(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源の交流電圧を変圧する入力変圧器と、
前記入力変圧器からの交流電力を直流電力に変換する他励式変換器と、
前記他励式変換器からの直流電力に含まれるリプルを低減する受動型のフィルタと、
コイルからなり前記他励式変換器からの直流電力が供給される直流負荷と、
前記直流負荷と並列に接続された可変インピーダンス要素と、
前記可変インピーダンス要素を所望のインピーダンス値とする指令値を与える指令値発生手段と、
前記可変インピーダンス要素のインピーダンス値を、前記指令値発生手段からの指令値となるように制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
交流電源からの交流電力を制御するサイリスタスイッチからなる交流制御器と、
前記交流制御器の交流電圧を変圧する入力変圧器と、
前記入力変圧器からの交流電力を直流電力に変換するダイオード整流器と、
前記ダイオード整流器からの直流電力に含まれるリプルを低減する受動型のフィルタと、
コイルからなり前記ダイオード整流器からの直流電力が供給される直流負荷と、
前記直流負荷と並列に接続された可変インピーダンス要素と、
前記可変インピーダンス要素を所望のインピーダンス値とする指令値を与える指令値発生手段と、
前記可変インピーダンス要素のインピーダンス値を、前記指令値発生手段からの指令値となるように制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項３】
交流電源の交流電圧を変圧する入力変圧器と、
前記入力変圧器からの交流電力を直流電力に変換する自励式変換器および直流リアクトルからなる自励式電流型変換器と、
コイルからなり前記自励式電流型変換器からの直流電力が供給される直流負荷と、
前記直流負荷と並列に接続された可変インピーダンス要素と、
前記可変インピーダンス要素を所望のインピーダンス値とする指令値を与える指令値発生手段と、
前記可変インピーダンス要素のインピーダンス値を、前記指令値発生手段からの指令値となるように制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項４】
交流電源の交流電圧を変圧する入力変圧器と、
前記入力変圧器からの交流電力を直流電力に変換する自励式変換器および直流コンデンサからなる自励式電圧型変換器と、
前記自励式変換器からの直流電力をチョッパ制御する直流チョッパと、
コイルからなり前記直流チョッパからの直流電力が供給される直流負荷と、
前記直流負荷と並列に接続された可変インピーダンス要素と、
前記可変インピーダンス要素を所望のインピーダンス値とする指令値を与える指令値発生手段と、
前記可変インピーダンス要素のインピーダンス値を、前記指令値発生手段からの指令値となるように制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項５】
交流電源の交流電圧を変圧する入力変圧器と、
前記入力変圧器からの交流電力を直流電力に変換する整流器および直流コンデンサからなる交直変換器と、
前記交直変換器からの直流電力をチョッパ制御する直流チョッパと、
コイルからなり前記直流チョッパからの直流電力が供給される直流負荷と、
前記直流負荷と並列に接続された可変インピーダンス要素と、
前記可変インピーダンス要素を所望のインピーダンス値とする指令値を与える指令値発生手段と、
前記可変インピーダンス要素のインピーダンス値を、前記指令値発生手段からの指令値となるように制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項６】
前記請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の電源装置において、
前記可変インピーダンス要素としては、スイッチと抵抗器とを備えたこと
を特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電源からの交流電力を直流電力に変換する交直変換部と、コイルからなり交直変換器からの直流電力が供給される直流負荷とを備えて構成される電源装置に係り、特にコイルからなる直流負荷に対して、小型化かつ低損失化を図りつつ、直流電流のリプル低減ならびに追従性の向上を図れるようにした電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電源装置の一つとして、交流電源からの交流電力を直流電力に変換する交直変換器と、コイルからなり交直変換器からの直流電力が供給される直流負荷とを備えて構成される電源装置が用いられてきている。
【０００３】
なお、ここでは、この種の電源装置として、医療・物理学研究等に用いられる加速器用の電磁石電源装置を例に挙げて説明する。
【０００４】
この電磁石電源装置は、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。
【０００５】
このため、電源装置の仕様としては、定格直流電流Ｉoに対して、電流リプルＩｒの正規化値（△Ｉｒ／Ｉo）は、１０-4〜１０-6オーダ以下、追従性△Ｉｆの正規化値（△Ｉｆ／Ｉo）は、１０-3〜１０-4オーダ以下の高精度制御が求められる。
【０００６】
図９はこの種の従来の電源装置の構成例を示す回路図、図１０は同電源装置の動作を説明するための波形図である。
