(57)【要約】【課題】  適用するシステムにより、制御部分の演算タイミングとして、電流指令値の演算タイミングと同期を取る方法と系統電圧と同期を取る方法を選択できるようにした電磁石電源制御装置を提供する。【解決手段】  タイミング発生器２０からのグローバルクロックパルスは電流基準発生器２１に入力されるとともに、切り替えスイッチ２５に供給される。位相検出器２４からの電圧位相に同期したクロックパルス（系統同期パルス）も切り替えスイッチ２５に供給される。２つのクロックパルスは切り替えスイッチ２５にて選択され、電流制御部２２およびゲート制御部２３に入力され、演算タイミング信号として使用される。これにより、制御部分の演算タイミングとして、２つの演算タイミングの同期方法を選択することができ、適用するシステムに応じて、より高精度に運転できる方を容易に選択することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源に接続され交直変換を行う交直変換器と、この交直変換器と負荷となる電磁石とを接続する直流母線の直流電流を検出する直流電流検出手段と、前記直流電流の電流基準値を与える手段と、前記直流電流検出手段により検出された直流電流検出値と前記電流基準値の偏差から、前記交直変換器の操作量を制御する第１の制御手段と、前記交直変換器に対するゲート信号を制御する第２の制御手段と、前記第１の制御手段と前記第２の制御手段のうちの少なくとも一方を含む制御部分の演算タイミングを決めるクロック信号を出力する第１のクロック信号出力手段と、前記交流電源の系統電圧から電圧位相情報を検出し系統電圧に同期したクロック信号を出力する第２のクロック信号出力手段と、前記第１のクロック信号出力手段および前記第２のクロック信号出力手段から出力される２つのクロック信号を切り替える切り替え手段とを備えたことを特徴とする電磁石電源制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁石電源制御装置において、前記切り替え手段により切り替えられたクロック信号が前記第２の制御手段のみに入力されるように構成したことを特徴とする電磁石電源制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電磁石電源制御装置において、前記切り替え手段により切り替えられたクロック信号が前記第１の制御手段のみに入力されるように構成したことを特徴とする電磁石電源制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交直変換を行う変換器を有する電磁石電源を制御する電磁石電源制御装置に係り、特に直流電流のリプル低減を目的にした電磁石電源制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来の電磁石電源制御装置の構成を示す回路図である。ここでは、医療・物理学研究に用いられる加速器用電磁石電源を制御する電磁石電源制御装置を例に挙げて説明する。電磁石電源は、高エネルギーの陽子ビームを生成するために、電磁石コイルを高精度で励磁する必要がある。このため、電源の仕様は、定格直流電流Ｉｏに対し、電流リプルの正規化値（ΔＩｒ／Ｉｏ）は１０−４〜１０−６オーダ以下の高精度制御が求められる。
【０００３】
図４において、１は交直変換器の主回路部、２は交直変換器の制御部である。また３は交流電源、４は変圧器、５は交直変換器、６は受動フィルタ、７は電磁石である。
【０００４】
交流電源３は、変圧器４を介して交直変換器５に接続される。変圧器４は、交直変換器５に対して所望の変圧比と位相条件を与える。交直変換器５は、交流電力を直流電力に変換し、直流電流出力を可能とする。交直変換器５は、自己消弧形素子、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）により構成され、ＩＧＢＴをオン／オフ制御することで、電磁石７へ直流電流を供給できる。変換方式例としては、電流型コンバータや電圧型コンバータ＋チョッパが挙げられる。
【０００５】
受動フィルタ６は、交直変換器５の出力に含まれる電流リプルを低減するために用いられる。一般に、リアクトル、コンデンサ、抵抗による２次のローパスフィルタで構成される。
【０００６】
電磁石７は、直流母線により、主回路部１と並列に接続された負荷であり、数十ｍＨ〜数Ｈの大きいインダクタンス値をもつ。
【０００７】
以下、図４を用いて、電磁石電源制御装置の構成と併せて制御動作を説明する。
【０００８】
２１は電流基準発生回路で、電磁石７を励磁する直流電流基準Ｉｄ＊を生成する。この直流電流基準Ｉｄ＊と、直流電流検出器（ＤＣＣＴ）８により得られた直流母線の直流電流値Ｉｄとの差をとることで、直流電流偏差ΔＩ（ΔＩ＝Ｉｄ＊−Ｉｄ）が求められる。直流電流偏差ΔＩから、電流制御部２２は、直流電流の制御量を得る。ＡＣＰＴ９は、交直変換器の接続されている系統電圧Ｖａｃを検出する。検出した系統電圧Ｖａｃを入力し系統電圧Ｖａｃの位相を検出する位相検出器２４により、位相情報がゲート制御部２３に送られる。直流電流の制御量に合わせ、ゲート制御部２３を介して、交直変換器５内のＩＧＢＴにオン／オフ制御信号が与えられる。
