JP2006092180A - Heater device - Google Patents

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Takahiro Minami
崇博 南
Satoru Murakami
哲 村上
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a heater device capable of reducing a high frequency component caused by suppression of a rush current, by a simple phase control sequence. <P>SOLUTION: While phase control is performed in each cycle of power voltage by a control angle (2π/0.02[s]) × t3[s] and a control angle (2π/0.02[s]) × t4[s] (t4 = t3 + 0.01[s]) in a conventional technology, the phase control is performed once two cycles of the power voltage by a control angle (2π/0.02[s]) × t1[s] and a control angle (2π/0.02[s]) × t2[s] (t2 = t1 + 0.01[s]), and one cycle is set as a blank cycle in this technology. One cycle of the power voltage performing the phase control is set as a first period, the blank cycle is set as a second period, a sum of both the sides is set as a unit period, and it is repeated. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、画像形成装置の定着装置などに用いられるヒータ装置に関するものである。   The present invention relates to a heater device used in a fixing device of an image forming apparatus.

複写機などのトナー定着型画像形成装置では、定着装置に、加熱を行うためのヒータ装置が設けられる。ヒータ装置の加熱源にはハロゲンランプなどのヒータランプやニクロム線ヒータなどが用いられる。通常、このようなヒータ装置では通電していない状態のフィラメントやヒータ線の抵抗値は低く、通電を開始してから次第に温度が上昇すると抵抗値が大きくなる。従って、通電開始直後にはフィラメントやヒータ線に突入電流が流れる。このような突入電流を抑制するために、通電開始直後は通電の位相制御を行って徐々に電流を増加させていく位相制御、すなわちソフトスタートが行われる。位相制御を行うためのスイッチング素子にはサイリスタや双方向サイリスタが用いられ、加熱源と直列に接続される。このようなスイッチング素子によるヒータ電流のON/OFF制御により、加熱源への印加電圧波形は正弦波からずれた歪み波形となるため、位相制御により流れる電流は高周波成分を多量に有することになる。この高周波成分は、放射性ノイズとなって付近の電気機器に電磁障害を起こしたり、伝導性ノイズとなって交流電源系統に帰還したりするので好ましくない。   In a toner fixing type image forming apparatus such as a copying machine, a heater device for heating is provided in the fixing device. A heater lamp such as a halogen lamp or a nichrome wire heater is used as a heating source of the heater device. Normally, in such a heater device, the resistance value of the filament or heater wire in a state where current is not supplied is low, and the resistance value increases as the temperature gradually increases after the start of current supply. Therefore, an inrush current flows through the filament and the heater wire immediately after the start of energization. In order to suppress such an inrush current, immediately after the start of energization, phase control in which energization phase control is performed and the current is gradually increased, that is, soft start is performed. A thyristor or a bidirectional thyristor is used as a switching element for performing phase control, and is connected in series with a heating source. Due to the ON / OFF control of the heater current by such a switching element, the voltage waveform applied to the heating source becomes a distorted waveform deviated from the sine wave, so that the current flowing by the phase control has a large amount of high frequency components. This high frequency component is not preferable because it becomes radioactive noise and causes electromagnetic interference in nearby electrical equipment, or becomes conductive noise and returns to the AC power supply system.

特許文献1には、上記の突入電流による高調波ノイズとフリッカの原因となる電圧降下とを低減するため、通電開始から、例えば図7のような電圧波形を負荷(ヒータランプ)に印加するように位相制御を行うことが記載されている。図7では、スイッチング手段が交流電源波長の1波長以上の期間の間、第1極性の電力量が第2極性の電力よりも相対的に大きい電力を負荷に供給する第1制御モードと、交流電源波長の1波長以上の期間の間、第2極性の電力量が第1極性の電力量よりも相対的に大きい電力を負荷に供給する第2制御モードと、第1極性の半波の電力と第2極性の半波の電力とを交互に負荷に供給する第3制御モードとが設けられ、これらを第1制御モード、第3制御モード、第2制御モードの順に実行する。同図では、さらに全波のモード、および電圧を印加しないブランクモードを後に実行するようにしている。
特開平11−27932号公報(平成11(1999)年1月29日公開)
In Patent Document 1, in order to reduce the harmonic noise due to the inrush current and the voltage drop causing flicker, for example, a voltage waveform as shown in FIG. 7 is applied to the load (heater lamp) from the start of energization. Describes that phase control is performed. In FIG. 7, during the period in which the switching means is at least one wavelength of the AC power supply wavelength, the first control mode for supplying the load with a relatively large amount of power of the first polarity than the power of the second polarity, and AC A second control mode for supplying power to the load with a relatively large amount of power of the second polarity than the amount of power of the first polarity during a period of one or more wavelengths of the power supply wavelength; and half-wave power of the first polarity And a third control mode for alternately supplying half-wave power of the second polarity to the load, and these are executed in the order of the first control mode, the third control mode, and the second control mode. In the figure, a full wave mode and a blank mode in which no voltage is applied are executed later.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-27932 (published on January 29, 1999)

上述の特許文献1は、第1制御モード、第3制御モード、および第2制御モードをこの順で実行することにより、突入電流の高周波成分を安全規格内に抑制しようとするものであるが、各制御モードの高周波成分が重畳され、特定の周波数が強調される虞があるという問題がある。   Patent Document 1 described above is intended to suppress the high-frequency component of the inrush current within the safety standard by executing the first control mode, the third control mode, and the second control mode in this order. There is a problem that a high frequency component of each control mode is superimposed and a specific frequency may be emphasized.

