回路シミュレータcircuit makerでインパルス電圧発生回路の等

質問

回路シミュレータcircuit makerでインパルス電圧発生回路の等価回路を書くには

こんにちは、

circuit makerで、下記ＨＰに記載の
(ａ) Lで波頭長を作るIG等価回路
（ｂ） Cで波頭長を作るIG等価回
を書きたいのですが、ギャップＧの部分をどのような記号で書いたらよいのか？解りません。教えてください。
http://members3.jcom.home.ne.jp/guccitech/HV_IMP_Tsukurou_Keisan.html

回答No.3

inara1 · ベストアンサー

以前利用したのは「エンジニア質問箱」でしたね。「技術の森」はサイト運営者が回答するものですね（勘違いしてました）。

＞VcSW1を削除してスイッチの部分を短絡させて試しましたら、違う波形になりました
こちらでは同じになりました。添付図の図１はVcSW1を短絡しただけ、図２はVcSW1を削除して制御波形を書き換えたものです。

＞Signal Gen -5V/5Vを使用しないでもっと簡単に、VcSW2の部分を表すことが出来るのでしょうか？
できるのかもしれませんがちょっと分かりません。

＞１回目は180kvのインパルス電圧が発生しておりますが、２回目以降はほぼ0kvに近いインパルス電圧しか発生しませんでした
10usの時間ではコンデンサにはほとんど充電されないですね。100kΩをもっと小さくすれば充電時間を短縮できますが、VcSW1がないと放電回路と干渉します。最初の回路（VcSW1とVcSW2を使ったもの）だと、コンデンサは200kVの電源と放電回路と交互に接続させることができるので、100kΩを小さくしても干渉は起こりません。

お礼

ご回答有難う御座います。いつもお世話なります。

＞こちらでは同じになりました。添付図の図１はVcSW1を短絡しただけ、図２はVcSW1を削除して制御波形を書き換えたものです。
再度やってみました。少し異なりますが、同じような波形が得られました。すいませんでした。なぜ、最初、全く異なった波形になったのか？不明です。ところで、スイッチが２個ある理由を調べました。間違っているかもしれませんが、クローバー回路と呼ばれるもので、スイッチが１個のとき、ある条件では、振動が起きるので、それを防止するために、スイッチが２個あるのかもしれません。（高電圧工学　朝倉書店　安藤、犬竹著　Ｐ105　参照）

＞できるのかもしれませんがちょっと分かりません。
本で調べましたら、スパークギャップの換わりに、サイリスタを使用することも出来るらしいです。ご参考までに、、

＞10usの時間ではコンデンサにはほとんど充電されないですね。100kΩをもっと小さくすれば充電時間を短縮できますが、VcSW1がないと放電回路と干渉します。最初の回路（VcSW1とVcSW2を使ったもの）だと、コンデンサは200kVの電源と放電回路と交互に接続させることができるので、100kΩを小さくしても干渉は起こりません。

了解しました。本で調べました。インパルス発生装置（impulse generator IGと言われてます）は、１回だけインパルスを発生するのがメインだと思われます。多分、周期的、連続的にインパルスを発生させることはあまり無いかもしれません。今後は１回のインパルスのみを発生させることを考えたいと思います。

＞回路(a)の140Ωが制動抵抗、960Ωが放電抵抗だと思います（制動の意味はよく分かりません）。
制動抵抗の意味を調べました。インパルスの波頭部分には、Ｌの他に接続線やコンデンサの内部インダクタンスのために振動成分が現れることがあり、これを抑制するために、数十オーム程度の抵抗を入れるらしいです。（現代　高電圧工学　家田著　Ｐ196参照）

＞２段から７段の放電球は、向かい合ったものがペアーになっているはずです。１段目だけが３個あり、どのように放電するのか？よくわかりませんので、調べてみます。
１段目だけに放電ギャップが３個ある理由が解りました。火花連絡特性低下を改善するためらしいです。そのためには、最初の数段の放電ギャップを三点ギャップとする方法があるらしいです。（高電圧工学　電気学会　河村、河野、柳父著　Ｐ79参照）

