JP2012181934A - Illumination system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明の実施形態は、劇場やテレビスタジオ等で使用される交流電源電圧の位相制御を行い、調光を行う照明システムに関する。 Embodiments described herein relate generally to an illumination system that performs phase control of an alternating-current power supply voltage used in a theater, a television studio, or the like to perform light control.
従来、劇場やTVスタジオなどの、演出空間で使用される調光装置においては、数十台から数百台の照明器具が設置され、各照明器具に対応したサイリスタ調光器が接続されている。調光器には交流電圧のゼロクロス点が同期信号として入力され、ゼロクロス点を位相角の基準とし位相角制御信号によりサイリスタ素子の点弧位相角を決定し負荷の調光が行うようにしている。 Conventionally, in a dimming device used in a production space such as a theater or a TV studio, tens to hundreds of lighting fixtures are installed, and a thyristor dimmer corresponding to each lighting fixture is connected. . The dimmer is supplied with the zero cross point of the AC voltage as a synchronization signal, and the zero cross point is used as a reference for the phase angle, and the ignition phase angle of the thyristor element is determined by the phase angle control signal to perform dimming of the load. .
テレビスタジオや劇場などの照明を調光させる場合は、ビル等に入力される高圧電源を光源点灯用の低電圧に電圧変換する位置から調光器に入力する位置までが数十mから百数十m程度に及ぶことから、交流電源装置のインピーダンスや照明システムまでの配線インピーダンスの影響により交流電源が歪んだり、電圧降下の発生により照明システムがゼロクロスを正常に検出できなくなかったりして誤点灯する、という問題があった。 When dimming lighting in TV studios or theaters, the range from several tens of meters to hundreds from the position where the high voltage power input to the building or the like is converted to a low voltage for lighting the light source to the position where it is input to the dimmer. Since it is about 10m long, the AC power supply is distorted due to the influence of the impedance of the AC power supply and the wiring impedance to the lighting system, or the lighting system cannot detect the zero cross normally due to the occurrence of voltage drop. There was a problem of doing.
そこで、本発明は交流電源電圧のゼロクロス信号を正確に検出し、安定した位相制御による調光を行うことのできる照明システムを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an illumination system capable of accurately detecting a zero-cross signal of an AC power supply voltage and performing dimming by stable phase control.
上記した課題を解決するために、本発明の照明システムの実施形態によれば、交流電源電圧のゼロクロスを検出し、ゼロクロス信号として生成するゼロクロス検出器と、前記ゼロクロス信号のタイミングおよび調光信号に基づいて前記交流電源電圧の位相制御を行い光源の調光電圧を得る調光制御部と、を備えた照明システムにおいて、前記ゼロクロス信号は、無線を用いて前記調光制御部に入力することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, according to an embodiment of the illumination system of the present invention, a zero-cross detector that detects a zero-cross of an AC power supply voltage and generates a zero-cross signal, and a timing and dimming signal of the zero-cross signal are used. And a dimming control unit that obtains a dimming voltage of a light source by performing phase control of the AC power supply voltage based on the zero cross signal is input to the dimming control unit using radio Features.
本発明の実施形態によれば、交流電源電圧の毎半サイクルのゼロクロスを正確に得ることができ、この結果、光源を調光信号に従って正しく調光点灯できる。 According to the embodiment of the present invention, the zero cross of every half cycle of the AC power supply voltage can be accurately obtained, and as a result, the light source can be correctly dimmed according to the dimming signal.
以下、実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1〜図4は、照明システムに関する第1の実施形態について説明するためのもので、図1は概略的な回路構成図、図2は図1要部の具体的な構成図、図3は図2の動作について説明するための説明図、図4は第1の実施形態の効果について説明するための説明図である。
(First embodiment)
1 to 4 are for explaining a first embodiment relating to a lighting system. FIG. 1 is a schematic circuit configuration diagram, FIG. 2 is a specific configuration diagram of the main part of FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the operation of FIG. 2, and FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the effect of the first embodiment.