【０００７】
図９に示すように、電源装置は、交流電源１からの交流電力を直流電力に変換する交直変換部である交直変換器２と、コイルからなり前記交直変換器からの直流電力が供給される直流負荷である電磁石コイル４と、交直変換器２と電磁石コイル４との間に接続されたフィルタ３とから構成されている。
【０００８】
ここで、交直変換器２は、自己消弧形素子、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎsｉsｔｏｒ）により構成され、当該ＩＧＢＴをオン／オフ制御することにより、電磁石コイル４へ直流電力（負荷電流）を供給する。
【０００９】
フィルタ３は、交直変換器２からの出力に含まれるリプルを低減するために用いられる受動型のフィルタである。
【００１０】
このフィルタ３は、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。
【００１１】
電磁石コイル４は、本電源装置の直流負荷であり、コイル４ａとコイル４ａの内部抵抗４ｂとからなる。
【００１２】
このコイル４ａとしては、インダクタンス値が数十ｍＨ〜数Ｈの大きいコイルが使用される。
【００１３】
一方、電流基準発生回路１１は、電磁石コイル４を励磁する直流電流パターンを生成する。
【００１４】
この電流基準発生回路１１からの出力が、図１０に示す直流電流指令値Ｉｄ*となる。
【００１５】
この直流電流指令値Ｉｄ*と、直流電流検出器５により得られた直流電流値Ｉｄとの差をとることによって、直流電流偏差△Ｉ（△Ｉ＝Ｉｄ*−Ｉｄ）が求められる。
【００１６】
前述した直流電流リプル・追従性は、この直流電流偏差△Ｉによって定義される。
【００１７】
図１０に示すように、直流電流パターン（直流電流指令値Ｉｄ*）は、１パターンの電流波形が、４つの部分（▲１▼フラットボトム、▲２▼加速、▲３▼フラットトップ、▲４▼減速）に分けられ、このパターンの繰り返しとなる。
【００１８】
直流電流定格値（フラットトップの電流値）をＩoとした場合、直流電流リプルは、フラット部分（▲１▼フラットボトム、▲３▼フラットトップ）の直流電流偏差△Ｉに含まれる電流リプルＩｒの正規化値（△Ｉｒ／Ｉo）で表わされる。
【００１９】
また、追従性は、ランプ状の部分（▲２▼加速）の直流電流偏差△Ｉｆの正規化値（△Ｉｆ／Ｉo）で表わされる。
【００２０】
図９において、前述の直流電流偏差△Ｉから、電流制御器１２では、直流電流の制御量が得られる。
【００２１】
この直流電流の制御量に合わせ、ゲート制御器１３を介して、交直変換器２内のＩＧＢＴにオン／オフ制御信号が与えられる。
【００２２】
以上に述べたように、電磁石電源装置は、電流リプル１０-4〜１０-6オーダ以下、追従性１０-3〜１０-4オーダ以下の高精度制御が求められることから、交直変換器２における高速なスイッチング制御や、リプル低減のためフィルタ３の設置が必要となる。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電源装置では、交直変換器２に高速なスイッチング制御を求めると、主電流を高速にスイッチングするため、スイッチング損失の増加が課題となる。
【００２４】
そこで、スイッチング周波数に制限を設けた場合には、交直変換器２を多重化して、見かけ上の高速なスイッチングを可能とする方法はあるが、電源装置の大型化が課題となる。
【００２５】
一方、主回路のフィルタ３に、直流電流リプルの低減を委ねた場合には、フィルタ３の時定数が大きくなり、パターン運転における追従性が損なわれることになる。
【００２６】
本発明の目的は、コイルからなる直流負荷に対して、小型化かつ低損失化を図りつつ、直流電流のリプル低減ならびに追従性の向上を図ることが可能な電源装置を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための電源装置は、交流電源の交流電圧を変圧する入力変圧器と、前記入力変圧器からの交流電力を直流電力に変換する他励式変換器と、前記他励式変換器からの直流電力に含まれるリプルを低減する受動型のフィルタと、コイルからなり前記他励式変換器からの直流電力が供給される直流負荷と、前記直流負荷と並列に接続された可変インピーダンス要素と、前記可変インピーダンス要素を所望のインピーダンス値とする指令値を与える指令値発生手段と、前記可変インピーダンス要素のインピーダンス値を、前記指令値発生手段からの指令値となるように制御する制御手段とを備えている。
【００２８】
従って、本発明の電源装置においては、以上のような手段を講じることにより、直流負荷のインピーダンスと可変インピーダンス要素のインピーダンスによる分流比を利用し、想定された直流電流リプル量や電流偏差量を指令値として、可変インピーダンス要素のインピーダンス値を調整し、直流負荷よりも可変インピーダンス要素に直流電流リプル分や直流電流偏差分を多く分流することにより、直流負荷に流れる直流電流のリプル低減と追従性の向上を図ることができる。
また、可変インピーダンス要素には、直流負荷に流す主電流と比較して少量の直流電流リプル分や電流偏差分を補償する電流を流せばよい。
このため、主電流を補償する装置と比較して、スイッチング損失の低減を図ることができる。
さらに、主電源である交直変換器を高速にスイッチング制御する必要がなくなり、交直変換器の損失が低減できるだけでなく、交直変換器の冷却機器も小型化することができる。
