the synchrotron. In general, factors that determine the accuracy of the electromagnet current of an accelerator are the output ripple voltage of the AC/DC power converter that constitutes the power supply device and the tracking of the current reference iref (not shown) of the control circuit of the AC/DC power converter. The reason for this is gender. Of these, the output ripple voltage will be explained below. For example, in FIG. 5, a voltage ripple ΔV corresponding to the firing angle α appears superimposed on the DC voltage V on the output side of the power supply device (on the electromagnet 4 side of the reactor 3a). Now, the value of the inductance 4b of the electromagnet 4 is L+-,
The value of the resistance component 4a is Rl1, and the ripple frequency is fr
Then, in general, 2 x f r-Lm> R-. Therefore, the above voltage ripple Δ
The ripple ΔiIII of the electromagnet current generated by V is Δ i l11'F Δv/(2 π fr− L−)
It is expressed as

上式からわかるように、電゛圧リップルに対しては電磁
石4に印加されるΔVの値を小さくすること及びリップ
ル周波数frを大きくすることにより、リップル電流を
小さくして高精度の電磁石電流を得ることができる。
As can be seen from the above equation, by decreasing the value of ΔV applied to the electromagnet 4 and increasing the ripple frequency fr, it is possible to reduce the ripple current and obtain a highly accurate electromagnet current. Obtainable.

そこで、従来から2電力変換器の相数を増やすことでリ
ップル周波数frを高くし、電磁石電流に発生するリッ
プル電流Δi一をある程度小さくすることも考えられて
いる.ところが、このような手段を講じても、なおΔi
−の値を精度上無視できる値とすることができない.そ
れゆえ、更にリップル電流Δi aを小さくして電流精
度上無視できるようにするためには、交/直電力変換器
2の出力側に電流平滑を目的とするフィルタ部を設ける
必要がある。
Therefore, it has been considered to increase the ripple frequency fr by increasing the number of phases of a two-power converter, thereby reducing the ripple current Δi generated in the electromagnet current to some extent. However, even if such measures are taken, Δi
It is not possible to make the − value negligible for accuracy reasons. Therefore, in order to further reduce the ripple current Δia so that it can be ignored in terms of current accuracy, it is necessary to provide a filter section for the purpose of current smoothing on the output side of the AC/DC power converter 2.

しかし、交/直電力変換器2の出力側に例えばフィルタ
コンデンサを設けた場合,電力変換器の逆変換動作に対
応ずる極性切換え盤若しくは上記交/直電力変換器2と
切り離して使用する別個の回生用電力変換器が必要とな
り、電源装置が大型化してそのコストが高くなるという
不都合がある.(2)更に、電磁石のインダクタンスが
より大きい場合においては、電磁石電流が完全に立ち下
がり,零となるまで次の供給サイクルに移行できないの
で、短サイクルでの加速器の運転ができないという不都
合がある. 本発明は上記各問題点を解決するためになされたもので
あって、小型かつ低価格であり、かつ,リップルのない
電磁石電流を供給できると共に、電磁石のインダクタン
スがより大きくても次の給電サイクルに速やかに移行す
ることができる加速器の電源装置を提供することを目的
とする.(課題を解決するための手段) 上記目的を達威するため,第1の発明は,出力側に電圧
平滑用リアクトルとコンデンサとを有するフィルタを有
し、交流一直流電力変換器により一給電サイクル中に順
・逆変換動作を行って加速器用電磁石に直流電力を供給
する電源装置であって、前記コンデンサに直列に接続さ
れ,かつ前記交流一直流電力変換器の順変換動作開始時
に前記コンデンサの充電を開始するべくオンし,前記交
流一直流電力変換器の逆変換時においてはオフ状態とな
る両極性スイッチと、前記電磁石に直列に接続され、前
記コンデンサが所定値まで充電された後に前記電磁石に
電力を供給するべくオンし、次の給電サイクル開始まで
にオフ状態となる片極性スイッチとを備えたことを特徴
とする。
However, if a filter capacitor is provided on the output side of the AC/DC power converter 2, for example, a polarity switching board corresponding to the inverse conversion operation of the power converter or a separate one used separately from the AC/DC power converter 2 is installed. This requires a power converter for regeneration, which increases the size of the power supply and increases its cost. (2) Furthermore, if the inductance of the electromagnet is larger, the accelerator cannot be operated in short cycles because the electromagnet current cannot move on to the next supply cycle until it completely falls to zero. The present invention was made to solve each of the above-mentioned problems, and is small and inexpensive, and can supply an electromagnetic current without ripple, and even if the inductance of the electromagnet is larger, it will not be necessary to carry out the next power supply cycle. The purpose is to provide an accelerator power supply device that can be quickly transitioned to the next generation. (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the first invention has a filter having a voltage smoothing reactor and a capacitor on the output side, and uses an AC to DC power converter for one power supply cycle. A power supply device that supplies direct current power to an accelerator electromagnet by performing a forward/inverse conversion operation inside the capacitor, the power supply device being connected in series with the capacitor and converting the power of the capacitor at the start of the forward conversion operation of the AC-to-DC power converter. a bipolar switch that is turned on to start charging and turned off during reverse conversion of the AC to DC power converter; and a bipolar switch that is connected in series to the electromagnet and that is connected to the electromagnet after the capacitor is charged to a predetermined value. The device is characterized by comprising a unipolar switch that is turned on to supply power to the device and turned off by the start of the next power supply cycle.

