CN108604104B - 交流电力调整器及交流电力控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种交流电力调整器，通过相位控制进行对负载的电力供给的控制，其中，基于预先设定的与所述负载连接的电源的电压信息和所述负载中流动的电流的测定值，算出输出电力估算值，并基于该值和目标电力值(所赋予的目标负载率和预先设定的最大目标电力值的积)的差异，进行模拟的恒定电力控制。由此，对于因经年劣化等而有电阻值变动的负载也能够进行追随此的控制，且能够得到实现了成本降低及装置的小型化的交流电力调整器。

Description

交流电力调整器及交流电力控制方法

技术领域

本发明涉及通过相位控制进行对负载的来自交流电源的电力供给的控制的交流电力调整器及交流电力控制方法。

背景技术

商用交流电源的电压(有效值)为规定的值(例如200V)，与之相对，在各种电气设备(负载)中，存在必要的电力根据动作状态而变化的情况，因此，利用调整商用交流电源的电压而向负载供给的交流电力调整器。

在这种电力调整器中，作为其控制方法，有相位控制方式、时分控制方式、振幅控制方式等。另外，除了这些控制方法的类别之外，还有用于在电源电压变动或电阻值变动(经年劣化或温度变化带来的变动等)时也输出与输入成比例的电力的控制(恒定电力控制)。

有关这种控制方式，专利文献1中公开有与相位控制方式的恒定电力控制相关的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本实开昭62-195814

发明内容

发明所要解决的问题

通过使用恒定电力控制，即使产生电源电压变动或电阻值变动，也能够自动地进行追随它们的控制，因此，适于例如对碳化硅系的加热器(经年劣化引起的电阻值变动大的负载)的电力控制等。

但是，在以往的恒定电力控制中，因为需要测定负载中的电压和电流，所以需要用于此的电路。特别是，电压测定所需的部件(主要是变压器)在成本及必要空间方面成为负担。

本发明鉴于上述点，其目的在于提供交流电力调整器及交流电力控制方法，在使用了相位控制方式的交流电力调整器、交流电力控制方法中，即使对于因经年劣化等而有电阻值变动的负载，也能够追随此进行控制，能够实现成本降低及装置的小型化。

用于解决问题的技术方案

(结构1)

一种交流电力调整器，其通过相位控制进行对负载的电力供给的控制，其特征在于，具备：输出电力估算部，其基于预先设定的与所述负载连接的电源的电压信息、过去的相位控制循环中的所述负载中流动的电流的测定值和相位控制信息，算出输出电力估算值；以及输出电力负载率和触发角计算部，其基于所赋予的目标负载率、预先设定的目标负载率为100％时向负载供给的目标电力即最大目标电力值、所述输出电力估算值，算出校正了所述目标负载率的输出电力负载率，并算出与该输出电力负载率对应的触发角，由此，进行模拟的恒定电力控制。

(结构2)

根据结构1所述的交流电力调整器，其特征在于，所述过去的相位控制循环中的相位控制信息为过去的相位控制循环中的触发角或过去的相位控制循环中的输出电力负载率。

(结构3)

根据结构2所述的交流电力调整器，其特征在于，所述输出电力估算部具备：输出电流测定部或输入部，该输出电流测定部测定所述负载中流动的电流，该输入部接收所述负载中流动的电流值的输入；电源电压存储部，其被设定所述电源的电压信息；以及输出电压估算部，其基于所述过去的相位控制循环中的输出电力负载率或与所述过去的相位控制循环中的触发角对应的有效值的负载率、以及所述电源的电压信息，算出输出电压估算值，基于所述输出电压估算值和所述负载中流动的电流值，算出所述输出电力估算值。

(结构4)

根据结构1～结构3中任一个所述的交流电力调整器，其特征在于，所述交流电力调整器具备反馈控制部，其基于目标电力与所述输出电力估算值的偏差进行反馈控制，该目标电力根据所述目标负载率和所述最大目标电力值算出。

(结构5)

根据结构2所述的交流电力调整器，其特征在于，所述输出电力估算部具备：输出电流测定部或输入部，该输出电流测定部测定所述负载中流动的电流，该输入部接收所述负载中流动的电流值的输入；电源电压存储部，其被设定所述电源的电压信息；以及最大触发角时输出电力估算部，其基于所述过去的相位控制循环中的输出电力负载率或与所述过去的相位控制循环中的触发角对应的有效值的负载率、所述负载中流动的电流值以及所述电源的电压信息，算出触发角为最大时的输出电力的估算值即最大触发角时输出电力估算值。

(结构6)

根据结构5所述的交流电力调整器，其特征在于，将所述最大目标电力值与所述目标负载率相乘所得的值除以所述最大触发角时输出电力估算值，由此算出所述输出电力负载率。

(结构7)

根据结构1～结构6中任一结构所述的交流电力调整器，其特征在于，具备：晶闸管；以及基于所述触发角控制所述晶闸管的晶闸管触发处理部。

(结构8)

根据结构1～结构7中任一结构所述的交流电力调整器，其特征在于，基于预先设定的电源线的阻抗和所述过去的相位控制循环中的所述负载中流动的电流的测定值，算出电源线中的电压下降值，并从所述电源的电压信息减去该电压下降值。

(结构9)

根据结构1～结构7中任一结构所述的交流电力调整器，其特征在于，作为所述电源的电压信息，预先设定有触发角100％时在所述负载中产生的负载电压。

(结构10)

