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LTspice ３段インパルス発生装置の改善方法
2023/09/06 15:11
- LTspiceで作成した３段インパルス発生装置で入力電圧しか得られない問題の解決方法
- ３段インパルス発生装置の図面作成時にR0箇所でインパルス電圧が得られない原因と解決策
- ８段のIG回路図で思うような高電圧インパルスが得られない原因と抵抗値や容量値の適切な値についてのコツ
LTspice ３段インパルス発生装置について
2010/07/23 22:01
こんにちは、
LTspice で、３段インパルス発生装置を作成したのですが、入力電圧しか得られません。
どこが悪いのでしょうか？ご指摘頂きましたら幸いです。
尚、参考にしたのは下記HPの
３段インパルス発生装置（高電圧工学 コロナ社 植月他著 P129抜粋）
３段インパルス発生装置（PDF）
３段インパルス発生装置（圧縮ファイル）
です。
こんにちは、
改善しました。下記（２）は、（１）の（a）直列充電方式 を作図したものですが、R0の箇所にインパルス電圧が得られません。原因は何でしょうか？
（１） ３段インパルス発生装置（高電圧工学 コロナ社 植月他著 P129抜粋）
（２） 現在進行中図面（PDF） 現在進行中図面（圧縮ファイル）
更に改善しました。８段のIG回路図を作成しました。HＰの（８段 IGご参照）しかし思うような高電圧インパルスが得られません。多分抵抗値やＣの容量値が適切な値で無いためだと思われます。RやＣをどのような値にすれば高電圧インパルスが得られれるのか？コツを教えてください。
http://www.geocities.jp/dirac_equation/index2.htm
質問者が選んだベストアンサー
こんにちは回路図拝見しました。
(1)S6とS7の間にキャパシタが抜けていますよ
(2)スイッチは電源(トランスの２次側)に同期して動かさないとインパルスは出ませんよ。
スイッチを駆動している電圧源の記述を全て下記に変更してみてください。
PULSE(0 5 9m 0.1u 0.1u 8.333m 16.67m)
定数変更なしで、一応２ｋVは出ているようです。
回答（2）の回答者さんにも指摘されていますが
ＩＧの回路の動作原理をちゃんと理解されていますか？
>元々、インパルスを繰り返すものなのでしょうか？
>今目指しておりますのは、充分時間をかけて充電して、それを一気に放電させる装置でございます。
等の発言からすると十分に理解されていないように見受けられるのですが…
>なぜ繰り返し発生動作でもよいのか（あるいは駄目なのか）
>短時間充電動作と長時間充電動作は何を目的にして違うのか
を学習されて理解されないと前に進んでも無駄だと思われますし
(1)(2)(3)(4)(5)などの質問にも危なっかしくて答えられないでしょう。
補足
2010/07/25 11:29
お世話になります。お返事有難う御座います。
＞(1)S6とS7の間にキャパシタが抜けていますよ
その通りでございました。追加しました。
＞ スイッチを駆動している電圧源の記述を全て下記に変更してみてください。
＞ PULSE(0 5 9m 0.1u 0.1u 8.333m 16.67m)
やってみました。そうしますと、繰り返しのインパルスが発生した。
IGは写真でしか見たことが無いのですが、元々、インパルスを繰り返すものなのでしょうか？落雷試験用で、１発の大きなインパルスを発生させる装置のイメージがあります。今目指しておりますのは、充分時間をかけて充電して、それを一気に放電させる装置でございます。
今後につきまして
すいません。IG回路について、HPにいろんなものを作り過ぎて、混乱しました。
基本に戻りまして、今後は直列充電方式２段IG回路である7/25「現在進行中図面」（HPご参照）で、ご教示頂きたいと思いますので、誠に勝手を申しますがよろしくご指導願います。
そこで質問で御座います。この回路（7/25「現在進行中図面」）を用いて、現在可能な最高インパルス電圧を作りたいと思います。（従いまして直列充電方式２段式で作成するということです。最初２段で考えて順番に段数をアップさせていきたいと考えます。波頭長、波尾長等の波形は今のところ、あまり考えないものとします。）
その際
（１） 最高インパルス電圧を作る場合、教科書に記載されているように放電ギャップ、コンデンサー、抵抗、トランス等のこの回路図の部品が、本物のIGでも使用されるのでしょうか？
（２） 可能な限りコンデンサー容量の大きな物を使用するとした場合、どのような容量のものが使用可能でしょうか？
