(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｌ負荷に直流電流を供給し前記Ｌ負荷を励磁する電源と、前記電源の直流出力端に設けられた直流リアクトルと、前記Ｌ負荷と前記電源とを切り離す際に形成され前記Ｌ負荷に蓄積されたエネルギーを減衰させるための第１の短絡回路と、前記Ｌ負荷と前記電源とを切り離す際に形成され前記電源および前記直流リアクトルに蓄積されたエネルギーを減衰させるための第２の短絡回路と、前記電源に流れ込む前記Ｌ負荷または前記直流リアクトルに蓄積されたエネルギーによる電流をバイパスする第３の短絡回路と、前記第１の短絡回路、第２の短絡回路および第３の短絡回路が形成された後に前記Ｌ負荷と前記電源とを切り離すための開路スイッチとを備えたことを特徴とするＬ負荷の電源供給システム。
【請求項２】
前記第１の短絡回路は、前記Ｌ負荷に蓄積されたエネルギーを減衰させるための抵抗を有したことを特徴とする請求項１記載のＬ負荷の電源供給システム。
【請求項３】
前記第２の短絡回路は、前記電源および前記直流リアクトルに蓄積されたエネルギーを減衰させるための抵抗を有したことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のＬ負荷の電源供給システム。
【請求項４】
前記第３の短絡回路は、短絡回路に流れる電流を減衰させるための抵抗を有したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＬ負荷の電源供給システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超電導コイルなどのＬ負荷に直流電流を供給するＬ負荷の電源供給システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超電導コイルなどのＬ負荷に直流電流を供給する電源供給システムとしては、図５に示すようなものがある。超電導コイルなどのＬ負荷１には、電源２から直流電流が供給されて励磁され、直流電流の供給停止によって消磁される。
【０００３】
すなわち、電源２からの直流電流は直流リアクトル３および開路スイッチ７を介してＬ負荷１に供給される。直流リアクトル３は直流電流を平滑するものであり、特に、電源２が複数の単位電源を並列に接続して構成される場合に、それら複数の単位電源間の電流をバランスさせる。また、開路スイッチ７はＬ負荷１への直流電流の供給を停止する場合に開路されるものである。
【０００４】
短絡回路５は、開路スイッチ７が開路された場合に、Ｌ負荷１に蓄積されたエネルギーを減衰させるものであり、開路スイッチ７が開路される場合に投入スイッチ６が閉路し抵抗４にてＬ負荷１に蓄積されたエネルギーを消費するようになっている。
【０００５】
このＬ負荷１の電源供給システムを停止または緊急停止する場合には、一般的に２つの方法が取られている。一つは電源２を回生運転することで、Ｌ負荷１に蓄積されたエネルギーを外部に放出し停止する場合である。一方、系統が異常な場合や電源２が異常な場合などで回生運転を実現できない場合は、短絡回路５の投入スイッチ６を閉路しＬ負荷１に蓄積されたエネルギーを抵抗４で消費して停止する。
【０００６】
例えば、電源２に異常が生じた場合には、まず、投入スイッチ６を投入し短絡回路５を形成し、その後に、Ｌ負荷１と電源２との間に設けられた開路スイッチ７を開放する。これにより、Ｌ負荷１に流れている電流を短絡回路５に転流させて、抵抗４にＬ負荷１に蓄積したエネルギーを放出し停止することとなる。  このように、電流源を有する電源供給システムを停止する場合は、電流源に蓄積されたエネルギーの電流ルートを確保しながら、停止することが重要となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような回路構成の電源供給システムでは、開路スイッチ７を開路した場合の直流リアクトル３および電源２に蓄積されたエネルギーの電流ルートは確保されていない。
【０００８】
このため、開路スイッチ７が開路する過程で、直流リアクトル３および電源２に蓄積されたエネルギーは開路スイッチ７に流れ込むことになる。これにより、開路スイッチ７の極間にアークが発生し、熱エネルギーとして放出されることとなる。この場合、直流リアクトル３と電源２との電流ルートは開放された状態であるので、開路スイッチ７の極間に異常電圧を生じる可能性がある。
【０００９】
また、直流電流が大きな場合や直流リアクトル３が大きな場合は、直流リアクトル３および電源２に蓄積されるエネルギーは大きくなるので、より大きなエネルギーが開路スイッチ７に流れ込む。このため、回路ストレスが大きくなると共にアークの持続時間が長くなり、開路スイッチ７の機械的劣化や安定した開路動作が阻害される可能性がある。
【００１０】
