DE69817547T2

DE69817547T2 - Leistungssteuereinheit

Info

Publication number: DE69817547T2
Application number: DE69817547T
Authority: DE
Inventors: Daniel Oliveira; Haruo Nishiyama; Yoshifumi Soraku-gun Maitani
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-06-24
Filing date: 1998-06-24
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2018-06-25
Also published as: EP0967532A1; EP0967532B1; US6037757A; JP3611726B2; JP2000012189A; CN1240310A; CN1073756C; DE69817547D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Leistungssteuereinheit zum Steuern der einer Last zugeführten Leistung, wie für den Heizer einer Thermoschmelzeinrichtung in einem Bilderzeugungsgerät wie einem elektrofotografischen Kopiergerät einem Drucker und einem Faxgerät. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung eine Leistungssteuereinheit, die im Hinblick auf einen zeitweiligen Abfall der Versorgungsspannung (Spannungsabfall), wie sie durch einen in die Last fließenden Spannungsstrom hervorgerufen wird, das Auftreten einer harmonischen Verzerrung (Harmonische) des Stromsignalverlaufs, hervorgerufen durch die beim Ausführen einer Phasensteuerung zugeführte Spannung, und die Erzeugung von Leitungsstörsignalen ausgebildet ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In einem Bilderzeugungsgerät wie einem elektrofotografischen Kopiergerät, einem Drucker und einem Faxgerät wird z. B. ein Bildsignal entsprechend der Dichte von Bildinformation des ursprünglichen Dokuments in ein elektrisches Signal gewandelt, auf dessen Grundlage auf einem fotoempfindlichen Körper unter Verwendung eines Laserstrahls oder dergleichen ein elektrostatisches, latentes Bild erzeugt wird. Dann wird das elektrostatische, latente Bild in ein Entwicklerbild entwickelt und auf ein Blatt übertragen, woraufhin das Entwicklerbild mit durch einen Heizer einer Wärmeschmelzeinrichtung aufgeschmolzen wird, um darauf fixiert zu werden. Bei diesem Typ einer Schmelzeinrichtung, die ein Bild unter Erwärmung auf ein Blatt schmilzt, ist der Heizer (nachfolgend als Schmelzheizer bezeichnet) der Wärmeschmelzeinrichtung als Last vorhanden. Im Schmelzheizer werden eine Heizlampe, wie eine Halogenlampe, und ein Heizwiderstand oder dergleichen als Wärmequelle verwendet. Der Schmelzheizer ist in ein Paar Schmelzwalzen eingeschlossen, die ein Blatt, auf das das Entwicklerbild aufzuschmelzen ist, einklemmen und transportieren sollen. Genauer gesagt, sind ein oder mehrere Schmelzheizer mit jeweils einer Leistung im Bereich von einigen hundert Watt bis ungefähr 2000 Watt innerhalb einer oder jeder Schmelzwalze eines Paars von Schmelzwalzen vorhanden. Im Fall eines Hochgeschwindigkeits-Bilderzeugungsgeräts wird ein Schmelzheizer mit hohem Leistungsvermögen verwendet. Ferner wird das Paar von Schmelzwalzen dadurch auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten, dass die dem Schmelzheizer zugeführte Energie unter Verwendung eines Schmelzheizer-EIN/AUS-Signals geregelt wird, das abhängig vom Erfassungsergebnis eines Temperatursensors erzeugt wird, der auf solche Weise vorhanden ist, dass er die Oberfläche des Paars von Schmelzwalzen berührt.
Wenn das Bilderzeugungsgerät eine große Last mit positiver Temperaturcharakteristik als zu betrachtende Komponente verfügt, der Leistung geregelt zuzuführen ist, läuft unmittelbar nach dem Beginn der Energiezufuhr ein großer Strom (nachfolgend als Stromstoß bezeichnet) durch die Last. Nachfolgend wird unter Verwendung eines Halogenheizers der Schmelzeinrichtung als Beispiel und unter Bezugnahme auf die 7 erläutert, wie der Stromstoß in die Last fließt und wie die Versorgungsspannung abfällt, wenn der Stromstoß die Last durchläuft.
Wie es durch eine Kurve (a) dargestellt ist, wird, wenn ein Heizersignal in den EIN-Zustand gelangt, dem Halogenheizer Spannung von einer Netzspannungsquelle zugeführt. Da der Widerstandswert des Halogenheizers positive Temperaturcharakteristik aufweist, anders gesagt, da er größer wird, wenn die Temperatur des Halogenheizers ansteigt, hat der Halogenheizer einen ziemlich kleinen Widerstandswert, wenn ihm noch kein Strom zugeführt wurde. Im Allgemeinen beträgt der Widerstandswert bei einer derartigen niedrigen Temperatur 1/10 des Widerstandswerts im erwärmten Zustand. Da Spannung einem Halogenheizer mit einem derartig kleinen Widerstandswert zugeführt wird, fließt unmittelbar nach dem Beginn der Stromzufuhr, wie durch eine Kurve (c) dargestellt, ein Stromstoß I₁ (Spitzenwert des Halbzyklus des Stroms im Anfangsstadium) in den Halogenheizer.
Der Halogenheizer wird erwärmt, wenn der Strom fließt, und seine Temperatur steigt an, und dies gilt auch für seinen Widerstandswert. Wenn der Widerstandswert ansteigt, nimmt der in den Halogenheizer fließende Strom ab und konvergiert auf einen Normalstrom I₀, und der Halogenheizer nimmt einen Normalzustand ein. Das Verhältnis des Stromstoßes I₁ zum Normalstrom I₀, I₁/I₀, liegt im Bereich einstelliger Zahlen bis zum Zehnfachen. Im Fall der 7 kann, da der Halogenheizer so gesteuert wird, dass er im Wesentlichen beim Nulldurchgangspunkt des Signalverlaufs der Versorgungsspannung zu emittieren beginnt, der Stromstoß auf einen relativ kleinen Wert heruntergedrückt werden.
Andererseits bewirkt, wie es durch eine Kurve (b) in der Zeichnung dargestellt ist, der auf die obige Weise in den Halogenheizer fließende Stromstoß einen Spannungsabfall ΔV₁ im Bereich des Auslasses der Netzspannungsquelle, die Spannung an das Bilderzeugungsgerät liefert, oder in anderen internen Leitungen aufgrund der Eigenimpedanz derselben. Die Kurve (b) in der Zeichnung repräsentiert eine einhüllende des Spannungsverlaufs, wenn die Spannung fällt. Nachdem der durch den Halogenheizer fließende Strom auf den Normalstrom konvergiert hat, konvergiert auch der Spannungsabfall auf einen kleinen Wert ΔV₂. Wenn die Spannungsversorgung zum Halogenheizer unterbrochen wird, erreicht die Spannung den ursprünglichen Spannungspegel V₀.
Insbesondere können Einrichtungen in der Umgebung oder Beleuchtungseinrichtungen nachteilig beeinflusst werden, da der obige Stromstoß momentan für einen deutlichen Spannungsabfall sorgt. Wenn z. B. die an die Beleuchtungseinrichtung gelieferte Spannung abfällt, tritt möglicherweise ein Beleuchtungsflackereffekt (Flackern) auf. In jüngerer Zeit werden, um das Auftreten dieses Effekts zu unterdrücken, Geräte, die viel Energie von einer Spannungsquelle verbrauchen, durch einen Flackertest gesteuert. Im Flackertest wird geprüft, dass eine Spannung seitens der Spannungsquelle wegen der in den Geräten vorhandenen Last nicht unter einen vorbestimmten Pegel fällt. Im Fall eines Bilderzeugungsgeräts wird der Flackertest in zwei Modi ausgeführt: einem Kopiermodus (der Flackertest in diesem Modus wird als Kurzflackertest bezeichnet) und einem Bereitschaftsmodus (der Flackertest in diesem Modus wird als Langflackertest bezeichnet). So wird der Flackertest auf Grundlage von Einstellwerten ausgeführt, die gesondert für jeden Modus eingestellt werden.
Um den problematischen Spannungsabfall zu unterdrücken, ist, wie es in der Offenlegung Nr. 242644/1994 (Tokukaihei No. 6-242644) zu einer japanischen Patentanmeldung offenbart ist, ein Steuerverfahren, das als Phasensteuerung bezeichnet wird, zum Zuführen von Energie durch schrittweises Erhöhen eines Leitungswinkels, unter dem ein Strom durch die Last fließt, bekannt. Wenn jedoch Energie einer Last wie dem o. g. Halogenheizer über Phasensteuerung zugeführt wird, startet die Spannungsversorgung an einem anderen Punkt als dem Nulldurchgangspunkt des Spannungsverlaufs, und es wird abrupt eine große Spannung an die Last gelegt. Demgemäß wird nicht nur der Stromverlauf verzerrt, sondern es werden auch Leitungsstörungen über ein weites Frequenzband emittiert. Die Verzerrung des Stromverlaufs beeinflusst in nach teiliger Weise die Umgebung am Ausgang der mit einem Gerät verbundenen Netzspannungsquelle, die mittels Phasensteuerung Energie an die interne Last, oder an andere mit den anderen internen Leitungen verbundene Geräte, liefert. Auch führen die emittierten Leitungsstörsignale zu einem Problem dahingehend, dass eine Fehlfunktion peripherer elektronischer Einrichtungen ausgelöst wird.
Um die obigen Probleme zu beseitigen, wird durch einen Harmonische-Test bezeichneten Test eine Regelungsmaßnahme auferlegt. Der Harmonische-Test prüft, wie schlecht die Verzerrung des Stromverlaufs der 8 gegenüber dem ursprünglichen Signalverlauf ist. In der Praxis wird getestet, ob ein Koeffizient jeder Ordnung der Harmonischen, wie dadurch erhalten, dass der Stromverlauf einer Fourieranalyse unterzogen wird, innerhalb vorbestimmter Regelungswerte liegt oder nicht, und es werden die zweite bis vierzigste Harmonische geprüft. Die Sicherheitsregulierungen erfordern es, dass ein Bilderzeugungsgerät die Störsignale durch Harmonische in einem Kopiermodus, in dem ein normales Bild erzeugt wird, innerhalb der vorbestimmten Regulierungswerte hält.
Um diesen Regulierungen zu genügen, wurden verschiedene Gegenmaßnahmen vorgeschlagen. Z. B. offenbart die o. g. Offenlegung Nr. 242644/1994 (Tokukaihei No. 6-242644) zu einer japanischen Patentanmeldung auch eine Technik zum Unterdrücken des Auftretens eines Stromstoßes durch schrittweises Erhöhen des Leitungswinkels unter Verwendung einer Schaltung für allmählichen Start unter Verwendung eines bidirektionalen Thyristors (auch als TRIAC bekannt). Wenn diese Technik verwendet wird, wird der Spannungsabfall wirkungsvoll unterdrückt, jedoch wird, da die herkömmliche Phasensteuerung ausgeführt wird, der Stromverlauf beträchtlich verzerrt, was zu einer großen Menge an Leitungsstörsignalen führt. Um den nachteiligen Einfluss der Leitungsstörsignale auf die anderen Geräte zu beseitigen, muss für die Stromversorgungsleitung ein teures Störsignalfilter vorhanden sein. So besteht ein Problem dahingehend, dass die Kosten in unerwünschter Weise erhöht sind. Darüber hinaus bleibt das Problem der Verzerrung des Stromverlaufs ungelöst.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die folgende Tabelle 1 und die 9 erläutert, wie die zeitliche Länge der Phasensteuerperiode allgemein den o. g. Spannungsabfall, die Verzerrung des Stromverlaufs und die Leitungsstörsignale beeinflusst.