このため、スイッチング損失の低減や装置の小型化を図ることができる。
一方、可変インピーダンス要素付きでないものと比べて、直流負荷と並列に接続された可変インピーダンス要素により分流して補償できるため、直流電流に含まれる電源等周波数の６倍の周波数の電流リプル分を低減することができる。
これにより、比較的小型の受動型のフィルタを設置すればよく、電圧制御系（ＡＶＲ）の制御安定性が増して、追従性の確保が容易となる。
また、サイリスタ整流器等の他励式変換器を用いることにより、スイッチング素子として、駆動の容易な（スナバ損失やゲート回路部品が少なくゲート電力が小さい）サイリスタを使用することができる。
このため、装置全体を小型化して信頼性を高めることができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００４０】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態による電源装置の構成例を示す回路図であり、図９と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００４１】
すなわち、本実施の形態による電源装置は、図１に示すように、前記図９におけるフィルタ３を省略し、これに代えて新たに、直流負荷である電磁石コイル４と並列に、可変インピーダンス要素である可変抵抗器６を接続している。
【００４２】
さらに、新たに、指令値発生手段である補償電流基準発生回路１１'、および制御手段であるゲート制御器１３’を備えた構成としている。
【００４３】
なお、交直変換器２の制御回路部分は、前記図９における電流基準発生回路１１、電流制御器１２、およびゲート制御器１３と同一であるので、ここではその図示を省略している。
【００４４】
可変抵抗器６は、本例では、トランジスタ６ａで構成しており、このトランジスタ６ａは、そのゲート電圧がアナログ的に連続制御され、能動領域（線形領域）での動作特性を利用して、可変抵抗として用いられる。
【００４５】
補償電流基準発生回路１１'は、可変インピーダンス要素を所望のインピーダンス値とする指令値、すなわちトランジスタ６ａを所望の抵抗値とする指令値を発生する。
【００４６】
ゲート制御器１３’は、可変インピーダンス要素のインピーダンス値、すなわち可変抵抗器６の抵抗値（トランジスタ６ａの抵抗値）を、補償電流基準発生回路１１'からの指令値となるように制御する。
【００４７】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電源装置の作用について説明する。
【００４８】
図１において、補償電流基準発生回路１１'では、トランジスタ６ａを所望の抵抗値とする指令値を発生する。
【００４９】
ゲート制御器１３’では、補償電流基準発生回路１１'からの指令値となるように、トランジスタ６ａのベース電流を制御して、トランジスタ６ａの抵抗値を可変する。
【００５０】
交直変換器２からの直流電流出力は、電磁石コイル４のインピーダンスとトランジスタ６ａのインピーダンス（抵抗値）との比により分流される。
【００５１】
この結果、電磁石コイル４に所望の電流が流れ、不要な電流をトランジスタ６ａに流すことが可能となる。
【００５２】
図２は、図１における動作原理を説明するための等価回路図である。
【００５３】
図２において、交流電源１と交直変換装置２の等価回路は、直流電流分を流す電流源とリプル電流を発生するノイズ源とで表わすことができる。
【００５４】
電流源は、直流負荷である電磁石コイル４への所望の直流電流Ｉoと、制御誤差や検出誤差に起因する直流電流偏差分△Ｉoを流す。
【００５５】
ノイズ源は、交直変換器２のスイッチング動作や回路不平衡等に起因するリプル電流Ｉｒｉｐを発生する。
【００５６】
直流負荷（Ｌ、ｒ）である電磁石コイル４の電流をＩｄとした場合、Ｉｄは、可変抵抗Ｒとの分流比から、下記の（１）式に示すようになる。
【００５７】
【数１】
0004848103.tif 000002
【００５８】
ここで、ω＝２πｆ（ｆ:周波数）
上記（１）式にて、直流電流分（ｆ＝０Ｈｚ）とリプル電流（ｆ＞０Ｈｚ）とを分離すると、下記の（２）式に示すようになる。
【００５９】
【数２】
0004848103.tif 000003
【００６０】
上記）（２）式において、リプル電流に着目すると、直流負荷の電流Ｉｄ（ｆ）は、下記の（３）式で表わすことができる。
【００６１】
ここで、ｒは、コイルの内部インピーダンスであることから、ωＬ>>ｒとする。
【００６２】
【数３】
0004848103.tif 000004
【００６３】
例えば、周波数５０Ｈｚ成分のリプル電流について、直流負荷（Ｌ、ｒ）である電磁石コイル４と可変抵抗器６の分流比を１：１０と設定した場合、可変抵抗器６の値Ｒは、Ｒ＝２π×５０Ｈｚ×Ｌ／１０となる。
【００６４】
この値を上記（３）式に当てはめると、下記の（４）式に示すようになる。
【００６５】
【数４】
0004848103.tif 000005
【００６６】
上記（４）式より、直流負荷である電磁石コイル４に流れる各周波数成分のリプル電流の割合は、下記の表１に示すような結果となり、リプル電流の低減効果を確認することができる。
【００６７】
【表１】
0004848103.tif 000006
【００６８】
一方、上記（２）式において、直流電流分に着目すると、直流負荷である電磁石コイル４の電流Ｉｄoは、下記の（５）式で表わすことができる。
