JP2011076879A

JP2011076879A - 調光装置

Info

Publication number: JP2011076879A
Application number: JP2009227479A
Authority: JP
Inventors: Koji Uda; 幸司右田; Osamu Nakajima; 修中島
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2011-04-14

Abstract

【課題】白熱灯負荷以外の制御機器等の一般負荷が接続された場合に直電源出力モードと判断してリレーを切り換えるように制御して、制御機器等の一般負荷や位相制御回路自体が破損することを防止する。
【解決手段】調光装置は、サイリスタ１ａ、１ｂを備えた位相制御回路１の出力電流を監視する電流センサ３と、位相制御回路１に並列的に接続されて交流電圧をＯＮ、ＯＦＦするリレー４と、位相制御回路１の出力電圧を監視する電圧検出手段９と、リレー４をＯＮ、ＯＦＦ制御可能であって電流センサ３および電圧検出手段９の出力によって位相制御回路１の出力電流と出力電圧に位相差が発生したことを検出してリレー４をＯＮする制御手段５とを具備する。位相制御回路１の出力電流と出力電圧の位相差を検出した場合、一般負荷が接続されたと判断してリレー４をＯＮして直電源を供給し、一般負荷や位相制御回路１が破損することを防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、サイリスタを用いて位相制御する位相制御回路を備えた調光装置に関する。

半導体スイッチ素子を用いた位相制御調光装置を用いて白熱灯負荷を調光する調光装置において、白熱灯のフィラメントの冷えた状態のときに通電を開始すると、大きな突入電流が流れる。そこで、通電開始時には電源トランスを介在させて降圧した電圧を印加することで突入電流を低く抑えるとともに、タイマ回路によって電源切り換えのためのリレーを制御して、突入電流が流れなくなってから電源トランスを切り離すようにした構成が知られている（特許文献１参照。）。

一方、調光装置の出力コンセントをスタジオなどで用いる機器の電源として使用する場合、位相制御回路出力をリレーにより直電源出力モードに切り換えて電源を供給することが行われている（特許文献２参照。）。

特開２０００−２２３２８６号公報特開２００９−１６４０９６号公報

上記特許文献２の従来技術においては、位相制御用の白熱灯負荷以外の制御機器等の一般負荷が接続された場合に、誤ってリレーを直電源出力モードに切り換えずに位相制御回路から位相制御電力が出力されると突入電流が流れる等の不具合が発生して制御機器等の一般負荷や位相制御回路自体が破損することがあった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、白熱灯負荷以外の制御機器等の一般負荷が接続された場合に直電源出力モードと判断してリレーを切り換えるように制御して、制御機器等の一般負荷や位相制御回路自体が破損することを防止することを目的とする。

本発明の調光装置は、交流電源ラインに挿入されて負荷に供給する交流電圧を位相制御するサイリスタを備えた位相制御回路と；位相制御回路の出力電流を監視する電流センサと；位相制御回路に並列的に接続されて交流電圧をＯＮ、ＯＦＦするリレーと；位相制御回路の入力電圧または出力電圧を監視する電圧検出手段と；リレーをＯＮ、ＯＦＦ制御可能であって、電流センサおよび電圧検出手段の出力によって位相制御回路の出力電流と入力または出力電圧に位相差が発生したことを検出し、リレーをＯＮする制御手段と；を具備していることを特徴とする。

本発明は以下の態様を許容する。なお、最初に第１の発明を中心に説明するが、その他の発明に対しても可能であれば適用される。

位相制御回路は、交流電源ラインに接続しているとともに、位相制御スイッチ素子としてのサイリスタを備えていて、交流電源電圧を位相制御して出力することにより、調光出力モードに対応させることができる。本発明において、位相制御のための回路構成は、特段限定されないので、既知のこの種回路を適宜採用することができる。典型的には、一対のサイリスタを逆並列接続した構成およびダイオードブリッジの対向接続点にサイリスタを接続した構成などを選択的に用いることができる。サイリスタとしては、ＳＣＲなどの３端子サイリスタやＳＳＲなどの２端子サイリスタを用いることができる。

電流センサは、位相制御回路の出力電流を監視する手段であるが、具体的な手段は特段限定されない。例えば、電流変成器、電流検出用抵抗器、半導体電流検出器などを適宜用いることができる。また、電流センサの挿入位置は、位相制御回路の出力電流を監視可能であれば特定の回路位置に限定されない。例えば、位相制御回路の出力電流のみが流れる位置でもよいし、全ての負荷電流が流れる位置であってもよい。