Tabelle 1
Hierbei wird die Phasensteuerung auf solche Weise ausgeführt, dass die Spannungsversorgung zur Last nach einer vorbestimmten Periode (Verzögerungszeit) ab dem Nulldurchgangspunkt des Spannungsverlaufs gestartet wird und sie während einer vorbestimmten Periode Tph (9), nachdem der Strom fließen konnte, am Nulldurchgangspunkt gestoppt wird. Anschließend wird die Phasensteuerung auf eine Nulldurchgangssteuerung geschaltet, um den Strom kontinuierlich vollständig durchzulassen.
In diesem Fall ist, wie es aus der Tabelle 1 ersichtlich ist, der Spannungsabfall umso kleiner, je länger die Phasensteuerperiode ist, und der Spannungsabfall ist umso größer, je kürzer die Phasensteuerperiode ist. Dagegen sind der Grad der Verzerrung des Spannungsverlaufs und die Leitungsstörsignale umso höher, je länger die Phasensteuerperiode ist, und der Grad der Verzerrung des Stromverlaufs und die Leitungsstörsignale sind umso niedriger, je kürzer die Phasensteuerperiode ist.
Eine andere Leistungssteuereinheit für eine Fixierheizer-Last ist aus EP-A-740 223 (& JP-A-9-080 961) bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Leistungssteuereinheit zu schaffen, die einen Spannungsabfall effektiv verringern kann, ohne dass sie eine große Verzerrung des Stromverlaufs oder große Leitungsstörsignale hervorruft, wenn Energie einer Last mit großer Stromaufnahme zugeführt wird, wie einer Heizerlampe, wie sie in einem Bilderzeugungsgerät oder dergleichen verwendet wird.
Um die obige und andere Aufgaben zu lösen, ist eine erste erfindungsgemäße Leistungssteuereinheit dadurch gekennzeichnet, dass sie mit Folgendem versehen ist: einer Schalteinrichtung zum Einstellen eines durch eine Last mit positiver Temperaturcharakteristik des Widerstands fließenden Stroms durch Steuern einer Versorgungsspannung mit mindestens einer Polarität, die der Last von einer Wechselspannungsquelle zugeführt wird, mittels Phasensteuerung, wobei eine Stromflusszeit in einem Halbzyklus eines Versorgungsspannungsverlaufs eingestellt wird, bevor der Stromfluss beginnt; wobei die Schalteinrichtung so ausgebildet ist, dass sie die Phasensteuerung für den Versorgungsspannungsverlauf so ausführt, dass ein erstes Steuermuster gebildet wird; wobei die Schalteinrichtung eine Spannung für eine Stromflusszeit T₁ liefert; die Schalteinrichtung dann eine Spannung für eine Stromflusszeit T₂ liefert, die länger als die Stromflusszeit T₁ ist; und die Schalteinrichtung dann eine Spannung für eine Stromflusszeit T₃ liefert, die kürzer als die Stromflusszeit T₂ ist.
Auch ist eine zweite erfindungsgemäße Leistungssteuereinheit dadurch gekennzeichnet, dass sie mit Folgendem versehen ist: einer Schalteinrichtung zum Einstellen eines durch eine Last mit positiver Temperaturcharakteristik des Widerstands fließenden Stroms durch Steuern einer Versorgungsspannung mit mindestens einer Polarität, die der Last von einer Wechselspannungsquelle zugeführt wird, mittels Phasensteuerung, wobei eine Stromflusszeit in einem Halbzyklus eines Versorgungsspannungsverlaufs eingestellt wird, bevor der Stromfluss beginnt; wobei die Schalteinrichtung so ausgebildet ist, dass sie die Phasensteuerung für den Versorgungsspannungsverlauf so ausführt, dass sie ein zweites Steuermuster mindestens ein Mal ausführt, bei dem die Schalteinrichtung den Strom leitet, während die Stromflusszeit (T₁) im Wesentlichen konstant gehalten wird; die Schalteinrichtung so ausgebildet ist, dass sie die Stromflusszeit (T₂) verlängert, bevor die Schwächungsrate für den Spitzenwert eines sich ergebenden Laststroms in Sättigung geht; und die Schalteinrichtung so ausgebildet ist, dass sie dann den Strom leitet, während sie eine weiter verlängerte Stromflusszeit (T₃) im Wesentlichen konstant hält.
Gemäß jeder der obigen Anordnungen kann ein Spannungsabfall effektiv verringert werden, ohne dass eine große Verzerrung des Stromverlaufs oder starke Leitungsstörsignale durch Weglassen eines teuren Störsignalfilters oder spezieller Hardware hervorgerufen würden. Auch kann die Steuerung unter Verwendung desselben Steuerverfahrens für zwei Arten von Flackertests (Kurzflackertest und Langflackertest) zum Testen eines Spannungsabfalls ausgeführt werden.
Für ein vollständigeres Verständnis der Art und der Vorteile der Erfindung ist auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug zu nehmen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das schematisch eine Anordnung einer Schmelzheizer-Steuerschaltung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 ist eine Ansicht zum Erläutern jedes Teils eines Bilderzeugungsgeräts;
3 ist eine Ansicht zum Erläutern jedes Teils einer Schmelzeinrichtung;
4 ist ein Zeitdiagramm zum Veranschaulichen, wie die Phasensteuerung ausgeführt wird;
5 ist ein Flussdiagramm zum detaillierten Erläutern eines Prozesses zum Einstellen einer Phasensteuerperiode auf Grundlage eines in einem ROM der 1 gesteuerten Phasensteuerungs-Wellennummer-Werts;
6 ist ein Kurvenbild, das einen Stromverlauf zeigt, wenn eine Phasensteuerung ausgeführt wird;
7 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Spannungsabfalls und eines Stromverlaufs;
8 ist eine Ansicht zum Erläutern der Verzerrung eines Stromverlaufs;
9 ist eine Ansicht zum Erläutern des Spannungsabfalls und des Stromverlaufs, wenn eine Phasensteuerung ausgeführt wird;
10 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Stromverlaufs, wenn eine Phasensteuerung ausgeführt wird;
11 ist eine andere Ansicht zum Erläutern eines Stromverlaufs, wenn eine Phasensteuerung ausgeführt wird; und
12 ist noch eine andere Ansicht zum Erläutern eines Stromverlaufs, wenn eine Phasensteuerung ausgeführt wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend wird eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung eines digitalen Kopiergeräts als beispielhaftes Bilderzeugungsgerät gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 sowie 10 bis 12 beschrieben.
Zunächst wird jede Komponente des Bilderzeugungsgeräts kurz beschrieben. Das Bilderzeugungsgerät ist hierbei ein digitales Kopiergerät. Wie es in der 2 dargestellt ist, verfügt das digitale Kopiergerät 30 im Wesentlichen über einen Scannerabschnitt 31, einen Bildverarbeitungsabschnitt (nicht dargestellt) und einen Aufzeichnungsabschnitt 32. Der Scannerabschnitt 31 liest ein Bild auf einem Vorlagendokument und wandelt dasselbe in ein entsprechendes elektrisches Signal um, und er liefert das elektrische Signal als Bilddaten an den Bildverarbeitungsabschnitt. Der Bildverarbeitungsabschnitt verarbeitet die so empfangenen Bilddaten auf vorbestimmte Weise. Die verarbeiteten Bilddaten werden auf einen fotoempfindlichen Körper gestrahlt, der innerhalb einer elektrofotografischen Bilderzeugungsvorrichtung vorhanden ist, die im Aufzeichnungsabschnitt 32 eingeschlossen ist, wobei das Bestrahlen durch eine Laserschreibvorrichtung erfolgt, die ebenfalls im Aufzeichnungsabschnitt 32 eingeschlossen ist, wodurch ein dem Bild auf dem Ursprungsdokument entsprechendes elektrostatisches, latentes Bild erzeugt wird. Das elektrostatische, latente Bild wird zunächst durch eine Entwicklungsvorrichtung zu einem Entwicklerbild entwickelt und dann auf ein Blatt übertragen. Das das Entwicklerbild tragende Blatt wird zu einer Schmelzeinrichtung transportiert, die am stromabwärtigen Ende entlang der Blatttransportrichtung innerhalb des Bilderzeugungsabschnitts vorhanden ist, und das Entwicklerbild wird auf das Blatt aufgeschmolzen.
Als Nächstes wird die Schmelzeinrichtung unter Bezugnahme auf die 3 im Einzelnen erläutert. Wie es in der Zeichnung dargestellt ist, ist eine Schmelzeinrichtung 40 mit einer oberen Schmelzwalze 41 und einer unteren Schmelzwalze 42 versehen, die durch eine Druckausübungseinrichtung 43 gegeneinander gedrückt werden. Die obere und die untere Schmelzwalze 41 und 42 können durch eine Antriebseinrichtung (nicht dargestellt) gedreht werden, damit sie ein Blatt einklemmen und transportieren können. Innerhalb der oberen Schmelzwalze 41 ist ein Schmelzheizer 44 vorhanden. Auch sind ein Schmelzthermistor 45 und eine Schmelztrennklaue 46 so vorhanden, dass sie mit der Außenseite der oberen Schmelzwalze 41 in Berührung stehen. Ferner ist getrennt von der oberen Schmelzwalze 41 eine Temperaturschmelz sicherung 47 vorhanden.
Als Nächstes wird der Aufbau einer erfindungsgemäßen Leistungssteuereinheit unter Bezugnahme auf die 1 erläutert. Die 1 zeigt den Aufbau des Hauptteils einer Schmelzheizer-Steuerschaltung, die im digitalen Kopiergerät 30 als Leistungssteuereinheit dient. Die Schmelzheizer-Steuerschaltung der 1 verfügt im Wesentlichen über einen Anschlussstecker 101 für eine Wechselspannungsquelle, eine Spannungsversorgungseinheit 102, eine Steuerplatine 103 und eine Schmelzeinheit 104. Die Spannungsversorgungseinheit 102 beinhaltet einen Spannungsquellen-Transformator 105, eine Nulldurchgang-Erkennungsschaltung 106, einen bidirektionalen Thyristor (auch als TRIAC bekannt) 107. Die Steuerplatine 103 beinhaltet eine Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung (I/O) 108, eine andere Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung (I/O) 109, eine CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) 110, einen ROM (Festwertspeicher) 111, einen RAM (Direktzugriffsspeicher) 112, einen A/D-Wandler 113 und einen Verstärker 114. Wenn der Wechselspannungsquelle-Anschlussstecker 101 mit der Wechselspannung verbunden ist, wird durch den Spannungsquelle-Transformator 105 Spannung auf der einen Seite in solche auf der zweiten Seite gewandelt, damit eine vorgegebene Spannung an die elektrischen Komponenten gelegt wird. Auch beinhaltet die Schmelzeinheit 104 eine Temperaturschmelzsicherung 117, einen Schmelzheizer 118 und einen Schmelzthermistor 119.