【００６９】
【数５】
0004848103.tif 000007
【００７０】
ここで、上記（５）式を変形して、可変抵抗器６の値Ｒを△Ｉo／Ｉo＝ｒ／Ｒ、すなわち、Ｒ＝ｒ／（△Ｉo／Ｉo）に設定すれば、下記の（６）式に示すように、直流電流偏差分△Ｉoを取り去り、直流負荷である電磁石コイル４の電流Ｉｄoは、所望の直流電流Ｉoとすることが可能となる。
【００７１】
【数６】
0004848103.tif 000008
【００７２】
ただし、△Ｉo＞０とする。
【００７３】
以上により、直流電流に含まれるリプル電流分や直流電流偏差分を、直流負荷である電磁石コイル４から可変抵抗器６に分流し、直流負荷である電磁石コイル４に流れる直流電流のリプル低減と追従性の向上を図ることができる。
【００７４】
また、可変抵抗器６には、直流負荷である電磁石コイル４に流す主電流と比較して、少量の直流電流リプル分や直流電流偏差分を補償する電流を流せばよいため、主電流を補償する装置と比較して、スイッチング損失の低減を図ることができる。
【００７５】
さらに、主電源である交直変換器２を高速にスイッチング制御がする必要がなくなり、交直変換器２のスイッチング損失が低減できるだけでなく、交直変換器２の冷却機器も小型化できるため、損失の低減や装置の小型化を図ることができる。
【００７６】
上述したように、本実施の形態による電源装置では、コイルからなる直流負荷に対して、小型化かつ低損失化を図りつつ、直流電流のリプル低減ならびに追従性の向上を図ることが可能となる。
【００７７】
（第２の実施の形態）
図３は、本実施の形態による電源装置の構成例を示す回路図であり、図１と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００７８】
すなわち、本実施の形態による電源装置は、図３に示すように、前記図１における可変インピーダンス要素である可変抵抗器６を、ＩＥＧＴスイッチ６ａ'と抵抗器６ｂとを直列接続して構成している。
【００７９】
ＩＥＧＴスイッチ６ａ'は、オン（導通）／オフ（開放）するスイッチである。
【００８０】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電源装置の作用について説明する。
【００８１】
図３において、ＩＥＧＴスイッチ６ａ'をオンした場合、可変抵抗器６は、抵抗器６ｂの抵抗値となる。
【００８２】
一方、ＩＥＧＴスイッチ６ａ'をオフした場合、可変抵抗器６は、抵抗器６ｂが開放されて、抵抗値は無限大の状態を得ることができる。
【００８３】
ゲート制御器１３’では、補償電流基準発生回路１１'からの指令値により、例えばＰＷＭ（パルス幅変調）により、ＩＥＧＴスイッチ６ａ'の導通期間（Ｔｏｎ）を制御して、抵抗器６ｂの抵抗値を最小値とした可変抵抗器６を得ることができる。
【００８４】
以上により、オン／オフするＩＥＧＴスイッチ６ａ'により、可変抵抗器６を実現し、直流負荷である電磁石コイル４に流れる直流電流のリプル低減と追従性の向上を図ることができる。
【００８５】
また、可変抵抗器６を構成するＩＥＧＴスイッチ６ａ'や抵抗器６ｂには、主電流と比較して少量の電流を流せばよいため、スイッチング損失の低減や装置の小型化を図ることができる。
【００８６】
さらに、スイッチで構成が可能であるため、汎用性が高く、例えば高耐圧スイッチであるＩＥＧＴの使用による高電圧化やＰＷＭによるゲート制御器１３’を簡素に実現することができる。
【００８７】
上述したように、本実施の形態による電源装置では、コイルからなる直流負荷に対して、小型化かつ低損失化を図りつつ、直流電流のリプル低減ならびに追従性の向上を図ることが可能となる。
【００８８】
また、汎用性が高く、例えば高耐圧スイッチであるＩＥＧＴの使用による高電圧化やＰＷＭによるゲート制御器１３’を簡素に実現することが可能となる。
【００８９】
（第３の実施の形態）
図４は、本実施の形態による電源装置の構成例を示す回路図であり、図３と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００９０】
すなわち、本実施の形態による電源装置は、図４に示すように、前記図３における交直変換器２と可変インピーダンス要素である可変抵抗器６との間に、受動型のフィルタ３を接続した構成としている。
【００９１】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電源装置においては、フィルタ３は、外形、コストの点から、フィルタ３の時定数が大きくならないように設定され、比較的高い次数の周波数成分にある電流リプルを低減する。
【００９２】
一方、可変抵抗器６は、フィルタ３で低減できない比較的低い次数の周波数の電流リプルを低減するように、抵抗値を設定する。
【００９３】
以上により、低減対象とする電流リプルの周波数領域を可変抵抗器６とフィルタ３とで分担することにより、可変抵抗器６は、低減対象とする電流リプルの周波数領域が絞られるため、抵抗値（インピーダンス）の設定が容易となり、直流負荷に流れる直流電流のリプル低減の向上を図ることができる。
【００９４】
上述したように、本実施の形態による電源装置では、コイルからなる直流負荷に対して、小型化かつ低損失化を図りつつ、より一層直流電流のリプル低減ならびに追従性の向上を図ることが可能となる。
【００９５】
（第４の実施の形態）
