JP2014116408A - Power source device for electromagnet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加速器等で使用される電磁石にパルス状の大電流を印加するための電磁石用電源装置に関する。 The present invention relates to an electromagnet power supply device for applying a pulsed large current to an electromagnet used in an accelerator or the like.
物理化学実験や医療等の分野で使用される加速器には、電磁石にパルス状の大電流を印加するための電磁石用電源装置が備えられている。従来の電磁石用電源装置としては、例えば、非特許文献1に記載のパワークローバ回路を採用したものが知られている。
Accelerators used in fields such as physical chemistry experiments and medicine are equipped with an electromagnet power supply device for applying a pulsed large current to an electromagnet. As a conventional electromagnet power supply device, for example, a device using a power crowbar circuit described in Non-Patent
図11(A)に示すように、このタイプの電磁石用電源装置100は、第1コンデンサ101および該第1コンデンサ101よりも静電容量値が大きい第2コンデンサ102を備え、第1スイッチ103および第2スイッチ104をON/OFFさせることにより電磁石105に第1コンデンサ101および/または第2コンデンサ102の放電電流(=電磁石電流I)が印加されるよう構成されている。
As shown in FIG. 11A, this type of electromagnet
より詳しくは、この電磁石用電源装置100では、第1コンデンサ101が数千Vの高電圧で、第2コンデンサ102が数百Vの電圧でそれぞれ予め充電されている。図11(B)に示すように、時間t0において第1スイッチ103がONされると、第1コンデンサ101の放電電流が電磁石105に供給され、電磁石電流Iが頂部(例えば、数十kA)まで一気に立ち上がる。時間t1において第1スイッチ103がOFFされて第2スイッチ104がONされると、第2コンデンサ102の放電電流が電磁石105に供給され、電磁石電流Iの電流値が頂部付近で維持される。その後、第2コンデンサ102の放電電流の減少とともに、電磁石電流Iの電流値は低下していく。
More specifically, in the electromagnet
図12に、電磁石用電源装置100とコンセプトがよく似た別の従来の電磁石用電源装置200を示す。同図に示すように、電磁石用電源装置200は、第1電流源201と、第2電流源202と、制御部206とを備えている。
FIG. 12 shows another conventional electromagnet
第1電流源201は、第1充電電源210から出力される数千Vの電圧で予め充電された第1コンデンサ211の放電電流を電磁石205に供給することにより、電磁石電流Iを頂部まで一気に立ち上げ(図13(B)の時間t0〜時間t1)、かつ電磁石205の逆起電圧による回生電流を第1コンデンサ211に回生させることにより、電磁石電流Iを頂部から一気に立ち下げる(図13(B)の時間t2〜時間t3)よう構成されている。
The first
第2電流源202は、電磁石電流Iの立ち上げ後に、第2充電電源220から出力される数百Vの電圧で予め充電された第2コンデンサ221の放電電流を電磁石205に供給することにより、電磁石電流Iの立ち下げ前まで頂部における電流値を維持する(図13(B)の時間t1〜時間t2)よう構成されている。
The second
この電磁石用電源装置200では、電磁石電流Iを立ち上げる期間(時間t0〜時間t1)、電磁石電流Iを維持する期間(時間t1〜時間t2)、および電磁石電流Iを立ち下げる期間(時間t2〜時間t3)で、第1電流源201の2つのスイッチング素子215a、215dおよび第2電流源202の2つのスイッチング素子225a、225dの導通状態が切り替えられる。これらのスイッチング素子215a、215d、225a、225dの導通状態は、適当な駆動回路216、226を介して接続された制御部206によって切り替えられる。
In this electromagnet
ところで、上記従来の電磁石用電源装置200では、所望の(理想的なパルス状の)電磁石電流Iを得るために、オペレータが第1コンデンサ211および第2コンデンサ221の充電電圧を決定し、決定した充電電圧に応じてオペレータが自ら第1充電電源210および第2充電電源220の出力電圧を設定している。
By the way, in the conventional electromagnet
第1充電電源210および第2充電電源220の出力電圧の設定は、熟練を要するので、電磁石用電源装置200を動作させながら出力電圧の設定を変更することは、実際上不可能であった。このため、従来の電磁石用電源装置200では、長時間の使用により電磁石205や第1および第2電流源201、202内部の抵抗値が上昇してしまうと、図14に示すように、電磁石電流Iの頂部における電流値が使用開始時よりも数%低下してしまうという問題があった。
Since the setting of the output voltages of the first
また、電磁石用電源装置200では、第1充電電源210および第2充電電源220の出力電圧の設定を変更する場合、一旦、電磁石用電源装置200の動作を停止させるので、所望の電磁石電流Iを得るまでに多大な時間と手間がかかるという問題もあった。
Further, in the electromagnet
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、多大な時間や手間をかけることなく、長時間安定して所望のパルス状電流(電磁石電流)を得ることが可能な電磁石用電源装置を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the said situation, The place made into the subject is to obtain a desired pulse-like electric current (electromagnet electric current) stably for a long time, without taking a lot of time and an effort. An object of the present invention is to provide a power supply device for an electromagnet.
上記課題を解決するために、本発明に係る電磁石用電源装置は、(1)電磁石にパルス状電流を連続的に印加する電磁石用電源装置であって、第1電圧で充電された第1コンデンサの第1放電電流を電磁石に供給することにより、パルス状電流を頂部まで立ち上げ、かつ電磁石の逆起電圧による回生電流を第1コンデンサに回生させることにより、パルス状電流を頂部から立ち下げる第1電流源と、パルス状電流の立ち上げ後に、第1電圧よりも低い第2電圧で充電された第2コンデンサの第2放電電流を電磁石に供給し、さらにその後、第2電圧よりも低い第3電圧で充電された第3コンデンサの第3放電電流を第2放電電流とともに電磁石に供給することにより、パルス状電流の立ち下げ前までパルス状電流を頂部において維持する第2電流源と、第1電流源および第2電流源に設けられ、第1コンデンサ、第2コンデンサおよび第3コンデンサを充電する充電電源と、少なくともパルス状電流の立ち上げ直後の第1電流値、立ち下げ直前の第2電流値、立ち上げ直後および立ち下げ直前とは異なる頂部の第3電流値を測定する電流値測定手段と、第1電圧、第2電圧および第3電圧の各設定値を定め、第1電圧、第2電圧および第3電圧が各設定値になるように充電電源の出力電圧を制御する充電電源制御部と、を備え、充電電源制御部は、第1電流値が所定の範囲に含まれているか否かの第1判定、第2電流値が所定の範囲に含まれているか否かの第2判定、第3電流値が所定の範囲に含まれているか否かの第3判定を行い、第1判定、第2判定および第3判定の結果に基づいてそれぞれ、第1電圧の設定値、第2電圧の設定値および第3電圧の設定値の補正が必要か否かを判断する電流値判定手段を有し、電流値判定手段は、一のパルス状電流が生成されるたびに必ず第1判定を行い、該第1判定において第1電圧の設定値の補正が不要と判断された場合は第2判定を行い、該第2判定において第2電圧の設定値の補正が不要と判断された場合は第3判定を行う一連の判定ステップを繰り返し実行し、充電電源制御部は、補正が必要と判断された設定値を補正し、第1電圧、第2電圧および第3電圧が補正後の設定値になるように充電電源の出力電圧を制御することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, an electromagnet power supply device according to the present invention is (1) an electromagnet power supply device that continuously applies a pulsed current to an electromagnet, and is a first capacitor charged with a first voltage. By supplying the first discharge current to the electromagnet, the pulsed current is raised to the top, and the regenerative current due to the back electromotive force of the electromagnet is regenerated to the first capacitor, so that the pulsed current is lowered from the top. After the rise of the one current source and the pulsed current, the second discharge current of the second capacitor charged with the second voltage lower than the first voltage is supplied to the electromagnet, and then the second current lower than the second voltage is supplied. By supplying the third discharge current of the third capacitor charged with three voltages to the electromagnet together with the second discharge current, the second current is maintained at the top until the pulse current falls. A current source, a charging power source for charging the first capacitor, the second capacitor, and the third capacitor, and a first current value at least immediately after the rising of the pulsed current; Current value measuring means for measuring the second current value immediately before the lowering, the third current value at the top different from that immediately after the starting and immediately before the lowering, and the set values of the first voltage, the second voltage, and the third voltage are determined. A charging power source control unit that controls an output voltage of the charging power source so that the first voltage, the second voltage, and the third voltage are set to respective set values. A first determination as to whether or not the second current value is included in the predetermined range, a second determination as to whether or not the second current value is included in the predetermined range, and a first determination as to whether or not the third current value is included in the predetermined range. 3 determinations, and based on the results of the first determination, the second determination, and the third determination. Each having current value determining means for determining whether or not correction of the set value of the first voltage, the set value of the second voltage, and the set value of the third voltage is necessary. The first determination is always performed every time the current is generated. If it is determined that the correction of the set value of the first voltage is unnecessary in the first determination, the second determination is performed, and the second voltage is determined in the second determination. When it is determined that the correction of the set value is unnecessary, a series of determination steps for performing the third determination is repeatedly performed, and the charging power supply control unit corrects the set value determined to be corrected, the first voltage, The output voltage of the charging power supply is controlled so that the second voltage and the third voltage become the set values after correction.