また、特許文献1の上記制御は、図7から明らかなように、第1制御モード〜第3制御モードの期間を合わせた期間だけ見ても、位相制御の単位期間を繰り返すというものではなく、全体として第1極性および第2極性の電圧の制御角がそれぞれ途中で変化する不規則変化期間として形成されているため、位相制御シーケンスが複雑であるという問題がある。   Further, as is apparent from FIG. 7, the control of Patent Document 1 does not repeat the unit period of phase control even when only the period of the first control mode to the third control mode is combined. There is a problem that the phase control sequence is complicated because the control angles of the voltages of the first polarity and the second polarity as a whole are formed as irregular change periods in which the control angles change in the middle.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、突入電流を抑制することによる高周波成分を、簡単な位相制御シーケンスで低減することのできるヒータ装置を実現することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to realize a heater device that can reduce high-frequency components due to suppression of inrush current with a simple phase control sequence. is there.

本発明のヒータ装置は、上記課題を解決するために、交流電源から給電され、通電の位相制御が可能なヒータ装置において、前記位相制御を行う第1の期間と前記通電を行わない第2の期間との和を単位期間として、前記単位期間の繰り返しにより給電されることが可能であり、前記単位期間は前記交流電源の電圧の半周期のn倍(nは3以上の整数)であることを特徴としている。   In order to solve the above-described problems, the heater device of the present invention is a heater device that is fed from an AC power source and capable of energization phase control, and a first period in which the phase control is performed and a second period in which the energization is not performed. It is possible to supply power by repeating the unit period, with the sum of the period as a unit period, and the unit period is n times the half cycle of the voltage of the AC power supply (n is an integer of 3 or more). It is characterized by.

上記の発明によれば、通電周期が電源電圧の周期よりも大きくなることで基本波の周波数が低くなって高次の電流成分が減少し、伝導性ノイズおよび放射性ノイズの低減が可能になる。また、単位期間の繰り返しだけでよいので、位相制御シーケンスは簡単になる。   According to the above-described invention, the energization period is longer than the period of the power supply voltage, whereby the fundamental wave frequency is lowered, the higher-order current components are reduced, and conduction noise and radiation noise can be reduced. In addition, the phase control sequence is simplified because only the unit period needs to be repeated.

以上により、突入電流を抑制することによる高周波成分を、簡単な位相制御シーケンスで低減することのできるヒータ装置を実現することができるという効果を奏する。   As described above, there is an effect that it is possible to realize a heater device that can reduce high-frequency components due to suppression of inrush current by a simple phase control sequence.

本発明のヒータ装置は、上記課題を解決するために、前記第1の期間は、前記通電時の電流の正極性の期間と負極性の期間とを同じ回数だけ有することを特徴としている。   In order to solve the above problems, the heater device of the present invention is characterized in that the first period has the same number of times as the positive polarity period and the negative polarity period of the current during energization.

上記の発明によれば、低圧屋内配線により給電される電気機器に交流電源として一般に用いられる単相3線において、中性線と2つの活性線のうちの一方とで形成される片寄せ配線に流れることになるヒータ電流の直流による電圧降下を防ぐことができるため、単相3線全体で電圧降下の不平衡を緩和することができるという効果を奏する。   According to the above invention, in a single-phase three-wire generally used as an AC power supply for an electric device fed by a low-voltage indoor wiring, a one-way wiring formed by a neutral wire and one of two active wires. Since the voltage drop due to the direct current of the heater current that flows can be prevented, there is an effect that the unbalance of the voltage drop can be alleviated over the entire single-phase three-wire.

本発明のヒータ装置は、上記課題を解決するために、前記第1の期間は、前記交流電源の電圧の1周期であり、前記電圧の正極性の半サイクルと負極性の半サイクルとでそれぞれ1回ずつ前記通電が行われることを特徴としている。   In the heater device of the present invention, in order to solve the above problems, the first period is one cycle of the voltage of the AC power supply, and each of the positive polarity half cycle and the negative polarity half cycle of the voltage. It is characterized in that the energization is performed once.