図５は、本実施の形態による電源装置の構成例を示す回路図であり、図３と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００９６】
すなわち、本実施の形態による電源装置は、図５に示すように、前記図３における交直変換部である交直変換器２を省略し、これに代えて、交流電源１の交流電圧を変圧する入力変圧器７と、当該入力変圧器７からの交流電力を直流電力に変換するサイリスタ整流器等の他励式変換器２’と、当該他励式変換器２’からの直流電力に含まれるリプルを低減する受動型のフィルタ３とから、新たに交直変換部を構成している。
【００９７】
なお、受動型のフィルタ３としては、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している。
【００９８】
さらに、直流電流検出器５と、電流基準発生回路１１と、電流制御器１２と、ゲート制御器１３とを備えている。
【００９９】
直流電流検出器５は、直流負荷である電磁石コイル４に流れる直流電流を検出する。
【０１００】
電流基準発生回路１１は、直流負荷である電磁石コイル４に流れる直流電流の指令値を発生する。
【０１０１】
電流制御器１２は、電流検出器５からの検出値と電流基準発生回路１１からの指令値との差分から得られる直流電流偏差から、直流電流の制御量を得る。
【０１０２】
ゲート制御器１３は、電流制御器１２からの制御量に合わせて、他励式変換器２’内のサイリスタにオン／オフ制御信号を与える。
【０１０３】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電源装置の作用について説明する。
【０１０４】
なお、図３と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１０５】
図５において、電流基準発生回路１１では、電磁石コイル４を励磁する直流電流パターンを生成する。
【０１０６】
この電流基準発生回路１１からの出力が、直流電流指令値Ｉｄ*となる。
【０１０７】
この直流電流指令値Ｉｄ*と、直流電流検出器５により得られた直流電流値Ｉｄとの差をとることによって、直流電流偏差△Ｉ（△Ｉ＝Ｉｄ*−Ｉｄ）が求められる。
【０１０８】
前述した直流電流リプル・追従性は、この直流電流偏差△Ｉによって定義される。
【０１０９】
電流制御器１２では、この直流電流偏差△Ｉから、直流電流の制御量が得られる。
【０１１０】
この直流電流の制御量に合わせ、ゲート制御器１３を介して、他励式変換器２’内のサイリスタにオン／オフ制御信号が与えられる。
【０１１１】
一方、本実施の形態による電源装置では、交直変換部を、入力変圧器７と、他励式変換器２’と、受動型のフィルタ３とから構成し、直流負荷である電磁石コイル４と並列に可変インピーダンス要素６を接続するようにしていることにより、可変インピーダンス要素付きでないものと比べて、直流負荷である電磁石コイル４と並列に接続された可変インピーダンス要素６により分流して補償することができる。
【０１１２】
このため、直流電流に含まれる電源等周波数の６倍の周波数の電流リプル分を低減することができる。これにより、比較的小型の受動型のフィルタ３を設置すればよく、電圧制御系（ＡＶＲ）の制御安定性が増して、追従性の確保が容易となる。
【０１１３】
また、サイリスタ整流器等の他励式変換器２’を用いていることにより、スイッチング素子として、駆動の容易な（スナバ損失やゲート回路部品が少なくゲート電力が小さい）サイリスタを使用することができる。
【０１１４】
このため、装置全体を小型化して信頼性を高めることができる。
【０１１５】
上述したように、本実施の形態による電源装置では、電圧制御系（ＡＶＲ）の制御安定性が増して、追従性の確保が容易となると共に、装置全体を小型化して信頼性を高めることが可能となる。
【０１１６】
（第５の実施の形態）
図６は、本実施の形態による電源装置の構成例を示す回路図であり、図３と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１１７】
すなわち、本実施の形態による電源装置は、図６に示すように、前記図３における交直変換部である交直変換器２を省略し、これに代えて、交流電源１からの交流電力を制御するサイリスタスイッチからなる交流制御器８と、当該交流制御器８の交流電圧を変圧する入力変圧器７と、当該入力変圧器７からの交流電力を直流電力に変換するダイオード整流器２”と、当該ダイオード整流器２”からの直流電力に含まれるリプルを低減する受動型のフィルタ３とから、新たに交直変換部を構成している。
【０１１８】
なお、受動型のフィルタ３としては、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している。
【０１１９】
さらに、直流電流検出器５と、電流基準発生回路１１と、電流制御器１２と、ゲート制御器１３とを備えている。
【０１２０】
直流電流検出器５は、直流負荷である電磁石コイル４に流れる直流電流を検出する。
【０１２１】
電流基準発生回路１１は、直流負荷である電磁石コイル４に流れる直流電流の指令値を発生する。
【０１２２】
電流制御器１２は、電流検出器５からの検出値と電流基準発生回路１１からの指令値との差分から得られる直流電流偏差から、直流電流の制御量を得る。
【０１２３】
ゲート制御器１３は、電流制御器１２からの制御量に合わせて、交流制御器８内のサイリスタスイッチにオン／オフ制御信号を与える。