図1において、11は、降圧トランス12の一次側12aに入力される商用周波数の例えば6.6kVの高圧の交流電源である。降圧トランス12では、例えば100Vの低電圧に電圧変換し、二次側12bから調光制御部13等の電源として出力する。さらに、二次側12bの交流電圧は、ゼロクロスを検出するゼロクロス検出器14に入力される。ゼロクロス検出器14は、トランス12の二次側12bから入力される正弦波の交流電圧V1(AC100V)のゼロクロスを検出する。このゼロクロス検出は、例えば交流電圧V1の絶対値が所定電圧以下であることを検知して動作するスイッチング回路を形成し、これらのスイッチング動作が切り換わるときを検出して行う。しかし、ゼロクロス検出器14は、前記のものに限定されるものではなく、各種のものを採用し得る。ゼロクロス検出器14で検出されたゼロクロス信号は、次段の送信機15に送られる。送信機15では、ゼロクロス信号をデジタル変換してゼロクロス信号するとともに、送信機能を使い送信アンテナ16を介して送信される。
In FIG. 1,
送信アンテナ16から送信されたゼロクロス信号は、受信アンテナ17を介して受信機18で受信され、調光制御部13のCPU等で具体化される制御器19に入力される。制御器19には調光操作を行う調光卓20からの0〜100%の調光信号がDMX形式で入力される。さらに、制御器19の出力からは、調光信号に基づく位相制御信号を出力し、n個の調光器211〜21nにそれぞれ入力される。調光器211〜21nの各出力は、対応の光源221〜22nにそれぞれ入力される。
The zero cross signal transmitted from the transmitting
図2および図3を参照し、調光についての具体的な構成例について説明するが、ここでは代表として調光器211の構成例について説明する。
A specific configuration example regarding dimming will be described with reference to FIGS. 2 and 3. Here, a configuration example of the
図2において、降圧トランス12の二次側12bのAC100Vの一方は、電力線23aを介して、2つのサイリスタ24,25を逆極性で並列接続されたスイッチング回路とリアクタLの直列回路で構成される調光器211の入力側に接続される。調光器211の出力側は、光源221の一方の電極に接続される。光源221の他方の電極は、電力線23bを介してトランス12の二次側12bの他方に接続される。リアクタLは、サイリスタ24,25の点弧に伴う急峻な電流の立ち上がりを抑制して、劇場やテレビスタジオに併設される音響機器へのノイズ障害などを低減させるためのものである。
In FIG. 2, one side of the
ゼロクロス検出器14で検出されたゼロクロス信号と調光信号を入力し、ゼロクロス信号に同期した位相制御信号として出力する制御器19の出力は、ゲート電極が共通接続されたサイリスタ24,25に入力される。
The output of the
ここで、図3とともに図2の調光動作について説明する。図3(a)は、調光制御部13に入力される交流電圧aを示し、調光制御部13を駆動させる電源となる。降圧トランス12の二次側12b直後のAC100Vのゼロクロスがゼロクロス検出器14で検出された結果は、送信機15、受信機18を経由し、図3(b)に示すゼロクロス信号bとして制御器19に入力する。二次側12bの直後とは、ゼロクロス付近のゼロクロスを検出するために必要な特性の得られる歪の発生の少ない範囲を意味する。距離的にはせいぜい数m以内であることが好ましい。
Here, the dimming operation of FIG. 2 will be described together with FIG. FIG. 3A shows the AC voltage a input to the
調光卓20の光源221用の図示しない操作子を操作して得られる調光信号と、ゼロクロス信号bのタイミングとに基づき制御器19から図3(c)に示す位相制御信号cが出力する。図3(d)は、制御器19から出力される位相制御信号cに基づき得られた調光器211の調光出力を示し、この出力で光源221を点灯させている。
A phase control signal c shown in FIG. 3C is output from the
図3は、50%の調光例を挙げている。すなわち、ゼロクロス信号bを基準といて交流電圧aの半サイクルを時間tとした場合、50%の調光信号に基づき制御器19の出力から得られる位相制御信号cがゼロクロス信号bからt/2となるよう演算するように、制御器19は予めプログラミングされている。
FIG. 3 gives a 50% dimming example. That is, when the half cycle of the AC voltage a is defined as time t with reference to the zero cross signal b, the phase control signal c obtained from the output of the
制御器19の出力からは交流電圧aの半サイクルの中間部分で立ち上がる位相制御信号cを、サイリスタ24,25のゲート電極に入力している。サイリスタ24はアノード・カソード電極間に電流を流し、交流電圧aのゼロクロス点まで調光器211の出力から図3(d)に示す電圧を出力し、サイリスタ24はオフする。同様に、制御器19から次の位相制御信号cがサイリスタ24,25のゲート電極に入力されると、サイリスタ25がオンしてアノード・カソード電極間に電流を流し、交流電圧aのゼロクロス点まで調光器211の出力から図3(d)に示す電圧を出力し、サイリスタ25はオフする。以降同様の動作を半サイクル毎に繰り返す。
From the output of the
光源221の調光を変更したい場合は、調光卓20の光源221に対応する操作子を操作し、制御器19の位相制御信号cの発生のタイミングをゼロクロス信号bに対して変更することで0〜100%の調光が可能となる。
When it is desired to change the dimming of the
図4は、この実施形態の効果について説明するためのもので、図4(a)の破線は並列に分岐して設けられた負荷の投入や変動等により電圧波形が歪んだ場合に電力線23a,23bを介して調光制御部13に入力される交流電圧波形の一例を、実線は降圧トランス12の二次側12b直後の交流電圧波形をそれぞれ示している。
FIG. 4 is for explaining the effect of this embodiment. The broken line in FIG. 4 (a) shows the