一种交流电力控制方法，通过相位控制进行对负载的电力供给的控制，其特征在于，通过执行下述处理，进行模拟的恒定电力控制，即：基于预先设定的与所述负载连接的电源的电压信息、过去的相位控制循环中的所述负载中流动的电流的测定值和相位控制信息，算出输出电力估算值的处理；基于所赋予的目标负载率、预先设定的目标负载率为100％时向负载供给的目标电力即最大目标电力值、所述输出电力估算值，算出校正所述目标负载率后的输出电力负载率的处理；算出与所述输出电力负载率对应的触发角的处理。

(结构11)

根据结构10所述的交流电力控制方法，其特征在于，所述过去的相位控制循环中的相位控制信息为过去的相位控制循环中的触发角或过去的相位控制循环中的输出电力负载率。

(结构12)

根据结构11所述的交流电力控制方法，其特征在于，执行下述处理：基于所述过去的相位控制循环中的输出电力负载率或与所述过去的相位控制循环中的触发角对应的有效值的负载率、和所述电源的电压信息，算出输出电压估算值的处理；基于所述输出电压估算值和测定所述负载中流动的电流的电流值，算出所述输出电力估算值的处理。

(结构13)

根据结构10～结构12中任一结构所述的交流电力控制方法，其特征在于，基于根据所述目标负载率和所述最大目标电力值算出的目标电力与所述输出电力估算值的偏差进行反馈控制。

(结构14)

根据结构11所述的交流电力控制方法，其特征在于，执行下述处理：基于所述过去的相位控制循环中的输出电力负载率或与所述过去的相位控制循环中的触发角对应的有效值的负载率、测定所述负载中流动的电流的电流值、所述电源的电压信息，算出触发角为最大时的输出电力的估算值即最大触发角时输出电力估算值。

(结构15)

根据结构14所述的交流电力控制方法，其特征在于，执行下述处理：将所述最大目标电力值与所述目标负载率相乘所得的值除以所述最大触发角时输出电力估算值，由此算出所述输出电力负载率。

发明效果

根据本发明的交流电力调整器及交流电力控制方法，能够基于预先设定的与负载连接的电源的电压信息和负载中流动的电流的测定值，算出输出电力估算值，并基于该输出电力估算值和目标电力值(所赋予的目标负载率和预先设定的最大目标电力值的积)的差异，进行模拟的恒定电力控制，因此，即使对于因经年劣化等而有电阻值变动的负载，也能够进行追随此的控制。而且，因为不需要用于电压测定的电路，所以能够实现成本的降低及装置的小型化。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的交流电力调整器的结构的概略框图。

图2是表示实施方式1的交流电力调整器的与本发明相关的处理动作的概略的流程图。

图3的(a)是表示从电力的平均值的负载率向触发角的转换的对应关系的图表，(b)是表示从触发角向有效值的负载率的转换的对应关系的图表。

图4是表示本发明的交流电力调整器的其它结构例的概略框图。

图5是表示本发明的实施方式2的交流电力调整器的结构的概略框图。

图6是表示实施方式2的交流电力调整器的与本发明相关的处理动作的概略的流程图。

图7是表示本发明的交流电力调整器的其它结构例的概略框图。

图8是表示本发明的实施方式3的交流电力调整器的结构的概略框图。

图9是表示本发明的交流电力调整器的其它结构例的概略框图。

具体实施方式

以下，参照附图具体说明本发明的实施方式。此外，以下的实施方式是将本发明具体化时的一个方式，是不将本发明限定在该范围内的实施方式。

＜实施方式1＞

图1是表示本发明的实施方式1的交流电力调整器的结构的概略的框图。本实施方式的交流电力调整器100是通过相位控制进行对负载的电力供给的控制的交流电力调整器，基于从作为外部装置的温度调节器(未图示)输入的目标负载率(0～100％)，进行对负载2即加热器的来自交流电源3的电力供给的控制。

本实施方式的交流电力调整器100具备：

输出电力估算部120，其基于预先设定的交流电源3的电压信息、过去的相位控制循环中的负载2中流动的电流的测定值、过去的相位控制循环中的相位控制信息(在本实施方式中，作为过去的相位控制循环的相位控制信息，使用上次的相位控制循环的触发角)，算出输出电力估算值；

输出电力负载率和触发角计算部110，其基于从温度调节器(未图示)赋予的目标负载率、预先设定的最大目标电力值(目标负载率为100％时向负载供给的目标电力)、输出电力估算值，算出校正目标负载率的输出电力负载率θ，并算出与该输出电力负载率θ对应的触发角