【０１２４】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電源装置の作用について説明する。
【０１２５】
なお、図３と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１２６】
図６において、電流基準発生回路１１では、電磁石コイル４を励磁する直流電流パターンを生成する。
【０１２７】
この電流基準発生回路１１からの出力が、直流電流指令値Ｉｄ*となる。
【０１２８】
この直流電流指令値Ｉｄ*と、直流電流検出器５により得られた直流電流値Ｉｄとの差をとることによって、直流電流偏差△Ｉ（△Ｉ＝Ｉｄ*−Ｉｄ）が求められる。
【０１２９】
前述した直流電流リプル・追従性は、この直流電流偏差△Ｉによって定義される。
【０１３０】
電流制御器１２では、この直流電流偏差△Ｉから、直流電流の制御量が得られる。
【０１３１】
この直流電流の制御量に合わせ、ゲート制御器１３を介して、交流制御器８内のサイリスタスイッチにオン／オフ制御信号が与えられる。
【０１３２】
一方、本実施の形態による電源装置では、交直変換部を、交流制御器８と、入力変圧器７と、ダイオード整流器２”と、受動型のフィルタ３とから構成し、直流負荷である電磁石コイル４と並列に可変インピーダンス要素６を接続するようにしていることにより、可変インピーダンス要素付きでないものと比べて、直流負荷である電磁石コイル４と並列に接続された可変インピーダンス要素６により分流して補償することができる。
【０１３３】
このため、直流電流に含まれる電源等周波数の６倍の周波数の電流リプル分を低減することができる。これにより、比較的小型の受動型のフィルタ３を設置すればよく、電圧制御系（ＡＶＲ）の制御安定性が増して、追従性の確保が容易となる。
【０１３４】
特に、商用電源から高圧直流電圧を得る場合や、低圧大電流の直流電源へ変換する用途の場合に、極めて有効である。
【０１３５】
また、前述した第４の実施の形態の場合のように、直流電圧、直流電流の条件に応じて、サイリスタ整流器等の他励式変換器２’の電圧定格のみがあるいは電流定格のみが増大してしまうという可能性もなく、交流制御器８を構成するサイリスタスイッチとしては、商用電源電圧に応じた一般的な素子を用いることができる。
【０１３６】
このため、装置全体のコスト低減を図ることができる。
【０１３７】
上述したように、本実施の形態による電源装置では、電圧制御系（ＡＶＲ）の制御安定性が増して、追従性の確保が容易となると共に、装置全体のコスト低減を図ることが可能となる。
【０１３８】
（第６の実施の形態）
図７は、本実施の形態による電源装置の構成例を示す回路図であり、図３と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１３９】
すなわち、本実施の形態による電源装置は、図７に示すように、前記図３における交直変換部である交直変換器２を省略し、これに代えて、交流電源１の交流電圧を変圧する入力変圧器７と、当該入力変圧器７からの交流電力を直流電力に変換する自励式変換器２”’、および直流リアクトル３ｃからなる自励式電流型変換器とから、新たに交直変換部を構成している。
【０１４０】
さらに、直流電流検出器５と、電流基準発生回路１１と、電流制御器１２と、ゲート制御器１３とを備えている。
【０１４１】
直流電流検出器５は、直流負荷である電磁石コイル４に流れる直流電流を検出する。
【０１４２】
電流基準発生回路１１は、直流負荷である電磁石コイル４に流れる直流電流の指令値を発生する。
【０１４３】
電流制御器１２は、直流電流検出器５からの検出値と電流基準発生回路１１からの指令値との差分から得られる直流電流偏差から、直流電流の制御量を得る。
【０１４４】
ゲート制御器１３は、電流制御器１２からの制御量に合わせて、自励式変換器２”’にオン／オフ制御信号を与える。
【０１４５】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電源装置の作用について説明する。
【０１４６】
なお、図３と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１４７】
図７において、電流基準発生回路１１では、電磁石コイル４を励磁する直流電流パターンを生成する。
【０１４８】
この電流基準発生回路１１からの出力が、直流電流指令値Ｉｄ*となる。
【０１４９】
この直流電流指令値Ｉｄ*と、直流電流検出器５により得られた直流電流値Ｉｄとの差をとることによって、直流電流偏差△Ｉ（△Ｉ＝Ｉｄ*−Ｉｄ）が求められる。
【０１５０】
前述した直流電流リプル・追従性は、この直流電流偏差△Ｉによって定義される。
【０１５１】
電流制御器１２では、この直流電流偏差△Ｉから、直流電流の制御量が得られる。
【０１５２】
この直流電流の制御量に合わせ、ゲート制御器１３を介して、自励式変換器２”’にオン／オフ制御信号が与えられる。
【０１５３】
一方、本実施の形態による電源装置では、交直変換部を、入力変圧器７と、自励式電流型変換器とから構成し、直流負荷である電磁石コイル４と並列に可変インピーダンス要素６を接続するようにしていることにより、自励式電流型変換器と可変インピーダンス要素６との組み合わせ、自励式電流型変換器のＰＷＭ制御により、基本波力率を１とし、入力電源の高調波成分を容易に低減することができる。
【０１５４】