なお、上記電源装置においては電磁石電流の次の給電サ
イクルの開始までに初期充電を完了することが必須であ
り、次の給電サイクルの開始までに出力電流を完全に零
まで低下させて立下げ期間が完了してから初期充電を行
うことが必要とされる.従って、例えば高インダクタン
スで放電時定数が大きい電磁石の場合には電磁石電流の
立下げ自体に時間を要するので,その後の初期充電期間
を十分に確保することが離し1くなり、シンクロトロン
等の加速器の電源には適用できない場合も生じうる.こ
のような場合、前記コンデンサの充電をより早く行う必
要がある. そこで、この高速充電を実現するべく,第2の発明では
、前記コンデンサに並列に接続され、前記交流一直流電
力変換器の逆変換動作中に前記コンデンサの初期充電を
開始し、前記交流一直流電力変換器の順変換開始時まで
に所定値まで前記コンデンサの充電を終了させる初期充
電用電源と,前記コンデンサに直列に接続され,前記交
流一直流電力変換器の順変換動作開始時にオンし、前記
交流一直流電力変換器の逆変換時においてはオフ状態と
なる両極性スイッチとを備えたことを特徴とする. (作用) 第1の発明においては、まず、電磁石電流を立ち上げる
以前に,初期充電用コンデンサに接続した両極性スイッ
チがオンとなる.このとき,交/直電力変換器はその出
力端子に正電圧が表れるように制御され、前記コンデン
サは電磁石の負荷特性に応じた所望の電圧値まで充電さ
れる.このときは、片極性スイッチはオフとしてあるの
で電磁石には電流は流れない. 次に、フィルタと電磁石との間に設けられた片極性スイ
ッチがオンし、電磁石電流の立上げが開始される。この
とき、電磁石には前記コンデンサの端子電圧及び電圧平
滑用リアクトルを介して出力される交/直電力変換器の
電圧(両電圧値は専しい)が印加される。そして、電磁
石電流はリップルなく直線的に立ち上がり,t!!磁石
に供給される。
In addition, in the above power supply device, it is essential that the initial charging of the electromagnet current is completed before the start of the next power supply cycle, and the output current is completely reduced to zero before the start of the next power supply cycle. It is necessary to perform the initial charging after the initial charging is completed. Therefore, for example, in the case of an electromagnet with high inductance and a large discharging time constant, it takes time for the electromagnet current to fall, so it is important to ensure a sufficient initial charging period. There may be cases where this method cannot be applied to other power sources. In such a case, it is necessary to charge the capacitor more quickly. Therefore, in order to realize this high-speed charging, in the second invention, the capacitor is connected in parallel to the capacitor, initial charging of the capacitor is started during the reverse conversion operation of the AC-DC power converter, and the AC-DC power converter an initial charging power source that finishes charging the capacitor to a predetermined value by the start of forward conversion of the power converter; and an initial charging power source connected in series with the capacitor and turned on when forward conversion operation of the AC to DC power converter starts; The power converter is characterized by comprising a bipolar switch that is turned off during reverse conversion of the AC-DC power converter. (Function) In the first invention, first, before starting up the electromagnetic current, the bipolar switch connected to the initial charging capacitor is turned on. At this time, the AC/DC power converter is controlled so that a positive voltage appears at its output terminal, and the capacitor is charged to a desired voltage value depending on the load characteristics of the electromagnet. At this time, the unipolar switch is off, so no current flows through the electromagnet. Next, the unipolar switch provided between the filter and the electromagnet is turned on, and the electromagnet current starts to rise. At this time, the terminal voltage of the capacitor and the voltage of the AC/DC power converter output via the voltage smoothing reactor (both voltage values are the same) are applied to the electromagnet. Then, the electromagnet current rises linearly without ripple, and t! ! supplied to the magnet.