晶闸管触发处理部130，其基于触发角

控制晶闸管140；

晶闸管140，其通过上述晶闸管触发处理部130输出的触发信号对从交流电源3向负载2的电力供给进行开关。

此外，触发角是指从将晶闸管等控制交流电力的半导体元件接通的定时即触发点至该元件断开的交流电压的0V点的区间的、交流电压相对于半循环的比率。

输出电力估算部120具备：

前循环的输出电压估算部121，其基于与触发角

对应的有效值的负载率和交流电源3的电压，算出输出电压估算值；

前循环的输出电流测定部122，其接收来自变流器(current transformer)4(外部装置)的信号，测定负载2中流动的输出电流；

前循环的输出电力估算值计算部123，其根据输出电压估算值和输出电流测定值算出输出电力估算值。

前循环的输出电压估算部121具备：

前循环的触发角→有效值负载率转换部1211，其算出与触发角

对应的有效值的负载率；

电源电压存储部1212，其被设定交流电源3的电压信息(有效值)；

前循环的输出电压估算值计算部1213，其基于有效值的负载率和交流电源3的电压，算出输出电压估算值。

输出电力负载率和触发角计算部110具备：

最大目标电力值存储部112，其存储有对负载2赋予的最大目标电力值；

目标电力计算部111，其基于从作为外部装置的温度调节器赋予的目标负载率和最大目标电力值，算出目标电力值；

PID控制运算部113，其基于目标电力值和从输出电力估算部120得到的输出电力估算值之间的偏差(输出值和目标值的偏差)，进行PID控制(反馈控制)，算出输出电力负载率θ(校正的目标负载率)；

电力负载率→触发角转换部114，其将输出电力负载率θ转换成触发角

此外，上述各结构可以分别通过专用电路等以硬件方式构成，也可以在微型计算机等通用的电路上以软件方式实现。

前循环的输出电流测定部122测定负载2中的输出电流的值，但因为在各控制循环中输出的输出电流值在该控制循环中基本上不能实时取得，所以从前循环的输出电流测定部122得到的输出电流值为上次的控制循环中的输出电流值。

“输出电流值在该控制循环中基本上不能实时取得”是因为：由于在一个控制循环中取得基于采样周期得到的瞬时值即电流测定值(AD转换瞬时值)且基于此算出输出电流值，所以仅在本次的控制循环结束的定时才得到本次的控制循环(实时的控制循环)的输出电流值。

本处理(相位控制)用于算出本次的控制循环中的触发角

因为使用本次的控制循环(实时的控制循环)的输出电流值在原理上是困难的，所以使用前循环的值。

如上述，输出电力估算部120基于预先设定的交流电源3的电压、上次的控制循环中的负载率、输出电流的测定值(上次的控制循环中的输出电流值)，算出输出电力估算值。

另外，输出电力负载率和触发角计算部110基于所赋予的目标负载率、最大目标电力值以及输出电力估算值，算出与输出电力负载率θ对应的触发角

具体而言，通过所赋予的目标负载率和最大目标电力值的积算出目标电力值，并基于该目标电力值和上次的控制循环中的输出电力估算值的偏差，通过进行PID控制而算出输出电力负载率θ，进而取得与其对应的触发角

此外，PID控制自身使用目前使用的技术，与其相关的说明省略。

具体而言，以SiC加热器的劣化为例，例如，如果以使用至电阻值成为初始值的2倍(电阻值成为2倍后达到加热器的寿命)的情况进行说明，则如下。

负载(加热器)的初始的电阻值为20Ω，由于经年劣化使用至达到40Ω，以电源电压为200V的情况为例，以具体的数值进行说明。

以具体的数值说明将判断为负载的寿命的电阻值40Ω下的最大触发角时的负载的消耗电力1000W(200V÷40Ω×200V)设定为最大目标电力值，且目标负载率为100％的情况。该情况下，目标电力为1000W(1.0×(100％)1000W)，但因为第一次的控制循环时没有前循环的信息，所以如果将目标负载率(100％)作为输出电力负载率来计算触发角，则为100％，因此，输出电力为2000W(200V÷20Ω×200V)。在第二次的循环中，因为前循环的触发角为100％，所以有效值负载率的计算值为100％，算出前循环的输出电压估算值为200V。另外，因为前循环的触发角为100％，所以测定电流为10A(200V÷20Ω)，因此，算出前循环的输出电力估算值为2000W(200V×10A)。另一方面，因为目标电力为1000W，所以与输出电力估算值的偏差为+1000W。如果对该偏差进行PID运算，则下次循环的输出电力负载率成为小于100％的值。第三次以后也重复同样的动作，最终以输出电力和目标电力一致的输出电力负载率50％(触发角＝50％)稳定。

接着，在上述例中，对负载的电阻值劣化为40Ω的情况进行说明。与20Ω的情况相同，在第一次的控制循环中，没有前控制循环的信息，因此，当将输出电力负载率设为与目标负载率相同的100％时，触发角成为100％，其结果，输出电流成为5A(200V÷40Ω)，输出电力成为1000W(200V×5A)。因此，在第二次以后的循环中，电力负载率成为100％，测定电流成为5A，输出电力估算值成为与目标电力相同的1000W(200V×5A)，因此，两者的偏差成为0W，即使进行PID运算，输出电力负载率也不会从100％发生变化，因此，触发角仍维持为100％。其结果，输出电力继续1000W的状态。

以上，以目标负载率为100％的情况进行了说明，但无论目标负载率为0～100％之间的哪一值，均能够将输出电力控制为目标负载率×最大触发角时输出电力值的值。另外，在负载电阻值为20Ω，控制开始时的电力值成为大的值的问题能够通过现有技术的软启动(使输出逐渐增大的功能)等简单地防止。

