JP3758578B2 - 放電管負荷を接続した電力変換装置の電力制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、放電管負荷を接続した電力変換装置が出力する交流電力を制御する放電管負荷を接続した電力変換装置の電力制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は放電管負荷へ交流電力を供給する電力変換装置の電力制御回路の従来例を示した回路図である。図６の従来例回路において、電力変換装置６は、交流／直流変換器２と直流／交流変換器４とこれら両変換器の直流側同士の結合でなる直流中間回路に接続された平滑コンデンサ３とで構成されている。商用電源１から供給される交流電力は、この電力変換装置６により所望の電圧と周波数の交流電力に変換されて放電管５へ供給される。なお、放電管５が数kV以上の高電圧を要する場合は、電力変換装置６の出力側に変圧器等の昇圧装置を接続することもある。
【０００３】
放電管５の電力は、最大値である定格電力から連続的に低減できることが望ましいが、電力変換装置６の出力電圧を低下させると、ある電圧以下では放電が安定に行われなくなってしまう。そこで電力変換装置６の出力電圧は一定にして運転と停止とを繰り返す際の全時間に対する運転時間の比率を変えることにより、平均電力を所望の値に制御する。すなわち、電力変換装置６が出力する負荷電力を検出（検出装置の図示は省略）する一方で、電力設定器１８が目標とする電力設定値を設定している。この電力設定値と前述の電力検出値との偏差を電力調節器１１へ入力させることにより、電力調節器１１からはその入力偏差を零に調節する制御信号が得られる。
【０００４】
運転時間をｔとし、運転時間と停止時間とを合計した時間をＴとすると、放電管５へ与えられる電力はｔ／Ｔに比例する。合計時間Ｔを予め定めておくならば、運転時間制御回路１２は電力調節器１１からの制御信号に対応して運転時間ｔを調節するから、電力変換装置６はその出力を断続させることで放電管５へ与える電力を電力設定器１８で設定した値に一致させるように動作する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電力変換装置６では、放電管５へ供給する交流電力を変化させたい場合に、印加電圧を変化させると放電が不安定になる恐れがあることから、電圧は一定のままで全時間に対する運転時間の比率を変化させることで対処している。
図７は図６に図示の従来例回路で電力変換装置が100 ％電力出力時の入力電流と出力電流を示した動作波形図であって、図７▲１▼は出力電流Ｉ₀ ，図７▲２▼は入力電流Ｉ_INである。
【０００６】
図８は図６に図示の従来例回路で電力変換装置が50％電力出力時の入力電流と出力電流を示した動作波形図であって、図８▲１▼は出力電流Ｉ₀ であるが、運転時間ｔを合計時間Ｔの50％にしている。図８▲２▼は入力電流Ｉ_INであって、電力変換装置６が運転しているときと停止しているときとで、100 ％出力時に比べて大きな差がある。
【０００７】
図９は図６に図示の従来例回路で電力変換装置が25％電力出力時の入力電流と出力電流を示した動作波形図であって、図９▲１▼は出力電流Ｉ₀ であるが、運転時間ｔを合計時間Ｔの25％にしている。図９▲２▼は入力電流Ｉ_INであって、電力変換装置６が運転しているときと停止しているとの差は、50％出力時よりもより一層大きくなっている。
【０００８】
そこでこの発明の目的は、電力変換装置から放電管負荷へ供給する交流電力を変化させる際の電力変換装置の入力電流の大きな変動を抑制できるようにすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、この発明の放電管負荷を接続した電力変換装置の電力制御方法は、
商用電源に接続した電力変換装置を制御して放電管へ交流電力を供給する電力変換装置の出力電圧を変化させてその出力交流電力を制御し、この出力電圧が予め定めた下限値まで低下すれば、その電圧下限値で前記電力変換装置の出力交流電力にオンとオフを繰り返させるが、そのときのオン時間の比率を制御して出力交流電力を制御する。
【００１０】
前記出力交流電力のオン時間の比率の制御は、前記電力変換装置のオン期間中に出力する交流電力のパルス数を計数し、このパルス数からオン時間の比率を制御する。
前記電力変換装置の出力交流電力の周波数を、前記商用電源の周波数よりも高くする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施例を表したフローチャートである。図１のフローチャートにおいて、放電管５の電力を低減させたい（判断２１）ときは、電力変換装置６が出力する交流電力の電圧を低減（処理２６）させるが、それでも電力が設定値まで低減しなければ、出力電圧は放電が不安定になる下限値まで低下することになる。この電圧下限値到達を検出（判断２２）し、なお且つ電力を更に低減したい（判断２３）場合は、電力変換装置６の運転時間ｔを短縮（処理２７）させることで運転時間ｔに対する全時間Ｔの比率を減少（処理２８）させる。その結果、電力が設定値まで低下したか否かを判断２４で判定する。
【００１２】
図２は図１で記述のフローチャートを実現する本発明の実施例を表した回路図であるが、この実施例回路に記載の商用電源１，交流／直流変換器２，平滑コンデンサ３，直流／交流変換器４，放電管５，電力変換装置６，電力調節器１１，運転時間制御回路１２及び電力設定器１８の名称・用途・機能は、図６で既述の従来例回路の場合と同じであるから、これらの説明は省略する。
【００１３】