次いで、電磁石亀流が所定の最大値に達すると、電磁石
電流の立下げに移行する。このとき、前記両極性スイッ
チがオフし、前記コンデンサは電磁石及び交/直電力変
換器から切り離される。そして,交/直電力変換器はそ
の出力端子に負電圧が表れるように制御され、電磁石に
蓄積されたエネルギーは’it!源側に回生される。
Next, when the electromagnet current reaches a predetermined maximum value, the electromagnet current starts to fall. At this time, the bipolar switch is turned off and the capacitor is disconnected from the electromagnet and the AC/DC power converter. The AC/DC power converter is then controlled so that a negative voltage appears at its output terminal, and the energy stored in the electromagnet is 'it!' It is regenerated to the source side.

第2の発明においては、電磁石電流の立下げ中に初期充
電用電源によってコンデンサの充電が開始される。そし
て、コンデンサは電磁石の負荷特性に応じた所望の電圧
値まで充電される.次に、交/直電力変換器が動作し、
電磁石電流の立−ヒげが開始される。そして、電磁石に
は前記コンデンサの端子電圧及び電圧平滑用リアクトル
を介して出力される交/直電力変換器の正の電圧が印加
される。この電圧印加により電磁石電流はリップルなく
直線的に立ち上がって電磁石に供給される. 次いで、電磁石電流が所定の最大値に達すると,電磁石
電流の立下げに移行する.そして、前記両極性スイッチ
がオフし、前記コンデンサは電磁石及び交/直電力変換
器から切り離される.このとき、交/直変換器はその出
力端子に負の電圧が生じるように制御され、これと共に
電磁石に蓄積されたエネルギーは電源側に回生される,
この回生動作が行われている間に、初期充電用電源が前
記コンデンサの充電を開始し,次の給電サイクルにおけ
る電磁石電流の立上げに備える.以下、上記と同様の動
作が繰り返され,時定数が大きい高インダクタンス電磁
石への短サイクルでの直流電力の供給が行われる。
In the second invention, charging of the capacitor is started by the initial charging power source while the electromagnet current is falling. The capacitor is then charged to the desired voltage value depending on the load characteristics of the electromagnet. Next, the AC/DC power converter operates,
The electromagnet current begins to rise. Then, the terminal voltage of the capacitor and the positive voltage of the AC/DC power converter outputted via the voltage smoothing reactor are applied to the electromagnet. By applying this voltage, the electromagnet current rises linearly without ripple and is supplied to the electromagnet. Next, when the electromagnet current reaches a predetermined maximum value, the electromagnet current begins to fall. Then, the bipolar switch is turned off, and the capacitor is disconnected from the electromagnet and the AC/DC power converter. At this time, the AC/DC converter is controlled so that a negative voltage is generated at its output terminal, and at the same time, the energy stored in the electromagnet is regenerated to the power supply side.
While this regeneration operation is being performed, the initial charging power source starts charging the capacitor in preparation for starting up the electromagnet current in the next power supply cycle. Thereafter, the same operation as above is repeated, and DC power is supplied in short cycles to the high inductance electromagnet with a large time constant.

(実施例) 以下、図に沿って第1及び第2の発明の各実施例を説明
する.まず、第1図は第1の発明の一実施例を示す構成
図である。
(Examples) Examples of the first and second inventions will be described below with reference to the drawings. First, FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the first invention.