この構成によれば、長時間の使用によりパルス状電流の電流値が低下した場合には、第1〜第3コンデンサの各充電電圧(第1電圧、第2電圧および第3電圧)の設定値が補正され、各充電電圧が補正後の設定値になるように充電電源の出力電圧が制御される。したがって、多大な時間や手間をかけることなく、長時間安定して所望のパルス状電流を得ることができる。 According to this configuration, when the current value of the pulsed current decreases due to long-term use, the set values of the charging voltages (first voltage, second voltage, and third voltage) of the first to third capacitors Is corrected, and the output voltage of the charging power supply is controlled so that each charging voltage becomes a set value after correction. Therefore, a desired pulsed current can be obtained stably for a long time without much time and effort.
上記(1)の電磁石用電源装置では、(2)充電電源制御部は、判定ステップにおいて、第1判定の結果、第1電圧の設定値の補正が必要と判断された場合に、第1電圧の設定値を補正し、補正後の第1電圧の設定値となるように充電電源の出力電圧を制御し、再び第1判定を行った後、第1電圧の設定値の補正が不要と判断された場合に、第1電圧の設定値を補正することなく第2判定に移行し、第2判定の結果、第2電圧の設定値の補正が必要と判断された場合に、第2電圧の設定値を補正し、補正後の第2電圧の設定値となるように充電電源の出力電圧を制御し、再び第1判定および第2判定を順に行った後、第2電圧の設定値の補正が不要と判断された場合に、第2電圧の設定値を補正することなく第3判定に移行し、第3判定の結果、第3電圧の設定値の補正が必要と判断された場合に、第3電圧の設定値を補正し、補正後の第3電圧の設定値となるように充電電源の出力電圧を制御し、再び第1判定、第2判定および第3判定を順に行った後、第3電圧の設定値の補正が不要と判断された場合に、第3電圧の設定値を補正することなく第1判定に移行するよう構成できる。 In the electromagnet power supply device according to (1) above, (2) the charging power supply control unit determines that the first voltage is determined when it is determined in the determination step that correction of the set value of the first voltage is necessary as a result of the first determination. Is corrected, the output voltage of the charging power supply is controlled so as to be the corrected first voltage setting value, the first determination is performed again, and then it is determined that the correction of the first voltage setting value is unnecessary. If it is determined that the setting value of the first voltage is not corrected, the process proceeds to the second determination. As a result of the second determination, if it is determined that the setting value of the second voltage needs to be corrected, The set value is corrected, the output voltage of the charging power supply is controlled so as to be the set value of the corrected second voltage, the first determination and the second determination are performed again, and then the set value of the second voltage is corrected. Is determined to be unnecessary, the process proceeds to the third determination without correcting the set value of the second voltage, and the result of the third determination When it is determined that correction of the set value of the third voltage is necessary, the set value of the third voltage is corrected, and the output voltage of the charging power supply is controlled to be the set value of the corrected third voltage, After performing the first determination, the second determination, and the third determination again in order, if it is determined that correction of the set value of the third voltage is unnecessary, the first determination is performed without correcting the set value of the third voltage. Can be configured to migrate.
また、上記(1)または(2)の電磁石用電源装置では、(3)充電電源制御部は、第1判定で用いられる複数の範囲と、該範囲が狭いほど小さくなるように該範囲に1対1で関連付けられた、第1電圧の補正に用いられる複数の補正量と、第2判定で用いられる複数の範囲と、該範囲が狭いほど小さくなるように該範囲に1対1で関連付けられた、第2電圧の補正に用いられる複数の補正量と、第3判定で用いられる複数の範囲と、該範囲が狭いほど小さくなるように該複数の範囲に1対1で関連付けられた、第3電圧の補正に用いられる複数の補正量とが格納された記憶部をさらに有し、第1判定、第2判定および第3判定は、それぞれ複数の範囲が大きい順に用いられ、充電電源制御部は、電流値判定手段においていずれかの判定で補正が必要と判断された場合は、記憶部を参照して、該判定に用いられた範囲に関連付けられた補正量を加算または減算することで設定値を補正することが好ましい。 In the electromagnet power supply device of the above (1) or (2), (3) the charging power supply control unit includes a plurality of ranges used in the first determination, and 1 in the range so that the smaller the range is, the smaller the range is. A plurality of correction amounts used for correction of the first voltage and a plurality of ranges used in the second determination, which are associated with each other, are associated with the ranges on a one-to-one basis so that the smaller the range is, the smaller the range is. In addition, a plurality of correction amounts used for the correction of the second voltage, a plurality of ranges used in the third determination, and a plurality of ranges associated with the plurality of ranges in a one-to-one relationship so as to be smaller as the range is narrower. 3 further includes a storage unit storing a plurality of correction amounts used for correcting the voltage, and the first determination, the second determination, and the third determination are used in descending order of the plurality of ranges, respectively, and the charging power source control unit Is compensated by either determination in the current value determination means. If it is judged that the required, by referring to the storage unit, it is preferable to correct the set value by adding or subtracting the correction amount associated with the range used in the determination.
この構成によれば、第1〜第3判定においてそれぞれ複数の範囲が大きい順に用いられて複数回判定が行われ、かつ範囲が狭いほど小さい補正量が用いられて設定値の補正が行われるので、所望のパルス状電流を得るまでの時間をより短縮することができる。 According to this configuration, in the first to third determinations, a plurality of ranges are used in order from the largest, the determination is performed a plurality of times, and the smaller the range, the smaller the correction amount is used and the set value is corrected. The time required to obtain a desired pulse current can be further shortened.
上記(1)〜(3)の電磁石用電源装置では、(4)第3電流値として、立ち上げ直後および立ち下げ直前とは異なる頂部における2点以上の電流値の平均値を用いてもよい。 In the electromagnet power supply device according to (1) to (3) above, (4) as the third current value, an average value of two or more current values at the apex that is different from immediately after startup and immediately before shutdown may be used. .
上記(1)〜(4)の電磁石用電源装置では、(5)使用開始時における第1電圧、第2電圧および第3電圧の設定値として、予め設定された初期値か、前回の使用開始時における設定値を用いてもよい。 In the electromagnet power supply device according to (1) to (4) above, (5) the set values of the first voltage, the second voltage, and the third voltage at the start of use are preset initial values or the previous use start A setting value at the time may be used.