図２に図示の実施例回路では、放電管５の放電が不安定になるのを防止するために、電圧の下限値を定めるリミッタ１３を設けている。このリミッタ１３を介して得られる電力調節器１１の出力信号と、図示していない電圧検出器から得られる負荷電圧検出値との偏差を電圧調節器１４へ入力させる。電圧調節器１４はその入力偏差を零に調節する制御信号を直流／交流変換器４に与えて、その出力電圧を制御するのであるが、電圧が前述のリミッタ１３で定めた下限値に達すれば、それ以降は運転時間制御回路１２により出力のオン・オフを繰り返す際の運転時間ｔを短縮することで、放電管５への平均電力を低減させる。
【００１４】
図３乃至図５は図２に図示の実施例回路の動作を表した動作波形図であるが、ここでは50％電力までは電圧制御で電力を低減させ、それ以下の電力のときに出力のオン・オフを繰り返させるものとしている。
図３は図２に図示の実施例回路で電力変換装置が100 ％電力出力時の入力電流と出力電流を示した動作波形図であって、図３▲１▼は出力電流Ｉ₀ ，図３▲２▼は入力電流Ｉ_INである。このときの入力電流Ｉ_INの状態は従来例回路で説明した図７と同じである。
【００１５】
図４は図２に図示の実施例回路で電力変換装置が50％電力出力時の入力電流と出力電流を示した動作波形図であるが、50％電力出力時は電圧制御のみであるから、図４▲１▼に図示の出力電流Ｉ₀ の振幅が小さくなる。また図４▲２▼に図示の入力電流Ｉ_INもこれに比例してその振幅は小さくなるが、図８に図示のような振幅の変動は生じていない。
【００１６】
図５は図２に図示の実施例回路で電力変換装置が25％電力出力時の入力電流と出力電流を示した動作波形図であって、電圧制御とオン・オフ制御とが併用されている。図５▲１▼は出力電流Ｉ₀ であって、その振幅は50％出力時と同じで、ｔ／Ｔ＝0.5 にすることで25％電力を出力している。図５▲２▼は入力電流Ｉ_INであって、その振幅と変動の程度は、図９に図示の従来例回路の場合よりも大幅に低減されていることが分かる。
【００１７】
放電管５へ与える交流電力の周波数は、商用電源１の周波数よりも高くすることが多い。例えば商用電源１の周波数が50Hzで負荷の周波数が500Hz の場合に、全時間Ｔを電源周期の1/5 （負荷のパルス数で100 に対応する）に設定し、電圧制御で電力を50％まで低減させるならば、運転時間を50バルス，停止時間を50パルスにすることで25％電力が得られるし、運転時間を10パルスで停止時間を90パルスにすれば５％電力を得ることも容易である。
【００１８】
【発明の効果】
従来の放電管負荷は、電圧を低下させると放電が不安定になることから、電力を低減させる場合は、放電管への電力をオン・オフさせて、全時間に対するオン時間の比率を変化させる電力制御方法が一般的であり、そのため、電力を供給する電力変換装置の入力電流に大きな変動を生じ、これが原因で騒音・電圧変動・高調波障害などの不都合を発生していた。これに対して、本発明では電力の低減は電圧を予め定めた下限値まで低下させることで行い、より一層の電力低減の場合に、電圧が低下した状態で放電管への電力をオン・オフさせる。これにより、従来に比べて電力低減時の電力変換装置への入力電流の変動が抑制さされ、従来発生していた騒音・電圧変動・高調波障害などを低減できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を表したフローチャート
【図２】図１で記述のフローチャートを実現する本発明の実施例を表した回路図
【図３】図２に図示の実施例回路で電力変換装置が100 ％電力出力時の入力電流と出力電流を示した動作波形図
【図４】図２に図示の実施例回路で電力変換装置が50％電力出力時の入力電流と出力電流を示した動作波形図
【図５】図２に図示の実施例回路で電力変換装置が25％電力出力時の入力電流と出力電流を示した動作波形図
【図６】放電管負荷へ交流電力を供給する電力変換装置の電力制御回路の従来例を示した回路図
【図７】図６に図示の従来例回路で電力変換装置が100 ％電力出力時の入力電流と出力電流を示した動作波形図
【図８】図６に図示の従来例回路で電力変換装置が50％電力出力時の入力電流と出力電流を示した動作波形図
【図９】図６に図示の従来例回路で電力変換装置が25％電力出力時の入力電流と出力電流を示した動作波形図
【符号の説明】
１ 商用電源
２ 交流／直流変換器
４ 直流／交流変換器
５ 放電管
６ 電力変換装置
１１ 電力調節器
１２ 運転時間制御回路
１３ リミッタ
１４ 電圧調節器
１８ 電力設定器
２１〜２４ 判断
２６〜２８ 処理

Claims (3)

1. 商用電源に接続した電力変換装置を制御して放電管へ交流電力を供給する電力変換装置の電力制御方法において、
   前記電力変換装置の出力電圧を変化させてその出力交流電力を制御し、
   前記出力電圧が予め定めた下限値まで低下すれば、その電圧下限値で前記電力変換装置の出力交流電力にオンとオフを繰り返させる際のオン時間の比率を制御することを特徴とする放電管負荷を接続した電力変換装置の電力制御方法。
2. 請求項１に記載の電力変換装置の電力制御方法において、
   前記出力交流電力のオン時間の比率の制御は、前記電力変換装置のオン期間中に出力する交流電力のパルス数を計数し、このパルス数からオン時間の比率を制御することを特徴とする放電管負荷を接続した電力変換装置の電力制御方法。
3. 請求項１乃至請求項２に記載の電力変換装置の電力制御方法において、
   前記電力変換装置の出力交流電力の周波数を、前記商用電源の周波数よりも高くすることを特徴とする放電管負荷を接続した電力変換装置の電力制御方法。

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