調光制御部13に入力される交流電圧のゼロクロスを検出した場合は、図4(c)に示すようにゼロクロス点が複数回検出される。この検出結果に基づき調光した場合は、ゼロクロスを正常に検出できなくなかったり、ちらついたりして誤点灯が生じることとなる。これに対し、歪の少ない降圧トランス12の二次側12b直後の交流電圧のゼロクロスを検出した場合は、ゼロクロス検出器14が図4(b)に示すように確実にゼロクロスを検出し、安定した位相制御による調光を行うことができる。
When the zero cross of the alternating voltage input to the
この実施形態では、電源インピーダンスや配線インピーダンスの影響あるいは負荷側の影響を受けない安定した交流電圧の得られる箇所で正常なゼロクロスを検出し、検出されたゼロクロス信号を無線で送信することにより、誤点灯を防止することが可能となる。また、調光制御部13側における電源歪みを取り除くフィルタ回路が不要となる。
In this embodiment, a normal zero cross is detected at a place where a stable AC voltage is obtained that is not affected by the power source impedance, wiring impedance, or load side, and the detected zero cross signal is transmitted wirelessly, thereby causing an error. It becomes possible to prevent lighting. In addition, a filter circuit for removing power supply distortion on the
(第2の実施形態)
図5〜図10は、照明システムに関する第2の実施形態について説明するためのもので、図5は回路構成図、図6はゼロクロス信号の送信データについて説明するための説明図、図7は図5要部のより具体的な構成図、図8は図三相のゼロクロス信号について説明するための説明図、図9は図8の三相のアドレスについて説明するための説明図、図10は光源を調光させるための調光出力について説明するための説明図である。なお、以下の各実施形態において、上記した第1の実施形態と同一または対応する構成部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。
(Second Embodiment)
5 to 10 are diagrams for explaining a second embodiment related to the lighting system, FIG. 5 is a circuit configuration diagram, FIG. 6 is a diagram for explaining transmission data of a zero cross signal, and FIG. 7 is a diagram. FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining the three-phase zero-cross signal in FIG. 8, FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining the three-phase address in FIG. 8, and FIG. 10 is a light source. It is explanatory drawing for demonstrating the light control output for adjusting light. In the following embodiments, the same or corresponding components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
この実施形態は、三相4線式によるR,S,Tの各相の位相が図6に示すように120度順次ずらし、各相が例えば200Vの商用周波数の電圧を出力し、調光制御部13の各調光器211〜21nに入力される。調光制御部13では、R,S,T相毎に、調光卓20の操作子による調光信号にそれぞれ対応した光源221〜22nの調光が行われる。
In this embodiment, the phases of the R, S, and T phases by the three-phase four-wire system are sequentially shifted by 120 degrees as shown in FIG. 6, and each phase outputs a voltage of a commercial frequency of 200 V, for example, and the dimming control The light is input to each dimmer 211 to 21 n of the
図7に調光器211の具体的な構成例を示す。三相4線式の交流電圧が入力される調光制御部13の調光器211のR相はR調光器211rに、S相はS調光器211sに、T相はT調光器211tにそれぞれ入力される。図6に示すR,S,T相のゼロクロスをゼロクロス検出器14でそれぞれ検出する。なお、他の調光器212〜21nも同じように構成されている。
FIG. 7 shows a specific configuration example of the dimmer 211. The R phase of the dimmer 211 of the dimming
ゼロクロス検出器14で検出された、R,S,T相のそれぞれのゼロクロス信号は、送信機15に送られる。送信機15では、図8に示すように、各相のアドレスとゼロクロス信号がシリアルデータに変換され、送信アンテナ16を介して送信される。送信されたゼロクロス信号は、受信アンテナ17を介して受信機18で受信し、シリアルデータをパラレルデータに変換し、制御器19に入力する。各相のアドレスは、例えば図9に示す2ビットでR,S,T相のいずれのゼロクロス信号であるかを識別できるようにデータ化してある。
The R, S, and T phase zero cross signals detected by the zero
制御器19では、パラレルデータに変換されたR,S,T相の各ゼロクロス信号と調光卓20の調光信号から位相制御信号を調光器211〜21nにそれぞれ出力する。調光器211のR調光器211rに対しては、例えば30%の調光信号が操作卓20から制御器19に入力された場合、R調光器211rから図10(b)に示す電圧を光源221に出力し、光源221を30%の調光で点灯する。調光器211のS調光器211sに対しては、例えば70%の調光信号が操作卓20から制御器19に入力された場合、S調光器211sから図10(c)に示す電圧を光源222に出力し、光源222を70%の調光で点灯する。さらに、調光器211のT調光器211tに対しては、例えば50%の調光信号が操作卓20から制御器19に入力された場合、T調光器211tから図10(d)に示す電圧を光源223に出力し、光源223を50%の調光で点灯する。