上記(1)〜(5)の電磁石用電源装置では、例えば(6)充電電源は、第1電圧を出力する第1充電電源と、第2電圧を出力する第2充電電源と、第3電圧を出力する第3充電電源と、を有するよう構成できる。 In the electromagnet power supply device of (1) to (5) above, for example, (6) the charging power supply includes a first charging power supply that outputs a first voltage, a second charging power supply that outputs a second voltage, and a third voltage. And a third charging power source that outputs
上記(1)〜(5)の電磁石用電源装置では、(7)充電電源は、第1電圧を出力する第1充電電源と、第3電圧を出力する第3充電電源と、第4電圧を出力する第4充電電源と、を有し、第2電圧は、第3電圧および第4電圧の和電圧であってもよい。 In the electromagnet power supply device of (1) to (5) above, (7) the charging power supply includes a first charging power supply that outputs the first voltage, a third charging power supply that outputs the third voltage, and a fourth voltage. And a second voltage may be a sum voltage of the third voltage and the fourth voltage.
本発明によれば、多大な時間や手間をかけることなく、長時間安定して所望のパルス状電流を得ることが可能な電磁石用電源装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power supply apparatus for electromagnets which can obtain a desired pulse-shaped electric current stably for a long time can be provided, without taking much time and an effort.
以下、添付図面を参照して、本発明に係る電磁石用電源装置の好ましい実施形態について説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an electromagnet power supply device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[電磁石用電源装置の構成]
図1に、本発明の一実施形態に係る電磁石用電源装置1Aを示す。電磁石用電源装置1Aは、電磁石5にパルス状の大電流である電磁石電流Iを印加するためのもので、同図に示すように、第1電流源2と、第2電流源3と、制御部6と、充電電源制御部7と、電流センサ(本発明の「電流値測定手段」に相当)8とを備えている。
[Configuration of power supply for electromagnet]
FIG. 1 shows an electromagnet
第1電流源2は、第1電圧(例えば、数千V)を出力する第1充電電源20と、第1電圧で充電される第1コンデンサ21と、Hブリッジ接続された4つのスイッチング素子25a〜25dを備えている。4つのスイッチング素子25a〜25dには、各1つのサージ吸収用コンデンサ(不図示)が並列接続されている。
The first
第1電流源2のスイッチング素子25a〜25dはブリッジ回路部を構成し、第1スイッチング素子25aおよび第2スイッチング素子25bの接続点が第1出力端、第3スイッチング素子25cおよび第4スイッチング素子25dの接続点が第2出力端となっている。第1コンデンサ21は、このブリッジ回路部に並列接続されている。
The
第1電流源2の第1スイッチング素子25aおよび第4スイッチング素子25dは、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のパワー半導体素子であり、第1スイッチング素子25aおよび第4スイッチング素子25dの制御端子であるゲートは適当な駆動回路26を介して制御部6に接続されている。
The
第2電流源3は、第1電圧よりも低い第2電圧(例えば、百数十V)を出力する第2充電電源30と、第2電圧で充電される第2コンデンサ31と、第2電圧よりも低い第3電圧(例えば、100V)を出力する第3充電電源32と、第3電圧で充電される第2コンデンサ31よりも静電容量値の大きい第3コンデンサ33と、第3コンデンサ33に直列接続された整流素子34と、Hブリッジ接続された4つのスイッチング素子35a〜35dと、整流素子34に並列接続された第5スイッチング素子35eとを備えている。4つのスイッチング素子35a〜35dおよび第5スイッチング素子35eには、各1つのサージ吸収用コンデンサ(不図示)が並列接続されている。
The second
第2電流源3のスイッチング素子35a〜35dはブリッジ回路部を構成し、第1スイッチング素子35aおよび第2スイッチング素子35bの接続点が第3出力端、第3スイッチング素子35cおよび第4スイッチング素子35dの接続点が第4出力端となっている。第2コンデンサ31と、第3コンデンサ33および整流素子34の直列回路とは、このブリッジ回路部に並列接続されている。
The
第2電流源3の第1スイッチング素子35a、第4スイッチング素子35dおよび第5スイッチング素子35eは、IGBT等のパワー半導体素子であり、第1スイッチング素子35a、第4スイッチング素子35dおよび第5スイッチング素子35eの制御端子であるゲートは適当な駆動回路36を介して制御部6に接続されている。
The
第1電流源2の第1出力端および第2電流源3の第4出力端は、電磁石5に接続されている。また、第1電流源2の第2出力端および第2電流源3の第3出力端は、直接接続されている。
The first output terminal of the first
なお、図1では、第1電流源2の第1スイッチング素子25aおよび第4スイッチング素子25d、第2電流源3の第1スイッチング素子35a、第4スイッチング素子35dおよび第5スイッチング素子35eは、制御部6によって制御されるため、これらのスイッチング素子25a、25d、35a、35d、35eをON(導通)/OFF(非導通)させるためには、各々駆動回路26、36が必要となる。
In FIG. 1, the
一方、第1電流源2の第2スイッチング素子25bおよび第3スイッチング素子25c、第2電流源3の第2スイッチング素子35bおよび第3スイッチング素子35cは、ON/OFFを切り替えることがなく、制御部6により制御する必要がないため、ダイオードのみでまかなうことができ、駆動回路26、36は不要である。図1において、スイッチング素子25b、25c、35b、35cをダイオードで表現したのはこのためである。
On the other hand, the
充電電源制御部7は、図2に示すように、差分算出部71と、FPGA(Field Programmable Gate Array)72と、PLC(Programmable Logic Controller)73と、記憶部74とを備えている。PLC73は、電流値判定手段73aを有している。
As shown in FIG. 2, the charging power
充電電源制御部7は、第1コンデンサ21、第2コンデンサ31および第3コンデンサ33の充電電圧(第1電圧、第2電圧、第3電圧)の設定値を定め、各コンデンサ21、31、33の充電電圧が各設定値になるように第1充電電源20、第2充電電源30および第3充電電源32の出力電圧を制御する。
The charging
各充電電圧の設定値として、使用開始時は、予め設定されている初期値か前回の使用開始時における設定値が用いられるが、これらの設定値は、長時間の使用等により電磁石電流Iの頂部における電流値が低下した場合には補正される。設定値の具体的な補正方法については後述する。なお、初期値や前回の使用開始時における設定値に替えて、使用終了時における設定値や、気温等の環境条件が比較的似かよっている日に用いた設定値を使用してもよい。 As the set value of each charging voltage, the initial value set in advance or the set value at the start of the previous use is used at the start of use. When the current value at the top decreases, it is corrected. A specific method for correcting the set value will be described later. Instead of the initial value and the setting value at the start of previous use, the setting value at the end of use or the setting value used on the day when environmental conditions such as temperature are relatively similar may be used.