上記の発明によれば、低圧屋内配線により給電される電気機器に交流電源として一般に用いられる単相3線において、中性線と2つの活性線のうちの一方とで形成される片寄せ配線に流れることになるヒータ電流の直流による電圧降下を防ぐことができるため、単相3線全体で電圧降下の不平衡を緩和することができるという効果を奏する。   According to the above invention, in a single-phase three-wire generally used as an AC power supply for an electric device fed by a low-voltage indoor wiring, a one-way wiring formed by a neutral wire and one of two active wires. Since the voltage drop due to the direct current of the heater current that flows can be prevented, there is an effect that the unbalance of the voltage drop can be alleviated over the entire single-phase three-wire.

本発明のヒータ装置は、上記課題を解決するために、前記単位期間を所定回数だけ繰り返した後、前記通電に対して、前記交流電源の電圧のゼロクロス点を制御角とするゼロクロス制御が行われることを特徴としている。   In the heater device of the present invention, in order to solve the above problem, after the unit period is repeated a predetermined number of times, zero cross control is performed with respect to the energization using a zero cross point of the voltage of the AC power supply as a control angle. It is characterized by that.

上記の発明によれば、ゼロクロス制御では電流の高周波成分が生じにくいのでより一層ノイズの低減を図れるとともに、位相制御用の同じスイッチング素子で通電の開始から定常動作までを行うことができるという効果を奏する。   According to the above-described invention, since the high frequency component of the current is less likely to be generated in the zero cross control, the noise can be further reduced and the same switching element for phase control can be used from the start of energization to the steady operation. Play.

本発明のヒータ装置は、以上のように、前記位相制御を行う第1の期間と前記通電を行わない第2の期間との和を単位期間として、前記単位期間の繰り返しにより給電されることが可能であり、前記単位期間は前記交流電源の電圧の半周期のn倍(nは3以上の整数)である。   As described above, the heater device according to the present invention may be supplied with power by repeating the unit period, with the sum of the first period in which the phase control is performed and the second period in which the energization is not performed as a unit period. The unit period is n times a half cycle of the voltage of the AC power supply (n is an integer of 3 or more).

それゆえ、突入電流を抑制することによる高周波成分を、簡単な位相制御シーケンスで低減することのできるヒータ装置を実現することができるという効果を奏する。   Therefore, there is an effect that it is possible to realize a heater device that can reduce high-frequency components due to suppression of inrush current by a simple phase control sequence.

本発明の一実施形態について図1ないし図6に基づいて説明すると以下の通りである。   An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

図4に、複写機の定着装置に用いられるヒータ装置1の回路図を示す。ヒータ装置1は、ヒータランプ2、双方向サイリスタ3、およびゲート回路4を備えている。ヒータランプ2は例えばハロゲンランプで構成されるが、ランプに限らず、ニクロム線ヒータなど一般に加熱源となる発熱体であればよい。ヒータランプ2と双方向サイリスタ3とは直列に接続されており、この直列回路に商用の交流電源5の電圧が印加される。   FIG. 4 shows a circuit diagram of the heater device 1 used in the fixing device of the copying machine. The heater device 1 includes a heater lamp 2, a bidirectional thyristor 3, and a gate circuit 4. The heater lamp 2 is composed of, for example, a halogen lamp, but is not limited to a lamp, and may be a heating element generally serving as a heating source such as a nichrome wire heater. The heater lamp 2 and the bidirectional thyristor 3 are connected in series, and the voltage of the commercial AC power supply 5 is applied to this series circuit.

ゲート回路4は双方向サイリスタ3の導通トリガーを発生する回路であり、光双方向サイリスタ4aおよび抵抗R1・R2を備えている。抵抗R1、光双方向サイリスタ4a、および抵抗R2はこの順で直列に接続されており、この直列回路が双方向サイリスタ3のT1端子とT2端子との間に接続されている。上記直列回路の一端となる抵抗R1の一端はT2端子に接続され、上記直列回路の他端となる抵抗R2の一端はT1端子に接続されている。また、光双方向サイリスタ4aと抵抗R2との接続点は双方向サイリスタ3のゲート端子に接続されている。   The gate circuit 4 is a circuit that generates a conduction trigger for the bidirectional thyristor 3, and includes an optical bidirectional thyristor 4a and resistors R1 and R2. The resistor R1, the optical bidirectional thyristor 4a, and the resistor R2 are connected in series in this order, and this series circuit is connected between the T1 terminal and the T2 terminal of the bidirectional thyristor 3. One end of the resistor R1 serving as one end of the series circuit is connected to the T2 terminal, and one end of the resistor R2 serving as the other end of the series circuit is connected to the T1 terminal. The connection point between the optical bidirectional thyristor 4a and the resistor R2 is connected to the gate terminal of the bidirectional thyristor 3.