此外，为了进行上述的、将输出电力负载率θ转换为触发角

的处理，电力负载率→触发角转换部114具有为了计算的简化及高速化而确定了与各输出电力负载率θ对应的触发角

的表。

图3的(a)表示输出电力负载率θ(电力(平均值)的负载率)和触发角

的对应关系的图表。电力负载率→触发角转换部114具备与该图表的对应关系对应的表。

同样，为了取得上次的控制循环中的有效值的负载率，前循环的触发角→有效值负载率转换部1211具有确定了与各触发角

对应的有效值的负载率的表。

图3的(b)表示触发角

和有效值的负载率的对应关系的图表。前循环的触发角→有效值负载率转换部1211具备与该图表的对应关系对应的表。

也可以不保有表而基于与图3的图表对应的数式根据输出电力负载率θ随时算出触发角

(或根据触发角

随时算出有效值的负载率)。

此外，只要没有特别说明，则实施方式中的电压或电流等的各值是有效值，以上所述的转换了触发角

的负载率也是有效值的负载率。有效值的负载率是指将触发角

时的输出电压的有效值或输出电流的有效值用电压有效值、电流有效值的最大值(触发角为100％时对负载施加的电压的有效值或负载中流动的电流的有效值)标准化了的值。

另一方面，目标负载率是从温度调节器发送来的信号，在恒定电力控制方式的相位控制中是作为平均电力值的负载率。即，目标负载率和最大目标电力值的积是向负载供给的目标电力值(平均电力值)。校正了目标负载率的输出电力负载率也是作为平均电力值的负载率。

晶闸管触发处理部130驱动晶闸管140，在从输出电力负载率和触发角计算部110输入的触发角

的定时将晶闸管140设为接通(ON)。晶闸管140在过零的定时成为关断(OFF)，由此，控制从交流电源3向负载2供给的电力(进行恒定电力相位控制)。

此外，作为相位控制用的开关元件，通常使用晶闸管或可控硅，但也可以使用其它各种开关元件进行相位控制。

由上述可以理解，输出电压估算值是指基于负载率和电源电压(设定值)算出(估算)输出电压的值，通过该估算的输出电压和作为实测值的输出电流值估算输出电力所得的值是输出电力估算值。

电源电压在使用品质非常差的电源的情况等下是不同的，但通常其变动不大，即使有变动也为数％的范围。另一方面，例如，在碳化硅系的加热器中，因经年劣化而电阻值达到初始值的3～4倍(以达到3～4倍的时点为寿命)。即，在考虑到“用于对电源电压变动或负载变动也输出与输入成比例的电力的恒定电力控制”的情况下，实质上负载变动对应的部分的比重是压倒性比较大的，可以说对电源电压变动的对应的必要性不高。本发明着眼于迄今为止没有特别意识到的这一点，对于输出电压不使用测定值而使用根据作为预先的设定值存储的电源电压和输出的触发角算出的估算值，由此实现成本的降低及装置的小型化。

接着，参照图2说明具有以上说明的结构的实施方式1的交流电力调整器100的、有关本发明的处理动作。

步骤201是初始化处理，在n中代入1。n是表示控制循环的整数值，如果n＝1，则表示第一次的控制循环，如果n＝100，则表示第100次的控制循环。此外，相位控制的控制循环通常与交流电源电压的半循环相同，在本实施方式中，也将交流电源电压的半循环作为控制循环。

n是为了便于说明而使用的变量，在实际装置的控制处理中不一定需要。

在步骤202中，判别控制循环n是否为1，如果为1则移至步骤203，如果不为1则移至步骤204。

在第一次的控制循环的情况下，将所赋予的目标负载率作为输出电力负载率θ(步骤202：是→步骤203)。

在第一次的控制循环中，因为“上次的控制循环”不存在，所以跳过使上次的控制循环中的结果为必要的处理(反馈控制)。

另一方面，在第二次以后的控制循环的情况下，移至步骤204，在目标电力计算部111，将最大目标电力值与目标负载率n(第n次的控制循环中的目标负载率。下标n表示的是第n的控制循环，以后的各下标也为相同含义)相乘，将其作为目标电力值n。

在前循环的输出电压估算部121，在前循环的触发角→有效值负载率转换部1211，将触发角

(通过之后说明的步骤211的处理(前循环的处理)进行存储)转换为有效值的负载率n－1，在前循环的输出电压估算值计算部1213，将由电源电压存储部1212得到的电源电压与有效值的负载率n－1相乘，由此算出输出电压估算值n－1(步骤205～206)。

另外，通过前循环的输出电流测定部122测定负载2中流动的输出电流，取得输出电流测定值n－1(步骤207)。

在前循环的输出电力估算值计算部123，将通过步骤205～207得到的、输出电压估算值n－1和输出电流测定值n－1相乘，算出输出电力估算值n－1(步骤208)。

此外，步骤204～208的处理是算出下一步骤209的处理所需的值(目标电力值n和输出电力估算值n－1)的处理，只要在步骤209之前算出这些值即可，不管步骤204～208的各处理的前后顺序。

在步骤209中，在PID控制运算部113，基于在步骤204得到的目标电力值n和在步骤208得到的输出电力估算值n－1的偏差，进行PID控制，由此算出输出电力负载率θn。

在电力负载率→触发角转换部114进行将该输出电力负载率θn转换为触发角

的处理(步骤210)、基于该触发角

晶闸管触发处理部130驱动晶闸管140(步骤212)。在步骤210取得的触发角

在下一循环的处理中使用，因此，将其暂时存储(步骤211)。

上述步骤202～步骤212的一连串的处理在每一控制循环中重复。即，与控制循环同步地将n增量(步骤213)，返回步骤202，并重复上述处理(此外，在有结束指示的情况下，结束处理(步骤214：是→结束))。