[電磁石用電源装置の動作]
図3に示すように、電磁石用電源装置1Aの動作はI〜Vの5つのフェイズに分かれている。各フェイズにおいて、第1電流源2の第1スイッチング素子25aおよび第4スイッチング素子25d、並びに第2電流源3の第1スイッチング素子35a、第4スイッチング素子35dおよび第5スイッチング素子35eは、制御部6の制御下で、ON/OFFが下表のように切り替えられる。以下、各フェイズにおける電磁石用電源装置1Aの動作を順に説明する。
As shown in FIG. 3, the operation of the electromagnet
(フェイズI)
フェイズIは、準備フェイズであり、第1コンデンサ21、第2コンデンサ31および第3コンデンサ33の充電が行われる。
(Phase I)
Phase I is a preparation phase in which the
より詳しくは、第1コンデンサ21は、第1充電電源20から出力される第1電圧によって両端の電圧が数千Vになるまで充電され、第2コンデンサ31は、第2充電電源30から出力される第2電圧によって両端の電圧が百数十Vになるまで充電され、さらに第3コンデンサ33は、第3充電電源32から出力される第3電圧によって両端の電圧が約100Vになるまで充電される。
More specifically, the
(フェイズII)
フェイズIIは、電流立ち上げフェイズである。フェイズIIでは、第1電流源2が第1コンデンサ21の第1放電電流を電磁石5に供給することにより、電磁石電流Iが頂部まで立ち上げられる。
(Phase II)
Phase II is a current rising phase. In Phase II, the first
より詳しくは、フェイズIIでは、第1電流源2の第1スイッチング素子25a→第1電流源2の第1出力端→電磁石5→第2電流源3の第4出力端→第2電流源3の第4スイッチング素子35d→第2電流源3の第2スイッチング素子35b(ダイオード)→第2電流源3の第3出力端→第1電流源2の第2出力端→第1電流源2の第4スイッチング素子25dの経路で第1コンデンサ21の第1放電電流が流れる。これにより、電磁石電圧が第1コンデンサ21の充電電圧(=第1電圧、数千V)まで上昇し、電磁石電流Iが数十kAまで上昇する。
More specifically, in Phase II, the
なお、フェイズIIでは、第2電流源3の第1スイッチング素子35aをONに設定し、第2電流源3の第4スイッチング素子35dをOFFに設定してもよい。この場合、第1コンデンサ21の第1放電電流は、・・・→第2電流源3の第4出力端→第2電流源3の第3スイッチング素子35c(ダイオード)→第2電流源3の第1スイッチング素子35a→第2電流源3の第3出力端→・・・の経路で流れる。
In Phase II, the
(フェイズIII)
フェイズIIIは、電流維持フェイズである。フェイズIIIでは、第2電流源3が第2コンデンサ31の第2放電電流および第3コンデンサ33の第3放電電流を電磁石5に供給することにより、頂部における電磁石電流Iの電流値が一定に維持される。
(Phase III)
Phase III is a current maintenance phase. In Phase III, the second
より詳しくは、フェイズIIIに移行した当初は、第2電流源3の第1スイッチング素子35a→第2電流源3の第3出力端→第1電流源2の第2出力端→第1電流源2の第4スイッチング素子25d→第1電流源2の第2スイッチング素子25b(ダイオード)→第1電流源2の第1出力端→電磁石5→第2電流源3の第4出力端→第2電流源3の第4スイッチング素子35dの経路で第2コンデンサ31の第2放電電流が流れる。このとき、第2コンデンサ31の両端の電圧は、第2放電電流の放出とともに第2電圧(百数十V)から比較的急な勾配(以下「第1の傾き」という)で低下していく。したがって、図3(B)に示すように、電磁石電圧も同じ傾きで低下していく。
More specifically, at the beginning of the transition to Phase III, the
第2コンデンサ31の両端の電圧が第3電圧を下回ると、整流素子34が導通状態となり、第2コンデンサ31の第2放電電流と同じ経路を通って第3コンデンサ33の第3放電電流も電磁石5に供給され始める。第2コンデンサ31の両端の電圧および第3コンデンサ33の両端の電圧は、第2および第3放電電流の放出とともに第1の傾きよりも緩やかな勾配(以下「第2の傾き」という)で低下していく。
When the voltage across the
第1の傾きは、第2コンデンサ31の静電容量値により調整することができ、第2の傾きは、第2コンデンサ31および第3コンデンサ33の静電容量値により調整することができる。本実施形態に係る電磁石用電源装置1Aでは、第3コンデンサ33の静電容量値を第2コンデンサ31の2倍に設定して第2の傾きを第1の傾きの約1/3にし、さらに第2電圧および第3電圧の電圧差を適当に調整することで、電磁石電圧波形を理想とする電磁石電圧波形に近似させている。
The first inclination can be adjusted by the capacitance value of the
なお、フェイズIIIでは、第1電流源2の第1スイッチング素子25aをONに設定し、第1電流源2の第4スイッチング素子25dをOFFに設定してもよい。この場合、第2および第3放電電流は、・・・→第1電流源2の第2出力端→第1電流源2の第3スイッチング素子25c(ダイオード)→第1電流源2の第1スイッチング素子25a→第1電流源2の第1出力端→・・・の経路で流れる。
In Phase III, the
(フェイズIV)
フェイズIVは、電流立ち下げフェイズである。フェイズIVでは、電磁石5の逆起電圧V1(−数千V)による回生電流を第1コンデンサ21に回生させることにより、電磁石電流Iが頂部から立ち下げられる。
(Phase IV)
Phase IV is a current falling phase. In Phase IV, the electromagnet current I is lowered from the top by causing the
より詳しくは、フェイズIVでは、第2電流源3の第4出力端→第2電流源3の第4スイッチング素子35d→第2電流源3の第2スイッチング素子35b(ダイオード)→第2電流源3の第3出力端→第1電流源2の第2出力端→第1電流源2の第3スイッチング素子25c(ダイオード)→第1コンデンサ21→第1電流源2の第2スイッチング素子25b(ダイオード)→第1電流源2の第1出力端の経路で回生電流が流れる。これにより、回生電流が第1コンデンサ21に回生され、電磁石電流Iが、頂部から急峻な勾配(以下「第3の傾き」という)で一気に低下していく。
More specifically, in Phase IV, the fourth output terminal of the second
なお、フェイズIVでは、第2電流源3の第1スイッチング素子35aをONに設定し、第2電流源3の第4スイッチング素子35dをOFFに設定してもよい。この場合、回生電流は、第2電流源3の第4出力端→第2電流源3の第3スイッチング素子35c(ダイオード)→第2電流源3の第1スイッチング素子35a→第2電流源3の第3出力端→・・・の経路で流れる。
In Phase IV, the
(フェイズV)
フェイズVは、スローダウンフェイズである。フェイズVでは、第1コンデンサ21への回生を停止し、電磁石5の逆起電圧V2(V2<V1)による回生電流を第2コンデンサ31および第3コンデンサ33に回生させることにより、電磁石電流Iが緩やかに立ち下げられる。
(Phase V)
Phase V is a slow-down phase. In the phase V, the regeneration to the
より詳しくは、フェイズVでは、第2電流源3の第4出力端→第2電流源3の第3スイッチング素子35c(ダイオード)→第2コンデンサ31→第2電流源3の第2スイッチング素子35b(ダイオード)→第2電流源3の第3出力端→第1電流源2の第2出力端→第1電流源2の第4スイッチング素子25d→第1電流源2の第2スイッチング素子25b(ダイオード)→第1電流源2の第1出力端の経路と、・・・→第2電流源3の第3スイッチング素子35c(ダイオード)→第2電流源3の第5スイッチング素子35e→第3コンデンサ33→第2電流源3の第2スイッチング素子35b(ダイオード)→・・・の経路で回生電流が流れる。
More specifically, in phase V, the fourth output terminal of the second
これにより、回生電流が、第2コンデンサ31および第3コンデンサ33に回生され、電磁石電流Iが、第3の傾きよりも緩やかな勾配(以下「第4の傾き」という)で低下していく。電磁石電流Iの勾配が緩やかになると、電磁石5と第2電流源3との間で発生する共振のエネルギーは小さくなるので、図4(B)に示すように、電磁石電流I立ち下げのゼロクロス時における振動は抑制(例えば、頂部における電流値の0.1%以下に抑制)される。
As a result, the regenerative current is regenerated in the
なお、フェイズVでは、第1電流源2の第1スイッチング素子25aをONに設定し、第1電流源2の第4スイッチング素子25dをOFFに設定してもよい。この場合、回生電流は、・・・→第1電流源2の第2出力端→第1電流源2の第3スイッチング素子25c(ダイオード)→第1電流源2の第1スイッチング素子25a→第1電流源2の第1出力端→・・・の経路で流れる。
In phase V, the
[充電電源制御部の動作]
まず、図2を参照して、充電電源制御部7の動作の概要を説明する。
[Operation of charging power supply controller]
First, an outline of the operation of the charging power
充電電源制御部7では、フェイズII〜フェイズIVにおいて、電流センサ8により測定された立ち上げ直後(図3(C)の時間t1)における電磁石電流I1、立ち下げ直前(図3(C)の時間t2)における電磁石電流I2、立ち上げ直後および立ち下げ直前とは異なる頂部(図3(C)の時間t5)における電磁石電流I3の電流値が、差分算出部71に入力される。
In the charging power
差分算出部71は、これらの電流値(実測値)と、PLC73から出力されFPGA72でD/A変換された電磁石電流Iの設定値(目標値)との差分を算出し、算出した差分を反転増幅してFPGA72に出力する。FPGA72は、反転増幅された差分をA/D変換し、PLC73に出力する。なお、電磁石電流Iの設定値(目標値)は、オペレータにより予め設定される。
The
PLC73は、記憶部74を参照しつつ、FPGA72から出力された差分に基づいて後述するフィードバック制御を行い、第1〜第3コンデンサ21、31、33の充電電圧(第1電圧、第2電圧、第3電圧)の設定値を定め、該設定値に応じた出力電圧指令値を各充電電源20、30、32に出力する。
The
[フィードバック制御]
続いて、図5〜図8を参照して、PLC73で行われるフィードバック制御について具体的に説明する。PLC73では、FPGA72から出力された差分Idiff1、Idiff2、Idiff3をきっかけとして、フィードバック制御が開始される。
[Feedback control]
Next, feedback control performed by the
図5に示すように、PLC73は、まず差分入力の有無を判定する(S1)。PLC73は、FPGA72から出力された電磁石電流I1、I2、I3の各差分Idiff1、Idiff2、Idiff3が入力されていない場合は、差分入力なしと判定し(S1でNo)、各差分Idiff1、Idiff2、Idiff3が入力されるまで差分入力の判定(S1)を繰り返す。