上記ヒータ装置1において、光双方向サイリスタ4aには、図示しない制御回路から発光ダイオードなどの発光素子の光パルスに変換された制御信号が入力され、そのタイミングで光双方向サイリスタ4aが導通する。光双方向サイリスタ4aが導通すると、その時点での位相の交流電源5の電圧が抵抗R1および抵抗R2で分圧されて双方向サイリスタ3のゲート端子に印加され、ゲート電流が流れて双方向サイリスタ3が導通する。この双方向サイリスタ3の導通によりヒータランプ2に給電が行われる。従って、光双方向サイリスタ4aに入力される光パルスのタイミングを制御することにより、双方向サイリスタ3を位相制御し、ヒータランプ2の点灯時間を制御することができる。以下では、ヒータ装置1の回路が抵抗成分のみからなるものと見なす、すなわちヒータランプ2の電流の位相はほぼ電源電圧の位相と一致しており電流の波形がヒータランプ2の印加電圧の波形と相似であるとする。従って、双方向サイリスタ3が光双方向サイリスタ4aの導通タイミングで導通した後、交流電源5の次のゼロクロス点で遮断されるものとする。ただしこれに限らず、リアクタンス成分が含まれることにより電流の位相がヒータランプ2の印加電圧の位相からずれたり、電流の波形がヒータランプ2の印加電圧の波形と相似でなくなったりして、電源電圧の次の半サイクルに入ってから双方向サイリスタ3が遮断される場合もあり得る。しかし、この場合にも、後述する本発明の効果は得られる。なお、上記双方向サイリスタ3の代わりに逆並列接続された2つのサイリスタを用いることもできる。また、パワーMOSFETやゲート・ターンオフ・サイリスタ、絶縁ゲート・バイポーラトランジスタなど自己消弧型素子を用いて自在に導通期間を制御することもできる。   In the heater device 1, a control signal converted into a light pulse of a light emitting element such as a light emitting diode is input to the optical bidirectional thyristor 4a from a control circuit (not shown), and the optical bidirectional thyristor 4a becomes conductive at that timing. When the optical bidirectional thyristor 4a is turned on, the voltage of the AC power supply 5 having the phase at that time is divided by the resistors R1 and R2 and applied to the gate terminal of the bidirectional thyristor 3, and the gate current flows and the bidirectional thyristor flows. 3 conducts. Power is supplied to the heater lamp 2 by the conduction of the bidirectional thyristor 3. Therefore, by controlling the timing of the optical pulse input to the optical bidirectional thyristor 4a, the bidirectional thyristor 3 can be phase-controlled and the lighting time of the heater lamp 2 can be controlled. In the following, it is assumed that the circuit of the heater device 1 is composed only of a resistance component, that is, the phase of the current of the heater lamp 2 substantially matches the phase of the power supply voltage, and the current waveform is the waveform of the applied voltage of the heater lamp 2. Suppose they are similar. Therefore, the bidirectional thyristor 3 is turned on at the next zero cross point of the AC power supply 5 after being turned on at the conduction timing of the optical bidirectional thyristor 4a. However, the present invention is not limited to this, and the reactance component is included, so that the phase of the current shifts from the phase of the applied voltage of the heater lamp 2 or the waveform of the current is not similar to the waveform of the applied voltage of the heater lamp 2. It is possible that the bidirectional thyristor 3 is shut off after entering the next half cycle of the voltage. However, even in this case, the effects of the present invention described later can be obtained. In place of the bidirectional thyristor 3, two thyristors connected in reverse parallel can be used. Further, the conduction period can be freely controlled by using a self-extinguishing element such as a power MOSFET, a gate turn-off thyristor, an insulated gate bipolar transistor, or the like.

次に図5を用いて、本実施の形態におけるヒータランプ2への給電開始直後の位相制御シーケンスについての基本的な考え方を説明する。   Next, a basic concept of the phase control sequence immediately after the start of power supply to the heater lamp 2 in the present embodiment will be described with reference to FIG.

図5(a)は本実施の形態におけるソフトスタートのための位相制御シーケンスの考え方を説明するものであり、図5(b)は従来の位相制御シーケンスの考え方を説明するものである。両図とも、位相制御が行われるスイッチング素子の導通期間におけるヒータランプ2の電圧印加波形を方形波で近似してある。前述のようにヒータ装置1の回路が抵抗成分のみからなるものと仮定したので、ヒータ電流の波形も位相が同じ方形波となる。   FIG. 5 (a) illustrates the concept of the phase control sequence for soft start in the present embodiment, and FIG. 5 (b) illustrates the concept of the conventional phase control sequence. In both figures, the voltage application waveform of the heater lamp 2 during the conduction period of the switching element in which phase control is performed is approximated by a square wave. As described above, since it is assumed that the circuit of the heater device 1 is composed of only the resistance component, the waveform of the heater current is also a square wave having the same phase.