電圧検出手段は、位相制御回路の入力電圧または出力電圧を監視する手段であるが、具体的な手段は特段限定されない。例えば、電圧トランス、電圧検出用抵抗器、半導体電圧検出器などを適宜用いることができる。また、電圧検出手段の接続位置は、位相制御回路に接続された負荷に並列に接続することが可能であるが、位相制御回路の入力電圧または出力電圧の実質的な位相が検出可能な位置であれば構わない。

そうして、電流センサおよび電圧検出手段からの監視出力は、後述する制御手段に入力されて、位相制御回路の出力に位相差があるかどうかを検出する。

リレーは、位相制御回路に並列的に接続していて、位相制御回路をバイパスすることにより、位相制御回路を経由することなしに交流電圧を直接調光装置から出力する直電源出力モードための電路を形成する。したがって、リレーは、位相制御回路にのみ並列接続するだけでなく、位相制御回路を含んでいれば他の回路要素、例えばリアクタなどを含む直列回路に並列接続することを許容する。

また、本発明において、リレーの具体的な構成は特段限定されない。例えば、電磁リレーや電子リレーなどであってもよい。

制御手段は、調光装置を調光出力モードおよび直電源出力モードのいずれにも切り換え可能に制御する手段である。調光出力モードは、位相制御回路を作動させて負荷に供給する電流を位相制御して照明負荷を調光制御する場合に用いる動作モードである。これに対して、直電源出力モードは、位相制御回路を介さないで直接交流電源電圧を出力する動作モードである。そして、例えばムービングライトなどと称される遠隔制御される演出用の可動式照明装置などの電源として調光装置を用いる場合に用いることができる。

制御手段は、位相制御回路の出力を電流センサおよび電圧検出手段の出力によって出力電流と入力または出力電圧の位相差を検出する。白熱灯等の位相制御対応の電球負荷は、実質抵抗成分からなる正特性負荷であり、位相制御電力が供給されても出力電流および入力または出力電圧の位相差は発生しないが、電解コンデンサ等の容量成分が接続された制御機器等の一般負荷はその回路特性上出力電流および出力電圧の位相差が発生する。

制御手段は、電流センサおよび電圧検出手段の出力によって位相差があると検出した場合、白熱灯等の位相制御対応の電球負荷ではない一般負荷が接続されたと判断し、リレーをＯＮして直電源（交流電源）を供給する。

本発明の調光装置は、サイリスタを備えた位相制御回路にリレーを並列的に接続し、直電源出力モードにおいてリレーをＯＮさせて交流電源電圧を直接出力して直電源出力モードにすることができ、電流センサおよび電圧検出手段の出力によって位相制御回路の出力電流と入力または出力電圧の位相差を検出した場合、白熱灯等の位相制御対応の電球負荷ではない一般負荷が接続されたと判断してリレーをＯＮして直電源を供給するので、誤って制御機器等の一般負荷に位相制御電力が供給されることがなく、一般負荷や位相制御回路自体が破損されることを防止することができる。

本発明の第１の実施形態としての調光装置を示す回路図。同じく直電源出力モードにおける各部のタイミングチャート。本発明の第２の実施形態としての調光装置を示す回路図。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。

図１および図２は、第１の発明の位相制御装置を実施するための一形態としての調光装置を示し、図１は回路図、図２は直電源出力モードにおける各部のタイミングチャートである。本形態において、調光装置は、位相制御回路１、リアクタ２、電流センサ３、リレー４および制御手段５を具備し、入力端が交流電源６に接続して、調光出力モードおよび直電源出力モードのいずれかを所望に応じて切り換えて負荷７を付勢するように構成されている。なお、負荷７には、調光出力モード時に主として照明負荷、例えば白熱電球が用いられる。また、直電源出力モード時には、前述の演出用の可動式照明装置など多様な負荷を接続することができる。

位相制御回路１は、交流電源６から負荷７に至る交流電源ライン８に挿入されており、サイリスタを備えている。サイリスタは、その一対１ａ、１ｂが逆並列接続されている。また、サイリスタ１ａ、１ｂとしてＳＣＲが用いられている。

リアクタ２は、位相制御回路１とその出力端側において直列接続されている。

電流センサ３は、交流電源ライン８に流れる少なくとも位相制御回路１の出力電流を監視し、その検出データを後述する制御手段５に制御入力する手段である。そして、本形態においては電流変成器が交流電源ライン８に挿入されている。

交流電源ライン８には、負荷７に対して並列接続されるように電圧検出手段としての電圧トランス９の一次側が接続されている。この電圧トランス９の二次側には制御手段５に接続されており、制御手段５には位相制御回路１の出力電圧の検出位相が入力される。