同図における電源装置6は、交/直電力変換器2とその
出力側に設けられたフィルタ3と、片極性スイッチとし
ての起動用サイリスタスイッチ5とからなり,フィルタ
3はリアクトル3a、コンデンサ3b、両極性スイッチ
3c及び逆電圧印加防止用ダイオード3dにより構成さ
れている.そして、交/直変Mi2の入力側には交流電
源1が接続され,フィルタ3の出力側には起動用サイリ
スクスイッチ5を介して負荷である電磁石4が接続され
ている。
The power supply device 6 in the figure consists of an AC/DC power converter 2, a filter 3 provided on the output side thereof, and a starting thyristor switch 5 as a unipolar switch.The filter 3 includes a reactor 3a, a capacitor 3b, It consists of a bipolar switch 3c and a reverse voltage prevention diode 3d. An AC power supply 1 is connected to the input side of the AC/DC variable Mi2, and an electromagnet 4 serving as a load is connected to the output side of the filter 3 via a starting thyrisk switch 5.

ノアクトル3aとコンデンサ3b間の両極性スイッチ3
cは、自己泪弧可能な逆阻止形のスイッチ、例えばGT
Oサイリスタ、SIサイリスタ等であり、同図ではGT
Oサイリスタにて示してある。この両極性スイッチ3C
はコンデンサ3bへの初期充電を行い、電磁石電流の立
」二げ峙(順変換動作時)にオンして電磁石電流の立上
がりの電流精度を得るために放電を行うと共に、電流立
下げ時(逆変換動作時)にオフして前記コンデンサ3b
を回路から切り離す働きを持つ. また、電源装置6と電磁石4間の起動用サイリスタスイ
ッチ5は、初期充電時にオフし,該コンデンサ3bに初
期充電する際の電磁石側への放電を阻止する機能を持っ
ている。
Bipolar switch 3 between noactor 3a and capacitor 3b
c is a reverse blocking type switch capable of self-turning, such as GT
O thyristor, SI thyristor, etc. In the figure, GT
O thyristor is shown. This bipolar switch 3C
performs initial charging to the capacitor 3b, turns on when the electromagnet current rises and rises (during forward conversion operation), discharges to obtain current accuracy of the rise of the electromagnet current, and discharges when the current falls (reverse conversion operation). (during conversion operation), the capacitor 3b is turned off.
It has the function of separating the circuit from the circuit. Further, the starting thyristor switch 5 between the power supply device 6 and the electromagnet 4 has a function of turning off at the time of initial charging and preventing discharge toward the electromagnet when the capacitor 3b is initially charged.

以下、上記電源装置の一給電サイクルの動作を第2図に
より説明する. 時刻hにおいて交/直電力変換器2が順変換動作を始め
ると同時に両極性スイッチ3Cがオンし、コンデンサ3
bが第1図の図示極性に初期充電される。このとき、起
動用サイリスタスイツチ5はオフしており、電磁石4に
は給電されていない.そして、時刻t2のスタート信号
で起動用サイリスタスイッチ5がオンし、電磁石4に電
力が供給される。
The operation of one power supply cycle of the above power supply device will be explained below with reference to FIG. At time h, at the same time as the AC/DC power converter 2 starts forward conversion operation, the bipolar switch 3C is turned on, and the capacitor 3
b is initially charged to the polarity shown in FIG. At this time, the starting thyristor switch 5 is off, and no power is being supplied to the electromagnet 4. Then, the starting thyristor switch 5 is turned on by the start signal at time t2, and power is supplied to the electromagnet 4.

ところで,電磁石4の端子間電圧は、電磁石4の抵抗分
4aによる電圧降下を無視すると、?i@ L一・■ dt であり5インダクタンス分4b(その値はLm)は電磁
石電流1つの関数となっている。従って、交/直電力変
換器2は上記逆電圧に応じた電圧を電磁石4に印加しな
ければならない。iii磁石電流の立上げ時付近ではL
.は定数とすることができるため、」二記逆起電力は一
定値となり、交/直電力変換器2は該逆起電力に応じた
電流制御を行う。この後、インダクタンス分4bが飽和
してくると、L醜の値が小さくなり、上記逆起電力の値
は減少する。このときには,交/直電力変換器2は上記
逆起電力の減少に応じた制御を行う。
By the way, what is the voltage between the terminals of the electromagnet 4, ignoring the voltage drop due to the resistance 4a of the electromagnet 4? i@L-■ dt, and 5 inductances 4b (its value is Lm) is a function of one electromagnet current. Therefore, the AC/DC power converter 2 must apply a voltage to the electromagnet 4 corresponding to the above-mentioned reverse voltage. iii.L near the start-up of the magnet current
.. Since can be a constant, the back electromotive force becomes a constant value, and the AC/DC power converter 2 performs current control according to the back electromotive force. Thereafter, when the inductance 4b becomes saturated, the value of L becomes smaller and the value of the counter electromotive force decreases. At this time, the AC/DC power converter 2 performs control according to the reduction in the back electromotive force.

