(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と負荷との間に設けられる遮断器に並列に接続されたコンデンサと、このコンデンサと直列に接続され前記コンデンサ放電時の過電流を制限するためのリアクトルと、前記遮断器と並列に接続され前記遮断器で遮断した直流電流を転流させてエネルギーを消費させる抵抗器とを備え、
且つ前記遮断器の遮断時に前記コンデンサにチャージされたエネルギーを放電させ、前記遮断器に通電電流とは逆方向の電流を流すことによって電流零点を作り、この電流零点近傍で前記遮断器を遮断するようにした直流遮断システムにおいて、
前記コンデンサの容量をＣ、前記コンデンサの充電電圧をＶ、前記リアクトルのインダクタンスをＬ１、前記遮断器回路のインダクタンスＬ０、前記抵抗器の抵抗値をＲ、前記抵抗器のインダクタンスをＬ２、遮断電流をＩとしたとき、
前記抵抗器のインダクタンスＬ２を
Ｌ０×｛（Ｖ×√Ｃ）／（Ｉ×√Ｌ１）｝−１
以上で、且つ  ＣＲ２／２−Ｌ１
以下となるようにしたことを特徴とする直流遮断システム。
【請求項２】
直流電源と負荷との間に設けられた遮断器に並列に接続されたコンデンサと、このコンデンサと直列に接続され前記コンデンサ放電時の過電流を制限するためのリアクトルと、前記遮断器と並列に接続され前記遮断器で遮断した直流電流を転流させてエネルギーを消費させる抵抗器とを備え、
且つ前記遮断器の遮断時に前記コンデンサにチャージされたエネルギーを放電させ、前記遮断器に通電電流とは逆方向の電流を流すことによって電流零点を作り、この電流零点近傍で前記遮断器を遮断するようにした直流遮断システムにおいて、
前記コンデンサの容量をＣ、前記コンデンサの充電電圧をＶ、前記リアクトルのインダクタンスをＬ１、前記遮断器回路のインダクタンスＬ０、前記抵抗器の抵抗値をＲ、前記抵抗器のインダクタンスをＬ２、遮断電流をＩとしたとき、
前記リアクトルのインダクタンスＬ１を
｛Ｌ２×Ｖ×√Ｃ／Ｉ×（Ｌ０＋Ｌ２）｝２
以下で、且つ  ＣＲ２／２−Ｌ２
以下となるようにしたことを特徴とする直流遮断システム。
【請求項３】
直流電源と負荷との間に設けられた遮断器に並列に接続されたコンデンサと、このコンデンサと直列に接続され前記コンデンサ放電時の過電流を制限するためのリアクトルと、前記遮断器と並列に接続され前記遮断器で遮断した直流電流を転流させてエネルギーを消費させる抵抗器とを備え、
且つ前記遮断器の遮断時に前記コンデンサにチャージされたエネルギーを放電させ、前記遮断器に通電電流とは逆方向の電流を流すことによって電流零点を作り、この電流零点近傍で前記遮断器を遮断するようにした直流遮断システムにおいて、
前記コンデンサの容量をＣ、前記コンデンサの充電電圧をＶ、前記リアクトルのインダクタンスをＬ１、前記遮断器回路のインダクタンスＬ０、前記抵抗器の抵抗値をＲ、前記抵抗器のインダクタンスをＬ２、遮断電流をＩとしたとき、
前記コンデンサの容量Ｃを
（Ｌ０＋Ｌ２）２×Ｌ１×Ｉ２／（Ｌ２×Ｖ）２
以上で、且つ  ２（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｒ２
以上となるようにしたことを特徴とする直流遮断システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ立上げ用として使用される直流電源装置において、電源回路に設けられた遮断器により直流大電流を遮断する直流遮断システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマ立上げ用として使用される直流電源装置において、電源回路に設けられた遮断器により直流大電流を遮断するには、一般に遮断器に並列に接続されたコンデンサを予めプリチャージしておき、遮断時にこのコンデンサにチャージされたエネルギーを放電し、遮断器に通電電流とは逆方向の電流を流すことによって電流零点を作り、この電流零点近傍で遮断器を遮断するようにしている。
【０００３】
