JPH1146484A - パルス発生器 - Google Patents

パルス発生器

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JPH1146484A
JPH1146484A JP19988797A JP19988797A JPH1146484A JP H1146484 A JPH1146484 A JP H1146484A JP 19988797 A JP19988797 A JP 19988797A JP 19988797 A JP19988797 A JP 19988797A JP H1146484 A JPH1146484 A JP H1146484A
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Isao Toyama
勲 遠山
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンデンサに充電された電荷を誘導性負荷に
急放電し、パルス大電流を発生させるパルス発生器にお
いて、正負の波高値が等しい1サイクルのパルス発生器
を提供する。 【解決手段】 制御整流素子1とダイオード2を逆並列
接続してなる放電スイッチと、負荷コイル3と、充電用
直流電源4と、充電抵抗器5とからなるパルス発生回路
の該充電用直流電源4にコンデンサ6を並列接続して、
該コンデンサ6に充電された電荷を該放電スイッチを介
し該負荷コイル3に急放電し、パルス大電流を発生させ
るパルス発生器において、該負荷コイル3に補償用コイ
ル7とダイオード8とを直列接続してなる補償回路を並
列接続し、該負荷コイル3に流れる電流波形の第1波目
の波高値(i4p)と第2波目の波高値(i2p)とが
ほぼ等しくなるよう構成したことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、加速器(例えばシ
ンクロトロン)等で光速近くに加速された荷電粒子(電
子、陽子、イオン等)をパルス磁界で偏向または振り分
ける電磁石を、1サイクル正弦波パルス電流で励磁する
ためのパルス発生器で、尖頭電流(例えば数1000
A)、パルス幅(例えば数10μs〜数ms)のパルス
発生器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のパルス大電流発生回路を図3に示
す。この図3で、2はダイオード、4は充電用直流電
源、5は充電抵抗器、6はコンデンサ、9はサイリス
タ、10は電磁石コイル、11は放電回路を一巡する各
部に分散する抵抗成分を集中定数とした回路抵抗で、サ
イリスタ9とダイオード2は逆並列接続として放電スイ
ッチを構成している。充電用直流電源4から充電抵抗器
5を介してコンデンサ6に蓄えた電荷をサイリスタ9に
トリガパルスを加えターンオンさせると、回路抵抗11
と電磁石コイル10の直列回路に急放電される。そのと
きサイリスタ9を通じて電磁石コイル10に正弦波(サ
イン)状の電流i1 が流れると同時にコンデンサ6の電
圧は余弦波(コサイン)状に降下して行くが、放電電流
が反転しようとするゼロ時点で、サイリスタ9の整流機
能により自動的にターンオフして正弦波半波電流の発生
を完結する。
【0003】この時点ではコンデンサ6の電圧は負の最
大電圧に達しており、サイリスタ9がターンオフすると
同時にダイオード2には負の最大電圧が加わりコンデン
サ6の負電圧は回路抵抗11と電磁石コイル10の直列
回路を通じて、電流i2 が流れ始める。電流i2 は電流
i1 とは逆方向に正弦波状に流れ、コンデンサ6の電圧
は余弦波状に再度正極に復帰して行く。引き続き電流i
2 が反転する時点で、ダイオード2の整流機能により電
流遮断され、負方向の正弦波半波電流の発生を完結す
る。コンデンサ6の電圧は正の尖頭値近くまで復帰した
状態で保持され、繰り返し正弦波を発生するまでの間に
初期電圧まで再充電される。これらの状態を図4
(a)、図4(b)に表しているが、図4(a)はコン
デンサ6の電圧波形であり、図4(b)は放電スイッチ
の電流波形である。
【0004】次に図3に示す回路構成で、コンデンサ6
を電圧Eボルトに充電後、急放電した場合に放電スイッ
チに流れる電流i(t)およびコンデンサ6の電圧Vc
(t)は下記(1)および(2)式で表される。
【0005】
【数1】
【0006】半周期減衰率ηは(1)式による放電電流
の第1波目の正の波高値i1pと第2波目の負の波高値i
2pとの比として(3)式で表される。
【0007】
【数2】
【0008】また、(3)式の半周期減衰率ηを用いて
第1波、第2波の波高値(i2p、i1p)並びにコンデン