そして,電磁石4に流入する電流が時刻t3においてほ
ぼ最大値にまで立ち上がり、その後,時刻t4で両極性
スイッチ3Cをオフすると共に、交/直電力変換器2は
逆変換動作に移行するように制御される。
Then, the current flowing into the electromagnet 4 rises to almost the maximum value at time t3, and then, at time t4, the bipolar switch 3C is turned off and the AC/DC power converter 2 is controlled to shift to reverse conversion operation. be done.

この後、電磁石4のコイルに蓄積されたエネルギーが電
源装置6を介して交流電源1側に回生され、再び、時刻
tx.&こ対応する時刻t1′に戻り、上記と同様の動
作が繰り返される. なお,コンデンサ3bには正極性の電圧のみが印加され
るため、コンデンサ3bとしては電解コンデンサのよう
な片極性のものを用いてよいが、第1図に示すように、
この場合にはコンデンサ3bの両端に保護用の逆電圧印
加防止用ダイオード3dを設けるとなお安全である。
Thereafter, the energy accumulated in the coil of the electromagnet 4 is regenerated to the AC power supply 1 side via the power supply device 6, and again at time tx. & This returns to the corresponding time t1', and the same operation as above is repeated. Note that since only positive polarity voltage is applied to the capacitor 3b, a unipolar capacitor such as an electrolytic capacitor may be used as the capacitor 3b, but as shown in FIG.
In this case, it is safer to provide a protective diode 3d for preventing application of reverse voltage across both ends of the capacitor 3b.

次に、第3図は第2の発明の一実施例を示す構或図であ
る. 同図に示す電源装置8においては、第1の発明において
示したフィルタ3と電磁石4との間の起動用サイリノ、
タスイッチ5(第1図参照)は設けられていない.また
、コンデンサ3bには披列に初期充電用電源が設けられ
ている。本実施例では初期充電用電源は電力変換器7で
あり、その交流側は交流電源1に接続してある。なお、
他の構成は第1図と同一である. 以下、上記電g装置8の一給電サイクルの動作を第4図
により説明する。
Next, FIG. 3 is a structural diagram showing an embodiment of the second invention. In the power supply device 8 shown in the figure, a starting cylino between the filter 3 and the electromagnet 4 shown in the first invention,
The data switch 5 (see Figure 1) is not provided. Further, the capacitor 3b is provided with a power source for initial charging. In this embodiment, the initial charging power source is a power converter 7, whose AC side is connected to the AC power source 1. In addition,
Other configurations are the same as in Figure 1. Hereinafter, the operation of one power supply cycle of the power g device 8 will be explained with reference to FIG.

時刻t1において、両極性スイッチ3Cがオフしており
、初期充電用の電力変換器7は初期充電を開始し,コン
デンサ3bが第3図の図示極性に初期充電される。
At time t1, the bipolar switch 3C is turned off, the power converter 7 for initial charging starts initial charging, and the capacitor 3b is initially charged to the polarity shown in FIG.

ところで、tli磁石のインダクタンスがより高いとき
には、例えば電磁石電流の波形が第2図において点線で
示す特性となる。この場合には,第1の発明では、両極
性スイッチ3cの同図に示すオンタイミングを同図の時
刻ts以降に遅らせる必要がある。第2の発明は、この
ような場合に電磁石電流がゼロとなる前に予めコンデン
サ3bの初期充電を行うものである。従って、初期充電
用の電力変換器7によるJε電開始時点は、電磁石電流
がゼロとなる前であり、交/直電力変換器2は逆変換動
作を行っている. 時刻t0の後,時刻t2のスタート信号で交/直電力変
換器2が動作すると共に両極性スイッチ3Cがオンし、
電磁石4に電力が供給される。また、これと同時に初期
充電用の電力変換器7はオフ(シフト)状態に移行する
By the way, when the inductance of the tli magnet is higher, for example, the waveform of the electromagnet current has the characteristics shown by the dotted line in FIG. 2. In this case, in the first invention, it is necessary to delay the on-timing of the bipolar switch 3c shown in the figure to after time ts in the figure. The second invention is to perform initial charging of the capacitor 3b before the electromagnet current becomes zero in such a case. Therefore, the point in time when the power converter 7 for initial charging starts charging Jε is before the electromagnet current becomes zero, and the AC/DC power converter 2 is performing a reverse conversion operation. After time t0, the AC/DC power converter 2 is activated by the start signal at time t2, and the bipolar switch 3C is turned on.
Electric power is supplied to the electromagnet 4. Moreover, at the same time, the power converter 7 for initial charging shifts to an off (shift) state.