The
同様にして、調光器212のR,S,Tの各調光器の出力に接続された光源の調光を何%にするかに応じて、調光卓20の光源に対応する操作子を操作することにより、操作子の調光信号とR,S,T相の各ゼロクロス信号のタイミングに基づき、対応の光源に対する調光を行うことができる。
Similarly, an operator corresponding to the light source of the dimming
この実施形態では、電力損失が低減できたり、同じ電力の配電のための電線路の数や太さを減らせたりする等の三相4線式の特徴を生かしながら、電源インピーダンスや配線インピーダンスの影響を受けない安定した交流電圧の得られる箇所で正常なゼロクロスを検出し、検出されたゼロクロス信号を無線で送信することにより、誤点灯を防止することが可能となる。 In this embodiment, it is possible to reduce the power loss, and the influence of the power source impedance and the wiring impedance while taking advantage of the characteristics of the three-phase four-wire system such as reducing the number and thickness of the electric wires for distributing the same power. It is possible to prevent erroneous lighting by detecting a normal zero cross at a place where a stable AC voltage that is not subject to noise is obtained and transmitting the detected zero cross signal wirelessly.
(第3の実施形態)
図11、図12は、照明システムに関する第3の実施形態について説明するためのもので、図11は回路構成図、図12はこの実施形態の効果について説明するための説明図である。
(Third embodiment)
FIG. 11 and FIG. 12 are for explaining a third embodiment relating to the illumination system, FIG. 11 is a circuit configuration diagram, and FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining the effect of this embodiment.
この実施形態は、電力会社から給電され、降圧トランス12の一次側12aに入力される低電流で6.6kVの高圧の商用交流電圧のゼロクロスを、ゼロクロス検出器14で検出し、検出結果をゼロクロス信号として生成し、このゼロクロス信号を調光制御部13に送信するようにしたものである。そして本実施形態は降圧トランス12の容量が相対的に小さく負荷側の電源電圧波形歪が二次側12bの直後にも発生し易い場合に好適である。
In this embodiment, a zero cross of a low-current commercial high-voltage AC voltage of 6.6 kV that is fed from an electric power company and input to the
図12(a)は降圧トランス12の一次側12aの電圧波形を、図12(b)は降圧トランス12の二次側12bの電圧波形をそれぞれ示している。なお、一次側12aは例えば6.6kVの交流電源で、二次側12bは例えば100Vの交流電源であるが、ゼロクロス検出器14に入力される交流電圧としては同値として示している。
12A shows a voltage waveform on the
図12(b)に示すように、並列分離して設けられた光源としての電球が矢印Pの位相で、点灯開始されると、過大なラッシュ電流かが流れ、矢印Pで示す箇所に歪が発生する。このことから、ゼロクロス検出器12が誤検出し、図12(c)に示すように、調光出力レベルが低下し、本来意図する調光状態とならない可能性がある。
As shown in FIG. 12 (b), when a light bulb as a light source provided in parallel separation is started at the phase indicated by the arrow P, an excessive rush current flows, and the portion indicated by the arrow P is distorted. appear. For this reason, the zero-
その点、図12(a)に示すように、降圧トランス12の一次側12aの交流電圧は、歪の少ない正弦波のゼロクロスを検出している。従って、調光出力は、所望のレベルとなり調光卓20の操作者の意図する調光で光源を点灯させることができる。
In this regard, as shown in FIG. 12A, the AC voltage on the
このように、低電流で高圧の電力会社から入力される特性の優れた商用電源電圧のゼロクロスを、ゼロクロス信号として生成し、調光器に入力することができる。このため、負荷側で発生する歪の影響を受けない交流電圧から正確なゼロクス信号を検出することができ、より安定した位相制御による調光を実現することが可能となる。 In this way, a zero cross of a commercial power supply voltage with excellent characteristics inputted from a low-current, high-voltage power company can be generated as a zero-cross signal and input to the dimmer. For this reason, it is possible to detect an accurate Xerox signal from an AC voltage that is not affected by distortion generated on the load side, and it is possible to realize light control by more stable phase control.