Wie erläutert, ist der Schmelzheizer 118 innerhalb der oberen Schmelzwalze 41 vorhanden, und er überträgt Wärme sowohl an die obere als auch die untere Schmelzwalze 41 und 42. Der Schmelzthermistor 119 erfasst die Oberflächentemperatur der Schmelzwalze 118, und er liefert ein der erfassten Temperatur entsprechendes Signal über den A/D-Wandler 113 an die CPU 110. Der Schmelzheizer 118 und der bidirektionale Thyristor 107 sind in Reihe in Bezug auf die Wechselspannungsquelle geschaltet. Der bidirektionale Thyristor 107 gibt die Spannungsversorgung zum Schmelzheizer 118 von der Spannungsquelle abhängig von einem von der CPU 110 über die Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung 108 empfangenen Signal frei oder sperrt sie. Die Nulldurchgangs-Erkennungsschaltung 106 erkennt einen Nulldurchgangspunkt einer von der Wechselspannungsquelle angelegten Spannung, und sie liefert über die Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung 108 ein Signal an die CPU 110. Die Temperaturschmelzsicherung 117 ist mit dem Schmelzheizer 118 in Reihe geschaltet, um einen Brand desselben oder dergleichen dann zu verhindern, wenn der Schmelzthermistor 119 oder der bidirektionale Thyristor 107 ausfällt und die Spannung dauernd an den Schmelzheizer 118 angelegt wird.
Hierbei bilden die Spannungsversorgungseinheit 102 und die Steuerplatine 103 eine Schalteinrichtung.
Nachfolgend wird unter Verwendung eines beispielhaften Falls, gemäß dem das digitale Kopiergerät 30 dadurch aktiviert wird, dass sein Hauptschalter eingeschaltet wird, während seine Spannungsquelle ausgeschaltet war (der Hauptschalter war ausgeschaltet), ein Verfahren erläutert, gemäß dem dem Schmelzheizer 118 Energie dadurch zugeführt wird, dass die o. g. Hardware gesteuert wird. Hierbei ist das digitale Kopiergerät 30 so konzipiert, dass es mit 230 V und 50 Hz arbeitet.
Die CPU 110 steuert den Gesamtbetrieb des digitalen Kopiergeräts 30 auf Grundlage eines vorab im ROM 111 abgespeicherten Steuerprogramms, und die Schalteinrichtung arbeitet mit einem Befehl von der CPU 110. Nachfolgend wird erläutert, wie die CPU 110 die Schalteinrichtung steuert.
Im ROM 111 ist ein Steuerprogramm zum Steuern der Schalteinrichtung gespeichert, und die CPU 110 steuert die Schalteinrichtung durch Abrufen des Inhalts im ROM 111, falls erforderlich. Auch sind Steuerdaten zum Steuern des Betriebs der Schalteinrichtung im ROM 111 abgespeichert. Die CPU 110 ruft auch bei Bedarf die Steuerdaten ab, und sie verwendet dieselben zum Steuern der Schalteinrichtung.
Als Nächstes wird der Betrieb des digitalen Kopiergeräts 30 für den Fall erläutert, dass sein Hauptschalter eingeschaltet wird, während seine Spannungsquelle ausgeschaltet war. Hierbei ist die Phasensteuerung als solche Steuerung definiert, die eine Stromfließzeit in jedem Halbzyklus des Spannungsverlaufs steuert. Auch liefert die CPU 110 Spannung an den Schmelzheizer 118, um seine Temperatur auf einen vorbestimmten Wert anzuheben. Wie erläutert, treten Probleme auf, wenn eine Stromfließsteuerung, wie die in der Veröffentlichung Nr. 242644/1994 (Tokukaihei No. 6-242644) zu einer japanischen Patentanmeldung Offenbarte, auf die Schmelzwalze 118 angewandt wird, wie ein Spannungsabfall, eine Verzerrung des Stromverlaufs und Leitungsstörsignale. So sorgt die CPU 110 für eine von der obigen, herkömmlichen Phasensteuerung verschiedene Phasensteuerung. Die CPU 110 bewerkstelligt diese Phasensteuerung wiederholt, bis die Gefahr eines Spannungsabfalls nicht mehr wesentlich ist. Später wird die Phasensteuerung auf eine Nulldurchgangssteuerung umgeschaltet. Auf diese Weise wird die Schmelzwalze 118 dauernd beheizt, bis ihre Temperatur auf den vorbestimmten Pegel ge stiegen ist.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die unten folgenden Tabellen 2 und 3 und die 4 und 5 erläutert, wie die CPU 110 die Stromflusssteuerung für die Schmelzwalze 118 ausführt. Die 4 zeigt ein Zeitdiagramm, das darstellt, wie ein Schmelzheizerstrom mittels eines durch die CPU 110 abgearbeiteten Softwareprogramms gesteuert wird. Die Tabelle 2 und die Tabelle 3, die eine Fortsetzung der Tabelle 2 ist, zeigen Steuerdaten, wie sie im ROM 111 gespeichert sind, um die Stromflusszeit für den Schmelzheizer 118 durch Steuern der EIN/AUS-Aktion des bidirektionalen Thyristors 107 zu steuern. Die 5 ist ein Flussdiagramm, das detailliert eine Betriebsweise der CPU 110 während der Phasensteuerperiode veranschaulicht. Nachfolgend werden Halbzyklen der Zweckdienlichkeit der Erläuterung halber in einige Segmente unterteilt, wie es in den 4 und 5 und den Tabellen 2 und 3 angegeben ist.
Tabelle 2
Tabelle 3
Wie es die 4 und 5 zeigen, gibt, wenn ein Heizeraktiviersignal eingeschaltet wird, die CPU 110 ein Signal (Heizer ein) mit einer vorbestimmten Zeitverzögerung vom von der Nulldurchgangs-Erkennungsschaltung 106 ausgegebenen Nulldurchgangssignal bis zur Anzeige eines Nulldurchgangspunkts aus, um dem Schmelzheizer 118 Energie zuzuführen, wodurch dieser damit beginnt, den Strom zu leiten. Die CPU 110 steuert die Verzögerungszeit bis zum Start des Stromdurchgangs in jedem Halbzyklus des Spannungsverlaufs auf Grundlage des erfassten Nulldurchgangspunkts und der ROM-Daten. Demgemäß wird die Stromflusszeit in jedem Halbzyklus des Spannungsverlaufs auf die folgende Weise gesteuert.
Es startet nämlich, wie es detailliert in der 5 dargestellt ist, wenn das dem Wechselspannungsquelle-Spannungsverlauf entsprechende Nulldurchgangssignal eine Unterbrechung zeigt, nachdem die Spannungsquelle eingeschaltet wurde und die CPU 110 die Programmsteuerung des digitalen Kopiergeräts 30 gestartet hat, ein dem Steuermodus entsprechendes Steuerprogramm. Das Steuerprogramm ist für jeden Steuermodus im ROM 111 gespeichert. Wenn das Nulldurchgangssignal einen Interrupt für das Programm ausführt, initialisiert die CPU 110 den Wellennummer-Zählwert C (S11), woraufhin ein Zähler damit beginnt, zu jedem Nulldurchgangs-Zeitpunkt der Versorgungsspannung einen Nulldurchgangspuls zu zählen (S12). Dann vergleicht die CPU 110 den Wellennummer-Zählerwert C mit einem vorab im ROM 113 gespeicherten Phasensteuerungs-Wellennummernwert M (S13 und S14). Die CPU 110 ruft eine dem Wellennummer-Zählerwert C entsprechende Verzögerungszeit Td als ROM-Daten wert für jeden Halbzyklus der Wechselspannungsquelle ab (S15), und sie gibt ein der Verzögerungszeit Td entsprechendes Steuersignal S1 auch als ROM-Datenwert aus (S16). Beim vorliegenden Beispiel gilt M = 29. Auf diese Weise wird die Verzögerungszeit Td beliebig entsprechend dem im ROM 111 abgespeicherten Programm bestimmt, und es wird eine Phasensteuerung ausgeführt. Die Phasensteuerung erfolgt wiederholt für jeden Halbzyklus, bis die Gefahr eines Spannungsabfalls nicht mehr wesentlich ist. Wenn das Verzögerungssteuermuster endet, wird die Wechselspannung des Schmelzheizers 118 auf einen kontinuierlichen EIN-Zustand geschaltet.
Übrigens seien, der Zweckdienlichkeit der Erläuterung halber, die Halbzyklen des Spannungsverlaufs nach dem Punkt, zu dem der Schmelzheizer 118 damit beginnt, den Strom durchzulassen, aufeinanderfolgend der erste Halbzyklus, der zweite Halbzyklus, ..., der 29. Halbzyklus, .... Dann beträgt, wenn 50 Hz als Frequenz der Versorgungsspannung vorgegeben sind, jeder Halbzyklus des Spannungsverlaufs 10 ms, und die Verzögerungszeit bis zum Start der Stromleitung wird im Bereich zwischen 0 ms (der Strom wird für den gesamten Halbzyklus geleitet) und 10 ms (für den gesamten Halbzyklus kann kein Strom fließen) gesteuert. Beim vorliegenden Beispiel erfolgt die Phasensteuerung vom ersten bis 29. Halbzyklus. Anders gesagt, beträgt die Phasensteuerungsperiode 290 ms, woraufhin die Phasensteuerung auf die Nulldurchgangssteuerung umgeschaltet wird.
Nachfolgend wird die Phasensteuerperiode im Einzelnen unter Verwendung eines beispielhaften Falls erläutert, bei dem das erfindungsgemäße Leistungssteuerverfahren in der Praxis angewandt wird, wobei auf das Stromflusszeit-Diagramm der 4 und den Stromverlauf der 6 Bezug genommen wird.
Vom ersten bis zum dritten Halbzyklus (Segment A) wird die Stromflusszeit allmählich ausgehend von einem kleinen Wert verlängert. Während des vierten und fünften Halbzyklus (Segment B) wird der Stromfluss aufgehoben. Dies, da in der Periode vom ersten bis fünften Halbzyklus der Widerstandswert des Schmelzheizers so klein ist, dass ein großer Stromstoß durch ihn fließt, wenn die Stromflusszeit in jedem Halbzyklus zu lang eingestellt wird. Um diesen Mangel zu verhindern, werden relativ kurze Stromflusszeiten im Vergleich mit denen nach dem fünften Halbzyklus ausgewählt, so dass der Schmelzheizer allmählich aufgeheizt wird. Wenn jedoch der Schmelzheizer im Anfangsstadium für eine zu kurze Stromflusszeit aufgeheizt wird, z. B. 1 ms beim vorliegenden Beispiel, muss die Phasensteuerung häufiger ausgeführt werden. Anders gesagt, ist die Phasensteuerperiode verlängert, und dies ist ein Nachteil beim Harmonische-Test und beim Test auf Leitungsstörsignale. So kann die Stromflusszeit in Reaktion auf Toleranzen hinsichtlich der Verzerrung des Stromverlaufs und der Leitungsstörsignale eingestellt werden. Auch darf während des vierten und fünften Halbzyklus kein Strom fließen. Der Grund dafür ist der Folgende. Der Spitzenwert des Stroms ist aufgrund des bis zum dritten Halbzyklus geleiteten Stroms ziemlich hoch, und wenn der Strom unter diesen Bedingungen auch im vierten und fünften Halbzyklus fließen darf, steigt der Spitzenwert des Stromverlaufs weiter an, was zu einer beträchtlichen Gefahr führt, dass es zu einem großen Spannungsabfall kommt. So darf, um einen derartigen großen Spannungsabfall zu verhindern, während des vierten und fünften Halbzyklus kein Strom fließen. Im Anfangsstadium, in dem der Stromfluss startet, hängt die optimale Stromflusszeit, um einen solchen Spitzenwert zu erhalten, dass kein großer Spannungsabfall ausgelöst wird, von der Leistung des als Last dienenden Schmelzheizers, der Temperatur beim Stromfluss, der Versorgungsspannung, der Spannungsquellenfrequenz usw. ab. Umgekehrt kann eine derartige optimale Stromflusszeit entsprechend den o. g. Faktoren eingestellt werden.