（３） このような装置の場合、交流電源は、最高何Vのものが、使用可能でしょうか？
（４） トランスはどのような物が実際に使用されるのでしょうか？
以上よろしくお願いいたします。
お返事有難う御座います。
＞ＩＧの回路の動作原理をちゃんと理解されていますか？
高電圧工学の本は数冊読みました。まず「インパルス電圧発生の原理と基本回路」がどの本にも記載されております。そこに記載の式に、R,L,Cの値を入れて計算すれば、発生インパルス電圧波形が得られると書いてあります。それ以上のことは書いてありません。従いまして、それ以上のＩＧ回路の動作原理はわかりません。
＞等の発言からすると十分に理解されていないように見受けられるのですが…
具体的にどの本を読めばＩＧ回路の動作原理が理解できるのかご教示頂きましたら幸いです。
>なぜ繰り返し発生動作でもよいのか（あるいは駄目なのか）
繰り返し発生動作させて何をするのか？解らないです。通常IGは落雷を模擬するものではないでしょか？そうでしたら、繰り返し発生させる必要はないと思います。１発（何ｋｇ）のアッパーパンチを食らったら倒れるか？と、軽いボディーブローを何発食らったら倒れるのか？を試験するようなイメージでしょうか？この当たりは高電圧工学の本には載っていないです。よくわからないです。
＞短時間充電動作と長時間充電動作は何を目的にして違うのか
高電圧工学の本には載っていないので解らないです。目的が長時間充電動作だけでしたら、短時間充電動作は別に考えなくても（＝知らなくても）良いのでは無いのでしょうか？
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その他の回答 （2件中 1～2件目)
３段の回路についてコメントします
(1)充電抵抗器が１個不足ています。
回路図をみれば、S4とC2の接続点に充電抵抗が接続されていないことを確認
できると思います。
(2)R6（内部抵抗）とR2（負荷抵抗）の値が同じですが、これではコンデ
ンサに充電された電圧の1/2しか出力端子に現れません。R6＜R2に変更して
下さい。
(1)(2)について対応すれば、V1電圧のほぼ3倍の出力パルスが得られるはず
です。
もう一つ
充電回路についてトランスを使って昇圧する方式に修正掛けたようですが、
電圧源とトランスの１次側インダクタンスを抵抗成分なしで直接接続する
と、過渡解析をはじめる準備段階の直流動作点解析の段階でエラーが起こり
そうに思います。
過渡解析の条件にuicを付与しているので、シミュレーションを開始さえ
してくれれば問題ないのかもしれません。
一般的には、コイルと電圧源の間には、解析に影響しない程度の微少抵抗を
接続することが基本テクニックです。
＞＞ (1)充電抵抗器が１個不足ています。
＞＞回路図をみれば、S4とC2の接続点に充電抵抗が接続されていないことを確認
＞＞できると思います。
＞R3を追加しましたが、改善は見られませんでした。位置が間違っているので＞しょうか？
＞また本にはこの位置の抵抗は記載されておりません。
まずは、冷静に、回路図を点検して下さい。
シミュレーションを走らせて、各段のコンデンサの充電カーブを確認すること
もミスの有無を確認するには有効です。
＞この回路（7/25「現在進行中図面」）を用いて、現在可能な最高インパルス電圧を作りたいと思います。
電源電圧のピーク電圧までｎ個のコンデンサを充電して、それらを全部直列
につなぎ直して放電させれば、ｎ倍の電圧が得られるという単純な原理です。
シミュレータですから、電圧をいくら掛けても絶縁破壊しませんから、電源
電圧を高くすれば、いくらでも電圧を高くできます。
設計的に興味があるのは、電源電圧を一定にして、波頭長、波尾長等を
規定値に保つ条件で、どれだけの出力電圧が得られるか、回路定数を最適化
することが、シミュレータの活かし方です。
(1)～(4)の質問を書き込んでいますが、明らかに異質の内容ですので、
スレッドを分けた方が適当と思います。
目的を整理しましょう。
(1)シミュレータの基本的な使い方に関すること
(2)インパルス発生回路の回路構成について
(3)インパルス発生回路の回路定数の最適化について
(4)シミュレーションにおける放電ギャップなどのモデル化
(5)高電圧試験装置の自作
(6)実際の高電圧試験装置の構造、構成部品、絶縁技術
これまでの経緯をみると、(1)の段階に留まっているようにみえます。
最終的な目的次第で、アプローチは異なると思います。
お礼
2010/07/26 22:27
