JP2011210447A - 高圧放電灯の節電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 電力調整素子の位相制御によって高圧放電灯の節電を行う装置において、節電率を変更したときに、高圧放電灯が点灯不良を来たさず、電源投入直後には、始動電流による電力調整素子の負担を軽減する。
【解決手段】 高圧放電灯１３の節電装置１１は、交流電源１２から高圧放電灯１３に供給される電力を制御するトライアック１４と、トライアック１４の導通タイミングを制御する制御回路１８と、節電率を設定する設定回路１５と、電圧波形のゼロクロスを検出する回路１６と、電圧ゼロクロスに対するトライアック１４の導通タイミングを記憶する記憶回路１７とを備えている。制御回路１８は、電源投入直後にリレー２０を通電させ、始動電流が安定した後にトライアック１４の位相制御を開始する。位相制御にあたり、制御回路１８は、節電率の変化量が小さいときに、導通タイミングを比較的急な勾配で変化させ、節電率の変化量が大きいときに、導通タイミングを比較的緩やかな勾配で変化させ、高圧放電灯１３のちらつき、立ち消えを防止する。
【選択図】 図１
【解決手段】 高圧放電灯１３の節電装置１１は、交流電源１２から高圧放電灯１３に供給される電力を制御するトライアック１４と、トライアック１４の導通タイミングを制御する制御回路１８と、節電率を設定する設定回路１５と、電圧波形のゼロクロスを検出する回路１６と、電圧ゼロクロスに対するトライアック１４の導通タイミングを記憶する記憶回路１７とを備えている。制御回路１８は、電源投入直後にリレー２０を通電させ、始動電流が安定した後にトライアック１４の位相制御を開始する。位相制御にあたり、制御回路１８は、節電率の変化量が小さいときに、導通タイミングを比較的急な勾配で変化させ、節電率の変化量が大きいときに、導通タイミングを比較的緩やかな勾配で変化させ、高圧放電灯１３のちらつき、立ち消えを防止する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、水銀灯やナトリウム灯などの高圧放電灯の消費電力を節減するための節電装置に関する。
従来、電力調整素子の導通タイミングを制御することによって、高圧放電の消費電力を節減する装置が知られている。例えば、特許文献１に記載された節電装置は、交流電源と高圧放電灯の間に電力調整素子であるトライアックを備え、トライアックの導通タイミングを節電率に合せて制御することで、図５に示すように、電圧波形の半サイクルごとにアーク放電を休止させ、放電休止区間の波形面積に応じた電力を節減できるように構成されている。
ところが、従来の節電装置では、図６（ａ）に示すように、節電率を変えて電力目標値を変更する場合に、（ｂ）に示すように、トライアックがターンオンするタイミング（電圧ゼロクロスからの遅延時間：図５参照）を瞬時に変化させていた。このため、節電率を高く設定し、トライアックの導通タイミングを大きな位相で遅らせた場合に、放電管内の蒸気の状態が急変し、アーク放電が不安定になり、（ｃ）に示すように、実際の負荷電力（消費電力）が急激に落ち込み、高圧放電灯がちらついたり、ときには立ち消えしたりするという問題点があった。
また、高圧放電灯に電源を投入した直後は、放電管内の蒸気が安定していないため、この段階で電力調整素子の位相制御を行うと、高圧放電灯を点灯できない場合がある。このため、従来の節電装置では、放電管内の蒸気が安定状態になるまでの時間（約３〜５分）、電力調整素子を継続的に導通状態にしておく必要があった。しかし、図７に示すように、電源投入直後は、定常電流の約３〜５倍と比較的大きな始動電流が長時間にわたって流れるため、電力調整素子の負担が増え、節電装置の寿命、信頼性に不安を残すという問題点もあった。
