JPH06260334A - 電磁石電源装置 - Google Patents

電磁石電源装置

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JPH06260334A
JPH06260334A JP4351193A JP4351193A JPH06260334A JP H06260334 A JPH06260334 A JP H06260334A JP 4351193 A JP4351193 A JP 4351193A JP 4351193 A JP4351193 A JP 4351193A JP H06260334 A JPH06260334 A JP H06260334A
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JP
Japan
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electromagnet
power supply
control system
supply device
current
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JP4351193A
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English (en)
Inventor
Noriko Kawakami
紀子 川上
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、強磁場発生用の電磁石を付勢する
電磁石電源装置において電磁石を交換しても、制御定数
を自動設定できるようにした。 【構成】 交流電源から供給される交流電圧を所望の直
流電圧に変換する制御整流器と、この制御整流器の直流
出力を平滑する平滑フィルタを介して電磁石に印加し、
該電磁石電流を閉ル―プ制御系で制御するようにした電
磁石電源装置において、前記電磁石に所望の電流を開ル
―プ制御系で供給する手段と、該開ル―プ制御系による
前記電磁石電源装置の出力電圧及び出力電流から前記電
磁石の抵抗分及び該抵抗分とインダクタンス分に基く前
記電磁石の時定数を演算する手段と、該演算手段で得ら
れた値から前記閉ル―プ制御系の制御定数を演算する手
段を具備したことを特徴とする電磁石電源装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、強磁場コイル等を負荷
とする電磁石電源装置に係り、特に水冷電磁石等の消耗
が激しく一定期間毎に交換を要する電磁石電源装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】近年、強磁場における物性研究用とし
て、強磁場発生コイル用電源が必要とされている。強磁
場発生用コイルとしては、円盤状の銅板を積み重ね、そ
こに大電流を流して磁場を発生させ、大電流によるコイ
ル自身の発熱を大量の水を流すことによって冷却する水
冷電磁石(以下、単に電磁石と記す)がある。電磁石は
通電による損耗が激しく、2〜3年毎に交換が必要な消
耗品である。しかしながら、電磁石の抵抗分及びインダ
クタンス分は製造誤差が大きく、交換の度に変化する。
又、1台の電磁石電源装置に対し、複数の電磁石を用意
し、用途及び発生させる磁場強度に応じて、電磁石を切
換えて使用することもある。それら複数の電磁石の抵抗
分及びインダクタンスも異る場合が多い。図3に、従来
の電磁石電源装置を示す。
【0003】図3において、1は交流母線、2は整流器
用変圧器、3は交流電圧を直流電圧に変換する制御整流
器、4は制御整流器3の出力するリプルを除去する平滑
フィルタ、5は負荷である電磁石、6は負荷電流を検出
する直流電流検出器、7は電磁石5の電流基準51と直
流電流検出器6で検出された電流52の差が零となるよ
うに制御する定電流制御回路、8は定電流制御回路7の
出力に応じて制御整流器3の点弧位相を決定する位相制
御回路を示す。
【0004】図4は、図3に示す電磁石電源装置の制御
ブロック図の一例である。図4に示すブロック図は、定
電流制御回路7、変換器3、平滑フィルタ4、電磁石
5、及び直流電流検出器6から構成される。
【0005】図4においてKP は定電流制御回路7の比
例ゲイン、TI は積分時間、KV は定電流制御回路7の
出力と、変換器3の出力電圧との比、Td はサイリスタ
点弧の無駄時間、TF は平滑フィルタ4の持つ時定数、
Rは電磁石の抵抗分、TL は電磁石の持つ時定数、即
ち、電磁石5のインダクタンス分(H)を抵抗分(Ω)
で除した値でありKDCCTは直流電流検出器の変換比であ
る。
【0006】通常、定電流制御回路7は、定常偏差を零
とするため図4のブロック図に示すように比例積分制御
を行う。比例積分制御には2種類のパラメ―タがある。
即ち、比例ゲイン(図4の制御ブロックにおけるKP )
と積分時間(図4の制御ブロックにおけるTI )であ
る。積分時間TI は、電磁石5の持つ時定数とほぼ等し
くなるように選定される。比例ゲインKP は積分時間T
I を前述の方法で選択した後に制御系全体が安定を損わ
ない範囲で、所望の応答速度が得られる値を選択する。
従って、安定で効果的な電流制御を行うためには、電磁
石5の抵抗分及びインダンタンス分に従って、比例ゲイ
ンKP と積分時間TI を変える必要がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、電磁
石5は消耗品で定期的に交換が必要であり、1台毎に抵
抗分、インダクタンス分が異る。又、1台の電磁石電源
装置に対し、抵抗分、インダクタンス分の異る電磁石を
切換えて使用する場合もある。すると、定電流制御回路
7の比例ゲイン及び積分時間の調整が必要となり、長時
間かけて人間が行っていた。
【0008】本発明の目的は、前述した不具合を解消
し、電磁石5のインダクタンス分及び抵抗分が変化して
も、閉ル―プ制御系の制御定数の自動調整を行い、人間
による長時間の調整が不要となる電磁石電源装置を提供
することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、交流電源から供給される交流電圧を所望
の直流電圧に変換する制御整流器と、この制御整流器の
直流出力を平滑する平滑フィルタを介して電磁石に印加
し、該電磁石電流を閉ル―プ制御系で制御するようにし
た電磁石電源装置において、前記電磁石に所望の電流を
開ル―プ制御系で供給する手段と、該開ル―プ制御系に
よる前記電磁石電源装置の出力電圧及び出力電流から前
記電磁石の抵抗分及び該抵抗分とインダクタンス分に基
く前記電磁石の時定数を演算する手段と、該演算手段で
得られた値から前記閉ル―プ制御系の制御定数を演算す