また、電流型であることにより、フィルタ部分の大きな平滑用の直流コンデンサが不要であり、可変インピーダンス要素付きでないものと比べて、平滑用の直流リアクトル３ｃを低減して装置全体の小型化を図ることができる。
【０１５５】
上述したように、本実施の形態による電源装置では、入力電源の高調波成分を容易に低減できると共に、装置全体の小型化を図ることが可能となる。
【０１５６】
（第７の実施の形態）
図８は、本実施の形態による電源装置の構成例を示す回路図であり、図３と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１５７】
すなわち、本実施の形態による電源装置は、図８に示すように、前記図３における交直変換部である交直変換器２を省略し、これに代えて、交流電源１の交流電圧を変圧する入力変圧器７と、当該入力変圧器７からの交流電力を直流電力に変換する自励式変換器２””、および当該自励式変換器２””からの直流電力を平滑する直流コンデンサ３ｄからなる自励式電圧型変換器と、電磁石コイル４を介してたすきがけに接続された複数個（本例では２個）のスイッチ９ａ，９ｂおよびダイオード１０ａ，１０ｂからなり直流コンデンサ３ｄからの直流電力をチョッパ制御する直流チョッパ９と、当該自励式電圧型変換器の直流チョッパ９からの出力に含まれるリプルを低減する受動型のフィルタ３とから、新たに交直変換部を構成している。
【０１５８】
また、直流電流検出器５と、電流基準発生回路１１と、電流制御器１２と、ゲート制御器１３とを備えている。
【０１５９】
直流電流検出器５は、直流負荷である電磁石コイル４に流れる直流電流を検出する。
【０１６０】
電流基準発生回路１１は、直流負荷である電磁石コイル４に流れる直流電流の指令値を発生する。
【０１６１】
電流制御器１２は、電流検出器５からの検出値と電流基準発生回路１１からの指令値との差分から得られる直流電流偏差から、直流電流の制御量を得る。
【０１６２】
ゲート制御器１３は、電流制御器１２からの制御量に合わせて、直流チョッパ９内のスイッチ９ａ，９ｂにオン／オフ制御信号を与える。
【０１６３】
さらに、直流電圧検出器１５と、電圧基準設定回路１６と、電圧制御器１７と、ゲート制御器１８を備えている。
【０１６４】
直流電圧検出器１５は、例えば絶縁増幅器からなり、直流コンデンサ３ｄの直流電圧を検出する。
【０１６５】
電圧基準設定回路１６は、直流コンデンサ３ｄの直流電圧の設定値を発生する。
【０１６６】
電圧制御器１７は、直流電圧検出器１５からの検出値と電圧基準設定回路１６からの設定値との差分から得られる直流電圧偏差から、直流電圧の制御量を得る。
【０１６７】
ゲート制御器１８は、電圧制御器１７からの制御量に合わせて、自励式変換器２””にオン／オフ制御信号を与える。
【０１６８】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電源装置の作用について説明する。
【０１６９】
なお、図３と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１７０】
図８において、電流基準発生回路１１では、電磁石コイル４を励磁する直流電流パターンを生成する。
【０１７１】
この電流基準発生回路１１からの出力が、直流電流指令値Ｉｄ*となる。
【０１７２】
この直流電流指令値Ｉｄ*と、直流電流検出器５により得られた直流電流値Ｉｄとの差をとることによって、直流電流偏差△Ｉ（△Ｉ＝Ｉｄ*−Ｉｄ）が求められる。
【０１７３】
前述した直流電流リプル・追従性は、この直流電流偏差△Ｉによって定義される。
【０１７４】
電流制御器１２では、この直流電流偏差△Ｉから、直流電流の制御量が得られる。
【０１７５】
この直流電流の制御量に合わせ、ゲート制御器１８を介して、直流チョッパ９内のスイッチ９ａ，９ｂにオン／オフ制御信号が与えられる。
【０１７６】
また、電圧基準設定回路１６では、直流コンデンサ３ｄの直流電圧の設定値を設定する。
【０１７７】
この電圧基準設定回路１６からの出力が、直流電圧設定値Ｅｄrefとなる。
【０１７８】
この直流電圧設定値Ｅｄrefと、直流電圧検出器１５により得られた直流電圧値Ｅｄとの差をとることによって、直流電圧偏差△Ｅ（△Ｅ＝Ｅｄref−Ｅｄ）が求められる。
【０１７９】
電圧制御器１７では、この直流電圧偏差△Ｅから、直流電圧の制御量が得られる。
【０１８０】
この直流電圧の制御量に合わせ、ゲート制御器１３を介して、自励式変換器２””にオン／オフ制御信号が与えられる。
【０１８１】
一方、本実施の形態による電源装置では、交直変換部を、入力変圧器７と、自励式変換器２””および直流コンデンサ３ｄからなる自励式電圧型変換器と、直流チョッパ９と、受動型のフィルタ３とから構成し、直流負荷である電磁石コイル４と並列に可変インピーダンス要素６を接続するようにしていることにより、自励式電圧型変換器と可変インピーダンス要素６との組み合わせにより、可変インピーダンス要素付きでないものと比べて、リプルを可変インピーダンス要素６で補償する分だけ、直流チョッパ９の動作周波数を下げることができるため、直流チョッパ９の損失を低減することができる。
【０１８２】
すなわち、一般的な直流チョッパの電流リプルとしては、次のような一般式が知られている（“ＳＣＲハンドブック  Ｐ１５２〜ｐ１５３（丸善発行）”）。
【０１８３】
直流チョッパのｔon期間中の電流変化△ｉLは、
△ｉL＝ＥＴα（１−α）／ＬF      …（７）
ただし、
α＝ｔon／（ｔon＋ｔOff）＝ｔon／Ｔ