そこで、本発明の主要な目的は、節電率を変更したときに、高圧放電灯が点灯不良を来たさない節電装置を提供することにある。また、本発明の別の目的は、高圧放電灯の始動時に、電力調整素子にかかる負担を軽減できる節電装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の節電装置は、交流電源から高圧放電灯に供給される電力を調整する電力調整素子と、高圧放電灯の節電率を設定する設定回路と、高圧放電灯の消費電力が節電率を満たすように電力調整素子の導通タイミングを制御する制御回路とを備え、節電率が変化したときに、制御回路が電力調整素子の導通タイミングを時間経過に伴って徐々に変化させることを特徴とする。
ここで、電力調整素子の導通タイミングは、節電率の変化量に応じた勾配で変化させるのが好ましい。具体的には、節電率の変化量が小さいときほど、制御回路が導通タイミングを急な勾配で変化させ、節電率の変化量が大きいときほど、制御回路が導通タイミングを緩やかな勾配で変化させる。
また、本発明の節電装置は、交流電源と高圧放電灯との間にリレーを電力調整素子に対して並列となるように設け、高圧放電灯の始動電流が安定するまで、制御回路がリレーを通電させ、始動電流が安定した後に、制御回路が導通タイミングの制御を開始することを特徴とする。
本発明の節電装置によれば、節電率が変化したときに、電力調整素子の導通タイミングを時間経過に伴って徐々に変化させるので、高圧放電灯のアーク放電を安定させ、点灯不良を未然に防止できるという効果がある。
特に、導通タイミングを節電率の変化量に応じて変化させることで、節電率の変化量が小さいときに、節電運転を素早く開始でき、節電率の変化量が大きいときは、アーク放電を安定させ、高圧放電灯の点灯不良を確実に防止できるという効果がある。
また、電源投入直後には、始動電流が電力調整素子を迂回してリレー側に流れるので、始動電流による電力調整素子の負担を軽減し、節電装置の寿命、信頼性を向上できるという効果もある。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、この実施形態の節電装置１１は、交流電源１２から高圧放電灯１３に供給される電力を調整する電力調整素子としてのトライアック１４と、トライアック１４の導通タイミングを制御する制御回路１８と、高圧放電灯１３の節電率を設定するダイヤル付の設定回路１５と、電圧波形のゼロクロスを検出する電圧ゼロクロス検出回路１６と、トライアック１４の導通タイミングとして電圧ゼロクロスからターンオンするまでの遅延時間を記憶する記憶回路１７と、高圧放電灯１３の消費電力を測定する電力測定回路１９とを備えている。
交流電源１２と高圧放電灯１３との間には、リレー２０がトライアック１４に対して並列となるように設けられている。制御回路１８は、高圧放電灯１３に電源が投入された直後にリレー２０をＯＮし、高圧放電灯１３の始動電流（図７参照）が安定した時点でトライアック１４に制御を移行し、リレー２０をＯＦＦする。図１において、２３は高圧放電灯１３の安定器、２４は節電装置１１の電源側端子、２５は負荷側端子である。
次に、節電装置１１の動作を図２のフローチャートに従って説明する。高圧放電灯１３の電源スイッチ（図示略）がＯＮされると（Ｓ１）、制御回路１８は、起動処理を実行し（Ｓ２）、リレー２０をＯＮし（Ｓ３）、高圧放電灯１３に電力の供給を開始する。そして、始動電流が安定するまでリレー２０を通電させ、始動電流が安定した時点で（Ｓ４）、トライアック１４の位相制御を開始し（Ｓ５〜Ｓ９）、その後に、リレー２０をＯＦＦする（Ｓ１０）。
位相制御にあたり、制御回路１８は、まず、設定回路１５にて予め設定された節電率（例えば０％〜４０％）を読み込む（Ｓ５）。次に、節電率が変化したか否かを確認し（Ｓ６）、変化している場合は、節電率の変化量に応じて位相制御用の勾配を決定し（Ｓ７）、勾配付きの位相制御を行う（Ｓ８）。節電率が変化していない場合は、以前と同じ勾配が付いた位相制御を行い、これにより、トライアック１４の導通タイミングを時間経過に伴って徐々に変化させる。
