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超電導磁石用 バイポーラ電源 625型 

Lake Shore Cryotronics Inc.
超電導磁石用 バイポーラ電源 625型 625型
0
  • 625型

    1
  • 前面

    2
  • 背面

    3
  • 電流プログラム

    4
  • 5
  • 6

625型は高感度物性研究で使われる中/小型の超電導磁石に適した理想的な電磁石電源です。オールインワンタイプの中規模な超電導磁石電源として、また連続運転をする為の一般的な電源としても、どちらにもご使用頂けます。625型は出力をミドルレンジに限定し、多くの磁石ユーザーが要求している性能と仕様を満足するように設計開発されました。その結果、高精度、低ノイズ、安全性、そして使い易さを兼ね備えることができました。
 
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    <CEマーク>
蓄積されたエネルギーと液体寒剤が共存している超電導磁石システムでは、安全は極めて重要です。磁石と電源の安全性を確かなものとする為に、625型はハードウェアとファームウェア両方による様々な保護機能を備えています。オペレータの安全性を向上させる為に、本電源は、低電圧指令と電磁環境適合性(EMC)規格の両方を含んだCEマーク安全規格に準じています。

(株)東陽テクニカ 理化学計測部
03-3245-1103
lakeshore[at]toyo.co.jp

特長

 60A/5V、バイポーラ、真の4象限出力
 出力の設定分解能:0.1mA
 リニアレギュレーションを使用し、ノイズを最小化
 リップル:最大電流の0.007%以下(1mΩ負荷時)
 安定性:1mA/時
 並列運転で±120Aまで出力
 
通常、精密な磁気測定を行うには 高い設定分解能と低いドリフト、そしてなめらかな連続運転ができることが必要です。超電導磁石のようなデリケートな負荷を駆動して精度を高めるには 特別なソリューションが必要です。625型は、コンプライアンス電圧5Vで60Aまで出力でき、真の4象限オペレーションで、 ソースとしてもシンクとしても動作する電源です。電流ソースの出力回路にはアナログ制御を採用しており、スムーズな連続運転と低ドリフトを実現しています。アナログ回路とデジタル回路を適切に組み合わせることによって、高設定分解能0.1mAと融通性のあるプログラミング出力を実現しています。
300Wクラスの625型は、リニア入/出力パワーステージを採用しました。リニアオペレーションの為、スイッチング電源による RFノイズの発生は抑制されます。出力に重畳する全てのノイズと周囲の電子機器に放射してしまうノイズを減少させることができます。
625型は、永久電流モードのためのパーシステントスイッチヒーター出力、磁場強度表示(出力電流からの計算値)、電流ランプ機能、そしてクエンチ検出など、超電導磁石を簡便に操作するために必要な機能を備えています。また、コンピュータインタフェースを使用すれば、電磁石システムを完全に自動化すること もできます。625型は、超電導磁石をコントロールする為の真に卓越したオールインワンタイプのソリューションです。

 
出力回路の設計
625型の出力回路は、低ノイズのリニア方式入出力回路に基づいて設計されています。625型のリニア回路は、スイッチング方式の超電導磁石用電源よりも 電気ノイズを抑えた動作が可能です。この設計のもう1つの重要な利点は、放射エミッション要求を含めた電磁環境適合性(EMC)規格に対し CE準拠していることが挙げられます。

625型は 真の4象現出力が可能であるため、正磁場・負磁場にかかわらず超電導磁石の充放電の繰り返しに適応します。緻密に設計されたアナログ制御回路が内蔵され、4象現出力を制御します。それにより、出力変化におけるオーバーシュートを極めて低く抑え、なめらかな電流変化が得られます。
内部プログラミングを使用した電流変化
この図は、8.6H超伝導磁石内で、実際に電流を5A変化させた時のグラフです。95mA/secのランプ波形はなめらかで、注目している拡大エリアを見ると オーバーシュートが最小限に抑えられていることがわかります。
(出力電流をモニタ。測定レートは58.88Hz、ゲイン10倍で出力電流を収録。)
真の4象現オペレーションは、電流の極性を反転する際 外部スイッチの切り替えやオペレータを介在させる必要がなくなり、システム設計を著しく簡素化します。ゼロを通過する際の電流変化もなめらかで連続的ですので、使用者は極性の反転を含め 磁場を容易にコントロールできます。
定常磁場でも、綿密に注意深く設計されたアナログ制御回路とレイアウトにより出力電流のドリフトは低く保たれます。625型は安定性が高く低ノイズであるため、永久電流モードに入れなくても様々な状況で実験を行うことができます。このことは、データを収集するのに必要な時間を短縮するのに役立ちます。
 
出力プログラミング
625型の出力電流は、キーパッドやコンピュータインターフェースを経由して内部にプログラミングすることも、アナログプログラミング入力で外部からプ ログラミングすることも、また、内部・外部両方の設定でプログラミングすることもできます。内部プログラミングの場合、625型には、全出力範囲に渡って リニアリティを保つために専用のDAコンバータが組み込まれており、その分解能は0.1mAです。

625型は 実際にオーバーシュートの無い、極めてなめらかで連続的なランプ波形を出力します。電流のランプレートはデジタル値で設定でき、 0.1mA/s と99.999A/sの間で可変です。電源は、円滑なランプレートを実現する為に 高分解能DAコンバータを毎秒27回更新します。DAコンバータ出力のローパスフィルタが、ランプ出力中の階段状の波形変化をなめらかにします。トリガ入力でランプ出力を開始することもできます。