根据具备以上的结构及处理动作的本实施方式的交流电力调整器100，基于预先设定的交流电源的电压信息、前循环的触发角以及负载2中流动的电流的测定值，算出输出电力估算值，基于该估算值和目标电力值(所赋予的目标负载率和预先设定的最大目标电力值的积)的差异，能够进行追随负载变动的模拟的恒定电力控制。由此，对于因经年劣化等而有电阻值变动的负载也能够进行追随此的控制，且能够得到实现了成本降低及装置的小型化的交流电力调整器(能够消除在成本及必要空间方面成为负担的、用于电压测定的变压器)。

作为具体的应用用途，在碳化硅系的加热器等因经年劣化而电阻值变动大的负载中适合，但对于因其它因素而有负载变动的情况(例如伴随温度变化而有电阻值变动的负载等)也是有效的。

此外，输出电力估算部120只要基于预先设定的交流电源的电压信息、触发角(与其对应的有效值的负载率)、负载2中流动的电流的测定值，能够算出输出电力估算值即可。在图1的交流电力调整器100中，以通过将输出电压估算值n－1和输出电流测定值n－1相乘而算出输出电力估算值n－1为例，但例如如图4所示，也可以根据输出电压估算值n－1和输出电流测定值n－1算出负载电阻估算值n－1(设置前循环的负载电阻估算部124)，且根据负载电阻估算值n－1和输出电压估算值n－1算出输出电力估算值n－1(将输出电压估算值n－1的平方除以负载电阻估算值n－1)。(或者，也可以将负载电阻估算值n－1与输出电流测定值n－1的平方相乘。概念上都是相同的。)

在本实施方式中，作为反馈控制的一例，以进行PID控制为例，但也可以使用其它反馈控制(例如PI控制等)。

＜实施方式2＞

图5是表示本发明的实施方式2的交流电力调整器的结构的概略的框图。对于与实施方式1相同的结构使用与图1相同的符号，省略或简化这里的说明。

在实施方式1的交流电力调整器100中，算出输出电力估算值，基于该估算值和目标电力值的偏差进行反馈控制，由此算出输出电力负载率θ，与之相对，在本实施方式的交流电力调整器300中，算出触发角为最大(100％)时的输出电力的估算值即最大触发角时输出电力估算值，基于该最大触发角时输出电力估算值和目标电力值算出校正了目标负载率的输出电力负载率θ。

为了算出最大触发角时输出电力估算值，交流电力调整器300在输出电力估算部120具备前循环的最大触发角时输出电流估算部125和前循环的最大触发角时输出电力估算部126。

另外，为了进行使用最大触发角时输出电力估算值的校正处理，在输出电力负载率和触发角计算部110，具备输出电力负载率计算部115而代替PID控制运算部113。

交流电力调整器300中的输出电力估算部120基于与上次的控制循环中的触发角对应的有效值的负载率、上次的控制循环中的负载2中流动的电流值以及电源的电压信息，算出最大触发角时输出电力估算值。

因此，在前循环的最大触发角时输出电流估算部125，基于由前循环的触发角→有效值负载率转换部1211得到的与上次的控制循环中的触发角对应的有效值的负载率和由输出电流测定部122得到的上次的控制循环中的输出电流测定值，算出(估算)上次的控制循环中的最大触发角(100％)时的输出电流。

前循环的最大触发角时输出电力估算部126基于由前循环的最大触发角时输出电流估算部125得到的上次的控制循环中的最大触发角(100％)换算的输出电流估算值(最大触发角时输出电流估算值)和由电源电压存储部1212得到的电源电压值，算出最大触发角时输出电力估算值。

具体而言，通过将上次的控制循环中的输出电流测定值除以与上次的控制循环中的触发角对应的有效值的负载率，算出上次的控制循环中的最大触发角(100％)换算的输出电流估算值(最大触发角时输出电流估算值)，通过将其与电源电压值相乘，算出上次的控制循环中的最大触发角时输出电力估算值。

另外，输出电力负载率和触发角计算部110中的输出电力负载率计算部115基于由目标电力计算部111得到的目标电力值和由输出电力估算部120得到的最大触发角时输出电力估算值，算出校正了目标负载率的输出电力负载率θ。