そして、第Lの発明と同様に、電磁石4に流入する電流
は時刻taにおいてほぼ最大値にまで立ち上がる。この
後、時刻t4で両極性スイッチ3Cがオフされ、交/直
電力変換器2は逆変換動作に移行する.これ以後、イン
ダクタンス分4bのエネルギーが電源側に回生される。
Then, as in the Lth invention, the current flowing into the electromagnet 4 rises to almost its maximum value at time ta. Thereafter, at time t4, the bipolar switch 3C is turned off, and the AC/DC power converter 2 shifts to an inverse conversion operation. After this, the energy corresponding to the inductance 4b is regenerated to the power supply side.

そして、この電流回生期間に次の給電サイクルでの立上
げに備えて初期充電用の電力変換器7を再び動作させ(
時刻t1′)、コンデンサ3bを前回と同様の値まで初
期充電し、次のサイクルでの運転が開始されることにな
る.このような動作を繰り返すことにより,電源装置8
を短サイクルで運転することが可能になる。
Then, during this current regeneration period, the power converter 7 for initial charging is operated again in preparation for startup in the next power supply cycle (
At time t1'), capacitor 3b is initially charged to the same value as last time, and operation in the next cycle is started. By repeating this operation, the power supply device 8
can be operated in short cycles.

(発明の効果) 第1の発明によれば、直流フィルタとして機能する初期
充電用のコンデンサに両極性スイッチを接続し,電磁石
電流の立下げ時に該スイッチをオフすることにしたので
,上記コンデンサに逆電圧が力11わることなく交/直
電力変換器に電力の回生の役1]を負わせることが可能
となった。従って、コンデンサは片極性タイプの小形の
ものでよく、更に,別の回生用電力変換器を用いなくて
も済むため電源装置全体を小形化することができる。
(Effect of the invention) According to the first invention, a bipolar switch is connected to the initial charging capacitor that functions as a DC filter, and the switch is turned off when the electromagnet current falls. It has become possible to have the AC/DC power converter perform the role of regenerating power without causing a reverse voltage drop. Therefore, the capacitor may be a small, unipolar type, and furthermore, since there is no need to use a separate power converter for regeneration, the entire power supply device can be downsized.

また、従来では、コンデンサ電圧を常に完全に放電させ
ていたが、第1の発明では、該電圧をある一定レベルに
保持できるので、電磁石電流のサイクル期間を短縮して
高速の繰返し運転が可能となり、再現性、信頼性の高い
電源装iζtを提供することができる. 更に、第2の発明によれば、フィルタコンデンサに初期
充電用の電源を別個に接続したので、コンデンサ電圧を
電流立下げ期間中(回生期間中)に必要な初期レベルま
で充電できることから、回生電圧を高くすることなくサ
イクル期間を短縮してより高速の繰返し運転が可能にな
る等の効果がある。
Furthermore, in the past, the capacitor voltage was always completely discharged, but in the first invention, the voltage can be maintained at a certain level, so the cycle period of the electromagnet current can be shortened and high-speed repetitive operation is possible. It is possible to provide a power supply system iζt with high reproducibility and reliability. Furthermore, according to the second invention, since the power supply for initial charging is separately connected to the filter capacitor, the capacitor voltage can be charged to the required initial level during the current fall period (during the regeneration period). This has the effect of shortening the cycle period and enabling higher-speed repetitive operation without increasing the speed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は第1の発明の一実施例を示す電源装置の回路図
、第2図は第1図の実施例における各部の電圧・電流等
を示す波形図,第3図は第2の発明の一実施例を示す電
源装置の回路図、第4図は第3図の実施例における各部
の電圧・電流等を示す波形図、第5図は従来の電源装置
を示す回路図,第6図は第5図の交/直電力変換器の出
力電圧及び電磁石電流を示す波形図である。 l・・・交流電源、2・・・交/直電力変換器、3・・
・フィルタ.3a・・・リアクトル、3b・・・コンデ
ンサ、3c・・・両極性スイッチ、3d・・・逆電圧印
加防止用ダイオード、4・・・Xfi磁石、4a・・・
抵抗分、4b・・インダクタンス分、5・・・起動用サ
イリスクスイッチ、6,8・・・電源装置,7・・・初
期充電用の電力変換器
Fig. 1 is a circuit diagram of a power supply device showing an embodiment of the first invention, Fig. 2 is a waveform diagram showing voltages, currents, etc. of various parts in the embodiment of Fig. 1, and Fig. 3 is a circuit diagram of a power supply device showing an embodiment of the first invention. FIG. 4 is a waveform diagram showing the voltage and current of each part in the embodiment of FIG. 3, FIG. 5 is a circuit diagram showing a conventional power supply device, and FIG. 5 is a waveform diagram showing the output voltage and electromagnet current of the AC/DC power converter of FIG. 5. FIG. l... AC power supply, 2... AC/DC power converter, 3...
·filter. 3a...Reactor, 3b...Capacitor, 3c...Bipolar switch, 3d...Diode for preventing reverse voltage application, 4...Xfi magnet, 4a...
Resistance component, 4b...Inductance component, 5...Sirisk switch for starting, 6, 8... Power supply device, 7... Power converter for initial charging

