直流高電圧発生装置

質問

直流高電圧発生器を下記ページを参考につくりました。交流はカメラのフラッシュ回路を改造してAC800Vを取ることができました。そして下記ページ掲載のようにコッククロフト・ウォルトン回路で昇圧を試みたのですが1.5倍程度しか電圧が上がっていないようでした。原因としては何が考えられますか?http://www5e.biglobe.ne.jp/~cup/electric/negative_ion.htm

回答No.1

soramist · ベストアンサー

この製作記事は、「机上の空論」です。
耐電圧に対する配慮が全くなされていません。

交流入力の下側につながっているコンデンサを[C1],その右上にあるダイオードを[D1],その右上にあるコンデンサを[C2],その右下にあるダイオードを[D2],以下同様に、[C3],[D3],[C4],[D4]・・・とします。

交流入力800Vは、パルスかサイン波かわかりませんが、一応尖頭値が800Vであると想定します。

1. 先ず最初の半サイクル（反時計方向に流れる）が、電源→C1→D1→電源と流れ、最終的にC1の両端電圧を800V（左側がプラス）に充電します。
　注　この間電流ロスはないものとします。
　　　また、この動作中、[GND]の位置は関係ありません。

2. 次の半サイクル（時計方向に流れる）では、入力電圧にコンデンサ両端の電圧が加算され、D1には（逆方向に）、1,600Vの電圧がかかります。（定格オーバーです）

同時に、C2を1,600V（左側がプラス）まで充電します。
（定格オーバーです）

3. 次の半サイクルでは、1.を実行しながら、且つ、C3を
　　1,600+800+800=3,200V
　まで、充電します。
　このとき、D2には3,200Vの逆電圧がかかります。

以下略

これでは、コンデンサもダイオードも壊れない方が不思議です。

上記計算は、尖頭値が800Vと仮定しましたが、サイン波であれば尖頭値は、その1.4倍になります。

勿論マイナス要因もあります。
実際には負荷があるので、これほど高い電圧にはならないでしょう。
しかし、コッククロフトを実現するためには、負荷電流＜充電電流とすべきであり、どこかで耐圧を超えることは間違いありません。

質問者さんが行った実験結果が期待通りにならならなかったのは、多分、後段のダイオード、コンデンサがブレークダウンを起こしているものと思われます。

理論が正しくても、これを実現する方法が誤っていたのでは、装置は作れません。

回答No.3

soramist

すみません。　前言訂正です。

3.のC3への充電サイクルを考えるとき、”D1があるために”「C3の電位は2Eより高くはならない」ことを見落としておりました。(-_-;)

1. 2.の考え方は正しいです。
したがって正解は、
「すべてのダイオード、コンデンサの電圧は2E」です。
[E]とは、交流電源の片側尖頭値(V)です。

尖頭値800Vのパルス波なら、
　　800x2=1,600V
800Vrmsのサイン波なら、
　　800x1.41x2=2,200V
に耐えられるダイオード、コンデンサで構成しなければなりません。
http://www.cqpub.co.jp/term/cockcroftwaltoncircuit.htm
http://oshiete1.goo.ne.jp/qa1023543.html

URL記載の材料では、絶縁破壊が起きても不思議はないと考えます。

参考URL：

http://oshiete1.goo.ne.jp/qa1023543.html

回答No.2

imoriimori

ダイオードやコンデンサにかかる電圧はコックロフトウォルトン回路の出力電圧ではなく、一段当たりの電圧しかかからないはずです。耐圧１０００Ｖの部品を使ったのならＡＣ８００Ｖがピーク電圧ならＯＫ，実効値ならオーバーでちょっときわどいですが、なんとか持つんでは？
むしろ出力電圧をどうやって測定したかが気になります。測定には計測器をつけますが、その計測器の内部インピーダンスはいくらでしょう？つまり電圧計にはある程度電流を流さないと反応してくれません。要するに負荷電流がどの程度で測定されたかということです。
負荷をつけたつもりは無いと言っても、電圧計をつけたらそれだけで負荷です。可動コイル形の電圧計などは内部インピーダンスが低すぎてこの場合論外でしょう。
高インピーダンスの例えば１０ＭΩの計測器を使ったとしても１０ｋＶだったら１ｍＡ流れる計算。これでもこの場合論外なほどの巨大な電流です。例えば0.01μＦから１ｍＡ汲み出すとすれば交流１サイクル２０ｍｓの間にΔＶ＝１ｍＡ×２０ｍｓ／0.01μＦ＝２０００Ｖの電圧低下を伴います。この電圧低下が殆ど無視できるような負荷電流状況でないとコックロフトウォルトン回路は昇圧機能は発揮できません。
おそらくはブレークダウンよりもこの負荷電流が原因だと推測します。
望みの高圧を測定値として得るには、次のような努力がいるかと思われます。
（１）もっとずっと高インピーダンスの計測器であるべきだ。
（しかしうまいのは手近に見つからないかも）、
（２）コンデンサ容量をもっとずっと大きなものにすべきだ。
（といっても、大容量だと耐圧が足りなくなるかも→その場合、一段当たりの電圧は下げて段数で稼ぐ））
（３）できれば交流周波数を上げる。