この場合、コンデンサと直列にコンデンサ放電時の過電流を制限するためのリアクトルが設けられ、また遮断器と並列に遮断器で遮断した電流を転流させてエネルギーを消費させる抵抗器が設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の直流遮断システムにおいては、遮断器に電流零点が構築されアークが消滅した後は、ＬＲＣ直列回路のコンデンサ放電現象となる。また、回路定数がＲ＜２√（Ｌ／Ｃ）であるため、コンデンサ電圧は振動的となり、逆充電電圧は初期充電電圧よりも大きくなり、その過電圧のために機器の絶縁が破壊され、機器が損傷するという問題があった。
【０００５】
又、過大な逆充電電圧発生の原因は回路のインダクタンスが大きいことによるため、抵抗器に存するインダクタンスを小さくすると、今度は抵抗器回路へ分流するコンデンサの放電電流が増大するため、コンデンサの容量が大きくなるという問題があった。
【０００６】
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、機器の絶縁破壊を防止し、コンデンサの容量を過大としない直流遮断システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段により直流遮断システムを構成するものである。
【０００８】
本発明は、直流電源と負荷との間に設けられる遮断器に並列に接続されたコンデンサと、このコンデンサと直列に接続され前記コンデンサ放電時の過電流を制限するためのリアクトルと、前記遮断器と並列に接続され前記遮断器で遮断した直流電流を転流させてエネルギーを消費させる抵抗器とを備え、且つ前記遮断器の遮断時に前記コンデンサにチャージされたエネルギーを放電させ、前記遮断器に通電電流とは逆方向の電流を流すことによって電流零点を作り、この電流零点近傍で前記遮断器を遮断するようにした直流遮断システムにおいて、前記コンデンサの容量をＣ、前記コンデンサの充電電圧をＶ、前記リアクトルのインダクタンスをＬ１、前記遮断器回路のインダクタンスＬ０、前記抵抗器の抵抗値をＲ、前記抵抗器のインダクタンスをＬ２、遮断電流をＩとしたとき、前記抵抗器のインダクタンスＬ２を
Ｌ０×｛（Ｖ×√Ｃ）／（Ｉ×√Ｌ１）｝−１
以上で、且つ  ＣＲ２／２−Ｌ１
以下となるようにしたものである。
【０００９】
このような構成の直流遮断システムとすれば、抵抗器のインダクタンスが規定値範囲内であるため、コンデンサの逆充電電圧を抑制でき、且つコンデンサの放電電流の抵抗器回路への流れ込みを抑制することができる。
【００１０】
また、本発明は直流電源と負荷との間に設けられた遮断器に並列に接続されたコンデンサと、このコンデンサと直列に接続され前記コンデンサ放電時の過電流を制限するためのリアクトルと、前記遮断器と並列に接続され前記遮断器で遮断した直流電流を転流させてエネルギーを消費させる抵抗器とを備え、且つ前記遮断器の遮断時に前記コンデンサにチャージされたエネルギーを放電させ、前記遮断器に通電電流とは逆方向の電流を流すことによって電流零点を作り、この電流零点近傍で前記遮断器を遮断するようにした直流遮断システムにおいて、前記コンデンサの容量をＣ、前記コンデンサの充電電圧をＶ、前記リアクトルのインダクタンスをＬ１、前記遮断器回路のインダクタンスＬ０、前記抵抗器の抵抗値をＲ、前記抵抗器のインダクタンスをＬ２、遮断電流をＩとしたとき、前記リアクトルのインダクタンスＬ１を
｛Ｌ２×Ｖ×√Ｃ／Ｉ×（Ｌ０＋Ｌ２）｝２
以下で、且つ  ＣＲ２／２−Ｌ２
以下となるようにしたものである。
【００１１】
このような構成の直流遮断システムとすれば、コンデンサの逆充電電圧を抑制し、且つ遮断器回路に流れるコンデンサ放電電流は遮断電流以上となり、必要十分なコンデンサ放電電流を遮断回路に流すことができる。
【００１２】
さらに、本発明は直流電源と負荷との間に設けられた遮断器に並列に接続されたコンデンサと、このコンデンサと直列に接続され前記コンデンサ放電時の過電流を制限するためのリアクトルと、前記遮断器と並列に接続され前記遮断器で遮断した直流電流を転流させてエネルギーを消費させる抵抗器とを備え、且つ前記遮断器の遮断時に前記コンデンサにチャージされたエネルギーを放電させ、前記遮断器に通電電流とは逆方向の電流を流すことによって電流零点を作り、この電流零点近傍で前記遮断器を遮断するようにした直流遮断システムにおいて、前記コンデンサの容量をＣ、前記コンデンサの充電電圧をＶ、前記リアクトルのインダクタンスをＬ１、前記遮断器回路のインダクタンスＬ０、前記抵抗器の抵抗値をＲ、前記抵抗器のインダクタンスをＬ２、遮断電流をＩとしたとき、前記コンデンサの容量Ｃを