いつもお世話になります。数々の貴重なご意見有難う御座います。
ご教示頂きましたことを生かして、教科書を読み返し、再度自分で落ち着いて考え直してみます。今後ともよろしくご指導の程、お願い致します。
補足
2010/07/25 11:18
お世話になります。お返事有難う御座います。
＞(2)R6（内部抵抗）とR2（負荷抵抗）の値が同じですが、これではコンデ
＞ンサに充電された電圧の1/2しか出力端子に現れません。R6＜R2に変更して
＞下さい。
その通りですね。R6を小さくしましたら、インパルスが大きくなりました。
＞ (1)充電抵抗器が１個不足ています。
＞回路図をみれば、S4とC2の接続点に充電抵抗が接続されていないことを確認
＞できると思います。
R3を追加しましたが、改善は見られませんでした。位置が間違っているのでしょうか？
また本にはこの位置の抵抗は記載されておりません。
＞一般的には、コイルと電圧源の間には、解析に影響しない程度の微少抵抗を
接続することが基本テクニックです。
了解致しました。
今後につきまして
すいません。IG回路について、HPにいろんなものを作り過ぎて、混乱してます。
基本に戻りまして、今後は直列充電方式２段IG回路である7/25「現在進行中図面」で、ご教示頂きたいと思いますので、誠に勝手を申しますがよろしくご指導願います。
そこでまた質問で御座います。この回路（7/25「現在進行中図面」）を用いて、現在可能な最高インパルス電圧を作りたいと思います。（従いまして直列充電方式２段式で作成するということです。最初２段で考えて順番に段数をアップさせていきたいと考えます。波頭長、波尾長等の波形は今のところ、あまり考えないものとします。）
その際
（１） 最高インパルス電圧を作る場合、教科書に記載されているように放電ギャップ、コンデンサー、抵抗、トランス等のこの回路図の部品が、本物のIGでも使用されるのでしょうか？
（２） 可能な限りコンデンサー容量の大きな物を使用するとした場合、どのような容量のものが使用可能でしょうか？
（３） このような装置の場合、交流電源は、最高何Vのものが、使用可能でしょうか？
（４） トランスはどのような物が実際に使用されるのでしょうか？
お返事有難う御座います。貴重なご指摘有難う御座います。
＞まずは、冷静に、回路図を点検して下さい。
＞シミュレーションを走らせて、各段のコンデンサの充電カーブを確認すること
＞もミスの有無を確認するには有効です。
仰る通りで御座いました。修正した図面をHPに入れております。
＞最終的な目的次第で、アプローチは異なると思います。
その通りでございます。最終的には、現実に存在する部品を使用して最大何VのIGが、製作可能かを検討するのが目的です。
＞目的を整理しましょう。
＞(1)シミュレータの基本的な使い方に関すること
＞(2)インパルス発生回路の回路構成について
＞(3)インパルス発生回路の回路定数の最適化について
＞(4)シミュレーションにおける放電ギャップなどのモデル化
＞(5)高電圧試験装置の自作
＞(6)実際の高電圧試験装置の構造、構成部品、絶縁技術
まず自作は考えておりません。またあるアレスタ等は雷サージの波頭長が極端に短いと性能を発揮できない等を聞きますが、今回は波頭長、波尾長は関心ありません。要するに現実にある部品を使用して可能な限り高いVのインパルスを発生させたいです。
＞これまでの経緯をみると、(1)の段階に留まっているようにみえます。
確かにその通りで御座いました。少しずつではありますがやっと使い方が解ってきました。
＞シミュレータですから、電圧をいくら掛けても絶縁破壊しませんから、電源
＞電圧を高くすれば、いくらでも電圧を高くできます。
上記の通り、現実にある部品を使用してシミュレートしたいです。
私は検討する順番としまして、次の通り考えております。
（１） まず実際のIGの各部品が、教科書に記載されているもので構成されているかを把握する。
（２） コンデンサー、電源等構成部品の最大容量を把握する。
（３） その部品を回路図（直列充電方式２段式）に入れてシミュレートする
（４） 最適な回路定数を求める
（５） 放電ギャップなど現実に近いモデル化をする
（６） 多段式倍直列充電方式に入れてシミュレートして、（４）（５）を繰り返す
ということで（１）（２）につきましてご教示頂きましたら幸いです。如何でしょうか？
お礼
2010/07/26 22:27
いつもお世話になります。数々の貴重なご意見有難う御座います。
ご教示頂きましたことを生かして、教科書を読み返し、再度自分で落ち着いて考え直してみます。今後ともよろしくご指導の程、お願い致します。