625型の出力コンプライアンス電圧は、0.1Vと5V間を100μV分解能で設定できます。電圧設定は絶対値で設定します。例えば、 2Vと設定すると -2.0V以上+2.0V以下に出力を限定します。
 
出力値の読み取り
625型は 出力電流値を0.1mAの高分解能で読み取ることができます。出力電流は、電磁石の中を流れる実際の電流を反映しています。
出力電圧は出力端子における電圧で、その読み取り分解能は100μVです。さらに、リモートセンシングを利用すれば、電磁石と電源間の電圧降下の影響を受けずに正確な電圧値が読み取れます。
出力値はすべて前面パネルに表示でき、またコンピューターインターフェースを経由して読み取ることもできます。
 
保護回路
超伝導電磁石に蓄積されたエネルギーの管理をするためにはいくつかの異なるタイプの保護回路が必要です。625型は 問題の予兆を捕らえるため、負荷・ライ ン電源電圧・内部回路を連続的にモニターしています。許容範囲を越える変化があった場合は、フェール・セーフモードによって出力がゼロになります。ライン電源が断たれた時は、出力回路(サイリスタ)が動作し、出力がゼロに達するまで1ボルトのレートで放電して磁石の管理を維持します。
クエンチ検出回路はユーザーに警告を与え、そして電磁石システムを保護するために必要です。625型のクエンチ検出方法は基本的で信頼性のある方法を採用しています。
もし、ユーザーが設定した電流ステップのリミットより急な電流変化があった場合は、クエンチが検出され、そして出力電流は安全を保ちながらゼロになります。
何らかの問題が起きた場合などにはリモートインヒビット入力を利用して出力電流設定をゼロにすることができます。この入力は普通、外部クエンチ検出回路や 2台目の電源のフォルト出力、緊急停止ボタンと接続して使用します。フォルト出力はフォルト状態になると閉じるリレー接点です。フォルト状態になるとこの 接点が閉じて他のシステムコンポーネントに警報を発することができます。
 
625型リアパネル接続端子
1. 正負出力端子
2. アナログI/O端子
3. ライン電源入力端子
4.IEEE-488インターフェース
5. RS-232(DTE)
6. PSH 出力端子
7. ディジタルI/O端子
 
並列運転
625型1台では出力電流が不足する場合は、2台の電源を並列接続して120A/5Vを得ることができます。各ユニットは、トータルの出力電流の半分に設定され独立して作動します。60A時の分解能は0.1mAになります。ユニットが適切に設定されていれば、一方のユニットがフォルトを検知したらそれ自体を保護するとともに、別のユニットにも自動的に適切な保護モードに入るようにフォルト出力を出すことができます。
 
パーシステントスイッチ・ヒーター出力
内蔵されたパーシステントスイッチ・ヒーター(PSH)出力は、ほとんどのスイッチ・ヒーターを駆動することができる制御されたDC電流出力です。その出力は10mAから125mAまでの範囲で1mAの分解能があり、12Vあるいは21V のコンプライアンス電圧が選択できます。パーシステントスイッチ・ヒーターが駆動できる最小の負荷抵抗は10Ωです。電磁石のオペレーションミスを防ぐために、パーシステントモード・オペレーションは本機のファームウェアに組み込まれています。
 
インターフェース
625型が装備している「IEEE-488」および「RS-232C」コンピューターインターフェースによって、フロントパネルからできる操作は すべてリモートコントロールでも操作でき、また設定値や動作データにアクセスすることができます。さらに出力電流のランプ動作を開始するトリガ機能も持っています。外部トリガ入力もしくはコンピューターインターフェースコマンドによるトリガのいずれかを受けると、電源は新しいセットポイントに向かってランプ動作を開始します。
625型には 出力電流と出力電圧がモニターできる2つのアナログ出力が装備されています。どちらの出力もバッファーされた差動出力で、モニターされた信号をアナログ電圧に変換して出力します。電圧モニターの変換比は1Vの出力に対して1Vで、電流モニターの変換比は10Aの出力に対して1V です。
 
ディスプレイとキーパッド
625型は 8行40文字の大きな蛍光管ディスプレイを装備しています。
出力電流、テスラまたはガウス単位に演算された磁場強度、電圧およびリモートセンシングによる電圧はすべて同時に表示されます。ランプ動作、コンプライア ンス、フォルト、パーシステントスイッチヒーター(PSH)の状態、およびコンピューターインターフェースモードは フロントパネルに配置された5つの LEDによってその状態が示されます。機器がエラー状態になると警告音が鳴り、ディスプレイ上にメッセージが表示されます。ステータス・キーを押すとエラーに関する詳しい情報が参照できます。
キーパッドは機能別に配置されています。電源の基本的な機能には一回のボタン操作でアクセスできます。キーパッドのロック機能は、すべての変更を禁止するか、もしくは、出力値の変更にかかわる設定パラメータの変更を禁止するかのどちらを選択できます。
 
電流と電圧の設定、電流と電圧の読み取り値、ランプのレート、センシング電圧、パーシステントスイッチヒーター(PSH)の状態、および、機器の動作状態が同時に表示されます。 出力磁場強度設定、電流ランプレート、電流の読み取り値、出力電流設定、出力電圧設定、電圧コンプライアンス設定、リモートセンシング電圧の読み取り値、および演算された磁場強度を表示するように設定することができます。
 

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