（Ｌ０＋Ｌ２）２×Ｌ１×Ｉ２／（Ｌ２×Ｖ）２
以上で、且つ  ２（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｒ２
以上となるようにしたものである。
【００１３】
このような構成の直流遮断システムとすれば、コンデンサの逆充電電圧を抑制し、且つ遮断器回路に流れるコンデンサ放電電流は遮断電流以上となり、必要十分なコンデンサ放電電流を遮断器回路へ流すことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は本発明に係る直流遮断システムの第１の実施の形態を示す回路構成図である。
【００１６】
図１において、遮断器１、充電用直流電源３によりスイッチを介して充電され電流零点を作るためのエネルギーを蓄積しておくコンデンサ２、コンデンサ２を放電させるスイッチ４、コンデンサ２の放電時の過電流を制限する直列リアクトル５、遮断器１の電流零点直前の電流変化率を緩和させるリアクトル６、遮断器１で遮断した直流電流を転流させてエネルギーを消費させる抵抗器８、遮断後の遮断器１の極間電圧を調整する抵抗器とコンデンサ７及び負荷９より構成されている。この場合、上記抵抗器８自身にはインダクタンスが存在している。
【００１７】
このような構成の直流遮断システムにおいて、遮断器１に流れている直流電流を遮断するには、まず遮断器１を開極し、遮断器内にアークを発生させる。
【００１８】
次にスイッチ４をオンすると、あらかじめ充電しておいたコンデンサ２のエネルギーが放電して遮断器１に逆方向の放電電流が流れ、遮断器１に流れていた直流電流を打消して遮断器１に電流零点を作り、アークを消滅させる。
【００１９】
その際、コンデンサ放電時の電流変化率によりコンデンサ２やスイッチ４が損傷しないように、コンデンサ２に直列にリアクトル５が設置されている。又、電流零点近傍で電流変化率が大きいと遮断器１が再点弧するので、電流変化率を緩和するためと、並列接続された遮断器間の電流不平衡を抑制するために遮断器１と直列にリアクトル６が設置されている。
【００２０】
また、抵抗器８に存するインダクタンスはコンデンサ２の放電電流が抵抗器８の回路へ漏れるのを抑制するように働く。コンデンサ２の放電周波数は約１ｋＨｚと高周波であるため、抵抗器の数十μＨ程度のインダクタンスであっても非常に大きな回路インピーダンスとして作用し、抵抗器８回路への分流を十分に抑制する。
【００２１】
さらに、遮断器１のアークが消滅した際、遮断器１の極間に電圧が印加されるが、この極間電圧を緩和するために抵抗器とコンデンサ７が設置されている。遮断器１のアークが消滅した後、コンデンサ２の放電電流は抵抗器８を介して流れ、コンデンサ２は逆充電される。
【００２２】
コンデンサ２の充電電圧が逆転した時点から抵抗器８に負荷９の電流が流れ込み、抵抗器８でエネルギーを消費することにより直流電流を減衰させる。このような作用により直流電流を遮断する。
【００２３】
いま、上記直流遮断システムにおいて、図２に示すようにコンデンサ２の充電電圧をＶ、コンデンサ２の容量をＣ、遮断器１と直列のリアクトル６のインダクタンスをＬ０、コンデンサ２と直列のリアクトル５のインダクタンスをＬ１、抵抗器８に存するインダクタンスをＬ２とすると、コンデンサ２の放電電流は、下式で表すことができる。
【００２４】
Ｖ×Ｃ１／２／｛（Ｌ０×Ｌ２）／（Ｌ０＋Ｌ２）＋Ｌ１｝１／２
ここで、（Ｌ０×Ｌ２）／（Ｌ０＋Ｌ２）はＬ１に比べて非常に小さいため、無視すると、
Ｖ×Ｃ１／２／Ｌ１１／２
また、コンデンサ２の放電電流の遮断器１回路への分流は、下式で表すことができる。
【００２５】
Ｖ×Ｃ１／２／Ｌ１１／２×Ｌ２／（Ｌ０＋Ｌ２）
ここで、コンデンサ２の放電電流の遮断器１回路への分流が遮断電流Ｉより大きくなるためには
Ｖ×Ｃ１／２／Ｌ１１／２×Ｌ２／（Ｌ０＋Ｌ２）＞Ｉ
これより、
Ｌ０×｛（√Ｃ／Ｉ×√Ｌ１）−１｝−１＜Ｌ２  ……（１）
したがって、抵抗器のインダクタンス値を
Ｌ０×｛（Ｖ×√Ｃ／Ｉ×√Ｌ１）−１｝−１以上とすることにより、コンデンサ２の放電電流の遮断器１回路への分流が遮断電流Ｉを上回る。
【００２６】
一方、コンデンサ２の逆充電電圧は、下式で表すことができる。
【００２７】