この実施形態では、第1および第2の実施形態に比して、さらに降圧トランスの二次側の歪の影響を抑えた分、さらに安定した調光を実現することができる。 In this embodiment, as compared with the first and second embodiments, more stable dimming can be realized because the influence of the distortion on the secondary side of the step-down transformer is further suppressed.
なお、この第3の実施形態では、単相2線式の送配電による例を挙げたが、三相4線式であっても低電圧に電圧変換される前の交流電圧のゼロクロスを検出した場合に適用可能であり、同様の効果を奏する。 In the third embodiment, an example using single-phase two-wire transmission / distribution was given, but a zero-cross of an AC voltage before voltage conversion to a low voltage was detected even in a three-phase four-wire system. It is applicable to the case and has the same effect.
図13に示すように、同相の多数の調光器を特にランプが冷えているときに、同じ点弧タイミングで点灯すると、突入電流が流れて電源が歪むためゼロクロス信号検出がずれることがある。すなわち、図13(a)は照明トランスの一次側の電圧波形を、図13(b)はR相の調光出力の点弧タイミングがS相のゼロ点と重なった場合に、図13(c)に示す照明トランスの二次側S相電源のゼロ点が歪み、結果S相のゼロクロス信号がずれることを示している。 As shown in FIG. 13, when a large number of in-phase dimmers are turned on at the same ignition timing particularly when the lamp is cold, the inrush current flows and the power supply is distorted, so that the zero-cross signal detection may shift. 13A shows the voltage waveform on the primary side of the illumination transformer, and FIG. 13B shows the case where the ignition timing of the R phase dimming output overlaps the zero point of the S phase. ) Shows that the zero point of the secondary side S-phase power supply of the illumination transformer is distorted and the S-phase zero cross signal is shifted as a result.
従って、低電流で高圧の電力会社から供給される特性の優れた三相4線式の商用電源電圧を用いた場合でも、負荷側で発生する歪の影響を受けない交流電圧から正確なゼロクス信号を検出し無線で送信することで、より安定した位相制御による調光を実現することが可能となる。 Therefore, even when using a three-phase four-wire commercial power supply with excellent characteristics supplied from a low-current, high-voltage power company, an accurate Xerox signal can be obtained from an AC voltage that is not affected by the distortion generated on the load side. By detecting and transmitting wirelessly, it becomes possible to realize light control by more stable phase control.
上記した各実施形態での調光器は、逆方向に並列接続されたサイリスタを用いたが、制御器からの出力を、調光信号に基づきパルス幅を変えて交流電圧のスイッチングを行う、いわゆるPWM制御による調光等でも構わない。また、調光器のスイッチング素子としてサイリスタとしたが、トライアックやFET等の他のスイッチング素子を用いても構わない。 The dimmer in each of the above embodiments uses a thyristor connected in parallel in the reverse direction, but the output from the controller switches the AC voltage by changing the pulse width based on the dimming signal. Dimming by PWM control may be used. Further, although the thyristor is used as the switching element of the dimmer, other switching elements such as a triac or FET may be used.
また、光源は、電球の他にLED、放電灯、有機EL等であっても構わない。 The light source may be an LED, a discharge lamp, an organic EL, or the like in addition to the light bulb.
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, combinations, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
11 交流電源
12 降圧トランス
12a 一次側
12b 二次側
13 調光制御部
14 ゼロクロス検出器
15 送信機
18 受信機
19 制御器
20 調光卓
211〜21n 調光器
221〜22n 光源
11
Claims (2)
前記ロクロス信号のタイミングおよび調光信号に基づいて前記交流電源電圧の位相制御を行い光源の調光電圧を得る調光制御部と、を備えた照明システムにおいて、
前記ゼロクロス信号は、無線を用いて前記調光制御部に入力することを特徴とする照明システム。 A zero-cross detector that detects the zero-cross of the AC power supply voltage and generates a zero-cross signal;
In a lighting system comprising: a dimming control unit that obtains a dimming voltage of a light source by performing phase control of the AC power supply voltage based on the timing of the locross signal and a dimming signal;
The zero cross signal is input to the dimming control unit by radio.
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