As shown in FIG. 5, the
一方、各差分Idiff1、Idiff2、Idiff3が入力されると、PLC73は、差分入力ありと判定し(S1でYes)、電流値判定手段73aにより、電磁石電流I1が所定の範囲に含まれているか否かの第1判定を行い、第1コンデンサ21の充電電圧(第1電圧)の設定値を補正する必要があるか否かを判断する(S2、S5、S8)。本実施形態では、電磁石電流I1の差分Idiff1の絶対値が後述する範囲R1、R2またはR3に含まれているか否かにより、電磁石電流I1が所定の範囲に含まれているか否かを判定する。
On the other hand, when the difference I diff1, I diff2, I diff3 is input, PLC73, it is determined that there is differential input (in S1 Yes), the current value determination means 73a, the electromagnet current I 1 within a predetermined range First, it is determined whether or not the set value of the charging voltage (first voltage) of the
図6に示すように、記憶部74には、第1判定および後述する第2、第3判定で用いられる複数の範囲R1、R2、・・・R9と、第1〜第3電圧の補正に用いられる複数の補正量K1、K2、・・・K9とが格納されている。本実施形態における各範囲R1、R2、・・・R9の境界値Iset1、Iset2、Iset3は、それぞれ頂部における電磁石電流Iの設定値(目標値)×10%、上記設定値×1%、上記設定値×0.1%に設定されている。また、第1電圧の補正に用いられる補正量K1、K2、K3は、範囲が狭いほど小さくなるように各範囲R1、R2、R3に1対1で関連付けられている。第2電圧の補正に用いられる補正量K4、K5、K6および第3電圧の補正に用いられる補正量K7、K8、K9も、同様に各範囲R4、R5、・・・R9に1対1で関連付けられている。 As shown in FIG. 6, the storage unit 74 includes a plurality of ranges R 1 , R 2 ,... R 9 and first to third voltages used in the first determination and second and third determinations described later. correction plurality of correction amount K 1, K 2 used in the, and · · · K 9 is stored. The boundary values I set1 , I set2 , and I set3 of the ranges R 1 , R 2 ,... R 9 in the present embodiment are the set value (target value) × 10% of the electromagnet current I at the top, respectively. X1% and the set value x0.1%. Further, the correction amounts K 1 , K 2 , and K 3 used for correcting the first voltage are associated with the ranges R 1 , R 2 , and R 3 on a one-to-one basis so as to decrease as the range becomes narrower. The correction amounts K 4 , K 5 , K 6 used for correcting the second voltage and the correction amounts K 7 , K 8 , K 9 used for correcting the third voltage are similarly set in the respective ranges R 4 , R 5 ,. .. 1 to 1 associated with R 9
ステップS2では、電流値判定手段73aにより、電磁石電流I1の差分Idiff1の絶対値が範囲R1に含まれているか否か、すなわち、差分Idiff1が設定値の10%を超えるか否かの1回目の第1判定が行われる。電流値判定手段73aは、差分Idiff1の絶対値が範囲R1に含まれている(設定値の10%を超える)と判定した場合、第1電圧の設定値の補正が必要と判断し(S2でYes)、差分Idiff1の絶対値が範囲R1に含まれていない(設定値の10%以下)と判定した場合、補正は不要と判断する(S2でNo)。
In step S2, whether or not the absolute value of the difference I diff1 of the electromagnet current I 1 is included in the range R 1 by the current value determination means 73a, that is, whether or not the difference I diff1 exceeds 10% of the set value. The first determination is performed for the first time. When it is determined that the absolute value of the difference I diff1 is included in the range R 1 (exceeds 10% of the set value), the current
ステップS2において補正が必要と判断されると(S2でYes)、PLC73は、記憶部74を参照して、範囲R1に関連付けられた補正量K1を第1電圧の設定値に加算または減算することで第1電圧の設定値を補正し、補正後の設定値を新たな設定値として定める(S3)。なお、補正量K1を加算するか減算するかは、電磁石電流I1の差分Idiff1の極性によって決まる。
If it is determined in step S2 that correction is necessary (Yes in S2), the
第1電圧の新たな設定値が定められると、PLC73は、第1コンデンサ21の充電電圧(第1電圧)が新たな設定値になるように、第1充電電源20の出力電圧指令値を決定し、該出力電圧指令値を第1充電電源20に出力する(S4)。本実施形態では、第1電圧の新たな設定値が第1充電電源20の出力電圧指令値になる。
When the new setting value of the first voltage is determined, the
第1充電電源20の出力電圧指令値が出力されると、PLC73は、次の電磁石電流I1、I2、I3の各差分Idiff1、Idiff2、Idiff3が入力されるまで、再び差分入力の有無を判定(S1)を繰り返す。すなわち、本実施形態に係る電磁石用電源装置1Aでは、一のパルスに対して最大1回の補正が行われることとなる。
When the output voltage command value of the first
一方、ステップS2において補正が不要と判断されると(S2でNo)、電流値判定手段73aは、電磁石電流I1の差分Idiff1の絶対値が範囲R2に含まれるか否か、すなわち、差分Idiff1が設定値の10%〜1%の範囲内に含まれているか否かの2回目の第1判定を行い、第1電圧の設定値の補正が必要か否かの判断を行う(S5)。
On the other hand, if it is determined in step S2 that no correction is necessary (No in S2), the current
ステップS5において補正が必要と判断されると(S5でYes)、PLC73は、範囲R2に関連付けられた補正量K2を第1電圧の設定値に加算または減算することで第1電圧の設定値を補正し(S6)、補正後の新たな設定値に応じた第1充電電源20の出力電圧指令値を出力し(S7)、再び差分入力の有無を判定する(S1)。
If it is determined in step S5 that correction is necessary (Yes in S5), the
一方、ステップS5において補正が不要と判断されると(S5でNo)、電流値判定手段73aは、電磁石電流I1の差分Idiff1の絶対値が範囲R3に含まれるか否か、すなわち差分Idiff1が設定値の1%〜0.1%の範囲内に含まれているか否かの3回目の第1判定が行い、第1電圧の設定値の補正が必要か否かの判断を行う(S8)。
On the other hand, if it is determined in step S5 that no correction is necessary (No in S5), the current
ステップS8において補正が必要と判断されると(S8でYes)、PLC73は、範囲R3に関連付けられた補正量K3を第1電圧の設定値に加算または減算することで第1電圧の設定値を補正し(S9)、補正後の新たな設定値に応じた第1充電電源20の出力電圧指令値を出力し(S10)、再び差分入力の有無を判定する(S1)。
If it is determined in step S8 that correction is necessary (Yes in S8), the
一方、ステップS8において補正が不要と判断されると(S8でNo)、PLC73は、第1電圧の設定値を補正することなく、直前の設定値を新たな設定値として定め(S11)、第1充電電源20の出力電圧指令値を出力する(S12)。
On the other hand, if it is determined in step S8 that no correction is necessary (No in S8), the
次いで、図7に示すように、電流値判定手段73aは、電磁石電流I2の差分Idiff2の絶対値が所定の範囲R4、R5またはR6に含まれているか否かの第2判定を行い、第2コンデンサ31の充電電圧(第2電圧)の設定値の補正が必要か否かの判断を行う(S13、S16、S19)。第2判定は、第1判定と同様に、段階的に狭くした範囲R4、R5、R6を用いて最大3回行われる。 Next, as shown in FIG. 7, the current value determining means 73 a performs the second determination as to whether or not the absolute value of the difference I diff2 of the electromagnet current I 2 is included in a predetermined range R 4 , R 5 or R 6. To determine whether or not it is necessary to correct the set value of the charging voltage (second voltage) of the second capacitor 31 (S13, S16, S19). Similar to the first determination, the second determination is performed a maximum of three times using the ranges R 4 , R 5 , and R 6 that are narrowed in stages.