Beim vorliegenden Beispiel ist, da die Stromflusszeit im dritten Halbzyklus auf 3 ms eingestellt ist, die Stromflusszeit im vierten und fünften Halbzyklus auf 0 (Null) eingestellt). Wenn jedoch keine Gefahr des Auslösens eines großen Spannungsabfalls besteht, können die Halbzyklen (Segment B des vierten und fünften Halbzyklus), in denen kein Strom fließen darf, weggelassen werden, so dass die Steuerung auf eine solche geschaltet wird, bei der der Spitzenwert des Stromverlaufs für eine im Wesentlichen konstante Stromflusszeit (hier 3 ms) geschwächt wird, wie es unten beschrieben wird. Wenn das Segment, in dem kein Strom fließen darf, weggelassen wird, müssen (1) die Stromflusszeit im dritten Halbzyklus und (2) die im Wesentlichen konstante Stromflusszeit bei der Steuerung, damit der Spitzenwert des Stromverlaufs geschwächt wird, kürzer (z. B. 2,7 ms) im Vergleich zu den Bedingungen des vorliegenden Beispielfalls sein.
Als Nächstes steigt, vom sechsten bis zehnten Halbzyklus (Segment c), der Widerstandswert des Schmelzheizers im Vergleich zum Anfänglichen an, verbleibt jedoch relativ klein. So steigt, wenn die Stromflusszeit zu lang ist, der Spitzenwert des Stromverlaufs an, und dies gilt auch für den Umfang des Spannungsabfalls. Um dieses Problem zu beseitigen, werden relativ kurze Stromflusszeiten im Vergleich mit denjenigen nach dem elften Halbzyklus eingestellt. Z. B. wird, für den Stromverlauf beim obigen Segment in der 6, die Stromflusszeit in den Halbzyklen mit der unteren Polarität auf 2 ms eingestellt, während die Stromflusszeit in den Halbzyklen mit der oberen Polarität auf 3 ms eingestellt wird. Es existieren zwei Gründe dafür, weswegen die Stromflusszeit in den Halbzyklen mit der unteren Polarität kürzer (um 1 ms) als diejenige in den Halbzyklen mit der oberen Polarität ist. Der erste Grund besteht darin, den Widerstandswert des Schmelzheizers dadurch zu erhöhen, dass er im sechsten Halbzyklus für die längstmögliche Stromflusszeit (3 ms) erwärmt wird, damit eine Verzögerung im Heizvorgang kompensiert werden kann, die dadurch hervorgerufen wird, dass im vierten und fünften Halbzyklus die Stromflusszeit auf 0 (Null) eingestellt wird. Der zweite Grund besteht darin, keinen großen Spannungsabfall auszulösen. Genauer gesagt, wird, da der Widerstandswert des Schmelzheizers nicht allzu groß ist, der Spitzenwert des Stromverlaufs ein großer Wert, der unter diesen Bedingungen einen großen Spannungsabfall hervorruft, wenn die Stromflusszeit in den Halbzyklen mit der unteren Polarität so lang wie oder länger als die lang eingestellte Stromflusszeit in den Halbzyklen mit der oberen Polarität eingestellt ist.
Während des Segments vom sechsten bis zum zehnten Halbzyklus wird in den Halbzyklen mit derselben Polarität eine konstante Stromflusszeit eingestellt. Dies erfolgt, um darauf zu warten, dass der Spitzenwert des Stromverlaufs schwächer wird (siehe die Schwächungskurven (a) und (b) der Spitzenwerte des Stromverlaufs). Abweichend vom Fall, in dem in diesem Segment eine im Wesentlichen konstante Stromflusszeit eingestellt wird, muss die Phasensteuerung häufiger ausgeführt werden, wenn die Stromflusszeit in den späteren Halbzyklen kürzer eingestellt wird. Dies ist von Nachteil, wenn es um ein Verhindern der Verzerrung des Stromverlaufs und das Verhindern von Leitungsstörsignalen geht. Andererseits wird, wenn die Stromflusszeit in den späteren Halbzyklen verlängert wird, der Spitzenwert des Stromverlaufs so groß, dass er einen großen Spannungsabfall auslöst, wenn die Stromflusszeit zu stark verlängert wird.
Während des Segments vom sechsten bis zum zehnten Halbzyklus wird die Stromflusszeit im ersten, sechsten Halbzyklus auf 3 ms eingestellt, was länger als die Stromflusszeit im Anfangsstadium ist. Demgemäß wird der Spitzenwert des Stromverlaufs im sechsten Halbzyklus groß. Daher wird, um den Spitzenwert des Stromverlaufs im siebten Halbzyklus abzusenken, die Stromflusszeit in den Halbzyklen mit der unteren Polarität um 1 ms kürzer eingestellt. Jedoch können die Stromflusszeiten im sechsten und siebten Halbzyklus auf ähnliche Werte oder denselben Wert eingestellt werden, so dass der Spitzenwert weder im sechsten noch im siebten Spannungsabfall zu groß wird. Genauer gesagt, werden die Stromflusszeiten hierbei im sechsten und siebten Halbzyklus auf 3 ms bzw. 2 ms eingestellt, jedoch können sie stattdessen auf 2,5 ms bzw. 2,4 ms (oder 2,5 ms) eingestellt werden.
Als Nächstes werden während der Segmente (Segmente D und E) vom elften bis zum 24. Halbzyklus die Stromflusszeiten relativ lang im Vergleich zu denen eingestellt, die bis zum zehnten Halbzyklus eingestellt wurden. In allen diesen Segmenten werden die Stromflusszeiten schrittweise verlängert, so dass die Stromflusszeit im 24. Halbzyklus beinahe 1/2 Halbzyklus lang ist (5 ms bei diesem Beispiel). Nachfolgend werden diese zwei Segmente detailliert erläutert.
Während des Segments (Segment D) vom elften bis 15. Halbzyklus wird, da der Spitzenwert des Stromverlaufs im letzten Halbzyklus (neunter Halbzyklus) mit der unteren Polarität im vorigen Segment (dem Segment vom sechsten bis zum zehnten Halbzyklus) zufriedenstellend klein ist, die Stromflusszeit in drei Halbzyklen (elfter, 13. und 15. Halbzyklus) mit der unteren Polarität innerhalb des elften bis 15. Halbzyklus auf 4 ms eingestellt, was um 2 ms länger als die Stromflusszeit in den Halbzyklen mit derselben Polarität im vorigen Segment ist. Andererseits wird die Stromflusszeit in den zwei Halbzyklen (zwölfter und 14. Halbzyklus) mit der oberen Polarität innerhalb des elften bis 15. Halbzyklus auf dieselbe Stromflusszeit (3 ms) wie in den Halbzyklen mit der oberen Polarität im vorigen Segment eingestellt. Da der Spitzenwert des Stromverlaufs im elften Halbzyklus ziemlich groß ist, wird, wenn die Stromflusszeit im zwölften Halbzyklus auf 4 ms eingestellt wird, der Spitzenwert des Stroms im zwölften Halbzyklus so groß, dass er einen großen Spannungsabfall auslöst. Um diesen Mangel zu beseitigen, wird die Stromflusszeit in den Halbzyklen mit der oberen Polarität auf 3 ms eingestellt, was mit der Stromflusszeit im Segment vom sechsten bis zehnten Halbzyklus übereinstimmt. Demgemäß wird der Schmelzheizer erwärmt, während der Spitzenwert des Stromverlaufs in den Halbzyklen (elfter, 13. und 15. Halbzyklus) mit der unteren Polarität und Stromflusszeiten von 4 ms so gesteuert wird, dass er nicht zu groß wird.
Als Nächstes wird, während des Segments (Segment E) vom 16. bis zum 24. Halbzyklus der Spitzenwert des Stromverlaufs in den Halbzyklen (sechster, achter, zehnter, zwölfter und 14. Halbzyklus) mit der oberen Polarität und Stromflusszeiten von 3 ms deutlich geschwächt (sh. die Schwächungskurve (a)). Im 14. Halbzyklus ist der Spitzenwert des Stromverlaufs auf einen derartig kleinen Wert verringert, dass die Stromflusszeit im folgenden Halbzyklus (16. Halbzyklus) mit der oberen Polarität modifiziert werden kann. Demgemäß wird, wie im elften Halbzyklus, die Stromflusszeit im 16. Halbzyklus auf 4 ms eingestellt, was um 1 ms länger als diejenige ist, die im 14. Halbzyklus eingestellt wurde.
Der Spitzenwert des Stromverlaufs im 16. Halbzyklus ist beinahe so groß wie der Spitzenwert des Stromverlaufs im 15. Halbzyklus, und die Spitzenwerte des Stromverlaufs sind in diesen beiden Halbzyklen nicht zu groß. Demgemäß werden die Stromflusszeiten im 17. bis 24. Halbzyklus um 0,3 ms länger auf 4,3 ms eingestellt. Wenn die Stromflusszeit zu stark verlängert wird, beginnt der Stromfluss im zentralen Bereich des Halbzyklus, was zu einem großen Zeitintegralwert des Spannungsverlaufs pro Zeiteinheit führt. Demgemäß steigt, wie im 16. Halbzyklus, der Spitzenwert des Stromverlaufs an, wenn die Stromflusszeit um 1 ms verlängert wird. Dies ist der Grund, weswegen die Stromflusszeit nur um 0,3 ms verlängert wird.
Im 23. und 24. Halbzyklus wird die Stromflusszeit auf 0,1 ms bis 4,4 ms verlängert.
Auf diese Weise werden, während des sechsten bis 24. Halbzyklus, als Verfahren zum Verkürzen einer Periode (Tph), in der eine Phasensteuerung ausgeführt wird, die Stromflusszeiten in den Halbzyklen mit derselben Polarität im Wesentlichen konstant gemacht, um darauf zu warten, dass der Spitzenwert des Stromverlaufs in diesen Halbzyklen schwächer wird. Dann wird die Stromflusszeit in den späteren Halbzyklen mit derselben Polarität verlängert. Im Fall der 6 wird, wie es die Schwächungskurve (a) des Spitzenwerts des Stromverlaufs in jedem der Halbzyklen 6, 8, 10, 12 und 14 zeigt, nachdem der Spitzenwert des Stromverlaufs in den Halbzyklen mit der oberen Polarität abgenommen hat, die Stromflusszeit im 16. Halbzyklus mit derselben Polarität stärker verlängert als diejenige im 14. Halbzyklus, so dass der Spitzenwert des Stromverlaufs im 16. Halbzyklus größer als der Spitzenwert des Stromverlaufs im 14. Halbzyklus wird. In ähnlicher Weise wird, wie es die Schwächungskurve (b) des Spitzenwerts des Stromverlaufs im siebten und neunten Halbzyklus mit der unteren Polarität in der 6 zeigt, die Stromflusszeit im elften Halbzyklus mit derselben Polarität stärker verlängert als die Stromflusszeit im neunten Halbzyklus, nachdem der Spitzenwert des Stromverlaufs in den Halbzyklen mit der unteren Polarität abgenommen hat, so dass der Spitzenwert des Stromverlaufs im elften Halbzyklus größer als der Spitzenwert des Stromverlaufs im neunten Halbzyk lus wird.