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)出力側に電圧平滑用リアクトルとコンデンサとを
有するフィルタを有し、交流−直流電力変換器により一
給電サイクル中に順・逆変換動作を行って加速器用電磁
石に直流電力を供給する電源装置であって、 前記コンデンサに直列に接続され、かつ前記交流−直流
電力変換器の順変換動作開始時に前記コンデンサの充電
を開始するべくオンし、前記交流−直流電力変換器の逆
変換時においてはオフ状態となる両極性スイッチと、 前記電磁石に直列に接続され、前記コンデンサが所定値
まで充電された後に前記電磁石に電力を供給するべくオ
ンし、次の給電サイクル開始までにオフ状態となる片極
性スイッチと、 を備えたことを特徴とする電源装置。
(1) A power source that has a filter with a voltage smoothing reactor and a capacitor on the output side, performs forward and reverse conversion operations during one power supply cycle using an AC-DC power converter, and supplies DC power to the accelerator electromagnet. a device connected in series to the capacitor, turned on to start charging the capacitor when the forward conversion operation of the AC-DC power converter starts, and configured to turn on when the AC-DC power converter starts the reverse conversion operation; a bipolar switch connected in series with the electromagnet, which is turned on to supply power to the electromagnet after the capacitor has been charged to a predetermined value, and is turned off before the start of the next power supply cycle; A power supply device comprising a unipolar switch and.
(2)出力側に電圧平滑用リアクトルとコンデンサとを
有するフィルタを有し、交流−直流電力変換器により一
給電サイクル中に順・逆変換動作を行って加速器用電磁
石に直流電力を供給する電源装置であって、 前記コンデンサに並列に接続され、前記交流−直流電力
変換器の逆変換動作中に前記コンデンサの初期充電を開
始し、前記交流−直流電力変換器の順変換開始時までに
所定値まで前記コンデンサの充電を終了させる初期充電
用電源と、 前記コンデンサに直列に接続され、前記交流−直流電力
変換器の順変換動作開始時にオンし、前記交流−直流電
力変換器の逆変換時においてはオフ状態となる両極性ス
イッチと、 を備えたことを特徴とする電源装置。
(2) A power source that has a filter with a voltage smoothing reactor and a capacitor on the output side, performs forward and reverse conversion operations during one power supply cycle using an AC-DC power converter, and supplies DC power to the accelerator electromagnet. The device is connected in parallel to the capacitor, starts initial charging of the capacitor during the reverse conversion operation of the AC-DC power converter, and charges a predetermined amount by the time the forward conversion of the AC-DC power converter starts. an initial charging power source that finishes charging the capacitor up to the initial charging value; and an initial charging power source that is connected in series with the capacitor and is turned on when the forward conversion operation of the AC-DC power converter starts, and that is turned on when the forward conversion operation of the AC-DC power converter starts. A power supply device characterized by comprising: a bipolar switch that is in an off state;
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100467037B1 (en) * 2002-10-10 2005-01-24 (주)비전라인 Display counter

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