ステップS13、S16、S19において補正が必要と判断されると(S13、S16、S19でYes)、PLC73は、範囲R4、R5、R6に関連付けられた補正量K4、K5、K6を第2電圧の設定値に加算または減算することで第2電圧の設定値を補正し(S14、S17、S20)、補正後の新たな設定値に応じた第2充電電源30の出力電圧指令値を出力し(S15、S18、S21)、再び差分入力の有無を判定する(S1)。
If it is determined in steps S13, S16, and S19 that correction is necessary (Yes in S13, S16, and S19), the
一方、ステップS13、S16、S19のすべてにおいて補正が不要と判断されると(S19でNo)、PLC73は、第2電圧の設定値を補正することなく(S22)、第2充電電源30の出力電圧指令値を出力する(S23)。
On the other hand, if it is determined that correction is not necessary in all of steps S13, S16, and S19 (No in S19), the
次いで、図8に示すように、電流値判定手段73aは、電磁石電流I3の差分Idiff3の絶対値が所定の範囲R7、R8またはR9に含まれているか否かの第3判定を行い、第3コンデンサ33の充電電圧(第3電圧)の設定値の補正が必要か否かの判断を行う(S24、S27、S30)。第3判定は、第1判定および第2判定と同様に、段階的に狭くした範囲R7、R8、R9を用いて最大3回行われる。 Next, as shown in FIG. 8, the current value determining means 73 a performs the third determination as to whether or not the absolute value of the difference I diff3 of the electromagnet current I 3 is included in a predetermined range R 7 , R 8 or R 9. To determine whether or not it is necessary to correct the set value of the charging voltage (third voltage) of the third capacitor 33 (S24, S27, S30). Similar to the first determination and the second determination, the third determination is performed up to three times using the ranges R 7 , R 8 , and R 9 that are narrowed in stages.
ステップS24、S27、S30において補正が必要と判断されると(S24、S27、S30でYes)、PLC73は、範囲R7、R8、R9に関連付けられた補正量K7、K8、K9を第3電圧の設定値に加算または減算することで第3電圧の設定値を補正し(S25、S28、S31)、補正後の新たな設定値に応じた第3充電電源32の出力電圧指令値を出力し(S26、S29、S32)、再び差分入力の有無を判定する(S1)。
If it is determined that correction is necessary in steps S24, S27, and S30 (Yes in S24, S27, and S30), the
一方、ステップS24、S27、S30のすべてにおいて補正が不要と判断されると(S30でNo)、PLC73は、第3電圧の設定値を補正することなく(S33)、第3充電電源32の出力電圧指令値を出力し(S34)、再び差分入力の有無を判定する(S1)。
On the other hand, if it is determined that correction is unnecessary in all of steps S24, S27, and S30 (No in S30), the
結局、PLC73で行われるフィードバック制御によれば、最初に第1電圧の設定値が定められ(S11)、電磁石電流I1の電流値が決定される。次いで、第2電圧の設定値が定められ(S14、S17、S20、S22)、電磁石電流I2の電流値が決定される。第2電圧の設定値が定められたことにより、第1電圧の設定値の補正が必要になった場合は、図5に示すフローに従って第1電圧の設定値が補正される(S3、S6、S9)。第1電圧の設定値が定まり(S11)、第2電圧の設定値も定まった場合は(S22)、最後に、第3電圧の設定値が定められる(S25、S28、S31、S33)。第3電圧の設定値を定めたことにより、第2電圧の設定値の補正が必要になった場合は、図5に示すフローに従って第1電圧の設定値が定められた後に図6に示すフローに従って第2電圧の設定値が補正される(S14、S17、S20)。
After all, according to the feedback control performed by the
すなわち、本実施形態に係る電磁石用電源装置1Aによれば、長時間の使用により電磁石電流Iの電流値が低下した場合には、PLC73で行われるフィードバック制御により、一のパルスに対して最大1回の補正が行われ、第1電圧、第2電圧、第3電圧の順に新たな設定値が定められ、第1〜第3電圧が補正後の新たな設定値になるように各充電電源20、30、32の出力電圧が制御される。したがって、本実施形態に係る電磁石用電源装置1Aによれば、図9に示すように、長時間安定して所望の電磁石電流(パルス状電流)Iを得ることができる。
That is, according to the electromagnet
[変形例]
以上、本発明に係る電磁石用電源装置の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではない。
[Modification]
As mentioned above, although preferable embodiment of the power supply device for electromagnets which concerns on this invention was described, this invention is not limited to the said structure.