Beim vorliegenden Beispiel ist, während des Segments vom sechsten bis zum neunten Halbzyklus, die Position der Schwächungskurve (Schwächungskurve (b)) des Spitzenwerts des Stromverlaufs in den Halbzyklen mit einer Polarität in Bezug auf Zeitachse, anders gesagt, der Abstand zwischen der Kurve und der horizontalen Achse, enger (kürzer) als die Position der Schwächungskurve (Schwächungskurve (a)) des Spitzenwerts des Stromverlaufs in den Halbzyklen mit der anderen Polarität in Bezug auf die Zeitachse, d. h. der Abstand zwischen der Kurve und der horizontalen Achse. Diese Anordnung ist bevorzugt, da sie verhindern kann, dass der Spitzenwert des Stromverlaufs zu groß wird. Jedoch müssen die Positionen der Kurven in Bezug auf die Zeitachse nicht auf die obige Weise angeordnet werden, und sie können unter Bedingungen, die von einem Typ von Geräten zu einem anderen variieren, wahlfrei ausgewählt werden.
Beim vorliegenden Beispiel werden im Wesentlichen konstante Stromflusszeiten ausgewählt, so dass der Spitzenwert des Stromverlaufs in den Halbzyklen mit derselben Polarität keinen Ziel-Spannungsabfallwert erzeugt (der maximale zulässige Wert des Spannungsabfalls), und die Phasensteuerung wird für im Wesentlichen dieselbe Stromflusszeit ausgeführt, bis der Spitzenwert des Stromverlaufs in den Halbzyklen mit derselben Polarität auf einen solchen Pegel abgeschwächt ist, dass eine Verlängerung der Stromflusszeit zulässig ist. Demgemäß kann der Spannungsabfall kleiner als der Zielwert sein. Auch werden beim vorliegenden Beispiel, wie oben angegeben, im Wesentlichen konstante Stromflusszeiten ausgewählt, so dass der Spitzenwert des Stromverlaufs in den Halbzyklen mit derselben Polarität keinen Ziel-Spannungsabfallwert erzeugt, wobei nur diejenigen Halbzyklen mit großer zeitlicher Schwächungsrate des Spitzenwerts des Stromverlaufs genutzt werden, während die Halbzyklen mit kleiner Schwächungsrate nicht genutzt werden. "Die Schwächungsrate ist groß" bedeutet, dass der Spitzenwert des Stromverlaufs pro Zeiteinheit beträchtlich abnimmt. Genauer gesagt, wird, wenn die Schwächungsrate bis auf einen bestimmten Pegel verringert ist, die Stromflusszeit verlängert, um eine neue Schwächungskurve zu ziehen, so dass die Schwächungsrate erneut zunimmt. Demgemäß steigt der Widerstandswert des als Last dienenden Schmelzheizers schneller über einen vorbestimmten Wert, was es ermöglicht, die Phasensteuerperiode auf einen kürzeren Wert zu beschneiden. Demgemäß können eine Verzerrung des Stromverlaufs und Leitungsstörsignale wirkungsvoll verringert werden. Daraus kann geschlossen werden, dass nicht nur der Spannungsabfall kleiner als der Zielwert gemacht werden kann, sondern dass auch eine Verzerrung des Stromverlaufs und Leitungsstörsignale effektiv verringert werden können.
Wie erläutert, betragen, während der Segmente bis zum 24. Halbzyklus, die Stromflusszeiten ungefähr 1/4 Zyklus der Versorgungsspannung. "1/4 Zyklus der Versorgungsspannung" entspricht einer Periode mit einer Länge von 1/2 eines Halbzyklus, d. h. 5 ms beim vorliegenden Beispiel. Außerdem werden die Halbzyklen mit großer Schwächungsrate in der Schwächungskurve des Spitzenwerts des Stromverlaufs und mit derselben Polarität und im Wesentlichen konstanten Stromflusszeiten verwendet.
Als Nächstes wird das Segment (Segment F) vom 25. bis zum 29. Halbzyklus erläutert. Die Phasensteuerperiode vom ersten bis zum 24. Halbzyklus ist mit 240 ms relativ kurz. Demgemäß ist zu diesem Zeitpunkt der Widerstandswert des Schmelzheizers nicht auf einen zufriedenstellenden Wert angestiegen, so dass an diesem Punkt auf die Nulldurchgangssteuerung umgeschaltet werden könnte, um dafür zu sorgen, dass in kontinuierlichen Halbzyklen der volle Strom fließt. Demgemäß wird die Stromflusszeit gegenüber derjenigen im vorigen Halbzyklus (24. Halbzyklus) verlängert. Hierbei wird die Stromflusszeit im 25. Halbzyklus auf 10 ms verlängert, was bedeutet, dass der Strom für den gesamten Halbzyklus fließen kann. Im 26. und 27. Halbzyklus werden die Stromflusszeiten auf einen kürzeren (4,4 ms) Wert als im 25. Halbzyklus beschnitten. Ferner wird im 28. Halbzyklus eine Stromflusszeit (10 ms) eingestellt, die so lang wie diejenige im 25. Halbzyklus ist. Im 29. Halbzyklus wird die Stromflusszeit um 4,4 ms kürzer als diejenige eingestellt, die im vorigen 28. Halbzyklus eingestellt wurde. Anschließend wird die Phasensteuerung im 30. Halbzyklus auf die Nulldurchgangssteuerung umgeschaltet.
Die Stromflusszeiten werden auf die obige Weise angeordnet, da, wie bereits angegeben, der Widerstandswert des Schmelzheizers im 25. Halbzyklus noch nicht auf einen Wert angestiegen wäre, der dafür zufriedenstellend wäre, auf die Nulldurchgangssteuerung umzuschalten. Um dieses Problem zu lösen, wird im 25. Halbzyklus die Wärmemenge zum Beheizen des Schmelzheizers erhöht, um den Widerstandswert desselben schneller zu erhöhen.
Auch werden, wie erläutert, im 26. und im 27. Halbzyklus die Stromflusszeiten kürzer als diejenige im 25. Halbzyklus eingestellt. Auf diese Weise werden die Halbzyklen mit Stromflusszeiten, die so lange oder ungefähr so lange wie diejenige sind, die im 25. Halbzyklus eingestellt wurde, so angeordnet, dass sie nicht aufeinanderfolgen. Durch diese Anordnung wird ein erhöhter Wert des Spannungsabfalls unterdrückt. Anders gesagt, wird, da der Spannungsabfall von der Stärke des pro Zeiteinheit fließenden Stroms abhängt, wenn die Halbzyklen mit langen Stromflusszeiten kontinuierlich sind, ein beträchtlich größerer Spannungsabfall ausgelöst. Um dieses Problem zu lösen, werden die Halbzyklen mit langen Stromflusszeiten so angeordnet, dass sie nicht kontinuierlich sind, wie es erläutert wurde.
Wie erläutert, wird der Schmelzheizer im 28. und im 29. Halbzyklus unter Steuerung auf dieselbe Weise wie im 25. bis 27. Halbzyklus beheizt. Nachdem der Widerstandswert des Schmelzheizers zufriedenstellend angestiegen ist, wird die Phasensteuerung im 30. Halbzyklus auf die Nulldurchgangssteuerung umgeschaltet. Dies, da der Widerstandswert des Schmelzheizers auf keinen zufriedenstellenden Pegel angestiegen ist, wenn der Stromfluss im 27. Halbzyklus endet, und die während des 25. bis 27. Halbzyklus ausgeführte Steuerung wird im 28. Halbzyklus und danach wiederholt.
Während des Segments der fünf Halbzyklen vom 25. bis 29. Halbzyklus wird der Schmelzheizer durch Kombination von Halbzyklen mit relativ langen Stromflusszeiten (die Energie pro Halbzyklus ist groß) und Halbzyklen mit relativ kurzen Stromflusszeiten (die Energie pro Halbzyklus ist klein) weiter erwärmt, so dass die Phasensteuerung früher auf die Nulldurchgangssteuerung umgeschaltet werden kann. Wenn stattdessen die Phasensteuerung so ausgeführt wird, wie sie bis zum 24. Halbzyklus ausgeführt wurde, d. h. auf dieselbe Weise dahingehend, dass nur die Halbzyklen mit großer Schwächungsrate in der Schwächungskurve des Spitzenwerts verwendet werden, wie durch die Phasensteuerung unter Verwendung im Wesentlichen konstanter Stromflusszeiten erhalten, sind, da der Widerstandswert des Schmelzheizers noch auf keinen zufriedenstellenden Wert angestiegen ist, mehr als fünf Halbzyklen zwischen dem 24. Halbzyklus und dem Umschaltpunkt auf die Nulldurchgangssteuerung benötigt. Demgemäß ist in diesem Fall die Wiederholungszahl der Phasensteuerung erhöht, was hinsichtlich eines Verhinderns einer Verzerrung des Stromverlaufs und von Leitungsstörsignalen von Nachteil ist.
Wie erläutert, beeinflusst in diesen fünf Halbzyklen vom 25. bis zum 29. Halbzyklus die Größe des Spitzenwerts des Stromverlaufs in den kontinuierlichen Halbzyklen die Stärke des Spannungsabfalls, und dasselbe kann durchweg für die gesamten Segmente gesagt werden. Jedoch sind die Umstände in den anderen Segmenten verschieden. D. h., dass (1) da die Stromflusszeiten variieren, dies auch für den Wert gilt, der durch Integrieren des Stromver laufs in der Richtung der Zeitachse erhalten wird, und (2) die Widerstandswerte des Schmelzheizers abhängig von den Temperaturen desselben variieren. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Stromflusszeiten so ausgewählt werden, dass sie entsprechend dem oben erläuterten Steuerungsmuster verlaufen. Anders gesagt, sollten solche Stromflusszeiten, die das o. g. Steuerungsmuster realisieren, abhängig von der Größe der Last mit positiver Temperaturcharakteristik ausgewählt werden, so dass kein großer Spannungsabfall auftritt.
In einem Segment vom sechsten bis 26. Halbzyklus in der 6 wird die Last so erwärmt, dass der Wert des Spannungsabfalls nicht zu stark ansteigt, wozu ein Abschnitt (Schwächungskurven a₀, b₀, c₀ und d₀) mit relativ großer zeitlicher Schwächungsrate in einer Schwächungskurve des Spitzenwerts des Stromverlaufs mehr als einmal verwendet wird. Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 10 bis 12 detailliert erläutert, wie diese Schwächungskurven ausgewählt werden.