【０００９】
前述の電流基準発生器２１、電流制御部２２、およびゲート制御部２３はマイコンおよび電子回路で構成され、定周期で演算を行っている。従来の電磁石電源制御装置では、高精度制御を行うため、２通りの方法にて前述の電流基準発生器２１、電流制御部２２、ゲート制御部２３の演算を行っている。１つは、タイミング発生器などから出力される基準パルス(グローバルクロック)と同期を取り、電流指令値と、電流制御部２２、ゲート制御部２３などの制御部の演算を常に同じタイミングで行うことができる方法である。またもう１つは位相検出器２４から出力される系統電圧に同期したパルスをトリガとして電流制御部２２、ゲート制御部２３などの制御部の演算を行う方法である。
【００１０】
前者の方法では、常に電流指令値と同じタイミングで演算されるため、電流パターンの繰り返しの再現性がよいと考えられている。一方、後者は系統の位相に同期しているため、変換器出力としての動作特性が向上すると考えられている。
【００１１】
なお、加速器用電磁石電源を制御する電磁石電源制御装置において、電力系統と同期をとることは、例えば特許文献１に記載されている。
【００１２】
以上に述べたように、電磁石電源は、電磁石電流リプル１０−４〜１０−６オーダ以下の高精度制御が求められるため、制御部においてもその演算タイミングは重要な要素となる。
【特許文献１】特開平６−６８９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来の電磁石電源制御装置では、制御部分の演算タイミングとして、前述のように電流指令値の演算タイミングと同期を取る方法や系統電圧と同期を取る方法があった。しかしながら、高精度を達成する上で、システム構成による違い、設置される系統環境などで、どちらか一方を事前に決定するのは困難であり、現地での調整において容易に変更できることが望まれる。
【００１４】
よって、本発明は、適用するシステムに応じて、制御部分の演算タイミングとして、電流指令値の演算タイミングと同期を取る方法と系統電圧と同期を取る方法の２つの演算タイミングの同期方法の一方を選択できるようにした電磁石電源制御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】
【００１５】
上記の目的を達成するために、本発明に係る電磁石電源制御装置は、交流電源に接続され交直変換を行う交直変換器と、この交直変換器と負荷となる電磁石とを接続する直流母線の直流電流を検出する直流電流検出手段と、直流電流の電流基準値を与える手段と、直流電流検出手段により検出された直流電流検出値と電流基準値の偏差から、交直変換器の操作量を制御する第１の制御手段と、交直変換器に対するゲート信号を制御する第２の制御手段と、前記第１の制御手段と前記第２の制御手段のうちの少なくとも一方を含む制御部分の演算タイミングを決めるクロック信号を出力する第１のクロック信号出力手段と、交流電源の系統電圧から電圧位相情報を検出し系統電圧に同期したクロック信号を出力する第２のクロック信号出力手段と、第１のクロック信号出力手段および第２のクロック信号出力手段から出力される２つのクロック信号を切り替える切り替え手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、制御部分の演算タイミングとして、電流指令値の演算タイミングに同期する方法、もしくは系統電圧に同期する方法を選択できるため、適用するシステムに応じて、より高精度に運転できる方を容易に選択することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電磁石電源制御装置の主要部の構成例を示す回路図であり、図４と同一要素については同一符号を付し、その説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００１９】
図１において、電流指令値の演算タイミングとしてタイミング発生器２０からグローバルクロックパルスが出力される。本実施形態においては、タイミング発生器２０を制御部２の外部に記載しているが、制御部２の内部でも可能である。グローバルクロックパルスは、電流基準発生器２１に入力されるとともに、切り替えスイッチ２５に供給される。一方、例えばＰＬＬなどにより構成される位相検出器２４は系統電圧から電圧位相を演算し、電圧位相に同期したクロックパルス（系統同期パルス）を出力する。出力されたクロックパルスは切り替えスイッチ２５に供給される。それぞれのクロックパルスは切り替えスイッチ２５にて選択され、選択されたクロックパルスは、電流制御部２２およびゲート制御部２３に入力される。電流制御部２２およびゲート制御部２３は、このクロックパルスをマイコンの演算タイミング信号として使用する。よって、クロックパルスに同期してマイコンの演算が実行され、その結果クロックパルスに同期したタイミングでゲート制御パルスが出力される。