このように、従来のＬ負荷の電源供給システムにおいては、電源側に蓄積されたエネルギーの電流ルートを確保せずに主回路を開路をしているため、特に大電流の電源供給システムでは、開路スイッチ７の開路時に異常電圧を発生する可能性が高く、構成機器に大きな回路ストレスを与えたり、開路スイッチ７の極間に劣化を生じ安定した開路動作が阻害される可能性があった。
【００１１】
本発明の目的は、開路時の異常電圧を抑制し回路ストレスを低減すると共に安定かつ完全な開路動作を実現できるＬ負荷の電源供給システムを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係わるＬ負荷の電源供給システムは、Ｌ負荷に直流電流を供給し前記Ｌ負荷を励磁する電源と、前記電源の直流出力端に設けられた直流リアクトルと、前記Ｌ負荷と前記電源とを切り離す際に形成され前記Ｌ負荷に蓄積されたエネルギーを減衰させるための第１の短絡回路と、前記Ｌ負荷と前記電源とを切り離す際に形成され前記電源および前記直流リアクトルに蓄積されたエネルギーを減衰させるための第２の短絡回路と、前記電源に流れ込む前記Ｌ負荷または前記直流リアクトルに蓄積されたエネルギーによる電流をバイパスする第３の短絡回路と、前記第１の短絡回路、第２の短絡回路および第３の短絡回路が形成された後に前記Ｌ負荷と前記電源とを切り離すための開路スイッチとを備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項１の発明に係わるＬ負荷の電源供給システムでは、Ｌ負荷と前記電源とを切り離す際にＬ負荷に蓄積されたエネルギーを減衰させるための第１の短絡回路を形成すると共に、電源および直流リアクトルに蓄積されたエネルギーを減衰させるための第２の短絡回路を形成し、さらに、電源に流れ込むＬ負荷または直流リアクトルに蓄積されたエネルギーによる電流をバイパスする第３の短絡回路を形成する。そして、第１の短絡回路、第２の短絡回路および第３の短絡回路が形成された後に、Ｌ負荷と電源とを切り離すための開路スイッチを開放する。
【００１６】
請求項２の発明に係わるＬ負荷の電源供給システムは、請求項１の発明において、前記第１の短絡回路は、前記Ｌ負荷に蓄積されたエネルギーを減衰させるための抵抗を有したことを特徴とする。
【００１７】
請求項２の発明に係わるＬ負荷の電源供給システムでは、請求項１の発明の作用に加え、第１の短絡回路の形成によりＬ負荷に蓄積されたエネルギーを抵抗で速やかに減衰させる。
【００１８】
請求項３の発明に係わるＬ負荷の電源供給システムは、請求項１または２のいずれかの発明において、前記第２の短絡回路は、前記電源および前記直流リアクトルに蓄積されたエネルギーを減衰させるための抵抗を有したことを特徴とする。
【００１９】
請求項３の発明に係わるＬ負荷の電源供給システムでは、請求項１または２のいずれかの発明の作用に加え、第２の短絡回路の形成により電源および直流リアクトルに蓄積されたエネルギーを抵抗で速やかに減衰させる。
【００２０】
請求項４の発明に係わるＬ負荷の電源供給システムは、請求項１ないし３のいずれか１項の発明において、前記第３の短絡回路は、短絡回路に流れる電流を減衰させるための抵抗を有したことを特徴とする。
【００２１】
請求項４の発明に係わるＬ負荷の電源供給システムでは、請求項１ないし３のいずれか１項の発明の作用に加え、第３の短絡回路の形成により、その第３の短絡回路に流れる電流を抵抗で速やかに減衰させる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係わるＬ負荷の電源供給システムの回路構成図である。
【００２３】
電源２からの直流電流は直流リアクトル３および開路スイッチ７を介して超電導コイルなどのＬ負荷１に供給される。開路スイッチ７が閉路しているときは電源２からＬ負荷１に直流電流が供給されてＬ負荷１は励磁され、開路スイッチ７が開路するとＬ負荷１への直流電流は遮断されてＬ負荷１は消磁される。
【００２４】
電源２の直流出力端に設けられた直流リアクトル３は直流電流を平滑するものであり、特に、電源２が複数の単位電源を並列に接続して構成される場合に、有効である。すなわち、それら複数の単位電源間の電流をバランスさせ直流電流を平滑する。
【００２５】
第１の短絡回路５Ａは、Ｌ負荷１と並列に設けられ投入スイッチ６Ａを有している。この投入スイッチ６Ａは開路スイッチ７が開路される場合に閉路され、Ｌ負荷１に蓄積されたエネルギーの電流ルートを確保する。つまり、投入スイッチ６Ａの閉路により第１の短絡回路５Ａは形成され、そこに流れる電流を減衰させる。
【００２６】
一方、第２の短絡回路５Ｂは、開路スイッチ７の電源側に設けられ、投入スイッチ６Ｂを有している。この投入スイッチ６Ｂは開路スイッチ７が開路される場合に閉路され、電源２および直流リアクトル３に蓄積されたエネルギーの電流ルートを確保する。つまり、投入スイッチ６Ｂの閉路により第２の短絡回路５Ｂは形成され、そこに流れる電流を減衰させる。