サの反転電圧(Er )、コンデンサの復帰電圧(Ef )
を表すと次式となる。
【0009】
【数3】
【0010】実際の急放電回路には電磁石コイルの巻線
抵抗やコンデンサの内部抵抗をはじめ、回路のリード抵
抗等の抵抗が存在し、図3では急放電回路を一巡する各
部に分散する抵抗を集中定数として回路抵抗11で示し
ているが、この回路抵抗の存在により指数関数的に減衰
する正弦波電流となり、正半サイクルの波高値と負の波
高値とは異なる。減衰率は回路抵抗11の関数となり極
力低減化が図られるが無視することはできず、正弦波振
動電流を得るために回路抵抗11の抵抗値Rは、R2
2L/Cを満たす充分小さな値が要求されるため、電磁
石コイルの巻線や配線部材には温度上昇や機械応力から
要求される導体断面以上の物が必要とされ、機器の大型
化が避けられず、コストが高価になる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した従
来の欠陥を補正して、第1波目の波高値と第2波目の波
高値が同じ値のパルス大電流を発生させるパルス発生器
を提供するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するため、補正用コイルとダイオードを直列接続し
た補償回路を、負荷コイルと放電スイッチとの間に並列
接続し、第1波目と第2波目の波高値を同じ値とするも
のである。
【0013】即ち、制御整流素子1とダイオード2を逆
並列接続してなる放電スイッチと、負荷コイル3と、充
電用直流電源4と充電抵抗器5とからなるパルス発生回
路の該充電用直流電源4にコンデンサ6を並列接続し
て、該コンデンサ6に充電された電荷を該放電スイッチ
を介し該負荷コイル3へ急放電し、パルス大電流を発生
させるパルス発生器において、該負荷コイル3に補償用
コイル7とダイオード8とを直列接続してなる補償回路
を並列接続し、該負荷コイル3に流れる電流波形の第1
波目の波高値(i4p)と第2波目の波高値(i2p)
とがほぼ等しくなるよう構成したことを特徴とするパル
ス発生器である。
【0014】
【発明の実施の形態】上記のように本発明は、補償用コ
イルとダイオードを直列接続した補償回路を、負荷コイ
ルに並列接続することで、負荷コイルに流れる第1波目
と第2波目の波高値を同じ値とすることができるもので
ある。
【0015】
【実施例1】図1に示す本発明のパルス発生器の実施例
について説明する。充電用直流電源4より充電抵抗器5
を通じてコンデンサ6に充電後、制御整流素子1をトリ
ガパルスでターンオンして負荷コイル3へ急放電するの
は、先に説明した従来技術による図3の場合と同じであ
るが、ダイオード8と補償用コイル7を直列接続した補
償回路を負荷コイル3に並列接続している点が異なる。
回路抵抗11は、説明の便宜上、放電回路を一巡する各
部に分散する抵抗成分を集中定数として、この場所に置
く。尚、ここで用いる制御整流素子1はサイリスタとし
た。上記制御整流素子1をターンオンして急放電する
と、該制御整流素子から流れる電流i1 はダイオード8
の順方向として補償用コイル7に電流i3 並びに負荷コ
イル3に電流i4 となって分流して流れる。この間の電
圧、電流波形を図2(a)並びに図2(b)に区間T1
で示す。この区間T1 において、補償用コイル7と負荷
コイル3を並列接続した合成インダクタンスL0 は
(4)式に置き換えることができる。
【0016】
【数4】
【0017】ここで、区間T1 における諸定数は次のよ
うになる。
【0018】
【数5】
【0019】一方、t=T1 にて制御整流素子1の電流
i1 は反転し遮断するとともに、ダイオード2に順方向
の電流i2 が流れ始める。電流i2 の通電開始時のコ
ンデンサ電圧は先の(7)式による反転電圧Er であ
り、かつ補償用コイル7に流れる電流は、ダイオード8
が逆方向となり阻止され、放電電流は全て負荷コイル3
を通じて流れる。すなわち、区間T2 における諸定数は
次のようになる。
【0020】
【数6】
【0021】本発明による正負両波高値の等しい正弦波
を発生させるには(6)式で示す正の電流波高値i4p
と(9)式で示す負の電流波高値i2pとが等しくなるこ
とであり、補償用コイル7のインダクタンスを(10)
式を満たすよう調整することにより実現される。
【0022】
【数7】
【0023】ここで、回路定数を次のように設定した場
合、 コンデンサ静電容量 C =1000μF 充電用直流電圧 E =1000V 負荷コイルのインダクタンス Lm =1.0mH 回路抵抗値 R = 50mΩ 適正補償コイルのインダクタンスは、上式の(4)、
(5)、(8)、(10)式より求めると、Ld =5.