具体而言，通过将目标电力值除以上次的控制循环中的最大触发角时输出电力估算值，算出输出电力负载率θ。

以与实施方式1相同的例子具体进行说明。

与实施方式1相同，以具体的数值进行如下说明，即，通过将判断为负载的寿命的电阻值达到40Ω时的负载的消耗电力1000W(200V÷40Ω×200V)设定为最大目标电力值，在从负载的使用开始时至达到寿命的期间，能够使目标负载率和负载的消耗电力的关系不发生变化。首先，对负载的电阻值为初始值的20Ω且目标负载率为100％的情况进行说明。该情况下的目标电力为1000W(1.0(100％)×1000W)，但在第一次的控制循环中，没有前循环的信息，因此，在将输出电力负载率设为与目标负载率相同的100％，以将该值转换为触发角的100％接通晶闸管时，输出电流成为10A(200V÷20Ω)，输出电力成为2000W(200V×10A)。在第二次的循环中，根据由第一次的控制循环的触发角100％算出的前循环的有效值负载率100％和第一次的控制循环的输出电流测定值10A，算出前控制循环的最大触发角时输出电流估算值10A，且根据该值和电源电压(200V)算出前控制循环的最大触发角时输出电力估算值为2000W。另外，在将目标电力设为与第一次的控制循环相同的1000W时，输出电力负载率(目标电力÷最大触发角时输出电力估算值)为0.5(50％)，以将该值转换为触发角的50％接通晶闸管。其结果，输出电力成为与目标电力相同的1000W。在第三次的控制循环中，根据由第二次的控制循环的触发角50％算出的前循环的有效值负载率0.707(0.5(50％)的平方根)和第二次的控制循环的输出电流测定值7.07A(有效值)，算出前控制循环的最大触发角时输出电流估算值10A(7.07A÷0.707(70.7％))。根据由该值和电源电压的积算出的前循环的最大触发角时输出电力估算值2000W和目标电力1000W(与第一次的控制循环相同)，算出输出电力负载率50％(1000W÷2000W＝0.5)。在以将该值转换为触发角的50％接通晶闸管时，输出电力成为与第二次的控制循环相同的1000W。第四次是与第三次的控制循环相同的数值处理，因此，输出电力成为与目标电力相同的值即1000W。如上，在负载的电阻值为20Ω的情况下，第二次之后的控制循环的输出电力成为与目标电力相同的值。

接着，对在上述具体例中，负载的电阻值劣化至40Ω的情况进行说明。与负载电阻为20Ω时相同，在第一次的控制循环中，没有前循环的信息，因此，将输出电力负载率设为与目标负载率相同的100％，且在将该值转换为触发角时为100％，因此，输出电流成为5A(200V÷40Ω)，输出电力成为1000W(200V×5A)。在第二次的循环中，根据由前循环的触发角100％算出的有效值负载率100％和前循环的输出电流测定值5A，算出最大触发角时输出电流估算值5A(5A÷1(100％))，且根据该值和电源电压算出前循环的输出电力估算值1000W(200V×5A)。另外，因为目标电力为1000W，所以输出电力负载率(目标电力÷最大触发角时输出电力估算值)为1.0(100％)，且在将该值转换为触发角时为100％，因此，输出电力成为与目标电力相同的1000W。第三次以后也成为同样的结果。

以上，以目标负载率为100％的情况进行了说明，但无论目标负载率为0～100％之间的哪一值，均能够将输出电力控制为目标负载率×最大触发角时输出电力的值。另外，在负载电阻值为20Ω时，第一次的控制循环中的电力成为大的值的问题能够通过现有技术的软启动(使输出逐渐增大的功能)等简单地防止。

接着，参照图6说明实施方式2的交流电力调整器300的、与本发明相关的各控制循环的处理动作。对于与实施方式1(图2)同样的处理概念使用相同符号，省略或简化这里的说明。

至步骤201～207的处理基本上与实施方式1相同，但在本实施方式中，代替实施方式1中的输出电压估算值n－1的计算处理(步骤206)而执行最大触发角(100％)时输出电流估算值n－1的计算处理(步骤601)。该处理如上述，通过在前循环的最大触发角时输出电流估算部125将输出电流测定值n－1除以有效值的负载率n－1而进行。

在接着步骤601的步骤602，在前循环的最大触发角时输出电力估算部126，将由电源电压存储部1212得到的电源电压值与最大触发角时输出电流估算值n－1相乘，由此算出最大触发角时输出电力估算值n－1。

在接着的步骤603，在输出电力负载率计算部115，将由目标电力计算部111得到的目标电力值n除以在步骤602算出的最大触发角时输出电力估算值n－1，由此算出输出电力负载率θn。

算出输出电力负载率θn之后的处理与实施方式1相同。

根据具备以上的结构及处理动作的本实施方式的交流电力调整器300，与实施方式1相同，因为能够消除用于电压测定的电路(特别是变压器)，所以能够得到实现了成本降低及装置的小型化的交流电力调整器。

另外，与实施方式1中的PID控制等反馈控制相比，能够得到高速的响应。

此外，输出电力估算部120只要能够基于预先设定的电源的电压信息、触发角(与其对应的有效值的负载率)、负载2中流动的电流的测定值，算出最大触发角时输出电力估算值即可。在图5的交流电力调整器300中，以如下情况为例，即，在算出最大触发角输出电流估算值n－1后，将其与电源电压相乘，由此算出最大触发角时输出电力估算值n－1，但例如如图7所示，也可以根据输出电压估算值n－1和输出电流测定值n－1算出负载电阻估算值n－1(设置前循环的负载电阻估算部124)，且将电源电压的平方除以负载电阻估算值n－1，由此算出最大触发角时输出电力估算值n－1。(或者也可以算出最大触发角时输出电流估算值n－1，将其平方与负载电阻估算值n－1相乘。概念上都是相同的。)

＜实施方式3＞

图8是表示本发明的实施方式3的交流电力调整器的结构的概略的框图。对于与实施方式1及2相同的结构使用与图1及图5相同的符号，省略或简化这里的说明。

实施方式1或2中，直接使用预先设定于电源电压存储部1212的交流电源3的电源电压(有效值)算出输出电力估算值。与之相对，本实施方式的交流电力调整器相对于交流电源3的电源电压(有效值)校正(减去)电源线中的电压下降量。更具体而言，本实施方式的交流电力调整器进行如下处理，即，基于预先设定的电源线的阻抗和过去的相位控制循环中的负载中流动的电流的测定值，算出电源线中的电压下降值，并从电源的电压信息减去该电压下降值。