Ｖ＝ＲＩ＋（Ａｓｉｎβｔ−ＲＩｃｏｓβｔ）ｅｘｐ（−αｔ）
ここで、Ａ＝｛１−ＣＲ２／２（Ｌ１＋Ｌ２）｝Ｉ／βＣ
α＝Ｒ／２（Ｌ１＋Ｌ２）
β＝√（１／（Ｌ１＋Ｌ２）Ｃ−Ｒ２／４（Ｌ１＋Ｌ２）２）
ｓｉｎβｔ＞０であるから、Ａ＜０の条件が逆充電電圧を下限に導くことにより、
Ｌ２＜ＣＲ２／２−Ｌ１  ……（２）
したがって、抵抗器のインダクタンス値をＣＲ２／２−Ｌ１以下とすることにより、コンデンサ２の逆充電電圧を抑制することができる。
【００２８】
本実施の形態によれば、抵抗器８回路のインダクタンスを、コンデンサ２回路のインダクタンス、遮断器１回路のインダクタンス、遮断電流、コンデンサ充電電圧、コンデンサ容量及び抵抗器８の抵抗値から決まる規定値の範囲内とするため、必要最低限のコンデンサ容量にて、コンデンサ２の放電電流の抵抗器８回路への漏れ電流を制限し、小型の直流遮断システムを提供することができる上、コンデンサ２の逆充電電圧を抑制し機器の絶縁破壊による損傷を防止することができる。
【００２９】
次に、本発明に係る直流遮断システムの第２の実施の形態を説明するに回路構成については図１及び図２と同じである。
【００３０】
第２の実施の形態において、コンデンサ２回路のインダクタンスＬ１は（１）式より、
｛Ｌ２×Ｖ×√Ｃ／Ｉ×（Ｌ０＋Ｌ２）｝２＞Ｌ１  ……（３）
又、（２）式より
Ｌ１＜ＣＲ２／２−Ｌ２  ……（４）
したがって、コンデンサ２回路のインダクタンス値を
｛Ｌ２×Ｖ×√Ｃ／Ｉ×（Ｌ０＋Ｌ２）｝２以下とすることにより、コンデンサ２の放電電流の遮断器１回路への分流が遮断電流Ｉを上回り、ＣＲ２／２−Ｌ２以下とすることにより、コンデンサ２の逆充電電圧を抑制することができる。
【００３１】
本実施の形態によれば、コンデンサ２回路のインダクタンスを、遮断器１回路のインダクタンス、遮断電流、抵抗器８のインダクタンス、コンデンサ充電電圧、コンデンサ容量及び抵抗器８の抵抗値から決まる規定値以下とするため、必要最低限のコンデンサ容量にて、コンデンサ２の放電電流の抵抗器８回路への漏れ電流を制限し、小型の直流遮断システムを提供することができる上、コンデンサ２の逆充電電圧を抑制し、機器の絶縁破壊による損傷を防止することができる。
【００３２】
次に、本発明に係る直流遮断システムの第３の実施の形態を説明するに回路構成については図１及び図２と同じである。
【００３３】
第３の実施の形態において、コンデンサ２の容量Ｃは（１）式より、
（Ｌ０＋Ｌ２）２×Ｌ１×Ｉ２／（Ｌ２×Ｖ）２＜Ｃ２  ……（５）
又、（２）式より
Ｃ＞２（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｒ２  ……（６）
したがって、コンデンサ２の容量を
（Ｌ０＋Ｌ２）２×Ｌ１×Ｉ２／（Ｌ２×Ｖ）２
以上とすることにより、コンデンサ２の放電電流の遮断器１回路への分流が遮断電流Ｉを上回り、２（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｒ２以上とすることにより、コンデンサ２の逆充電電圧を抑制することができる。
【００３４】
本実施の形態によれば、コンデンサ容量を、コンデンサ２回路のインダクタンス、コンデンサ充電電圧、遮断電流、抵抗器８回路のインダクタンス及び抵抗器８の抵抗値から決まる規定値範囲内とするため、必要最低限のコンデンサ容量にて、コンデンサ２の放電電流の抵抗器８回路への漏れ電流を制限し、小型の直流遮断システムを提供することができる上、コンデンサ２の逆充電電圧を抑制し機器の絶縁破壊による損傷を防止することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、機器の絶縁破壊を防止し、コンデンサの容量を過大としない直流遮断システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の直流遮断システムの実施の形態を示す回路構成図。
【図２】同実施の形態の作用を説明するための基本回路構成図。
【符号の説明】
１…遮断器
２…コンデンサ
３…充電用直流電源
４…スイッチ
５…リアクトル
６…リアクトル
７…抵抗器とコンデンサ
８…抵抗器
９…負荷
【図１】
0004434499.tif 000002
【図２】
0004434499.tif 000003