【００２０】
このような構成では、電流制御部２２およびゲート制御部２３の両方を、電流指令値の演算タイミングに同期する、もしくは系統電圧に同期する方法を選択できるため、より高精度に運転できる方を容易に選択することができる。すなわち、適用するシステムに応じて、電流制御部２２およびゲート制御部２３の両方の演算タイミングを電流指令値の演算タイミングに同期させて、電流パターンの繰り返しの再現性をよくした方がよい場合は、電流指令値の演算タイミングに同期させる方を選択し、系統電圧に同期させてシステム全体の位相を合わせた方がよい場合は、系統電圧に同期させる方を選択することにより、より高精度に運転することができる。
【００２１】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る電磁石電源制御装置の主要部の構成例を示す回路図であり、図１、図４と同一要素については同一符号を付し、その説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００２２】
図１においては、切り替えスイッチ２５にて選択された方のクロックパルスを電流制御部２２とゲート制御部２３に入力したが、図２においては、電流制御部２２はタイミング発生器２０からのグローバルクロックパルスのみを入力し、ゲート制御部２３は切り替えスイッチ２５にて選択された方のクロックパルスを入力してマイコンの演算を行う。よって、電流制御部２２は電流基準発生器２１と同期して演算し、かつゲート制御部２３は系統電圧もしくはグローバルクロックパルスの選択された方に同期して演算する。
【００２３】
この構成では、ゲート制御部２３のみ演算タイミングの選択を可能にすることで、第１の実施形態と同様に、より高精度に運転できる方法を容易に選択することができる。すなわち、適用するシステムに応じて、電流制御部２２は演算タイミングを電流指令値の演算タイミングに同期させるが、ゲート制御部２３は電流指令値の演算タイミングに同期させた方がよい場合は、電流指令値の演算タイミングに同期させる方を選択し、系統電圧に同期させた方がよい場合は、系統電圧に同期させる方を選択することにより、より高精度に運転することができる。
【００２４】
（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態に係る電磁石電源制御装置の主要部の構成例を示す回路図であり、図１〜２、図４と同一要素については同一符号を付し、その説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００２５】
図１においては、切り替えスイッチ２５にて選択された方のクロックパルスを電流制御部２２とゲート制御２３に入力し、また図２においては、切り替えスイッチ２５にて選択された方のクロックパルスをゲート制御２３のみに入力したが、図３においては、切り替えスイッチ２５にて選択された方のクロックパルスを電流制御部２２のみに入力している。すなわち、ゲート制御部２３は位相検出器２４より出力されるクロックパルスのみを入力し、電流制御部２２は切り替えスイッチ２５にて選択された方のクロックパルスを入力してマイコンの演算を行う。よって、電流制御部２２は系統電圧もしくはグローバルクロックパルスに同期して演算することが可能になり、ゲート制御部２３は系統電圧に同期して演算する。
【００２６】
この構成では、電流制御部２２のみ演算タイミングの選択を可能にすることで、第１の実施形態と同様に、より高精度に運転できる方法を容易に選択することができる。すなわち、適用するシステムに応じて、ゲート制御部２３は系統電圧に同期させるが、電流制御部２２は電流指令値の演算タイミングに同期させた方がよい場合は、電流指令値の演算タイミングに同期させる方を選択し、系統電圧に同期させた方がよい場合は、系統電圧に同期させる方を選択することにより、より高精度に運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態の主要部の構成例を示す回路図。
【図２】本発明の第２の実施形態の主要部の構成例を示す回路図。
【図３】本発明の第３の実施形態の主要部の構成例を示す回路図。
【図４】従来の電磁石電源制御装置の構成例を示す回路図。
【符号の説明】
【００２８】
１…主回路部
２…制御部
３…交流電源
４…変圧器
５…交直変換器
６…受動フィルタ
７…電磁石
８…直流電流検出器（ＤＣＣＴ）
９…ＡＣＰＴ
２０…タイミング発生器
２１…電流基準発生器
２２…電流制御部
２３…ゲート制御部
２４…位相発生器
２５…切り替えスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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