従来は図5(b)のように、電源電圧の半サイクルごとに半周期の一部のみを位相制御により導通期間とする通電を行っていた。この場合、ヒータランプ2に流れる電流は、正極性の電圧において流れる期間と負極性の電圧において流れる期間とを1回ずつ有し、周期が電源電圧の周期に等しい歪み波形となる。これに対して、本実施の形態では、図5(a)のように、位相制御を行う第1の期間と、通電を全く行わない第2の期間との和を単位期間とし、当該単位期間を電源電圧の半周期のn倍(nは3以上の整数)として電源電圧の周期よりも大きくなるようにしている。同図ではn=4としたので、1回の導通期間を図5(b)の場合の2倍に設定して、単位期間の整数倍の期間で両者が同じ電力量となるようにしてある。そして、少なくとも、抑制すべき突入電流が流れる期間が終了するまでの時間は、この単位期間を所定回数だけ繰り返すようにする。同図では、第1の期間を電源電圧の1周期分とし、その半サイクルごとに半周期の一部のみを位相制御により導通期間とする。そして、電源電圧の次の1周期分をブランクサイクルとして双方向サイリスタ3を遮断したままとする。この場合、ヒータランプ2に流れる電流は、第1の期間に正極性の電圧において流れる期間と負極性の電圧において流れる期間とを1回ずつ有し、周期が電源電圧の半周期の4倍、すなわち周期の2倍に等しい歪み波形となる。なお、第1の期間と第2の期間とは前後関係が逆になっていてもよく、全体として周期が電源電圧の半周期のn倍(nは3以上の整数)になっていればよい。   Conventionally, as shown in FIG. 5B, energization is performed in which only a part of the half cycle is set to the conduction period by phase control every half cycle of the power supply voltage. In this case, the current flowing through the heater lamp 2 has a period of flowing at the positive voltage and a period of flowing at the negative voltage once, and the cycle is a distorted waveform equal to the cycle of the power supply voltage. On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 5A, the unit period is the sum of the first period in which phase control is performed and the second period in which no energization is performed. Is n times the half cycle of the power supply voltage (n is an integer of 3 or more) so as to be larger than the cycle of the power supply voltage. Since n = 4 in the figure, one conduction period is set to be twice that in the case of FIG. 5B, and both have the same amount of power in an integral multiple of the unit period. . The unit period is repeated a predetermined number of times at least until the period during which the inrush current to be suppressed flows is completed. In the figure, the first period is one period of the power supply voltage, and only a part of the half period is set as a conduction period by phase control every half cycle. Then, the bidirectional thyristor 3 is kept cut off with the next one cycle of the power supply voltage as a blank cycle. In this case, the current flowing through the heater lamp 2 has a period of flowing in the positive voltage and a period of flowing in the negative voltage once in the first period, and the cycle is four times the half cycle of the power supply voltage. That is, the distortion waveform is equal to twice the period. Note that the first period and the second period may be reversed in the context, and as a whole, the period may be n times the half period of the power supply voltage (n is an integer of 3 or more). .

次に、図6に、上記図5(a)・(b)の通電による各周波数の電流振幅の2乗(スペクトル強度の2乗)の計算結果を示す。両者とも、電流値のサンプル数を電源電圧の1周期あたり512として8周期分(4096サンプル)の電流波形に対して高速フーリエ変換で周波数ごとの電流振幅の2乗を計算した。周波数については電源電圧の周波数である60Hzを8次とし、1次〜2048次(220kHz)を計算した。導通期間のヒータランプ2の印加電圧波形と電流波形とをともに位相の等しい方形波であると仮定したので、電流振幅の2乗の全ての次数に対する総和は、図5(a)・(b)の電源電圧の8周期分における電力量に比例した量となる。この点では、図5(a)の電圧波形に対して高速フーリエ変換を行っても同様の結果が得られる。1次〜2048次の電流振幅の2乗の総和を本実施の形態と従来とで等しくすると、すなわち、上記8周期における電力量を従来と本実施の形態とで等しくすると、1024次〜2048次の電流振幅の2乗の総和は本実施の形態が従来の2分の1となった。図5(a)では単位期間が電源電圧の周期の2倍となっているため、図6では30Hzの整数倍のスペクトルが表われており、その分、高次の電流強度が小さくなっている。つまり、従来の高域側のエネルギーが本実施の形態では低域側に移動したことになる。このように、ヒータランプ2への通電周期を電源電圧の周期よりも大きくすることで基本波の周波数が低くなって高次の電流成分が減少し、伝導性ノイズおよび放射性ノイズの低減が図れる。上記例では効果を簡単に確認するため、電圧・電流とも方形波を仮定したが、周波数分布としては方形波以外の波形においても同様の分布が考えられ、それによるノイズ低減が期待できる。   Next, FIG. 6 shows the calculation result of the square of the current amplitude of each frequency (the square of the spectral intensity) by the energization of FIGS. 5 (a) and 5 (b). In both cases, the number of samples of the current value was set to 512 per cycle of the power supply voltage, and the square of the current amplitude for each frequency was calculated by fast Fourier transform on the current waveform of 8 cycles (4096 samples). Regarding the frequency, 60 Hz, which is the frequency of the power supply voltage, is 8th order, and the first to 2048th order (220 kHz) is calculated. Since it is assumed that the applied voltage waveform and the current waveform of the heater lamp 2 during the conduction period are square waves having the same phase, the sum of all the orders of the square of the current amplitude is shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). The power supply voltage is proportional to the amount of power in eight cycles. In this respect, a similar result can be obtained even if fast Fourier transform is performed on the voltage waveform of FIG. If the sum of the squares of the first to 2048th order current amplitudes is made equal between the present embodiment and the prior art, that is, if the amount of power in the eight cycles is made equal between the prior art and the present embodiment, the 1024th to 2048th orders. The sum of the squares of the current amplitudes of the current embodiment is ½ that of the prior art. In FIG. 5A, since the unit period is twice the period of the power supply voltage, a spectrum of an integral multiple of 30 Hz is shown in FIG. 6, and the higher-order current intensity is reduced accordingly. . That is, the conventional energy on the high frequency side has moved to the low frequency side in the present embodiment. Thus, by making the energization cycle to the heater lamp 2 longer than the cycle of the power supply voltage, the frequency of the fundamental wave is lowered, the higher-order current components are reduced, and conductive noise and radioactive noise can be reduced. In the above example, a square wave is assumed for both the voltage and current in order to easily confirm the effect. However, as the frequency distribution, a similar distribution can be considered for waveforms other than the square wave, and noise reduction can be expected.