图8的交流电力调整器500具备用于算出从电源电压减去了电源线中的电压下降量的输出电压的输出电压计算部150。

输出电压计算部150具备：

电源线电阻值存储部153，其被预先设定电源线的阻抗值；

前循环的最大触发角时输出电压下降计算部152，其通过将由前循环的最大触发角时输出电流估算部125(与实施方式2相同)得到的前循环的触发角100％时的输出电流估算值和电源线的阻抗值相乘，算出(估算)前循环的触发角100％时的电源线中的电压下降值；

前循环的最大触发角时输出电压计算部151，其进行从预先设定于电源电压存储部1212的交流电源3的电源电压减去通过前循环的最大触发角时输出电压下降计算部152算出的电源线中的电压下降量的处理。

此外，在此，作为前循环的触发角→有效值负载率转换部1211，设为具备暂时存储前循环的触发角的前循环的触发角存储部和根据图3的(b)的触发角

与负载率(有效值)的对应关系将各触发角

转换为负载率(有效值)的触发角→负载率转换部的部件进行图示，但概念上与实施方式1或2中的前循环的触发角→有效值负载率转换部1211相同。

另外，作为最大目标电力值存储部112，设为具备预先设定有在负载2中流动的额定电流的额定电流存储部和将该设定的额定电流与预先设定于电源电压存储部1212的电源电压相乘并算出额定电力(最大目标电力)的额定电力计算部的部件进行图示，但概念上与实施方式1或2中的最大目标电力值存储部112相同。

本实施方式的交流电力调整器500进行如下处理，即，通过将由上述结构算出的“从电源电压减去了电源线中的电压下降量的前循环的触发角100％时的输出电压”与前循环的负载率(有效值)相乘而算出(估算)前循环的输出电压(在图2的步骤206中进行该处理)。此外，除此以外与实施方式1相同，所以省略这里的说明。

如上，根据本实施方式的交流电力调整器500，因为是考虑到电源线中的电压下降量的处理，所以能够进一步提高处理精度。就设置于工厂的各设备而言，为了方便其配置，多数情况不得不使电源线较长，因此，存在电源线缆中的电阻值成为不能忽视的大小的情况。另外，有时在电源线上设置变压器等，由这些部件等引起的在电源线上的阻抗成为不能忽视的大小。根据本实施方式的交流电力调整器500，在这种情况下，因为电源线的阻抗引起的电压下降量被校正，所以也能够以高的精度进行处理，是优选的。

图8的交流电力调整器500设为相对于实施方式1应用了“校正电源线中的电压下降量”的概念的例子，但本实施方式中的“校正电源线中的电压下降量”的概念对于实施方式2也当然能够应用。图9表示对实施方式2应用了“校正电源线中的电压下降量”的概念的交流电力调整器600。因为各结构或其处理概念相同，所以省略有关交流电力调整器600的说明。

同样，对于图4及图7所示例的内容当然也能够应用本实施方式中的“校正电源线中的电压下降量”的概念。

此外，预先在电源线电阻值存储部153设定的“电源线的阻抗”只要通过各种众所周知的方法测定实际的对象装置的相应部位的阻抗即可(或者也可以根据用于对象装置的各部件的规格等计算阻抗等)。

在本实施方式中，为了“校正电源线中的电压下降量”，预先设定电源线的阻抗，基于该阻抗和过去的相位控制循环中的负载中流动的电流的测定值，算出电源线中的过去的相位控制循环中的电压下降值，且从电源的电压信息减去该电压下降值，但也可以预先取得(测定等)触发角100％时在负载2中产生的负载电压，并将该触发角100％时在负载2产生的负载电压预先设定于电源电压存储部1212。

即，作为交流电力调整器的结构，也可以设为与实施方式1(或实施方式2)相同的结构，且在设置了实际的对象装置的状态下设为触发角100％的输出后，测定在负载2中产生的负载电压，并将其预先设定于电源电压存储部1212(处理自身与实施方式1(图2)或实施方式2(图6)相同)。

通过使用“触发角100％时在负载2中产生的负载电压”，“校正电源线(负载2以外的部分)中的电压下降量”与已进行的状态为相同含义，因此，能够在结构或处理自身与实施方式1或实施方式2相同的状态下，得到同样的效果。

在上述各实施方式中，以如下情况为例，即，通过前循环的触发角→有效值负载率转换部1211，将上次的控制循环的触发角用作“过去的相位控制循环中的相位控制信息”，并转换为有效值的负载率，但也可以求通过PID控制运算部113或输出电力负载率计算部115算出的、上次的控制循环的输出电力负载率θ的平方根(有效值的负载率)，将其用作“过去的相位控制循环中的相位控制信息”。但是，例如在通过软启动等其它功能校正触发角这样的情况下，仅简单地使用上次的控制循环的输出电力负载率θ的平方根，不能得到正确的结果。因此，该情况下，使用实施方式中说明的方法、或者需要也考虑软启动等其它功能的影响的处理。此外，因为计算的负载增大，所以对输出电力负载率θ的平方根(有效值的负载率)的计算处理而言，也可以预先具备表(将输出电力负载率θ转换为有效值的负载率的表)。

在各实施方式中，以接收来自变流器4(外部装置)的信号而取得输出电流值的前循环的输出电流测定部122为例，但变流器4也可以包含在交流电力调整器中。或者，作为交流电力调整器，也可以是仅具备接收输出电流值的输入的输入部的部件(没有前循环的输出电流测定部122的部件)等。