＞以前利用したのは「エンジニア質問箱」でしたね。「技術の森」はサイト運営者が回答するものですね（勘違いしてました）。
いろいろとご無理を申し上げております。「エンジニア質問箱」は字数制限が厳しいですね。（笑）
近いうちに、「技術の森」で、1.4ＭＶ　ＩＧのシミュレータ図を、書いてアップしたいと思っております。もしよろしければ、今後もご指導頂きましたら幸いです。

回答No.2

inara1

rrtransさんでしたか。お久しぶりです。

＞２００ＫＶは必要ないのではないでしょうか？
単パルスなら必要ないですね。コンデンサの電荷だけで動作します。0.1μs後に入力側のスイッチが入ってますが、フル充電するにはそれから100ms以上の時間が必要です。ということは、この回路は100ms以上の間隔で周期的に放電させるようなものではないでしょうか。

＞なぜVcSW1 と VcSW2の２個のスイッチが必要なのでしょうか？
私は高圧回路は素人なのですが、放電ギャップ（経路）の働きを等価回路で表すとそのようになるのかもしれません。実際には入力側のスイッチは常時ONでもいいような気がします（コンデンサは常時充電されているのなら）。出力側のスイッチは、放電したときだけ導通すると考えればおかしくないと思いますが、ずっとONしっぱなしでいいのでしょうか。

＞R1とR2はRs（制動抵抗）、R3はRo（ｃでしょうか？
R1とR2は外部からコンデンサに充電するための高圧電源の電流制限抵抗、あるいは高圧電源の出力インピーダンス（高電圧回路は出力インピーダンスが高い）だと思います。回路(a)の140Ωが制動抵抗、960Ωが放電抵抗だと思います（制動の意味はよく分かりません）。

＞最終的には、Marx回路をcircuit makerで書きたいです
以前のやりとりでURLを削除されので、こちらに移ったんでしたね。もう回答がついてますが、かなり専門的知識をお持ちの方のようです。Marx回路というのは図4.13のことでしょうか。白丸が放電球だと思いますが、どれとどれが放電するのか私には分かりません（分かったら回路は描けると思います）。

補足

ご丁寧な回答有難う御座います。

ご教示頂き、何となく回路の意味が少し解りました。すいませんが更に以下をご教示頂きましたら幸いです。

＞実際には入力側のスイッチは常時ONでもいいような気がします（コンデンサは常時充電されているのなら）。
VcSW1を削除してスイッチの部分を短絡させて試しましたら、違う波形になりました。
VcSW1のスイッチ常時ONはどのような回路にすれば得られるでしょうか？
もしVcSW2だけが必要でしたら、Signal Gen ?5V/5Vを使用しないでもっと簡単に、VcSW2の部分を表すことが出来るのでしょうか？

＞ずっとONしっぱなしでいいのでしょうか。
よくわからないです。インパルス発生装置のしくみを調べてみます。

＞R1とR2は外部からコンデンサに充電するための高圧電源の電流制限抵抗、あるいは高圧電源の出力インピーダンス（高電圧回路は出力インピーダンスが高い）だと思います。
了解致しました。

＞以前のやりとりでURLを削除されので、こちらに移ったんでしたね。
その通りでございます。困ったものです。（笑）

＞もう回答がついてますが、かなり専門的知識をお持ちの方のようです。
了解致しました。

＞Marx回路というのは図4.13のことでしょうか。
その通りでございます。この回路をシミュレーションしたいです。

＞白丸が放電球だと思いますが、どれとどれが放電するのか私には分かりません（分かったら回路は描けると思います）。
２段から７段の放電球は、向かい合ったものがペアーになっているはずです。１段目だけが３個あり、どのように放電するのか？よくわかりませんので、調べてみます。

＞この回路は100ms以上の間隔で周期的に放電させるようなものではないでしょうか。
transient and fourier analysis setup で、start time 0s stop time 200ms step time 10us で　run analyses させまました。すると１回目は180kvのインパルス電圧が発生しておりますが、２回目以降はほぼ0kvに近いインパルス電圧しか発生しませんでした。もし正しければ、放電の目的は、少しずつエネルギーを、放電させることによって開放させることなのでしょうか？
VcSW1を常時ＯＮにして、コンデンサーを充電すれば、VcSW２を周期的にＯＮにして放電することは可能でしょうね。もう少し考えてみます。