リレー４は、その接点が位相制御回路１に対して並列的に接続されている。本形態においては、位相制御回路１およびリアクタ２の直列回路に対して並列接続されている。そして、後述する制御手段５によってリレー４のＯＮ、ＯＦＦが制御される。

制御手段５は、マイコンを主体として構成されており、調光出力モードおよび直電源出力モードを切り換えるとともに、それぞれのモードに応じた所要の制御を行う。また、制御手段５は、交流電源６から直流を得て付勢されるとともに、電流センサ３で監視された位相制御回路１の出力電流の検出信号が制御入力され、所要の制御のために演算を行って各種制御信号を発生して位相制御回路１およびリレー４を制御する。

制御手段５は、電流センサ３および電圧トランス９の出力をマイコン等で演算し、両者の出力波形に位相差があることを検出した場合、白熱灯等の位相制御対応の電球負荷ではない一般負荷が接続されたと判断する。この判断結果に伴い、リレー４をＯＮするように制御を行い、直電源出力モードを切り換えて負荷に電力を供給する。

以下、図２を参照して制御動作を説明する。なお、図において、（ａ）は調光装置の出力電圧波形、（ｂ）は負荷電流波形、（ｃ）は位相制御回路１のサイリスタのゲート信号、（ｄ）はリレーの制御信号である。

直電源出力モードにより負荷７に通電する際に、制御手段５は、最初に時点ｔ１で位相制御回路１に（ｃ）に示すゲート信号を供給してこれをＯＮさせる。その結果、（ａ）に示す出力電圧が位相制御回路１から負荷７に印加される。このとき、（ｂ）に示す負荷電流が突入電流になっても、その突入電流は位相制御回路１を通過する。そうして、電流センサ３が監視する負荷電流が所定値Ｉａ以下になったときに、制御手段５は、時点ｔ２でリレー４に（ｄ）に示す制御信号を供給してこれをＯＮさせる。その結果、位相制御回路１が短絡され、負荷電流は、リレー４を経由して負荷７に流れるようになり、直電源出力モードへの切り換えが完了する。

次に、直電源出力モードを停止する際には、制御手段５は、最初にリレー４に対する（ｄ）に示す制御信号の供給を時点ｔ３で停止してこれをＯＦＦさせる。次に、時点ｔ４で位相制御回路１に（ｃ）に示すゲート信号の供給を停止してこれをＯＦＦさせる。その結果、位相制御回路１がゼロクロスでＯＦＦするので、（ａ）に示す出力電圧が消失し、これに伴い（ｂ）に示す負荷電流が遮断されて直電源出力モードが停止する。

調光出力モードにより負荷７を調光する際に、制御手段５は、リレー４をＯＦＦさせ、位相制御回路１に所要に位相制御されたゲート信号を供給して位相制御を行わせる。

制御手段５は、電流センサ３および電圧トランス９によって位相制御回路１の出力電流と出力電圧との位相差を検出する。制御手段５が位相差を検出した場合には、白熱灯等の位相制御対応の電球負荷ではない一般負荷が接続されたと判断し、リレー４をＯＮして直電源を供給する。このため、制御機器等の一般負荷が接続されたとき誤って位相制御電力が供給されることがなく、一般負荷や位相制御回路１自体が突入電流や過電圧の発生等によって破損されることを防止できる。

図３は、本発明の第２の実施形態の調光装置を示す回路図である。第１の実施形態とは、電圧トランス９が位相制御回路１の入力側に接続されている点で相違しており、それ以外の構成は第１の実施形態と同一である。このように、電圧トランス９を入力側に設けることで三相三線式の電源の場合には電圧トランス９の接続端子の数を少なくすることができる。

１…位相制御回路、１ａ、１ｂ…サイリスタ、２…リアクタ、３…電流センサ、４…リレー、５…制御手段、６…交流電源、７…負荷、８…交流電源ライン、９…電圧検出手段。

Claims

交流電源ラインに挿入されて負荷に供給する交流電圧を位相制御するサイリスタを備えた位相制御回路と；
位相制御回路の出力電流を監視する電流センサと；
位相制御回路に並列的に接続されて交流電圧をＯＮ、ＯＦＦするリレーと；
位相制御回路の入力電圧または出力電圧を監視する電圧検出手段と；
リレーをＯＮ、ＯＦＦ制御可能であって、電流センサおよび電圧検出手段の出力によって位相制御回路の出力電流と入力または出力電圧に位相差が発生したことを検出し、リレーをＯＮする制御手段と；
を具備していることを特徴とする調光装置。