続いて、電力測定回路１９の出力に基づいて高圧放電灯１３の点灯状態を確認し（Ｓ９）、正常に点灯している場合は、リレー２０をＯＦＦし（Ｓ１０）、電源スイッチの状態を確認し（Ｓ１１）、正常に点灯していない場合は、ステップＳ２に戻り、再起動処理を実行する。そして、電源スイッチがＯＦＦされるまでトライアック１４の位相制御を継続し、設定された節電率に従って高圧放電灯１３の消費電力を節減する。
次に、勾配付き位相制御を図３、図４に基づいて具体的に説明する。この実施形態では、節電率の変化量が小さいときに、図３に示す急勾配付き位相制御を実行し、節電率の変化量が大きいときに、図４に示す緩勾配付き位相制御を実行する。節電率の変化量をさらに細分化し、トライアック１４の導通タイミングをより多様な勾配で変化させることも可能である。
図３（ａ）に示すように、節電率の変化量が小さい場合は、電力変動量が僅かであるため、高圧放電灯１３が点灯不良を来たす可能性が低い。このため、（ｂ）に示すように、電圧ゼロクロスからトライアック１４がターンオンするまでの遅延時間を比較的急な勾配ｄ１で変化させることができる。こうすれば、（ｃ）に示すように、消費電力を素早く目標値まで低下させることができる。特に、電源電圧を測定しながら節電を行うような場合に、細かな電圧変動に素早く的確に応答し、一定の節電率のもとで長期間安定した節電効果を発揮できる。
図４（ａ）に示すように、節電率の変化量が大きい場合は、電力変動量が増加するため、高圧放電灯１３が点灯不良を来たす可能性が高くなる。このため、（ｂ）に示すように、トライアック１４の導通タイミング（遅延時間）を比較的緩やかな勾配ｄ２（ｄ１＞ｄ２）で変化させる。こうすれば、放電管内の蒸気の状態が緩やかに変化し、アーク放電が安定するので、（ｃ）に示すように、消費電力の急降下を回避し（Ａ２）、高圧放電灯１３の点灯不良を確実に防止でき、消費電力を比較的高い割合で節減することができる。
なお、上記実施形態では設定回路１５のダイヤル操作によって節電率を設定しているが、節電装置１１に無線または有線の送受信回路を設けることで、複数個所に設備された高圧放電灯１３の節電率を遠隔地のリモコンやパソコンで設定できるように構成してもよい。その他、本発明は上記実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各部の構成を適宜に変更して実施することも可能である。
１１ 節電装置
１２ 交流電源
１３ 高圧放電灯
１４ トライアック
１５ 設定回路
１６ 電圧ゼロクロス検出回路
１７ 記憶回路
１８ 制御回路
１９ 電力測定回路
２０ リレー
１２ 交流電源
１３ 高圧放電灯
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１６ 電圧ゼロクロス検出回路
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１９ 電力測定回路
２０ リレー
Claims (3)
- 交流電源から高圧放電灯に供給される電力を調整する電力調整素子と、高圧放電灯の節電率を設定する設定回路と、高圧放電灯の消費電力が節電率を満たすように電力調整素子の導通タイミングを制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、節電率が変化したときに、前記導通タイミングを時間経過に伴って徐々に変化させることを特徴とする高圧放電灯の節電装置。
- 前記制御回路は、節電率の変化量が小さいときほど、前記導通タイミングを急な勾配で変化させ、節電率の変化量が大きいときほど、前記導通タイミングを緩やかな勾配で変化させる請求項１記載の高圧放電灯の節電装置。
- 前記交流電源と高圧放電灯との間にリレーを電力調整素子に対して並列となるように設け、前記制御回路は、高圧放電灯の始動電流が安定するまでリレーを通電させ、始動電流が安定した後に前記導通タイミングの制御を開始する請求項１又は２記載の高圧放電灯の節電装置。
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