そこで、ヒータランプ2への給電開始直後のソフトスタートのための位相制御シーケンスを、図1(a)に示す波形で行い、その効果を確認した。同時に、従来の位相制御シーケンスを図1(b)に示した。   Therefore, a phase control sequence for soft start immediately after the start of power supply to the heater lamp 2 was performed with the waveform shown in FIG. At the same time, the conventional phase control sequence is shown in FIG.

図1(a)・(b)では電源電圧の周波数は50Hzであり、図1(b)では制御角(2π/0.02[s])×t3[s]と制御角(2π/0.02[s])×t4[s](t4=t3+0.01[s])とで電源電圧の毎サイクル位相制御を行うのに対し、図1(a)では制御角(2π/0.02[s])×t1[s]と制御角(2π/0.02[s])×t2[s](t2=t1+0.01[s])とで電源電圧の2サイクルに1回位相制御を行って1サイクルはブランクサイクルとする。図1(a)の単位期間のうち位相制御を行う電源電圧の1サイクル分は第1の期間に相当し、ブランクサイクルは第2の期間に相当する。   1A and 1B, the frequency of the power supply voltage is 50 Hz. In FIG. 1B, the control angle (2π / 0.02 [s]) × t3 [s] and the control angle (2π / 0. 02 [s]) × t4 [s] (t4 = t3 + 0.01 [s]) is performed for each cycle phase control of the power supply voltage, whereas in FIG. 1A, the control angle (2π / 0.02 [ s]) × t1 [s] and control angle (2π / 0.02 [s]) × t2 [s] (t2 = t1 + 0.01 [s]), phase control is performed once every two cycles of the power supply voltage. One cycle is a blank cycle. In the unit period of FIG. 1A, one cycle of the power supply voltage for performing phase control corresponds to the first period, and the blank cycle corresponds to the second period.

図2(a)は図1(a)の結果流れる電流の高速フーリエ変換結果であり、図2(b)は図1(b)の結果流れる電流の高速フーリエ変換結果である。図2(a)では単位期間を電源電圧の周期の2倍としたので、50Hzの2分の1である25Hzの整数倍の次数も明瞭なピークとして観測されている。   2A is a fast Fourier transform result of the current flowing as a result of FIG. 1A, and FIG. 2B is a fast Fourier transform result of the current flowing as a result of FIG. 1B. In FIG. 2A, since the unit period is set to twice the cycle of the power supply voltage, an order of an integral multiple of 25 Hz, which is a half of 50 Hz, is also observed as a clear peak.

図3(a)・(b)は図2(a)・(b)を基に、50Hzの整数倍の次数の電流値について、高調波電流のある規格値の上限と比較した結果を示すグラフである。2次以上ではいずれも図3(a)の電流値は図3(b)のものよりも小さく抑えられているが、特に偶数調波で大きな低減が見られる。図3(a)・(b)のグラフには示されていないより高次ではさらに、本実施の形態による電流値は従来よりも小さく抑えられる。これにより、ヒータランプ2への給電開始直後の伝導性ノイズおよび放射性ノイズの低減が可能になることが分かった。抑制すべき突入電流が流れる期間が終了するまでの時間は上記位相制御シーケンスでヒータランプ2への通電を行い、その後は電源電圧の毎回のゼロクロス点で双方向サイリスタ3にトリガーを与えるゼロクロス制御を行い、ヒータランプ2の温度制御を開始する。   3 (a) and 3 (b) are graphs showing the results of comparing the current value of the order of an integral multiple of 50 Hz with the upper limit of the standard value with the harmonic current based on FIGS. 2 (a) and 2 (b). It is. In the second and higher orders, the current value in FIG. 3A is suppressed to be smaller than that in FIG. 3B, but a large reduction is seen particularly in even harmonics. Further, at higher orders not shown in the graphs of FIGS. 3A and 3B, the current value according to the present embodiment is suppressed to be smaller than that of the prior art. Thus, it has been found that it is possible to reduce conductive noise and radioactive noise immediately after the start of power supply to the heater lamp 2. The time until the inrush current to be suppressed ends is energized to the heater lamp 2 in the above-described phase control sequence, and thereafter, the zero cross control is applied to trigger the bidirectional thyristor 3 at each zero cross point of the power supply voltage. The temperature control of the heater lamp 2 is started.