Die 10 zeigt die Schwächungskurven der Spitzenwerte des Stromverlaufs, wenn die Phasensteuerung für jeweils konstante Stromflusszeiten ab dem Beginn des Stromflusses ausgeführt wird. Die Schwächungskurven a₀ b₀ c₀ und d₀ zeigen Fälle, in denen der Strom für die Stromflusszeiten t₁, t₂, t₃ bzw. t₄ (t₁ < t₂ < t₃ < t₄) im Halbzyklus durchgelassen wird. Hierbei repräsentiert t4 die Stromflusszeit für den vollen Stromfluss. Wie es in der 10 dargestellt ist, ist für die Schwächungskurven mit kürzeren Stromflusszeiten die Stromstärke zu Anfang des Stromflusses kleiner, und dies gilt für das Schwächungsausmaß der Stromstärke über der Zeit. Andererseits ist für die Schwächungskurven mit größeren Stromflusszeiten die Stromstärke zu Anfang des Stromflusses größer, und dies gilt für das Ausmaß der Schwächung der Stromstärke über der Zeit. Wenn die Phasensteuerung auf die obige Weise ausgeführt wird, um den Strom für eine konstante Stromflusszeit ab Beginn des Stromflusses zu leiten, geht die Schwächungsrate in Sättigung und die Stromstärke bleibt im Wesentlichen auf einem konstanten Wert, da der Wärmeausgleich zwischen der in der Last erzeugten Wärme und der nach außen freigesetzten Wärme ein Gleichgewicht erreicht. Im Fall der 10 ist der Sättigungswert des Stroms umso kleiner, je kürzer die Stromflusszeit ist. Jedoch variiert die Beziehung der Höhe der Stromstärke in der Sättigung für verschiedene Stromflusszeiten abhängig von den Arten der Last, der Versorgungsspannung und dergleichen.
Wenn die Stromflusszeit zu Beginn des Stromflusses groß ist, fließt wegen eines niedrigen Widerstandswerts ein großer Strom. Demgemäß muss die anfängliche Stromflusszeit kurz sein. Wenn jedoch der Strom bei konstanter Stromflusszeit zu lang geflossen ist, erfolgt die Phasensteuerung unter Verwendung eines Abschnitts mit kleiner Schwächungsrate in der Schwächungskurve, wodurch sich die Phasensteuerperiode verlängert. Daher ist es erforderlich, den fließenden Strom so zu steuern, dass kein großer Spannungsabfall verursacht wird, während die Phasensteuerperiode kürzer gehalten wird.
Die 11 zeigt einen Fall, in dem der Stromfluss unter Verwendung der Schwächungskurven mit einem Spitzenwert des Stromverlaufs gesteuert wird, wie er erhalten wird, wenn die Phasensteuerung auf die obige Weise mit konstanter Stromflusszeit ausgeführt wird, wobei eine zunehmende Reihenfolge der Stromflusszeiten verwendet wird. Die 12 ist eine weitere Detailansicht des obigen Falls.
Zu Beginn des Stromflusses erfolgt die Phasensteuerung für die kurze Stromflusszeit t1 (Schwächungskurven a₀ und a_1').
Dann wird, bevor die zeitliche Schwächungsrate des Spitzenwerts des Stromverlaufs, der einer Phasensteuerung für die Stromflusszeit t₁ unterzogen wird, zu klein wird, die Stromflusszeit auf t₂ verlängert (Schwächungskurven b₂ und b_1'). Hierbei müssen die Schaltzeitpunkte sorgfältig gewählt werden, so dass die für die Stromflusszeit t₁ auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmte Last selbst dann keinen zu großen Wert des Spannungsabfalls erzeugt, wenn von der Stromflusszeit t₁ auf t₂ umgeschaltet wird. Genauer gesagt, muss der Schaltzeitpunkt verzögert werden, wenn das Ausmaß des Spannungsabfalls einen Regulierungswert überschreitet, wenn die Stromflusszeit t₁ auf t₂ umgeschaltet wird. Andererseits muss der Schaltzeitpunkt vorgezogen werden, wenn das Ausmaß des Spannungsabfalls zu viel Toleranz zum Regulierungswert aufweist, wenn von der Stromflusszeit t₁ auf t₂ umgeschaltet wird.
Die Schwächungskurve b₁ ist in Bezug auf die Schwächungskurve b₀ der 10, deren Stromflusszeit vom Start an auf t₂ eingestellt ist, um einen bestimmten Wert in der positiven Richtung der Zeitachse verschoben. Dies, da im Fall der 11, da die Last für die Stromflusszeit t₁ erwärmt wird, bis von dieser auf t₂ umgeschaltet wird, die Temperatur der Last im Vergleich zum Fall der 10, in dem die Last ab dem Beginn für die Stromflusszeit t₂ erwärmt wird, nicht stark angestiegen ist.
Die Phasensteuerung wird für die Stromflusszeit t₂ aufrechterhalten, und anschließend wird eine Phasensteuerung für die Stromflusszeit t₃ ausgeführt ( Schwächungskurven c₁ und c_1'). Der Schaltzeitpunkt für die Stromflusszeit t₂ auf t₃ kann auf dieselbe Weise eingestellt werden wie der Umschaltzeitpunkt von der Stromflusszeit t₁ auf t₂. Die Schwächungskurve c₁ für die Stromflusszeit t₃ ist ebenfalls um einen bestimmten Wert in der positiven Richtung der Zeitachse verschoben. Dies, da die Last für die Stromflusszeiten t₁ und t₂ erwärmt wird, bis die Stromflusszeit t₂ auf t₃ umgeschaltet wird, die Temperatur der Last im Vergleich zum Fall nicht stark angestiegen ist, indem die Last von Beginn an für die Stromflusszeit t₃ erwärmt wird.
Dann wird ein Halbzyklus für den vollen Stromfluss (Stromflusszeit t₄), was durch die Schwächungskurve d₁ repräsentiert ist, eingefügt, woraufhin der Strom für die Stromflusszeit t₃ geleitet wird. Hierbei liegt der Spitzenwert des Stromverlaufs auf der Schwächungskurve c_2'. Die Schwächungskurve c_2' ist in Bezug auf die Schwächungskurve c_1' geringfügig in der negativen Richtung der Zeitachse verschoben. Dies, da, weil der Halbzyklus für den vollen Stromfluss eingefügt ist, die Temperatur der Last stärker als dann angestiegen ist, wenn die Last für die Stromflusszeit t₃ mit dem vollen Stromfluss erwärmt wird.
Dann wird die Phasensteuerung auf die Nulldurchgangssteuerung (Stromflusszeit t₄) umgeschaltet, was durch die Schwächungskurven d₂ und d_2' repräsentiert ist. Die Steuerungen können umgeschaltet werden, wenn die Last auf eine Temperatur erwärmt ist, bei der das Ausmaß des Spannungsabfalls den Regulierungswert selbst dann nicht überschreitet, wenn für vollen Stromfluss gesorgt ist. Die Schwächungskurven d₂ und d_2' sind in Bezug auf die Schwächungskurven d₁ und d_1' geringfügig in der positiven Richtung der Zeitachse verschoben. Dies, weil, da die Last für die Stromflusszeit t3 erwärmt wird, die kürzer als die Stromflusszeit t₄ für den vollen Stromfluss ist, nachdem ein Halbzyklus für den vollen Stromfluss eingefügt ist, die Temperatur der Last nicht so stark wie dann angestiegen ist, wenn die Last mit dem vollen Stromfluss erwärmt wurde.
Die Steuerung unter Verwendung der Stromflusszeit t₃ (Schwächungskurven c₁ und c_1' sowie c₂ und c_2') wird auf die Nulldurchgangssteuerung (Stromflusszeit t₄) umgeschaltet, wobei die Schwächungsrate in der Schwächungskurve bei Nulldurchgangssteuerung (Stromflusszeit t₄) klein ist. Hierbei ist "wobei die Schwächungsrate in der Schwächungskurve bei Nulldurchgangssteuerung klein ist" als Abschnitt definiert, in dem das Ausmaß des Spannungsab falls den Regulierungswert selbst dann nicht überschreitet, wenn Nulldurchgangssteuerung ausgeführt wird, anders gesagt, selbst dann nicht, wenn kontinuierlich für vollen Stromfluss gesorgt wird. Die Stromflusszeit kann in einem derartigen Abschnitt geändert werden.
Wie erläutert, kann das Ausmaß des Spannungsabfalls kleiner als ein vorbestimmter Wert gemacht werden, während die Phasensteuerperiode kürzer gehalten wird, wenn die Last unter Verwendung der Schwächungskurven für den Spitzenwert des Stromverlaufs beheizt wird, wie sie erhalten werden, wenn eine Phasensteuerung für jeweilige konstante Stromflusszeiten in zunehmender Reihenfolge der Stromflusszeiten ausgeführt wird, und wenn auch ein Abschnitt mit relativ großer Schwächungsrate über der Zeit verwendet wird.
Wie oben erläutert, werden durch die Erfindung der Spannungsabfall, eine Verzerrung des Stromverlaufs und Leitungsstörsignalen durch Beschneiden der Phasensteuerperiode auf einen kürzeren Wert verringert. Die sehr wichtigen Eigenschaften der Erfindung sind diesbezüglich die Folgenden:
Erste Eigenschaft: Es wird eine Stromflusszeit ausgewählt, mit der kein großer Spannungsabfall ausgelöst wird, der abhängig von der Last und der Temperatur zu diesem Zeitpunkt variieren würde, und eine Phasensteuerung erfolgt für mehrere Zeitpunkte für die Stromflusszeit, für die Länge entsprechend der auf die obige Weise ausgewählten Stromflusszeit. Hierbei werden nur die Halbzyklen mit großer Schwächungsrate des Spitzenwerts des Stromverlaufs verwendet. Wenn der Spitzenwert des Stromverlaufs in diesen Halbzyklen zufriedenstellend klein im Vergleich mit dem Spitzenwert vor dem Stromfluss wird, wird die Stromflusszeit weiter verlängert und die Phasensteuerung wird wiederholt auf dieselbe Weise ausgeführt, wobei nur diejenigen Halbzyklen verwendet werden, die eine große Schwächungsrate des Spitzenwerts des Stromverlaufs zeigen, bis der Spitzenwert des Stromverlaufs dieser Halbzyklen zufriedenstellend klein im Vergleich mit dem Spitzenwert vor dem Stromfluss wird. Gemäß dieser Anordnung kann die Last erwärmt werden, ohne dass die Halbzyklen mit kleiner Schwächungsrate des Spitzenwerts des Stromverlaufs verwendet werden, was es ermöglicht, die Phasensteuerperiode zu verkürzen. Demgemäß kann nicht nur der Spannungsabfall wirkungsvoll verringert werden, sondern es können auch die Verzerrung des Stromverlaufs und Leitungsstörsignale effektiv verringert werden.
