JPH0793815B2 - 電磁石電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は電子あるいは陽子などを高エネルギーに加速す
るための加速器用電磁石に使用する電磁石電源に関する
ものである。

（従来の技術） 素粒子物理学の研究や、超LSIの微細加工用光源として
シンクロトロン放射光を得るために、電子あるいは陽子
などを光エネルギーに加速する加速器が用いられる様に
なってきた。加速器では、角電磁石コイルに接続した定
電流電源の出力電流を制御して、所望の磁場を発生させ
電子，陽子等を制御する。この様な加速器で使用される
電磁石電源には、電流を高速で立上げ、しかも高精度
（例えば１×10^-4）に制御することが要求される。その
様な要求を満たす電源として第４図に示す回路が考えら
れている。

第４図において、１は交流母線、2A,2Bは整流器用変圧
器、3A,3Bは交流を直流に変換する制御整流器、4A,4Bは
リプル平滑用のリアクトル、5A、5Bはリプル平滑用のコ
ンデンサ、６はリアクトル4A,コンデンサ5Aによって平
滑された制御整流器3Aの直出力電圧を、電子レベルの電
圧に変換する分圧器、７は制御整流器3Aの直流出力電圧
を負荷に対し入切する直流スイッチ、８はリアクトル4
B,コンデンサ5Bによって平滑された制御整流器3Bの直流
出力電圧を高速に入切し負荷電流を高速に制御するチョ
ッパ、9Aは直流スイッチ７のオフ時、負荷電流を還流さ
せるダイオード、9Bはチョッパ８のオフ時、負荷電流を
還流させるダイオード、10は負荷コイル、11は負荷電流
を検出する直流電流検出器、12は電圧基準設定器14の出
力51と分圧器６にて検出された直流出力電圧との差を入
力し、その差がゼロとなる様に制御整流器3Aを制御する
定電圧制御回路、13は定電圧制御回路12からの制御信号
に応じて、制御整流器3Aの点弧角を決定する点弧制御回
路、15は加速器全体を制御する図示されていない上位計
算機からのクロック52によって、予めメモリしてある出
力電流基準53や、直流スイッチ７の入／切指令54を出力
するメモリモジュール、16はメモリモジュールから出力
されたディジタル量の電流基準53をアナログ量に変換す
るディジタル−アナログ変換器、17は16で変換されたア
ナログ電流基準と直流電流検出器11にて検出された負荷
電流の差を入力し、負荷電流を制御する定電流制御回
路、18は定電流制御回路17からの制御信号に応じて、チ
ョッパ８の通電幅を決定するパルス変調回路、19はパル
ス幅変調回路18からのオン・オフ指令に基づきチョッパ
８をドライブするドライブ路である。

第４図に示す回路の運転例を第５図に示す。第５図
（ａ）に示す負荷電流ｉを得るのに必要な負荷電圧は
（ｂ）になる。（ｂ）は負荷のインダクタンス分をＬ、
抵抗分をＲとするとLdi/dt＋Riで与えられる電圧であ
る。（ｂ）に示す電圧のうち、Ldi/di分を第４図の制御
整流器3Aで、Ri分をチョッパで供給することにすると、
制御整流器3Aの電圧は、第５図（ｃ）のフォーシング電
圧になり、チョッパ出力電圧は第５図（ｄ）の様にな
る。直流スイッチ７の入切は第４図に示すメモリモジュ
ールに予めプログラムされており、第５図（ｅ）に示す
様に電流を立上げる時だけ投入し、その他の場合は直流
スイッチを切にする。この様に運転すれば電流を高速に
立上げ、しかもチョッパによる高速電流制御により高精
度（１×10^-4）の出力電流が得られる。

フォーシング電圧基準にRi分の一部を分担させる様に第
４図における電圧基準51を変更させても同様の効果が得
られる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら第４図に示す回路で運転した場合、直流ス
イッチ７及びチョッパ８を切にした時、リプル平滑用リ
アクトル4A,4Bに蓄えられていた電磁エネルギーが全て
リプル平滑用コンデンサ5A,5Bに流入し、直流スイッチ
７及びチョッパ８の入力電圧が だけ上昇してしまい次の運転時フォーシング電圧及びチ
ョッパ電圧にΔＶを加算した電圧が負荷10に印加され、
第５図（ａ）の矢印で示すように負荷電流立上げ時の精
度（１×10^-4）を満足しなくなる。負荷電流の立上げ精
度が満足しないと加速器内の電子又は陽子の軌道がずれ
る可能性がある。