【００２７】
次に作用を説明する。通常の運転時には、開路スイッチ７は閉路しており、第１の短絡回路５Ａの投入スイッチ６Ａおよび第２の短絡回路５Ｂの投入スイッチ６Ｂは開路している。従って、電源２からの直流電流は、「電源２→電流リアクトル３→開路スイッチ７→Ｌ負荷１→電源２」のルートで流れる。
【００２８】
この状態で、いま、電源２に異常が発生したとすると、電源２をバイパスペアなどで短絡し交流回路と直流回路とを切り離す。次に、投入スイッチ６Ａおよび投入スイッチ６Ｂを閉路する。投入スイッチ６Ａの閉路により第１の短絡回路５Ａが形成され、Ｌ負荷１に蓄積されたエネルギーの電流ルートを確保する。また、投入スイッチ６Ｂの閉路により第２の短絡回路５Ｂが形成され、電源２および直流リアクトル３に蓄積されたエネルギーの電流ルートを確保する。
【００２９】
その後に、開路スイッチ７を開路する。このとき、開路スイッチ７の極間で電圧が発生するが、Ｌ負荷１に蓄積されたエネルギーはインピーダンスの低い第１の短絡回路５Ａに転流し、電源２および直流リアクトル３に蓄積されたエネルギーはインピーダンスの低い第２の短絡回路５Ｂに転流するので、開路スイッチ７は完全に開路する。
【００３０】
つまり、Ｌ負荷１に蓄積されたエネルギーは、「Ｌ負荷１→短絡回路５Ａ（投入スイッチ６Ａ）→Ｌ負荷１」の電流ルートで流れ、直流リアクトル３と電源２に蓄積されたエネルギーは、「電源２→短絡回路５Ｂ（投入スイッチ６Ｂ）→電源２の電流ルートで流れる。
【００３１】
図２は、この場合の開路スイッチ７から見た主回路のリアクタンスの説明図である。図２において、Ｌ１はＬ負荷１のリアクタンス、Ｌ２は第１の短絡回路５Ａの投入スイッチ６Ａのリアクタンスである。投入スイッチ６ＡのリアクタンスＬ２はほとんど零であることから、第１の短絡回路５Ａが形成された場合の電流ルートのリアクタンス｛Ｌ１Ｌ２／（Ｌ１＋Ｌ２）｝はほとんど零となる。
【００３２】
また、Ｌ３は電源２のリアクタンス、Ｌ４は直流リアクトル３のリアクタンス、Ｌ５は第２の短絡回路５Ｂの投入スイッチ６Ｂのリアクタンスである。投入スイッチ６ＢのリアクタンスＬ５はほとんど零であることから、第２の短絡回路５Ｂが形成された場合の電流ルートのリアクタンス［（Ｌ３＋Ｌ４）Ｌ５／｛（Ｌ３＋Ｌ４）＋Ｌ５｝］はほとんど零となる。
【００３３】
このように、開路スイッチ７から見た主回路のリアクタンスは小さい。これは、開路スイッチ７が開路するときに、継続してエネルギーを供給するエネルギー源が無いことを示している。従って、開路スイッチ７が直流遮断器で有れば短時間のアーク時間で安定して開路を完了する。また、主回路にあるすべての電流源に対して電流ルートを確保しているので異常電圧の発生がない。
【００３４】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図３は本発明の第２の実施の形態に係わるＬ負荷の電源供給システムの回路構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、第１の短絡回路５Ａおよび第２の短絡回路５Ｂにそれぞれ抵抗４Ａ、４Ｂを接続したものである。その他の構成は、図１に示した第１の実施の形態と同一であるので、同一要素には同一符号を付しその説明は省略する。
【００３５】
図３において、Ｌ負荷１側に設けられた第１の短絡回路５Ａには、Ｌ負荷１に蓄積されたエネルギーを速やかに減衰させるために、抵抗４Ａが投入スイッチ６Ａに直列に接続されている。同様に、電源２側に設けられた第２の短絡回路５Ｂには、電源２と直流リアクトル３に蓄積されたエネルギーを速やか減衰させるために、抵抗４Ｂが投入スイッチ６Ｂに直列に設けられている。
【００３６】
これにより、投入スイッチ６Ａが閉路され第１の短絡回路５Ａが形成されたときに、Ｌ負荷１に蓄積されたエネルギーを抵抗４Ａで消費し速やかに減衰させる。同様に、投入スイッチ６Ｂが閉路され第２の短絡回路５Ｂが形成されたときに、電源２および直流リアクトル３に蓄積されたエネルギーを抵抗４Ａで消費し速やかに減衰させる。これにより、安全に電源供給システムを停止することができる。
【００３７】
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。図４は本発明の第３の実施の形態に係わるＬ負荷の電源供給システムの回路構成図である。この第３の実施の形態は、図３に示した第２の実施の形態に対し、電源２に流れ込むＬ負荷１または直流リアクトル３に蓄積されたエネルギーによる電流をバイパスするための第３の短絡回路５Ｃを設けたものである。なお、この第３の実施の形態では、投入スイッチ６Ａ、６Ｂ、６Ｃは、半導体デバイスで構成したものを示している。
【００３８】