なお、図1(a)では第1の期間において上述した制御角で位相制御を行ったが、これに限らず、任意の制御角で高調波電流の低減効果が得られる。また、上記例とは異なり、ヒータランプ2の電流が電源電圧の位相とずれている場合にも、高調波電流の低減効果が得られる。従って、第1の期間および第2の期間は必ずしも電源電圧の半周期の整数倍である必要はなく。単位期間全体で周期が電源電圧の半周期のn倍(nは3以上の整数)になっていればよい。また、電流波形がヒータランプ2の印加電圧の波形と相似でない場合にも、高調波電流の低減効果が得られる。このように、ヒータランプ2への通電周期が電源電圧の周期よりも大きくなることで基本波の周波数が低くなって高次の電流成分が減少し、伝導性ノイズおよび放射性ノイズの低減が可能になる。また、単位期間の繰り返しだけでよいので、位相制御シーケンスは簡単になる。以上により、突入電流を抑制することによる高周波成分を、簡単な位相制御シーケンスで低減することのできるヒータ装置を実現することができる。   In FIG. 1A, the phase control is performed at the control angle described above in the first period. However, the present invention is not limited to this, and an effect of reducing the harmonic current can be obtained at an arbitrary control angle. Unlike the above example, even when the current of the heater lamp 2 is shifted from the phase of the power supply voltage, the effect of reducing the harmonic current can be obtained. Therefore, the first period and the second period are not necessarily integral multiples of a half cycle of the power supply voltage. It is only necessary that the cycle of the entire unit period is n times the half cycle of the power supply voltage (n is an integer of 3 or more). Even when the current waveform is not similar to the waveform of the voltage applied to the heater lamp 2, the effect of reducing the harmonic current can be obtained. As described above, the energization cycle of the heater lamp 2 is longer than the cycle of the power supply voltage, so that the fundamental wave frequency is lowered and the higher-order current components are reduced, thereby reducing conductive noise and radioactive noise. Become. In addition, the phase control sequence is simplified because only the unit period needs to be repeated. As described above, it is possible to realize a heater device that can reduce a high-frequency component caused by suppressing an inrush current by a simple phase control sequence.

また、図3(a)では、第1の期間において、電源電圧の正極性の半サイクルと負極性の半サイクルとでそれぞれ1回ずつ導通するようにしているが、これに限らず、一方の極性に偏って導通する場合にも効果は得られる。ただし、図3(a)のように正極性の半サイクルと負極性の半サイクルとの電流の方向を含めた平均がゼロになれば、ヒータランプ2に流れる電流の直流成分がゼロになる。従って、複写機のような低圧屋内配線により給電される電気機器に交流電源として一般に用いられる単相3線において、中性線と2つの活性線のうちの一方とで形成される片寄せ配線に流れることになるヒータ電流の直流による電圧降下を防ぐことができるため、単相3線全体で電圧降下の不平衡を極力避けることができる。直流成分をゼロにしないまでも、直流成分が小さくなるように位相制御すれば単相3線全体で電圧降下の不平衡を緩和することができる。従って、この効果を得る上では、第1の期間は、ヒータランプ2への通電時の電流の正極性の期間と負極性の期間とを同じ回数だけ有するようにするのが有利である。図3(a)の例ではこれを、第1の期間を電源電圧の1周期とし、電源電圧の正極性の半サイクルと負極性の半サイクルとでそれぞれ1回ずつヒータランプ2への通電を行うことで実現している。   Further, in FIG. 3A, in the first period, the positive half cycle and the negative half cycle of the power supply voltage are conducted once each, but not limited to this, The effect is also obtained when conducting with biased polarity. However, as shown in FIG. 3A, when the average including the direction of the current in the positive half cycle and the negative half cycle becomes zero, the direct current component of the current flowing through the heater lamp 2 becomes zero. Therefore, in a single-phase three-wire generally used as an AC power supply for an electric device that is fed by a low-voltage indoor wiring such as a copying machine, a one-way wiring formed by a neutral wire and one of two active wires is used. Since the voltage drop due to the direct current of the heater current that flows can be prevented, the voltage drop unbalance can be avoided as much as possible in the entire single-phase three-wire. Even if the direct current component is not reduced to zero, if the phase control is performed so that the direct current component becomes small, the unbalance of the voltage drop can be alleviated over the entire single-phase three wires. Accordingly, in order to obtain this effect, it is advantageous that the first period has the same number of times as the positive polarity period and the negative polarity period of the current when the heater lamp 2 is energized. In the example of FIG. 3A, this is defined as one cycle of the power supply voltage in the first period, and the heater lamp 2 is energized once each in the positive half cycle and the negative half cycle of the power supply voltage. It is realized by doing.