る手段を具備したことを特徴とするものである。
【0010】
【作用】開ル―プ制御系により電磁石に所定の電圧をス
テップ状に印加すれば、その定常電流は電磁石の抵抗値
で決まり、電流上昇率即ち電磁石の時定数は電磁石の抵
抗値とインダクタンス値で決まる。従って、開ル―プ制
御系により電磁石に電流を流す際に、電磁石電源装置の
出力電圧と出力電流の定常値から電磁石の抵抗値を求め
ることができ、又、過渡応答値から電磁石の時定数を求
めることができ、電磁石の定数に応じて閉ル―プ制御系
の制御定数を演算して制御を行えば、電磁石を交換した
り、電磁石を切換えたりして、電磁石電源装置につなが
る電磁石の抵抗分、インダクタンス分が変わっても、人
間が長時間に渡って調整することなく、安定で効果的な
制御を行える。
【0011】
【実施例】次に本発明の一実施例を図1の構成図を参照
して説明する。図1において、図3と同一の要素には同
一の符号を付しており、その説明は省略する。
【0012】図1において、9は電磁石電源装置の出力
電圧を計測するための直流電圧検出器、10は通常の定
電流制御と負荷定数を固定するための開ル―プ制御を切
換える切換スイッチ、11は電磁石5の定数の固定や制
御定数の演算を行う演算装置、53は開ル―プ制御のた
めの点弧位相信号、54は切換スイッチ10の切換指
令、55は直流電圧検出器9で検出された直流電圧信号
である。
【0013】図2は、図1の中の演算装置11で行う演
算手段の一例を示すブロック図である。図2において、
12―1及び12―2は除算器、13―1,13―2は
乗算器、14―1,14―2はクロック信号が入力され
た時だけ、入力デ―タを出力するフリップフロップ回
路、15は負荷電流が定常に達したことを検出するフラ
ットトップ検出回路、16はレベル検出回路、17はス
タ―ト信号が入力されてから、ストップ信号が入力する
までの時間を測るタイマ回路である。
【0014】次に、前述の構成から成る本発明の作用を
図1及び図2を参照して説明する。通常運転時は、切換
スイッチ10は定電流制御回路7側にあり、電流基準5
1に従って電磁石5に流れる電流を閉ル―プ制御系で制
御する。電磁石5の定数が交換乃至は切換え等によって
変わった時は、切換スイッチ10を切換信号54によっ
て、点弧位相信号53側に切換える。点弧位相信号53
によって決まる位相で位相制御回路8は制御整流器3を
運転する。電磁石5には一定電圧が印加される。演算装
置11は開ル―プで電磁石に電流を供給している時の直
流電圧信号55、直流電流信号52から、電磁石5の抵
抗分及びインダクタンス分と前記抵抗分から決まる電磁
石の時定数を演算し、定電流制御回路の比例ゲインKP
、積分時間TI を決める。電磁石5の定数を決める運
転時の点弧位相指令53は、定格電圧より低い値(1/
2〜1/10程度)とする必要がある。電磁石5の抵抗
が小さい場合、定格電圧を印加すると過電流が流れるた
めである。次に、図2を用いて、演算装置11で実施す
る演算を説明する。
【0015】除算器12―1で直流電圧Vd を直流電流
Id を除して抵抗分を求める。但し、電流が上昇してい
る期間は、直流電圧Vd には電磁石5のインダクタンス
分の電圧も含まれるため、電流が定常状態に達したこと
を、電流の変化率等を用いてフラットトツプ検出回路1
5が検出した時の値を、フリップフロップ回路14―1
で保持する。フリップフロップ回路14―2ではフラッ
トトップ電流値Idpeak を保持する。インダクタンスと
抵抗から成る回路に直流電圧をステップ状に印加した場
合、電流は1次遅れで立上がり最終の電流値の63%に
達するまでの時間が、時定数であることは良く知られて
いる。乗算器13―2で、フラットトップ電流の63%
の電流値を演算する。2回目の運転時に、運転指令56
で動きはじめ、電流が63%に達したことを検出するレ
ベル検出器16の出力で、停止するタイマ17により、
電磁石5の時定数を測定し、定電流制御回路7の積分時
間TI とする。メモリ等を用いて運転時の波形を記憶し
ておけば、2回目の運転をしなくても、同様の考え方で
積分時間TI の演算ができることは言うまでもない。
フリップフロップ回路14―1で保持した電磁石5の抵
抗分Rn は、交換前の電磁石5の抵抗分Ro で除算器1
2―2で除算する。電磁石5の抵抗分の逆数は、図4の
制御ブロックからも分る様に、定電流制御系に対して比
例ゲインとして作用する。従って、抵抗が小さいとゲイ
ンが大きくなり、その分定電流制御回路の比例ゲインK
P を小さくする必要がある。つまり、下式が成立するよ
うに定電流制御回路の比例ゲインKP を選択する必要が
ある。 KPO×(1/Ro )=KPn×(1/Rn ) 但し、KPOは元の比例ゲイン、Ro は元の電磁石の抵抗
分、KPnは新しい比例ゲイン、Rn は新しい電磁石の抵
抗分である。新しい比例ゲインKPnは、除算器12―2
の結果と、元の比例ゲインKPOを乗算器13―1で掛け
合せて求める。
【0016】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、交流電
源から供給される交流電圧を所望の直流電圧に変換する
制御整流器と、この制御整流器の直流出力を平滑する平
滑フィルタを介して電磁石に印加し、該電磁石電流を閉
ル―プ制御系で制御するようにした電磁石電源装置にお
いて、前記電磁石に所望の電流を開ル―プ制御系で供給
する手段と、該開ル―プ制御系による前記電磁石電源装
置の出力電圧及び出力電流から前記電磁石の抵抗分及び
該抵抗分とインダクタンス分に基く前記電磁石の時定数
を演算する手段と、該演算手段で得られた値から前記閉
ル―プ制御系の制御定数を演算すれば、電磁石の交換、
切換え等で抵抗分、インダクタンス分が変化しても、人
間が長時間に渡って調整することなく、安定で効果的な
制御ができる電磁石電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す電磁石電源装置の構成
図。
【図2】[図1]中の演算装置の演算を説明するための
図。
【図3】従来の電磁石電源装置の構成図。
【図4】[図3]電磁石電源装置の制御系の制御ブロッ
ク図。
【符号の説明】 1 …交流電源母線 2
…整流器用変圧器 3 …制御整流器 4
…平滑フィルタ 5 …電磁石 6
…直流電流検出器 7 …定電流制御回路 8
…位相制御回路 9 …直流電圧検出器 10
…切換スイッチ 11 …演算装置 12-1,12-2
…除算器 13-1,13-2 …定電圧制御回路 14-1,14-2
…フリップフロップ回路 15 …フラットトップ検出回路 16
…レベル検出器 17 …タイマ 51
…電流基準信号 52 …直流電流検出信号 53
…点弧位相指令 54 …切換指令 55
…直流電圧信号 56 …運転指令