図10に、本発明の変形例に係る電磁石用電源装置1Bを示す。電磁石用電源装置1Bは、第2電流源3ではなく、第2電流源4を備えている点において、上記実施形態に係る電磁石用電源装置1Aと異なっている。
FIG. 10 shows an electromagnet power supply device 1B according to a modification of the present invention. The electromagnet power supply device 1B is different from the electromagnet
第2電流源4は、第3電圧(例えば、100V)を出力する第3充電電源42と、第3電圧で充電される第3コンデンサ43と、第4電圧(例えば、数十V)を出力する第4充電電源40と、第3電圧および第4電圧の和電圧(例えば、百数十V)である第2電圧で充電される第2コンデンサ41と、第3コンデンサ43に直列接続された整流素子44と、Hブリッジ接続された4つのスイッチング素子45a〜45dと、整流素子44に並列接続された第5スイッチング素子45eとを備えている。ただし、上記実施形態と同様、第2電流源4の第2スイッチング素子45bおよび第3スイッチング素子45cは、ON(導通)/OFF(非導通)を切り替えることがなく、制御部6により制御する必要がないため、ダイオードでまかなうことができ、駆動回路46は不要である。
The second
電磁石用電源装置1Bでは、第2コンデンサ41が第3電圧および第4電圧の和電圧である第2電圧で充電されるので、充電電源制御部7は、図7のステップS15、S18、S21、S23において、第2コンデンサ41の充電電圧(第2電圧)がステップS14、S17、S20、S22で定めた設定値になるように、第3充電電源42および第4充電電源40の各出力電圧指令値を決定し、該出力電圧指令値を第3充電電源42および第4充電電源40に出力する。これにより本変形例に係る電磁石用電源装置1Bでは、上記実施形態と同様、長時間安定して所望の電磁石電流Iを得ることができる。
In the electromagnet power supply device 1B, since the
また、上記実施形態では、頂部における電磁石電流I3の電流値として、立ち上げ直後の過渡的な変化がほぼ収まった時点(図3(C)の時間t5)における電流値を用いたが、立ち上げ直後および立ち下げ直前とは異なる頂部における2点以上の電流値の平均値を用いてもよい。 In the above embodiment, as the current value of the electromagnet current I 3 at the top, the current value at the time when the transitional change immediately after start-up is almost settled (time t 5 in FIG. 3C) is used. You may use the average value of the current value of 2 or more points | pieces in the top part different from immediately before starting and immediately before falling.
上記実施形態では、第1〜第3判定をいずれも3回行っているが、判定回数は減らしてもよいし、増やしてもよい。なお、判定回数を増やす場合には、一の電磁石電流Iが生成されてから次の電磁石電流Iが生成される前(フェイズIIに移行する前)までに、すべての判定を完了させる必要がある。 In the above embodiment, the first to third determinations are all performed three times, but the number of determinations may be reduced or increased. When the number of determinations is increased, it is necessary to complete all determinations after the generation of one electromagnet current I and before the generation of the next electromagnet current I (before shifting to Phase II). .
上記実施形態における第1判定で用いられる範囲R1、R2、R3は、段階的に狭くなるのであれば任意に変更でき、補正量K1、K2、K3も、段階的に小さくなるのであれば、任意に変更できる。また、第2、第3判定で用いられる範囲R4、R5、・・・R9および補正量K4、K5、・・・K9も、同様に変更できる。 The ranges R 1 , R 2 , R 3 used in the first determination in the above embodiment can be arbitrarily changed as long as they are narrowed in steps, and the correction amounts K 1 , K 2 , K 3 are also small in steps. If it becomes, it can be changed arbitrarily. The ranges R 4 , R 5 ,... R 9 and the correction amounts K 4 , K 5 ,... K 9 used in the second and third determinations can be changed in the same manner.
上記実施形態では、第1〜第3判定において、電磁石電流I1、I2、I3が所定の範囲に含まれているか否かを、電磁石電流I1、I2、I3の各差分Idiff1、Idiff2、Idiff3の絶対値が所定の範囲R1〜R9に含まれているか否かにより判定しているが、他の方法により判定してもよい。 In the above embodiment, in the first to third determination, electromagnet currents I 1, I 2, whether I 3 is included in a predetermined range, the electromagnet currents I 1, I 2, each of the I 3 difference I The determination is based on whether or not the absolute values of diff1 , I diff2 and I diff3 are included in the predetermined ranges R 1 to R 9 , but may be determined by other methods.
上記実施形態では、第2電流源3に第5スイッチング素子35eを設け、フェイズVにおいて回生電流を第2コンデンサ31および第3コンデンサ33に回生させているが、第5スイッチング素子35eを設けることなく、回生電流を第2コンデンサ31だけに回生させてもよい。
In the above embodiment, the second
上記実施形態では、異なる電圧で予め充電された2つのコンデンサ(第2コンデンサ31、第3コンデンサ33)の放電電流により電磁石電流Iの頂部における電流値を一定に維持したが、電磁石電圧波形を理想とする電磁石電圧波形により近似させるという観点から、コンデンサの数は3つ以上とし、電磁石電圧の傾きを2回以上、切り替えることがより好ましい。コンデンサの数を3つ以上とする場合、充電電源制御部7では、例えば、図7のステップS14、S17、S20、S22において、第2電流源3に含まれるコンデンサのうち最も充電電圧が高くなるコンデンサの充電電圧の設定値を定め、かつ図8のステップS25、S28、S31、S33において、第2電流源3における残りのコンデンサの充電電圧の設定値を定めてもよい。
In the above embodiment, the current value at the top of the electromagnet current I is kept constant by the discharge currents of the two capacitors (
上記実施形態に係る電磁石用電源装置1Aでは、充電電源制御部7がステップS2〜S34の制御を行うか否かを選択できるスイッチを設け、ステップS1とステップS2の間において上記スイッチのON/OFFを判定するステップを追加してもよい。かかるステップでスイッチONと判定された場合には、上述したようにステップS2〜S34の制御が行われ、スイッチOFFと判定された場合には、第1〜3電圧の設定値を補正することなく、各充電電源20、30、32の出力電圧指令値を出力し、再び差分入力の有無を判定する(S1)よう構成できる。
In the electromagnet
上記実施形態における第1電流源2のスイッチング素子25a〜25dおよび第2電流源3のスイッチング素子35a〜35eは、いずれもIGBTとダイオードの並列回路で構成することができる。
The
1A、1B 電磁石用電源装置
2 第1電流源
3、4 第2電流源
5 電磁石
6 制御部
7 充電電源制御部
8 電流センサ(電流値測定手段)
20 第1充電電源
21 第1コンデンサ
25a〜25d 第1電流源の第1〜第4スイッチング素子
26、36、46 駆動回路
30 第2充電電源
31、41 第2コンデンサ
32、42 第3充電電源
33、43 第3コンデンサ
34、44 整流素子
35a〜35d、45a〜45d、 第2電流源の第1〜第4スイッチング素子
35e、45e、 第2電流源の第5スイッチング素子
40 第4充電電源
71 差分算出部
72 FPGA
73 PLC
73a 電流値判定手段
74 記憶部
1A, 1B Electromagnet
20 1st
73 PLC
73a Current value determination means 74 storage section
Claims (7)
第1電圧で充電された第1コンデンサの第1放電電流を前記電磁石に供給することにより、前記パルス状電流を頂部まで立ち上げ、かつ前記電磁石の逆起電圧による回生電流を前記第1コンデンサに回生させることにより、前記パルス状電流を前記頂部から立ち下げる第1電流源と、
前記パルス状電流の立ち上げ後に、前記第1電圧よりも低い第2電圧で充電された第2コンデンサの第2放電電流を前記電磁石に供給し、さらにその後、前記第2電圧よりも低い第3電圧で充電された第3コンデンサの第3放電電流を前記第2放電電流とともに前記電磁石に供給することにより、前記パルス状電流の立ち下げ前まで前記パルス状電流を前記頂部において維持する第2電流源と、
前記第1電流源および前記第2電流源に設けられ、前記第1コンデンサ、前記第2コンデンサおよび前記第3コンデンサを充電する充電電源と、
少なくとも前記パルス状電流の前記立ち上げ直後の第1電流値、前記立ち下げ直前の第2電流値、前記立ち上げ直後および前記立ち下げ直前とは異なる前記頂部の第3電流値を測定する電流値測定手段と、
前記第1電圧、前記第2電圧および前記第3電圧の各設定値を定め、前記第1電圧、前記第2電圧および前記第3電圧が前記各設定値になるように前記充電電源の出力電圧を制御する充電電源制御部と、
を備え、
前記充電電源制御部は、前記第1電流値が所定の範囲に含まれているか否かの第1判定、前記第2電流値が所定の範囲に含まれているか否かの第2判定、前記第3電流値が所定の範囲に含まれているか否かの第3判定を行い、前記第1判定、前記第2判定および前記第3判定の結果に基づいてそれぞれ、前記第1電圧の設定値、前記第2電圧の設定値および前記第3電圧の設定値の補正が必要か否かを判断する電流値判定手段を有し、
前記電流値判定手段は、一のパルス状電流が生成されるたびに必ず前記第1判定を行い、該第1判定において前記第1電圧の設定値の補正が不要と判断された場合は前記第2判定を行い、該第2判定において前記第2電圧の設定値の補正が不要と判断された場合は前記第3判定を行う一連の判定ステップを繰り返し実行し、前記充電電源制御部は、補正が必要と判断された設定値を補正し、前記第1電圧、前記第2電圧および前記第3電圧が補正後の設定値になるように前記充電電源の出力電圧を制御することを特徴とする電磁石用電源装置。 An electromagnet power supply device that continuously applies a pulsed current to an electromagnet,
By supplying a first discharge current of a first capacitor charged with a first voltage to the electromagnet, the pulsed current is raised to the top, and a regenerative current due to a back electromotive voltage of the electromagnet is supplied to the first capacitor. A first current source that causes the pulsed current to fall from the top by regenerating,
After the rise of the pulsed current, a second discharge current of a second capacitor charged with a second voltage lower than the first voltage is supplied to the electromagnet, and then a third lower than the second voltage. Supplying a third discharge current of a third capacitor charged with a voltage together with the second discharge current to the electromagnet, thereby maintaining the pulsed current at the top until the pulsed current falls. The source,
A charging power source provided in the first current source and the second current source, for charging the first capacitor, the second capacitor, and the third capacitor;
At least a first current value immediately after the rise of the pulsed current, a second current value immediately before the fall, and a current value that measures a third current value of the top that is different from the just after the rise and immediately before the fall Measuring means;