本発明の目的は、前述した不具合を解消し、高精度な電
磁石電源装置を提供することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するために、それぞれ平滑用の
リアクトルと平滑用コンデンサを有し、出力側に直流ス
イッチを備えた直流電圧源と、出力側にチョッパを備え
た直流電流源とを直列接続して負荷コイルを付勢するよ
うにした電磁石電源装置において、前記それぞれの平滑
用コンデンサに並列接続される限流抵抗器と短絡スイッ
チとから成る直列回路と、前記直流スイッチとチョッパ
への切指令信号と、前記平滑用コンデンサの電圧が所定
値を超えたときに発生する信号とのアンド条件で前記短
絡用スイッチを閉路する短絡スイッチ制御回路を具備し
たものである。

（作 用） 本発明によれば直流スイッチ及びチョッパが開放された
ときに、平滑用リアクトルの電磁エネルギによって平滑
用コンデンサの電圧が上昇しても、その上昇分を短絡ス
イッチを閉路することにより限流抵抗器で消費すること
が出来るため、従来技術の不具合を解消することが出来
る。

（実施例） 本発明の一実施例を第１図に示す。

第１図において、第４図と同一の要素は同一符号とし説
明を省略する。第１図において、80A及び80Bは限流抵
抗、90A及び90Bは短絡スイッチ、6Bはチョッパ８の入力
電圧計測用分圧器、100は短絡スイッチ制御回路、91は
短絡スイッチ90Aの入／切指令、92は短絡スイッチ90Bの
入／切指令、93は分圧器6Aの帰還電圧、94は分圧器6Bの
帰還電圧である。第２図は短絡スイッチ制御回路100の
詳細図であり、101は短絡スイッチの動作値を決定する
設定器、102は比較器、103は直流スイッチ入／切指令を
反転する反転回路、104はAND回路である。

次に、第１図及び第２図を用いて本発明の一実施例の作
用を説明する。直流スイッチ７及びチョッパ８切後、リ
プル平滑用コンデンサ5A,5Bの両端電圧がΔＶだけ上昇
する。ΔＶだけ上昇した電圧を分圧器6A,6Bを介して帰
還電圧93,94として短絡スイッチ制御回路100に送られ
る。短絡スイッチ制御回路100内で帰還電圧93,94と設定
器101とを比較器102に入力する。比較器102で帰還電圧9
3,94＞設定値の時、比較器102の出力が「１」となる。
又、直流スイッチ入／切指令54が切の時、反転回路が
「１」となり、その信号と比較器102の信号とをAND回路
に入力する。直流スイッチ入／切指令54が切で帰還電圧
93,94＞設定値の時、短絡スイッチ90A,90Bに入指令が発
せられ、リプル平滑用コンデンサ5A,5Bの電荷は限流抵
抗80A,80Bを介して放電され、帰還電圧＜設定値となっ
た時、短絡スイッチ90A,90Bに切指令が発せられる。第
３図は上記説明を各部波形で示したものである。

［発明の効果］ 以上説明のように、本発明によれば、直流スイッチ及び
チョッパが開放された際に、平滑用リアクトルの電磁エ
ネルギによって、平滑用コンデンサの電圧が上昇して
も、その上昇分は短絡スイッチを閉路することにより限
流抵抗器で消費することが出来るため、負荷電流立上時
の精度を運転毎に一定に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路構成図、第２図は
第１図の短絡スイッチ制御回路の詳細図、第３図は本発
明の一実施例の運転時の各部波形を示す図、第４図は従
来の電磁石電源装置を示す回路構成図、第５図は従来の
運転時の各部波形を示す図である。 １……交流母線、2A,2B……整流器用変圧器、3A,3B……
制御整流器、4A,4B……リップル平滑用リアクトル、5A,
5B……リップル平滑用コンデンサ、６……分圧器、７…
…直流スイッチ、８……チョッパ、9A,9B……ダイオー
ド、10……負荷、80A,80B……限流抵抗、90A,90B……短
絡スイッチ、91,92……短絡スイッチ入／切指令、100…
…短絡スイッチ制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】それぞれ平滑用リアクトルと平滑用コンデ
   ンサを有し、出力側に直流スイッチを備えた直流電圧源
   と、出力側にチョッパを備えた直流電流源と、これらの
   直流電圧源と直流電流源とを直列接続して負荷コイルを
   付勢するようにした電磁石電源装置において、前記それ
   ぞれの平滑コンデンサに並列接続される限流抵抗器と短
   絡スイッチとから成る直列回路と、前記直流スイッチと
   チョッパへの切指令信号と、前記平滑用コンデンサの電
   圧が所定値を超えたときに発生する信号とのアンド条件
   で前記短絡用スイッチを閉路する短絡スイッチ制御回路
   とを具備した電磁石電源装置。