電源２を停止するときには、開路スイッチ７は閉路したままで第１の短絡回路５Ａの投入スイッチ６Ａおよび第２の短絡回路５Ｂの投入スイッチ６Ｂを閉路するが、その際に、Ｌ負荷１または直流リアクトル３に蓄積されたエネルギーが電源２に流れ込むことになる。そこで、第３の実施の形態では、第３の短絡回路５Ｃの投入スイッチ６Ｃを閉路する。つまり、第３の短絡回路５Ｃを形成することにより、電源２に流れ込むＬ負荷１または直流リアクトル３に蓄積されたエネルギーの電流ルートを形成する。そして、その後に、閉路スイッチ７を開路することになる。
【００３９】
このように、電源２を停止するとき、第３の短絡回路５Ｃの投入スイッチ６Ｃを閉路し、Ｌ負荷１や直流リアクトル３に蓄積されたエネルギーを電源２に流れ込まないようにする。第３の短絡回路５Ｃの投入スイッチ６Ｃの閉路により、直流リアクトル３に蓄積されたエネルギーは、「直流リアクトル３→第２の短絡回路５Ｂ→第３の短絡回路５Ｃ→直流リアクトル３」の電流ルートで流れるので、電源２を停止した場合でも直流リアクトル３の電流ルートが開放されることがなく異常電圧の発生を抑制することができる。
【００４０】
また、この第３の短絡回路５Ｃに流れる電流を速やか減衰させるために、投入抵抗６Ｃに直列に抵抗を接続するようにしても良い。
【００４１】
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。図５は本発明の第４の実施の形態に係わるＬ負荷の電源供給システムの回路構成図である。この第４の実施の形態は、図４に示した第３の実施の形態に対し、２個の電源２を並列接続して構成したものである。それに伴い、直流リアクトル３および第３の短絡回路５Ｃもそれぞれの電源２に対して設けられている。
【００４２】
図５において、Ｌ負荷１に供給される直流電流は、並列接続された２個の電源２からそれぞれ供給され、それぞれの直流リアクトル３で平滑されて開路スイッチ７を介してＬ負荷１に供給される。
【００４３】
電源２を停止するときには、開路スイッチ７は閉路したままで第１の短絡回路５Ａの投入スイッチ６Ａおよび第２の短絡回路５Ｂの投入スイッチ６Ｂを閉路する。また、２個の電源２に対する２個の第３の短絡回路５Ｃの投入スイッチ６Ｃをそれぞれ閉路する。これにより、各々の電源２に流れ込むＬ負荷１または各々の直流リアクトル３に蓄積されたエネルギーの電流ルートを形成する。そして、その後に、閉路スイッチ７を開路することになる。
【００４４】
従って、各々の直流リアクトル３に蓄積されたエネルギーは、「各々の直流リアクトル３→第２の短絡回路５Ｂ→各々の第３の短絡回路５Ｃ→各々の直流リアクトル３」の電流ルートで流れるので、２個の電源２を停止した場合でも各々の直流リアクトル３の電流ルートが開放されることがなく異常電圧の発生を抑制することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、発明によれば、Ｌ負荷への電源供給を停止するときに、蓄積されたエネルギーを流すための電流ルートが必ず確保されるため、大電流の電源供給システムにおいても、電源とＬ負荷とを切り離して停止する場合でも、開路時に異常電圧を発生することがない。
【００４６】
このため、構成機器に大きな回路ストレスを与えることや開路スイッチの極間に劣化を生じることもなく、安定かつ安全な開路動作を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わるＬ負荷の電源供給システムの回路構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態で第１の短絡回路および第２の短絡回路が形成された場合の開路スイッチから見た主回路のリアクタンスの説明図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係わるＬ負荷の電源供給システムの回路構成図。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係わるＬ負荷の電源供給システムの回路構成図。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係わるＬ負荷の電源供給システムの回路構成図。
【図６】従来のＬ負荷の電源供給システムを示す回路構成図。
【符号の説明】
１  Ｌ負荷
２  電源
３  直流リアクトル
４  抵抗
５  短絡回路
６  投入スイッチ
７  開路スイッチ
【図１】
0003751760.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003751760.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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