Zweite Eigenschaft: Die Last wird auf solche Weise erwärmt, dass die Stromstärke pro Zeiteinheit nicht zu groß wird und dass Halbzyklen des Stromver laufs mit großer Stromstärke nicht kontinuierlich sind. Dies wird dadurch ermöglicht, dass ein Halbzyklus des Stromverlaufs mit großer Stromstärke zwischen Halbzyklen des Stromverlaufs mit kleiner Stromstärke platziert wird. Demgemäß kann nicht nur der Spannungsabfall verringert werden, sondern es können auch die Verzerrung des Stromverlaufs und Leitungsstörsignale effektiv verringert werden. In der Praxis wird ein Halbzyklus mit langer Stromflusszeit T₂ nach einem Halbzyklus mit kurzer Stromflusszeit T₁ platziert, und ein Halbzyklus mit kurzer Stromflusszeit T₃ wird nach dem obigen Halbzyklus mit der Stromflusszeit T₂ platziert. Es ist effektiver, wenn diese Halbzyklen auf die obige Weise mit demselben Timing platziert werden, wenn die Stromflusszeiten geändert werden. Z. B. sind die entsprechenden Anordnungen in der 6 die Folgenden: eine Beziehung zwischen den Halbzyklen zwei bis vier; eine Beziehung zwischen den Halbzyklen fünf bis sieben; eine Beziehung zwischen den Halbzyklen zehn bis zwölf; eine Beziehung zwischen den Halbzyklen 24 bis 27; und eine Beziehung zwischen den Halbzyklen 27 bis 29. Wenn die kurze Stromflusszeit T₁, die lange Stromflusszeit T₂ und die kurze Stromflusszeit T₃ sequenziell platziert werden, wird ein Strom für die im Wesentlichen konstante Stromflusszeit geleitet, nachdem der Strom für die auf die obige Weise angeordneten Stromflusszeiten geleitet wurde. Jedoch muss die im Wesentlichen konstante Stromflusszeit sorgfältig so ausgewählt werden, dass es nicht dazu kommt, dass der Wert des Spannungsabfalls den Regulierungswert überschreitet.
Genauer gesagt, wird, wenn die Steuerung mit der zweiten Eigenschaft ausgeführt wird, wobei ein Signalverlaufsmuster P₁ ein Teil eines Signalverlaufs des Laststroms sei, bei dem der Wert des Spannungsabfalls einem vorbestimmten Wert entspricht oder kleiner ist, wenn Strom mittels einer Phasensteuerung R₁ geleitet wird, um für eine Phasensteuerung an der Last für eine konstante Stromflusszeit für jede Polarität vom Beginn eines Stromflusses an zu sorgen, der Strom unter Verwendung der Steuerung der zweiten Eigenschaft durch die Last geleitet, und dann wird der Strom unter Verwendung eines dritten Steuermusters durch die Last geleitet, bei dem die Stromflusszeit für jede Polarität dieselbe wie die Stromflusszeit für dieselbe Polarität bei der Phasensteuerung R₁ ist, und es wird der sich ergebende Signalverlauf des Laststroms in das Signalmuster W₁ eingeschlossen. Hierbei bedeutet der vorbestimmte Wert tatsächlich den Regulierungswert für den Spannungsabfall.
Beim obigen Beispiel erfolgen sowohl eine Steuerung mit der ersten Eigenschaft zum Anheben der Schwächungsrate des Spitzenwerts des Laststroms sowie die Steuerung mit der zweiten Eigenschaft zum Verlängern oder Verkürzen der Stromflusszeit. Jedoch müssen nicht beide Steuerungen gemeinsam ausgeführt werden, und durch Ausführen entweder der Steuerung mit der ersten Eigenschaft oder der Steuerung mit der zweiten Eigenschaft können dieselben Effekte des Herabdrückens der Versorgungsspannungsabfalls, des Verhinderns einer Verzerrung des Versorgungsstromverlaufs und einer Verringerung von Leitungsstörsignalen erzielt werden.
Auch folgt beim obigen Beispiel die Nulldurchgangssteuerung auf die Steuerung mit der zweiten Eigenschaft. Demgemäß kann ein Versorgungsspannungsabfall unterdrückt werden, eine Verzerrung des Versorgungsstromverlaufs kann verhindert werden und Leitungsstörsignalen können wirkungsvoller verringert werden. Jedoch ist die Anordnung nicht auf die obige Offenbarung beschränkt, und die Steuerung mit der zweiten Eigenschaft muss nicht unmittelbar vor der Nulldurchgangssteuerung ausgeführt werden.
Darüber hinaus entspricht beim obigen Beispiel, wenn die Steuerung mit der zweiten Eigenschaft ausgeführt wird, die Spannungsversorgung für die Stromflusszeit T₂ im Wesentlichen dem vollen Stromfluss für den gesamten di/dt-Wert, und die Stromflusszeiten T₂ und T₃ sind gleich. Gemäß dieser Anordnung kann der Versorgungsspannungsabfall herabgedrückt werden und eine Verzerrung des Versorgungsstromverlaufs kann verhindert werden und Leitungsstörsignalen können effektiver verringert werden. Jedoch ist die Anordnung nicht auf die obige Offenbarung beschränkt, und die Stromflusszeiten T₁ und T₃ müssen nicht gleich sein. Die Spannungsversorgung für die Stromflusszeit T₂ muss ebenfalls nicht im Wesentlichen oder genau einem vollen Stromfluss für den gesamten Halbzyklus entsprechen.
Ferner erfolgt beim obigen Beispiel die Steuerung mit der zweiten Eigenschaft wiederholt (zwei Mal) bevor auf die Nulldurchgangssteuerung umgeschaltet wird. Demgemäß kann leicht von der Phasensteuerung auf Nulldurchgangssteuerung umgeschaltet werden. Auch kann der Versorgungsspannungsabfall herabgedrückt werden, eine Verzerrung des Versorgungsstromverlaufs kann verhindert werden und Leitungsstörsignale können effektiver verringert werden. Jedoch ist die Anordnung nicht auf die obige Offenbarung beschränkt, und die Steuerung mit der zweiten Eigenschaft kann nur einmal ausgeführt werden.
Ferner erfolgt beim obigen Beispiel die Steuerung mit der zweiten Eigenschaft dann, wenn die Stromflusszeit durch die Phasensteuerung auf ungefähr 1/4 Zyklus des Versorgungsspannungsverlaufs verlängert ist. Demgemäß kann ein Versorgungsspannungsabfall herabgedrückt werden, eine Verzerrung des Versorgungsstromverlaufs kann verhindert werden und Leitungsstörsignale können effektiver verringert werden. Jedoch ist die Anordnung nicht auf die obige Offenbarung beschränkt, und die Steuerung der zweiten Eigenschaft kann unter anderen Bedingungen ausgeführt werden.
Beim obigen Beispiel wird, während die Steuerung mit der ersten Eigenschaft ausgeführt wird, die Stromflusszeit verlängert, wenn die Schwächungsrate des Laststroms auf einen vorbestimmten Schwellenwert oder darunter fällt. Auch wird der Schwellenwert für die Schwächungsrate des Laststroms auf solche Weise eingestellt, dass die Gesamtwiederholungszahl der Phasensteuerungen mindestens einer geringst erforderlichen Anzahl entspricht, die dazu benötigt wird, den Spannungsabfall der Versorgungsspannung innerhalb eines Zielwerts zu halten, und dass die Gesamtwiederholungszahl der Phasensteuerungen bis zu einer Maximalanzahl entspricht, um die Verzerrung des Versorgungsstromverlaufs und Leitungsstörsignale innerhalb ihrer jeweiligen Zielwerte zu halten. Demgemäß kann ein Versorgungsspannungsabfall herabgedrückt werden, eine Verzerrung des Versorgungsstromverlaufs kann verhindert werden und Leitungsstörsignale können effektiver verringert werden. Jedoch ist die Anordnung nicht auf die obige Offenbarung beschränkt.
Beim obigen Beispiel wird, während die Steuerung mit der ersten Eigenschaft ausgeführt wird, die Stromflusszeit unmittelbar davor verlängert, bevor die Schwächungsrate des Spitzenwerts des Laststroms in Sättigung geht. Demgemäß kann ein Versorgungsspannungsabfall herabgedrückt werden, eine Verzerrung des Versorgungsstromverlaufs kann verhindert werden und Leitungsstörsignale können effektiver verringert werden. Jedoch ist die Anordnung nicht auf die obige Offenbarung beschränkt.
Beim obigen Beispiel ist, während eine Steuerung mit der ersten Eigenschaft ausgeführt wird, die Anordnung dergestalt, dass die Schwächungsrate des Spitzenwerts des Laststroms im ersten Halbzyklus, nachdem die Stromflusszeit für eine Polarität verlängert wurde, größer als die Schwächungsrate des Spitzenwerts des Laststroms im letzten Halbzyklus, bevor die Stromflusszeit für dieselbe Polarität verlängert wird, wird. Demgemäß kann ein Versorgungsspannungsabfall herabgedrückt werden, eine Verzerrung des Versorgungsstromverlaufs kann verhindert werden und Leitungsstörsignale können effektiver verringert werden. Jedoch ist die Anordnung nicht auf die obige Offenbarung beschränkt.
Außerdem wird beim obigen Beispiel, während die Steuerung mit der ersten Eigenschaft ausgeführt wird, ein Segment gebildet, in dem die Stromflusszeiten für eine Spannung mit derselben Polarität konstant sind. Ferner ist bei einem derartigen Segment die Stromflusszeit für eine Spannung mit einer Polarität kürzer als die Stromflusszeit für eine Spannung mit der anderen Polarität. Demgemäß kann ein Versorgungsspannungsabfall herabgedrückt werden, eine Verzerrung des Versorgungsstromverlaufs kann verhindert werden und Leitungsstörsignale können effektiver verringert werden. Jedoch ist die Anordnung nicht auf die obige Offenbarung beschränkt.
Beim obigen Beispiel zeigt der Versorgungsspannungsverlauf zwei verschiedene Polaritäten: die erste und die zweite Polarität. Jedoch ist die Anordnung nicht auf die obige Offenbarung beschränkt, und der Versorgungsspannungsverlauf kann einer dreiphasigen Wechselspannung entsprechen, oder er kann nur eine Polarität zeigen.
Außerdem kann die Stromflusszeit dadurch eingestellt werden, dass, wie beim obigen Beispiel, eine Verzögerungszeit ab dem Nulldurchgangspunkt eingestellt wird, oder durch Steuern des Phasennacheilwinkels in Bezug auf den Nulldurchgangs.
Beim obigen Beispiel erfolgt die Phasensteuerung während die Stromflusszeit im Anfangsstadium des Stromflusses bis auf die Hälfte des Halbzyklus verlängert ist, und dann wird der Strom für eine im Wesentlichen konstante Stromflusszeit unter Verwendung der Steuerung mit der ersten Eigenschaft geleitet, bis der Spitzenwert des Laststroms auf einen vorbestimmten Wert oder darunter geschwächt ist. Hierbei bedeutet der vorbestimmte Wert in der Praxis einen solchen Wert, dass der Wert des Spannungsabfalls selbst dann nicht den Regulierungswert überschreitet, wenn die folgende Schwächungskurve für den Spitzenwert des Stromverlaufs mit der verlängerten Stromflusszeit verwendet wird.
Der Flackerntest, der Harmonische-Test und der Leitungsstörsignale-Test werden unter Verwendung von Geräten ausgeführt, bei denen die Phasensteuerung mit modifiziertem Muster unter Verwendung der Erfindung ausgeführt wird, sowie Geräten, bei denen eine herkömmliche monotone Phasensteuerung, bei der immer der Strom für eine konstante Zeit geleitet wird, ausgeführt, und die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 4 angegeben. In der Tabelle 4 zeigt die Markierung "Δ" an, dass das Ergebnis lediglich innerhalb der Grenzen liegt, und die Markierung "⦾" zeigt an, dass das Ergebnis mit ausreichender Toleranz innerhalb der Grenze liegt.