回答No.1

inara1

等価回路(a)のほうは添付回路で波形が再現しました。PSpiceではスイッチを時間でコントロールできるようですが、Circuit Maker ではそのような機能がないようですので、「電圧制御型スイッチ」を使ってみました。回路図の VcSW1 と VcSW2 というのがそれです。これは、ある電圧以上を+-端子間に印加するとスイッチがONになるものです。これを任意電圧発生器（V2）で制御しています。以下の手順で、電圧制御型スイッチと任意電圧発生器が定義できます。

（１） スイッチの配置
「電圧制御型スイッチ」は、メニューの Device → Browse で出たウィンドウの Major Device Class の中から Switches を選び、その右の欄から Contolled を選び、さらに右の欄から V->Switch を選び、さらに左下のモデルから SW を選んで右側の Placeボタン を押すと回路図上に配置されます。

（２） しきい値電圧と名前の変更
スイッチの記号をWクックして Edit ボタンを押すと、モデルパラメータが出てきます。この中の VT の値を 0 から 2.5 に変更 します（その行を選んで右上の Value 欄で数値を変更）。数値を変えたら右の Enter を押すのを忘れないでください。この後、左の Name欄の SW を SW1 などの別名に変更し OKボタンを押します。この後、左下のモデル欄に新たに SW1 というのが追加されているので、それを選択し Select ボタンを押して Exitボタン を押すと回路図上に配置されます。これで 回路図上のスイッチは、VcSW1 という新しい電圧制御型スイッチになります。回路図上の記号をＷクリックして Edit でパラメータの確認（変更）ができます。RON はスイッチのON抵抗ですが、周辺回路の抵抗値が比較的大きいので 1Ωのままでいいと思います（RONを 0 にすると実行時エラーになるので、小さくしたいときは、RON の値を 1u などにします）。

（３）任意電圧発生器の作成
新しく作ったスイッチをコピーして２つ作り、添付図のように配線します（スイッチの制御端子の±の位置に注意）。任意電圧発生器は、メニューの Devices → Hotkeys1 の中に Signal Gen -1V/1V というのがあると思います。それを回路図上に置いて、記号をＷクリックし、Waveボタン → Piece-Wiseボタンで波形データのウィンドウが現れます。ここに、添付図のような数値を書き込み OKボタンを押せば、そのタイミングで電圧が発生します。添付図の回路の場合、任意電圧発生器の電圧が -5V のときは VcSW1 がON（VcSW2はOFF）になり、 5V のときは VcSW1 がOFF（VcSW2はON）になります。

（４）初期条件の設定
VcSW1 が ON になる時間は最初から 0.1μs しかなく、この時間ではコンデンサ C1 がほとんど充電されないので、シミュレーション開始時にフル充電されているとする必要があります。回路図の CMD1 が初期電圧を設定する記号で、これはメニューの Devices → Hotkeys1 の中の一番下にある .IC 0V です。これを回路図に配置して、記号をＷクリックして Label Value を 200kV に変更→OK とします。

等価回路(b)のほうは、スイッチ部分は同じで、その周辺回路だけが異なるので、Webページの「等価回路の入力」のところの回路図（クリックすれば拡大）を参考にすればシミュレーションできるはずです。

補足

いつも大変お世話なっております。
rrtransこと、buleblendでございます。ご無沙汰しております。
これまで無茶なお願いにご対応頂き、誠に有難うございます。
しばらくの間、回路シミュレータから離れておりましたが、これからまた電気回路について学んでいくつもりで御座いますので、よろしくご指導の程、お願い致します。

さて回路シミュレータcircuit makerでございますが、ご教示頂きました通り、書いてみました。いろいろと触っておりましたが、更に以下の事項についてご教示頂きましたら幸いです。
１． Ｖ１　２００ＫＶは必要ないのではないでしょうか？削除しても同じ波形が得られました。ＣＭＤ１がその働きをしているからだと思います。
２． なぜVcSW1 と VcSW2の２個のスイッチが必要なのでしょうか？確かに、VcSW1だけにしますと波形は違ってしまいます。しかし、２個必要な理由がわかりません。
３． 元図(a)の回路図には、抵抗Rs（制動抵抗）とRo（放電抵抗）があります。R1とR2はRs（制動抵抗）、R3はRo（放電抵抗）でしょうか？

P.S.
最終的には、Marx回路をcircuit makerで書きたいです。書くことは可能でしょうか？

http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=240094&event=QE0004