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電源から供給される交流電圧を所望
    の直流電圧に変換する制御整流器と、この制御整流器の
    直流出力を平滑する平滑フィルタを介して電磁石に印加
    し、該電磁石電流を閉ル―プ制御系で制御するようにし
    た電磁石電源装置において、前記電磁石に所望の電流を
    開ル―プ制御系で供給する手段と、該開ル―プ制御系に
    よる前記電磁石電源装置の出力電圧及び出力電流から前
    記電磁石の抵抗分及び該抵抗分とインダクタンス分に基
    く前記電磁石の時定数を演算する手段と、該演算手段で
    得られた値から前記閉ル―プ制御系の制御定数を演算す
    る手段を具備したことを特徴とする電磁石電源装置。
  2. 【請求項2】 前記電磁石の抵抗分を演算する手段は、
    前記電磁石電源装置の出力電流が定常値に達した時点
    で、前記電磁石電源装置の出力電圧を出力電流で除した
    値を出力することを特徴とする請求項1の電磁石電源装
    置。
  3. 【請求項3】 前記電磁石の抵抗分とインダクタンス分
    に基く前記電磁石の時定数を演算する手段は、前記開ル
    ―プ制御系により供給される前記電磁石の定常電流の6
    3%の値を求める手段と、前記開ル―プ制御系により前
    記電磁石に電流の供給を開始した時点から、前記63%
    の値に達するまでの時間を計測するタイマを具備したこ
    とを特徴とする請求項1の電磁石電源装置。
  4. 【請求項4】 前記閉ル―プ制御系の制御定数を演算す
    る手段は、前記電磁石を交換する際に、前記電磁石の抵
    抗分を演算する手段で得られた交換前の電磁石の抵抗分
    で、交換後の電磁石の抵抗分を除した値と、交換前の前
    記閉ル―プ制御系の制御ゲインとを掛算した値を前記電
    磁石の交換後の前記閉ル―プ制御系の制御ゲインとして
    算出することを特徴とする請求項1の電磁石電源装置。
JP4351193A 1993-03-04 1993-03-04 電磁石電源装置 Pending JPH06260334A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009202972A (ja) * 2008-02-26 2009-09-10 Hitachi Constr Mach Co Ltd リフティングマグネット作業機及びその初期設定方法

Cited By (1)

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