在各实施方式中，设为“上次的控制循环(过去的相位控制循环)”为最近的(一个之前的)循环进行了说明，但本发明中的“上次的控制循环(过去的相位控制循环)”不限于此，例如，也可以将几个循环前设为“上次的控制循环(过去的相位控制循环)”。

基于最近的(一个之前的)循环的测定值等确定“本次的控制循环”的各动作(各实施方式)是更优选的，但例如即使是将2个循环前的控制循环作为“上次的控制循环(过去的相位控制循环)”，基于2个循环前的控制循环中的测定值等确定“本次的控制循环”的各动作的情况，作为动作也是没有问题的。

另外，在各实施方式中，以在每一控制循环算出输出电力估算值(或者最大触发角时输出电力估算值)、或者用于算出该值的各值为例，但本发明不限于此。例如，只要是以相对于电阻值的经年劣化的追随处理为主要的目的，则未必需要在每一控制循环探测电阻值的变化的影响。在这种情况下，例如，也可以是如下情况等，即，以日单位或月单位等的循环算出实施方式2中说明的最大触发角时输出电力估算值并存储该值(以日单位或月单位等的循环进行更新)，通过将目标负载率与该存储的最大触发角时输出电力估算值相乘而进行目标电力计算部111中的目标电力值的计算。

符号说明

100、200、300、400、500、600...交流电力调整器

110...输出电力负载率和触发角计算部

111...目标电力计算部

112...最大目标电力值存储部

113...PID控制运算部(反馈控制部)

114...电力负载率→触发角转换部

115...输出电力负载率计算部

120...输出电力估算部

121...前循环的输出电压估算部

1211...前循环的触发角→有效值负载率转换部

1212...电源电压存储部

1213...输出电压估算值计算部

122...前循环的输出电流测定部

123...前循环的输出电力估算值计算部

124...前循环的负载电阻估算部

125...前循环的最大触发角时输出电流估算部

126...前循环的最大触发角时输出电力估算部

130...晶闸管触发处理部

140...晶闸管

150...输出电压计算部

151...最大触发角时输出电压计算部

152...前循环的最大触发角时输出电压下降计算部

153...电源线电阻值存储部

Claims (9)

1.一种交流电力调整器，其通过相位控制进行对负载的电力供给的控制，其特征在于，具备：

输出电力估算部，其基于预先设定的与所述负载连接的电源的电压信息、过去的相位控制循环中的所述负载中流动的电流的测定值和相位控制信息，算出输出电力估算值；以及

输出电力负载率和触发角计算部，其基于所赋予的目标负载率、预先设定的目标负载率为100％时向负载供给的目标电力即最大目标电力值、所述输出电力估算值，算出校正了所述目标负载率的输出电力负载率，并算出与该输出电力负载率对应的触发角，

由此，进行模拟的恒定电力控制。

2.根据权利要求1所述的交流电力调整器，其特征在于，

所述过去的相位控制循环中的相位控制信息为过去的相位控制循环中的触发角或过去的相位控制循环中的输出电力负载率。

3.根据权利要求2所述的交流电力调整器，其特征在于，

所述输出电力估算部具备：

输出电流测定部或输入部，该输出电流测定部测定所述负载中流动的电流，该输入部接收所述负载中流动的电流值的输入；

电源电压存储部，其被设定所述电源的电压信息；以及

输出电压估算部，其基于所述过去的相位控制循环中的输出电力负载率或与所述过去的相位控制循环中的触发角对应的有效值的负载率、以及所述电源的电压信息，算出输出电压估算值，

基于所述输出电压估算值和所述负载中流动的电流值，算出所述输出电力估算值。

4.根据权利要求1所述的交流电力调整器，其特征在于，

所述交流电力调整器具备反馈控制部，其基于目标电力与所述输出电力估算值的偏差进行反馈控制，该目标电力根据所述目标负载率和所述最大目标电力值算出。

5.根据权利要求2所述的交流电力调整器，其特征在于，

所述输出电力估算部具备：

输出电流测定部或输入部，该输出电流测定部测定所述负载中流动的电流，该输入部接收所述负载中流动的电流值的输入；

电源电压存储部，其被设定所述电源的电压信息；以及

最大触发角时输出电力估算部，其基于所述过去的相位控制循环中的输出电力负载率或与所述过去的相位控制循环中的触发角对应的有效值的负载率、所述负载中流动的电流值以及所述电源的电压信息，算出触发角为最大时的输出电力的估算值即最大触发角时输出电力估算值。

6.根据权利要求5所述的交流电力调整器，其特征在于，

将所述最大目标电力值与所述目标负载率相乘所得的值除以所述最大触发角时输出电力估算值，由此算出所述校正了所述目标负载率的输出电力负载率。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的交流电力调整器，其特征在于，具备：

晶闸管；以及

基于所述触发角控制所述晶闸管的晶闸管触发处理部。

8.根据权利要求1～6中任一项所述的交流电力调整器，其特征在于，

基于预先设定的电源线的阻抗和所述过去的相位控制循环中的所述负载中流动的电流的测定值，算出电源线中的电压下降值，并从所述电源的电压信息减去该电压下降值。

9.根据权利要求1～6中任一项所述的交流电力调整器，其特征在于，

作为所述电源的电压信息，预先设定有触发角100％时在所述负载中产生的负载电压。

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