62mHとなり、この数値のインダクタンスの補償用コ
イルを用いることで1サイクルの正の波高値i4pと負
の波高値i2pはほぼ等しくなり、その前後のインダク
タンスで波高値比は正負何れにも調整可能であるが、両
者の値は±2%の範囲で合わせることが望ましい。上記
範囲を外れると、減衰量を充分に抑えることができず、
補償効果が低下する。(参考までに補正回路を用いない
場合、正負の波高値には約2.5%以上の差を生じ
る。) なお、制御素子として上記実施例では、サイリスタを用
いたが、他に外部制御信号でも通電制御できる。すなわ
ち、サイラトロン、イグナイトロン、トランジスタ、F
ET、GTOでも上記と同等の作用を有することを確認
した。
【0024】
【発明の効果】充電されたコンデンサを急放電しパルス
電流を発生させる従来方式においては、回路抵抗によ
り、1サイクルの正負の波高値を等しくすることはでき
ず、減衰量を抑えるには回路抵抗を下げるしかなかっ
た。このため発熱や機械強度等で要求される導体断面以
上のものが必要になり、寸法、重量が大形化するのみな
らず経済性からも限界があった。本発明によれば回路抵
抗に直接制約されず補償回路で過補償も可能になり、経
済性のみならず小形、軽量化の面でも有利であり、従来
方式では物理的に不可能であった分野へも活用範囲を広
げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明のパルス発生器の実施例を示す
回路図である。
【図2】図2は、本発明のパルス発生器での動作図を示
し、(a)はコンデンサの電圧波形、(b)は放電スイ
ッチの電流波形である。
【図3】図3は、従来のパルス発生器の実施例を示す回
路図である。
【図4】図4は、従来のパルス発生器での動作図を示
し、(a)はコンデンサの電圧波形、(b)は放電スイ
ッチの電流波形である。
【符号の説明】
1 制御整流素子 2 ダイオード 3 負荷コイル 4 充電用直流電源 5 充電抵抗器 6 コンデンサ 7 補償用コイル 8 ダイオード 9 サイリスタ 10 電磁石コイル 11 回路抵抗 Ld 補償用コイルのインダクタンス Lm 負荷コイルのインダクタンス

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 制御整流素子(1)とダイオード(2)
    を逆並列接続してなる放電スイッチと、負荷コイル
    (3)と、充電用直流電源(4)と、充電抵抗器(5)
    とからなるパルス発生回路の該充電用直流電源(4)に
    コンデンサ(6)を並列接続して、該コンデンサ(6)
    に充電された電荷を放電スイッチを介し該負荷コイル
    (3)に急放電し、パルス大電流を発生させるパルス発
    生器において、該負荷コイル(3)に補償用コイル
    (7)とダイオード(8)とを直列接続してなる補償回
    路を並列接続し、該負荷コイル(3)に流れる電流波形
    の第1波目の波高値(i4p)と第2波目の波高値(i
    2p)とがほぼ等しくなるよう構成したことを特徴とす
    るパルス発生器。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110759439A (zh) * 2019-10-14 2020-02-07 北京航天国环技术有限公司 一种降解含氮化合物废物的装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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