Tabelle 4
Wie es aus der obigen Tabelle 4 erkennbar ist, kann, hinsichtlich des Flackerntests, das modifizierte Muster im Wesentlichen denselben Wert erzielen, wie er durch die herkömmliche monotone Phasensteuerung erzielt wird, und der Test wird bestanden. Hinsichtlich des Harmonische-Tests zeigt die monotone Phasensteuerung ein Ergebnis dahingehend, dass hinsichtlich der Harmonische-Grenze keine Toleranz gewährleistet ist, und einige Geräte bestehen den Test nicht. Demgegenüber zeigt das modifizierte Muster ein Ergebnis dahingehend, dass für ausreichende Toleranz gesorgt ist, und daher ist das Ergebnis sehr zufriedenstellend. Außerdem verringert das modifizierte Muster die Leitungsstörsignale auf effektive weise.
Nachdem die Erfindung auf diese Weise beschrieben wurde, ist es ersichtlich, dass sie auf viele Arten variiert werden kann. Derartige Variationen sind nicht als Abweichung vom Schutzumfang der Erfindung anzusehen, und alle Modifizierungen, wie sie für den Fachmann ersichtlich sind, sollen im Schutzumfang der folgenden Ansprüche enthalten sein.

Claims

Leistungssteuereinheit mit einer Schalteinrichtung zum Einstellen eines durch eine Last mit positiver Temperaturcharakteristik des Widerstands fließenden Stroms durch Steuern einer Versorgungsspannung mit mindestens einer Polarität, die der Last von einer Wechselspannungsquelle zugeführt wird, mittels Phasensteuerung, wobei eine Stromflusszeit in einem Halbzyklus eines Versorgungsspannungsverlaufs eingestellt wird, bevor der Stromfluss beginnt; – wobei die Schalteinrichtung so ausgebildet ist, dass sie die Phasensteuerung für den Versorgungsspannungsverlauf so ausführt, dass ein erstes Steuermuster gebildet wird; wobei – die Schalteinrichtung eine Spannung für eine Stromflusszeit T₁ liefert; – die Schalteinrichtung dann eine Spannung für eine Stromflusszeit T₂ liefert, die länger als die Stromflusszeit T₁ ist; und – die Schalteinrichtung dann eine Spannung für eine Stromflusszeit T₃ liefert, die kürzer als die Stromflusszeit T₂ ist.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 1, bei der die Schalteinrichtung so ausgebildet ist, dass sie die Phasensteuerung unter Verwendung des ersten Steuermusters ausführt und anschließend eine Nulldurchgangssteuerung ausführt.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 1, bei der die Stromflusszeiten T₁ und T₃ gleich sind.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 3, bei der das Anlegen der Spannung für die Stromflusszeit T₂ so erfolgt, dass für einen gesamten Halbzyklus im Wesentlichen der volle Strom fließt.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 1, bei der das erste Steuermuster mehr als ein Mal wiederholt wird.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 1, bei der das Anlegen der Spannung für die Stromflusszeit T₂ so erfolgt, dass für einen gesamten Halbzyklus der volle Strom fließt.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 1, bei der die Schalteinrichtung so ausgebildet ist, dass sie die Phasensteuerung unter Verwendung des ersten Steuermusters ausführt, wenn die Stromflusszeit durch die Phasensteuerung auf ungefähr 1/4 Zyklus des Versorgungsspannungsverlaufs verlängert wird.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 1, bei der der Versorgungsspannungsverlauf eine Polarität zeigt.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 8, bei der der Versorgungsspannungsverlauf aus einer dreiphasigen Wechselspannung gebildet ist.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 1, bei der der Versorgungsspannungverlauf eine erste und eine zweite Polarität aufweist, wobei die zweite Polarität von der ersten verschieden ist.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 10, bei der die Schalteinrichtung die Phasensteuerung am Versorgungsspannungsverlauf so ausführt, dass ein erstes Steuermuster gebildet wird, wobei – die Schalteinrichtung eine Spannung mit der ersten Polarität für die Stromflusszeit T₁ liefert; – die Schalteinrichtung dann eine Spannung mit der zweiten Polarität für die Stromflusszeit T₂ liefert; und – die Schalteinrichtung dann eine Spannung mit der ersten Polarität für die Stromflusszeit T₃ liefert.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 1, bei der, wenn ein Signalverlaufsmuster P₁ ein Teil eines Signalverlaufs des Laststroms ist, bei dem der Wert eines Spannungsabfalls einem vorbestimmten Wert entspricht und darunter liegt, wenn der Strom mittels einer Phasensteuerung R₁ geleitet wird, um eine Phasensteuerung für die Last für eine konstante Stromflusszeit für jede Polarität ab dem Beginn des Stromflusses auszuführen; – die Schalteinrichtung so ausgebildet ist, dass sie den Strom unter Verwendung des ersten Steuermusters durch die Last leitet; und – die Schalteinrichtung so ausgebildet ist, dass sie dann den Strom unter Verwendung eines dritten Steuermusters durch die Last leitet, bei dem die Stromflusszeit für jede Polarität dieselbe wie die Stromflusszeit für dieselbe Polarität bei der Phasensteuerung R₁ ist, und wobei der sich ergebende Signalverlauf des Laststroms im Signalverlaufsmuster P₁ enthalten ist.
Leistungssteuereinheit mit einer Schalteinrichtung zum Einstellen eines durch eine Last mit positiver Temperaturcharakteristik des Widerstands fließenden Stroms durch Steuern einer Versorgungsspannung mit mindestens einer Polarität, die der Last von einer Wechselspannungsquelle zugeführt wird, mittels Phasensteuerung, wobei eine Stromflusszeit in einem Halbzyklus eines Versorgungsspannungsverlaufs eingestellt wird, bevor der Stromfluss beginnt; – wobei die Schalteinrichtung so ausgebildet ist, dass sie die Phasensteuerung für den Versorgungsspannungsverlauf so ausführt, dass sie ein zweites Steuermuster mindestens ein Mal ausführt, bei dem die Schalteinrichtung den Strom leitet, während die Stromflusszeit (T₁) im Wesentlichen konstant gehalten wird; – die Schalteinrichtung so ausgebildet ist, dass sie die Stromflusszeit (T₂) verlängert, bevor die Schwächungsrate für den Spitzenwert eines sich ergebenden Laststroms in Sättigung geht; und – die Schalteinrichtung so ausgebildet ist, dass sie dann den Strom leitet, während sie eine weiter verlängerte Stromflusszeit (T₃) im Wesentlichen konstant hält.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 13, bei der die Schalteinrichtung so ausgebildet ist, dass sie die Stromflusszeit verlängert, wenn die Schwächungsrate des Laststroms auf einen Schwellenwert oder darunter fällt.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 14, bei der die Schalteinrichtung so ausgebildet ist, dass sie die Phasensteuerung dadurch ausführt, dass sie den Schwellenwert der Schwächungsrate des Laststroms auf solche Weise einstellt, dass – die Gesamtwiederholungszahl der Phasensteuerungen zumindest einer geringst erforderlichen Anzahl entspricht, um dafür zu sorgen, dass der Spannungsabfall der Versorgungsspannung innerhalb eines Zielwerts liegt; und – die Gesamtwiederholungszahl der Phasensteuerungen bis zu einer Maximalanzahl entspricht, um dafür zu sorgen, dass die Verzerrung eines Versorgungsspannungsverlaufs und Leitungsstörsignale innerhalb ihrer jeweiligen Ziel werte liegen.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 13, bei der die Schalteinrichtung so ausgebildet ist, dass sie die Stromflusszeit verlängert, unmittelbar bevor die Schwächungsrate des Spitzenwerts des Laststroms in Sättigung geht.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 13, bei der die Schalteinrichtung so ausgebildet ist, dass sie die Phasensteuerung unter Verwendung des zweiten Steuermusters so ausführt, dass die Schwächungsrate des Spitzenwerts des Laststroms in einem ersten Halbzyklus nach dem Verlängern der Stromflusszeit für eine Polarität größer als die Schwächungsrate des Spitzenwerts des Laststroms in einem letzten Halbzyklus vor dem Verlängern der Stromflusszeit für diese eine Polarität ist.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 13, bei der – die Schalteinrichtung so ausgebildet ist, dass sie die Phasensteuerung unter Verwendung des zweiten Steuermusters ausführt; und – die Schalteinrichtung so ausgebildet ist, dass sie dann die Phasensteuerung für den Versorgungsspannungsverlauf so ausführt, dass ein erstes Steuermuster gebildet wird, bei dem die Schalteinrichtung eine Spannung für eine Stromflusszeit T₂ anlegt, wobei diese Stromflusszeit T₂ länger als eine Stromflusszeit T₁ in einem letzten Halbzyklus im zweiten Steuermuster ist; und – die Schalteinrichtung so ausgebildet ist, dass sie dann die Spannung für eine Stromflusszeit T₃ anlegt, die kürzer als die Stromflusszeit T₂ ist.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 18, bei der die Schalteinrichtung die Phasensteuerung unter Verwendung des ersten Steuermusters ausführt, wenn die Stromflusszeit durch die Phasensteuerung unter Verwendung des zweiten Steuermusters auf ungefähr 1/4 Zyklus des Versorgungsspannungsverlaufs verlängert wird.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 13, bei der der Versorgungsspannungsverlauf eine Polarität zeigt.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 20, bei der der Versorgungsspannungsverlauf aus einer dreiphasigen Wechselspannung gebildet ist.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 13, bei der der Versorgungsspannungverlauf eine erste und eine zweite Polarität aufweist, wobei die zweite Polarität von der ersten verschieden ist.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 22, bei der ein Segment gebildet wird, in dem die Stromflusszeiten für eine Spannung derselben Polarität konstant sind.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 23, bei der, innerhalb des genannten Segments, die Stromflusszeit für eine Spannung mit einer Polarität kürzer als die Stromflusszeit für eine Spannung mit der anderen Polarität ist.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 22, bei der – die Schalteinrichtung die Phasensteuerung unter Verwendung des zweiten Steuermusters ausführt; – die Schalteinrichtung dann eine Spannung mit der zweiten Polarität für eine Stromflusszeit liefert, die länger als eine Stromflusszeit in einem letzten Halbzyklus im zweiten Steuermuster für eine Spannung mit der ersten Polarität ist; und – die Schalteinrichtung dann eine Spannung mit der ersten Polarität für eine Stromflusszeit liefert, die kürzer als die Stromflusszeit ist.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 13, bei der die Schalteinrichtung als zweites Steuermuster den Strom für im Wesentlichen eine konstante Stromflusszeit für mindestens eine Polarität der Versorgungsspannung leitet; – die Schalteinrichtung die Stromflusszeit für diese Polarität verlängert, bevor die Schwächungsrate des Spitzenwerts eines sich ergebenden Laststroms in Sättigung geht; und – die Schalteinrichtung dann den Strom für eine verlängerte Stromflusszeit für diese Polarität durchlässt, während sie die verlängerte Stromflusszeit im Wesentlichen konstant hält.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 13, bei der – die Schalteinrichtung die Phasensteuerung ausführt, während sie die Stromflusszeit im Anfangsstadium eines Stromleitvorgangs bis auf die Hälfte des Halbzyklus verlängert; und – die Schalteinrichtung dann den Strom für eine im Wesentlichen konstante Stromflusszeit im zweiten Steuermuster durchlässt, bis der Spitzenwert des Laststroms auf einen vorbestimmten Wert oder darunter geschwächt ist.