また、単位期間を所定回数だけ繰り返した後、ヒータランプ2への通電に対して前記ゼロクロス制御を行うようにすれば、ゼロクロス制御では電流の高周波成分が生じにくいのでより一層ノイズの低減を図れるとともに、位相制御用の同じスイッチング素子で通電の開始から定常動作までを行うことができる。   In addition, if the zero cross control is performed with respect to the energization to the heater lamp 2 after repeating the unit period a predetermined number of times, the zero cross control hardly generates a high frequency component of the current, and thus noise can be further reduced. From the start of energization to the steady operation can be performed with the same switching element for phase control.

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately changed within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.

本発明は、ヒータ装置一般、特に商用周波数の電源で通電されるヒータ装置に好適に使用できる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably used for heater devices in general, and particularly for heater devices that are energized with a commercial frequency power source.

(a)は本発明の実施形態を示すものであり、位相制御シーケンスを示す波形図、(b)は従来の位相制御シーケンスを示す波形図である。(A) shows embodiment of this invention and is a wave form diagram which shows a phase control sequence, (b) is a wave form diagram which shows the conventional phase control sequence. (a)は図1(a)の高速フーリエ変換の結果を示すグラフ、(b)は図1(b)の高速フーリエ変換の結果を示すグラフである。(A) is a graph which shows the result of the fast Fourier transform of Fig.1 (a), (b) is a graph which shows the result of the fast Fourier transform of FIG.1 (b). (a)は図2(a)に基づいた高調波電流の大きさを規格値の上限と比較して示すグラフ、(b)は図2(b)に基づいた高調波電流の大きさを規格値の上限と比較して示すグラフである。(A) is a graph showing the magnitude of the harmonic current based on FIG. 2 (a) in comparison with the upper limit of the standard value, and (b) is a standard showing the magnitude of the harmonic current based on FIG. 2 (b). It is a graph shown by comparing with the upper limit of the value. ヒータ装置の回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit of a heater apparatus. 本実施の形態の通電の位相制御シーケンスの基本的な考え方を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the fundamental view of the phase control sequence of electricity supply of this Embodiment. 図5の高速フーリエ変換の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the fast Fourier transform of FIG. 従来技術を示すものであり、通電の位相制御シーケンスを示す波形図である。It is a wave form diagram which shows a prior art and shows the phase control sequence of electricity supply.

符号の説明Explanation of symbols

1 ヒータ装置
2 ヒータランプ
3 双方向サイリスタ
5 交流電源
1 Heater device 2 Heater lamp 3 Bidirectional thyristor 5 AC power supply

Claims (4)

交流電源から給電され、通電の位相制御が可能なヒータ装置において、
前記位相制御を行う第1の期間と前記通電を行わない第2の期間との和を単位期間として、前記単位期間の繰り返しにより給電されることが可能であり、
前記単位期間は前記交流電源の電圧の半周期のn倍(nは3以上の整数)であることを特徴とするヒータ装置。
In a heater device that is fed from an AC power source and capable of phase control of energization,
The unit period can be the sum of the first period in which the phase control is performed and the second period in which the energization is not performed.
The heater device according to claim 1, wherein the unit period is n times a half cycle of the voltage of the AC power supply (n is an integer of 3 or more).
前記第1の期間は、前記通電時の電流の正極性の期間と負極性の期間とを同じ回数だけ有することを特徴とする請求項1に記載のヒータ装置。   2. The heater device according to claim 1, wherein the first period includes a positive period and a negative period of the current during energization the same number of times. 前記第1の期間は、前記交流電源の電圧の1周期であり、前記電圧の正極性の半サイクルと負極性の半サイクルとでそれぞれ1回ずつ前記通電が行われることを特徴とする請求項1に記載のヒータ装置。   The first period is one cycle of the voltage of the AC power supply, and the energization is performed once each in a positive half cycle and a negative half cycle of the voltage. The heater device according to 1. 前記単位期間を所定回数だけ繰り返した後、前記通電に対して、前記交流電源の電圧のゼロクロス点を制御角とするゼロクロス制御が行われることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のヒータ装置。   4. The zero cross control according to claim 1, wherein after the unit period is repeated a predetermined number of times, a zero cross control is performed with respect to the energization using a zero cross point of the voltage of the AC power supply as a control angle. 5. Heater device.
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