Ｅ：直流電源電圧
Ｔ：動作周期
ＬF：コイル４のインダクタンス
上記（７）式より、電流リプルδは、
δ＝△ｉL／（Ｅ／ＲL）            …（８）
ただし、
ＲL：コイル４の抵抗
上記（７）式、（８）式より、電流リプルδを低減するには、動作周波数を上げて動作周期Ｔを小さくすることが有効であることがわかる。
【０１８４】
また、自励式電圧型変換器のＰＷＭ制御により、基本波力率を１とし、入力電源の高調波成分を容易に低減することができる。
【０１８５】
（変形例）
なお、入力電源の電圧変動が小さく変動の影響がない場合、または基本波力率を１とする必要がなく、高調波低減の必要もない場合には、本実施の形態のように、交直変換部を、自励式変換器２””を用いて構成するのではなく、前述したようなサイリスタ整流器、あるいはダイオード整流器を用いて同様に構成するようにしても、同様の作用効果を奏することができる。
【０１８６】
上述したように、本実施の形態による電源装置では、直流チョッパ９の損失を低減すると共に、入力電源の高調波成分を容易に低減することが可能となる。
【０１８７】
（その他の実施の形態）
尚、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形して実施することが可能である。
（ａ）前記第２乃至第７の各実施の形態においては、可変抵抗器６内のスイッチにつき、１アームを１直列で構成した場合の例について示したが、本発明では、スイッチの直列数は限定されることはなく、スイッチを複数個接続して１アームを構成する場合についても、本発明を同様に実施して前述の場合と同様の作用効果を得ることができる。
【０１８８】
（ｂ）前記第３、第４、第５および第７の各実施の形態においては、２次のローパスフィルタを用いた場合の例について示したが、本発明ではこれに限定されることはなく、ノッチフィルタを使用する場合についても、本発明を同様に実施して前述の場合と同様の作用効果を得ることができる。
【０１８９】
また、各実施の形態は可能な限り適宜組合わせて実施してもよく、その場合には組合わせた作用効果を得ることができる。
さらに、上記各実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合わせにより、種々の発明を抽出することができる。
例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題（の少なくとも一つ）が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果（の少なくとも一つ）が得られる場合には、この構成要件が削除された構成を発明として抽出することができる。
【０１９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電源装置によれば、直流電流に含まれる電流リプル分や直流電流偏差分を主電流より分流して補償するようにしているので、コイルからなる直流負荷に対して、小型化かつ低損失化を図りつつ、直流電流のリプル低減ならびに追従性の向上を図ることが可能となる。
【０１９１】
さらに、スイッチで構成が可能であるので、汎用性が高く、例えば高耐圧スイッチであるＩＥＧＴの使用による高電圧化やＰＷＭによる制御手段を簡素に実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電源装置の第１の実施の形態を示す回路図。
【図２】同第１の実施の形態の電源装置における作用を説明するための等価回路図。
【図３】本発明による電源装置の第２の実施の形態を示す回路図。
【図４】本発明による電源装置の第３の実施の形態を示す回路図。
【図５】本発明による電源装置の第４の実施の形態を示す回路図。
【図６】本発明による電源装置の第５の実施の形態を示す回路図。
【図７】本発明による電源装置の第６の実施の形態を示す回路図。
【図８】本発明による電源装置の第７の実施の形態を示す回路図。
【図９】従来の電源装置の構成例を示す回路図。
【図１０】従来の電源装置における作用を説明するための波形図。
【符号の説明】
１…交流電源
２…交直変換器
２’…他励式変換器
２”…ダイオード整流器
２”’…自励式変換器
２””…自励式変換器
３…受動型のフィルタ
３ｃ…直流リアクトル
３ｄ…直流コンデンサ
４…電磁石コイル
４ａ…コイル
４ｂ…内部抵抗
５…直流電流検出器
６…可変抵抗器
６ａ…トランジスタ
６ａ'…ＩＥＧＴスイッチ
６ｂ…抵抗器
７…入力変圧器
８…交流制御器
９…直流チョッパ
９ａ，９ｂ…スイッチ
１０ａ，１０ｂ…ダイオード
１１…電流基準発生回路
１１'…補償電流基準発生回路
１２…電流制御器
１３…ゲート制御器
１３’…ゲート制御器
１８…ゲート制御器
１５…直流電圧検出器
１６…電圧基準設定回路
１７…電圧制御器。
【図１】
0004848103.tif 000009
【図２】
0004848103.tif 000010
【図３】
0004848103.tif 000011
【図４】
0004848103.tif 000012
【図５】
0004848103.tif 000013
【図６】
0004848103.tif 000014
【図７】
0004848103.tif 000015
【図８】
0004848103.tif 000016
【図９】
0004848103.tif 000017
【図１０】
0004848103.tif 000018