The set values of the first voltage, the second voltage, and the third voltage are determined, and the output voltage of the charging power supply is set so that the first voltage, the second voltage, and the third voltage become the set values. A charging power control unit for controlling
With
The charging power supply controller includes a first determination as to whether or not the first current value is included in a predetermined range, a second determination as to whether or not the second current value is included in a predetermined range, A third determination is made as to whether or not the third current value is included in a predetermined range, and the set values of the first voltage are determined based on the results of the first determination, the second determination, and the third determination, respectively. And a current value determining means for determining whether or not correction of the set value of the second voltage and the set value of the third voltage is necessary,
The current value determination means always performs the first determination every time one pulsed current is generated. If it is determined in the first determination that correction of the set value of the first voltage is unnecessary, the current value determination means 2, and when it is determined that the correction of the set value of the second voltage is unnecessary in the second determination, a series of determination steps for performing the third determination is repeatedly performed, and the charging power supply controller The set value determined to be necessary is corrected, and the output voltage of the charging power source is controlled so that the first voltage, the second voltage, and the third voltage become the set values after correction. Electromagnet power supply.
前記第1判定の結果、前記第1電圧の設定値の補正が必要と判断された場合に、前記第1電圧の設定値を補正し、補正後の前記第1電圧の設定値となるように前記充電電源の出力電圧を制御し、再び前記第1判定を行った後、前記第1電圧の設定値の補正が不要と判断された場合に、前記第1電圧の設定値を補正することなく前記第2判定に移行し、
前記第2判定の結果、前記第2電圧の設定値の補正が必要と判断された場合に、前記第2電圧の設定値を補正し、補正後の前記第2電圧の設定値となるように前記充電電源の出力電圧を制御し、再び前記第1判定および前記第2判定を順に行った後、前記第2電圧の設定値の補正が不要と判断された場合に、前記第2電圧の設定値を補正することなく前記第3判定に移行し、
前記第3判定の結果、前記第3電圧の設定値の補正が必要と判断された場合に、前記第3電圧の設定値を補正し、補正後の前記第3電圧の設定値となるように前記充電電源の出力電圧を制御し、再び前記第1判定、前記第2判定および前記第3判定を順に行った後、前記第3電圧の設定値の補正が不要と判断された場合に、前記第3電圧の設定値を補正することなく前記第1判定に移行することを特徴とする請求項1記載の電磁石用電源装置。 In the determination step, the charging power supply controller
As a result of the first determination, when it is determined that the set value of the first voltage needs to be corrected, the set value of the first voltage is corrected so as to be the set value of the first voltage after correction. After controlling the output voltage of the charging power source and performing the first determination again, if it is determined that correction of the set value of the first voltage is unnecessary, the set value of the first voltage is not corrected. Transition to the second determination,
As a result of the second determination, when it is determined that the set value of the second voltage needs to be corrected, the set value of the second voltage is corrected so as to be the set value of the second voltage after correction. When the output voltage of the charging power source is controlled and the first determination and the second determination are performed again in order, and it is determined that correction of the set value of the second voltage is unnecessary, the setting of the second voltage is performed. The process proceeds to the third determination without correcting the value,
As a result of the third determination, when it is determined that the setting value of the third voltage needs to be corrected, the setting value of the third voltage is corrected so that the corrected setting value of the third voltage is obtained. When the output voltage of the charging power source is controlled and the first determination, the second determination, and the third determination are sequentially performed again, and it is determined that correction of the set value of the third voltage is unnecessary, The electromagnet power supply device according to claim 1, wherein the first determination is made without correcting a set value of the third voltage.
前記第1判定、前記第2判定および前記第3判定は、それぞれ前記複数の範囲が大きい順に用いられ、
前記充電電源制御部は、前記電流値判定手段においていずれかの判定で補正が必要と判断された場合は、前記記憶部を参照して、該判定に用いられた範囲に関連付けられた補正量を加算または減算することで前記設定値を補正することを特徴とする請求項1または2に記載の電磁石用電源装置。 The charging power supply control unit is configured to correct a plurality of ranges used in the first determination, and a plurality of ranges used in the correction of the first voltage, which are associated with the ranges in a one-to-one relationship so as to be smaller as the range is smaller. A correction amount, a plurality of ranges used in the second determination, and a plurality of correction amounts used for correcting the second voltage, which are related to the range in a one-to-one relationship so that the range is smaller as the range is smaller. A plurality of ranges used in the third determination, and a plurality of correction amounts used for correcting the third voltage, which are related to the plurality of ranges on a one-to-one basis so as to decrease as the range becomes narrower. A storage unit further stored;
The first determination, the second determination, and the third determination are used in order of increasing the plurality of ranges,
If the current value determination means determines that correction is necessary in the current value determination unit, the charging power supply control unit refers to the storage unit and calculates a correction amount associated with the range used for the determination. 3. The electromagnet power supply device according to claim 1, wherein the set value is corrected by addition or subtraction.
前記第1電圧を出力する第1充電電源と、
前記第2電圧を出力する第2充電電源と、
前記第3電圧を出力する第3充電電源と、
を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の電磁石用電源装置。 The charging power source is
A first charging power supply for outputting the first voltage;
A second charging power source for outputting the second voltage;
A third charging power source for outputting the third voltage;
The electromagnet power supply device according to claim 1, comprising:
前記第1電圧を出力する第1充電電源と、
前記第3電圧を出力する第3充電電源と、
第4電圧を出力する第4充電電源と、
を有し、
前記第2電圧は、前記第3電圧および前記第4電圧の和電圧であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の電磁石用電源装置。 The charging power source is
A first charging power supply for outputting the first voltage;
A third charging power source for outputting the third voltage;
A fourth charging power source for outputting a fourth voltage;
Have
6. The electromagnet power supply device according to claim 1, wherein the second voltage is a sum voltage of the third voltage and the fourth voltage.
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