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Loring, M.*; 森山 伸一; 春日井 敦; 寺門 正之; 中山 伸好*; 飯山 俊光*
Proceedings of 26th International Power Modulator Symposium and 2004 High Voltage Workshop, p.271 - 273, 2004/00
大電力高周波源において電子管の保護と制御は重要な問題である。ここでは、この問題の解決にむけて進められた開発の概要をまとめるとともに、最近の核融合研究,加速器及び工業用分野での実例について議論する。特にJT-60Uのメガワット級ジャイロトロンの制御と保護のために用いられる高電圧IGBTスイッチの設計,開発、及び性能向上の過程について述べる。このIGBTスイッチは数年間稼働しており、システム運用時間20,000時間(素子運用時間2,000,000時間)が示すその長寿命は、注意深く設計されたシステムが適切に運用されたことによる装置信頼性の高さを示している。このスイッチは最近、他の高電力システムでも広く使われており、直流100kV, 100A級の電流を扱うことが可能である。この成果は原研と東京電子(株)の共同開発によるものである。
恒岡 まさき; 今井 剛; 中山 伸好*; 飯山 俊光*
電気学会論文誌,D, 123-D(2), p.170 - 171, 2003/02
本レターは核融合用ジャイロトロンの出力を変調運転するために、-100kV電源の電流をスイッチングすることのできる直流遮断器に関するものである。また、スイッチングによる変調と同時にジャイロトロンの管内アーク発生時に、10Joule以下の許容エネルギーで負荷であるジャイロトロンを保護できる能力を併せ持つものである。ここでは100素子のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)素子を直列にして直流-100kV,60Aの遮断器を構成した。さらに実験結果として短絡遮断器試験の結果及び500KJouleのダミー抵抗器を用いてduty1%で1kHzのスイッチング試験を10秒間実施し、遮断器に異常がなかったことを報告した。
恒岡 まさき; 浅香 敏夫*; 中山 伸好*; 飯山 俊光*
電気学会論文誌,D, 119(11), p.1424 - 1425, 1999/11
非共振形DC-DCコンバータを用いた低圧-特別高圧変換直流電源は特高側の蓄積エネルギーを最小化でき、かつ高効率のため高速遮断性能を持つ大容量電源に適している。筆者等は核融合炉用電子サイクロトロン共鳴加熱のジャイロトロン加速電源にこの方式を採用してきた。この方式の課題点に昇圧変圧器の寄生共振対策がある。これは変圧器の漏れインダクタンスと巻線容量とで形成されるものである。特に巻線容量を抑える対策が必要となる。そこで、筆者等はこの巻線の低容量化のため、2次巻線を多ブロック化し、巻線に蓄積する静電エネルギーを小さくする方法を用いた。これにより従来行われてきたレイヤー巻に対し、およそ100分の1の静電容量にすることに成功した。また、共振周波数も10kHz~200kHzにし、キャリア周波数5kHzに対してシフトした変圧器とする方法を確立した。
恒岡 まさき; 春日井 敦; 池田 幸治; 坂本 慶司; 今井 剛; 藤田 秀男*; 浅香 敏夫*; 上岡 伸好*; 安田 昌弘*; 飯山 俊光*; et al.
Int. J.Electronics, 86(2), p.233 - 243, 1999/00
被引用回数：10 パーセンタイル：56.59(Engineering, Electrical & Electronic)本論文は原研で開発したエネルギー回収型ジャイロトロン用主電源システムに関するものである。この電源容量は5MWで最大100KV,50Aの直流電源である。ジャイロトロン用電源では負荷であるジャイロトロンの異常発生時に10J以下の許容エネルギーで遮断しなくてはならない。従来はクローバスイッチを用いて電源を高速短絡して保護していたが、本電源には直流100KV,100A,360A遮断のIGBTスイッチを開発し採用した。また、ジャイロトロンは高速にビーム電源が立ち上がるため、直流電圧を制御する交流サイリスタスイッチの制御に状態フィードバック制御と負荷電流フィードフォワード制御を採用した。この電源はシリーズレギュレータ等の高ロス機器を採用せずに実現化された電源であり、効率も95%以上を確保している。
恒岡 まさき; 藤田 秀男*; 坂本 慶司; 春日井 敦; 今井 剛; 永島 孝; 浅香 敏夫*; 上岡 伸好*; 安田 昌弘*; 飯山 俊光*; et al.
Fusion Engineering and Design, 36(4), p.461 - 469, 1997/00
被引用回数：23 パーセンタイル：84.21(Nuclear Science & Technology)本論文は核融合プラズマの加熱の1方式である電子サイクロトロン周波帯加熱電流駆動に用いるジャイロトロン発振管用電源について述べたものである。特に原研にて開発成功したエネルギー回収型ジャイロトロン用電源について述べたものである。この電源は発振に必要な電力を供給する主電源と発振に必要な安定電界を形成するための加速電源から構成される。加速電源により加速された電子はジャイロトロンの空胴共振器で高周波電力に変換され、加速電圧と主電源電圧差で生ずる減速電界によりスペントビームのエネルギー回収を行う。本論文ではこれらの構成とジャイロトロン実験による実証例を述べた。これにより従来型の方式に較べ電源容量で1/2冷却装置容量で1/3になる見通しを明らかにした。
恒岡 まさき; 藤田 秀男*; 今井 剛; 浅香 敏夫*; 本郷 礼二*; 上岡 伸好*; 安田 昌弘*; 飯山 俊光*
電気学会論文誌,D, 116(4), p.497 - 498, 1996/04
本報告はエネルギー回収ジャイロトロンに用いる計画のIGBTスイッチの開発結果の速報である。直流100kV、100A、遮断電流360Aの定格の高速投入・遮断可能な半導体スイッチである。本報告では耐電圧試験、連続通電試験、短絡開閉試験の結果を報告を行った。耐電圧試験は直流130kV、10分間対地に対して印加した。連続通電試験では定格100Aを通電し、飽和温度を測定し保存温度限界125
Cに対して405Cと余裕のある結果となった。短絡開閉試験では短絡した試験回路において開閉試験を行った。その結果、投入時間10
s、遮断時間5sの高速性能を確認し、エネルギー回収ジャイロトロンの異常時の許容エネルギー10J以下を十分満足できる見通しを得た。さらに本スイッチは、単にエネルギー回収ジャイロトロンのみならず他の大容量加速器用クライストロン電源などの大型プラント用電源にも応用できる見通しが得られた。
恒岡 まさき; 藤田 秀男*; 今井 剛; 浅香 敏夫*; 飯山 俊光*
電気学会論文誌,D, 115(5), p.539 - 544, 1995/00
プラズマ核融合の電子サイクロトロン共鳴加熱装置(ECRH)の発振源であるジャイロトロンの効率は30%台と低くコストパフォーマンスが低い難点がある。そこでエネルギー回収ジャイロトロンと駆動電源を開発した。本論文はこの駆動電源のうち、重要な電子ビームの加速電源の開発について述べた。本電源はDC-DCコンバータ方式を採用したDC250V、120AをDC100kV、0.3Aに変換するもので5kHzのインバータ、高周波昇圧変圧器およびPWMチョッパ回路によって構成されている。高周波変圧器においては正弦波で7kHzまでの周波数応答を得ている。この変圧器と対に6台のインバータを30°の位相差を設けて特高出力のリップルを緩和している。さらにチョッパ制御には積分制御と状態フィードバックを用いてオーバーシュートすることなく20msの応答速度を得ている。これにより効率48%のジャイロトロン実験に成功した。
