JP4095850B2 - 調光装置およびスタジオ、劇場などにおける調光システムならびに位相制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、調光装置およびスタジオ、劇場などにおける調光システムならびに位相制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スタジオ、劇場などで用いる調光装置は、主として白熱電球を交流点灯する際に、交流電圧を位相制御することにより調光するのが一般的である。従来のこの種の調光装置は、サイリスタを用いて位相制御を行なうように構成されているのが多い。この構成によれば、比較的大きな突入電流に耐える調光装置を得ることができる。
【０００３】
サイリスタを用いて行なう位相制御は、交流電圧半波の中間の所望位相でサイリスタをオン動作させると、当該半波の終期位相までオン動作が継続して、交流電圧半波の終期位相から初期位相に向けて導通位相角が形成される順位相制御方式である。そして、オン動作時の電流の立ち上がりが急峻な（ｄｉ／ｄｔが大きい）ため、負荷の白熱電球のフィラメントが雑音を発生するという問題がある。これを防止するためには、たとえば負荷回路にインダクタを直列に挿入してｄｉ／ｄｔを小さくするなどの格別の対策を講じる必要がある。
【０００４】
そこで、順位相制御において位相制御素子にＩＧＢＴなどの自己消弧形制御素子を用いるとともに、オン動作時の電流の立ち上がりを緩やかに、すなわち傾斜制御やリニア形などと称されるオン動作を行なうようにした調光装置が提案された。また、交流電圧波形の立ち上がりからオン動作させ、波形の中間の所望位相でオフ動作させることにより、初期位相から終期位相に向けて導通位相角が形成される位相制御を行なう逆位相制御方式にした調光装置も提案された。これらの調光装置によれば、雑音の問題が解決される。
【０００５】
一方、スタジオ、劇場などに設備される調光システムにおいては、多数の調光装置を並列的に接続して多様な調光シーンを演出可能にしている。従来のこの種の調光システムにおいては、多数の調光装置の実質的全部を逆位相制御方式および順位相制御方式のいずれか一方に統一された構成となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、白熱電球を冷却状態で点灯すると、フィラメントの構成材料であるタングステンの抵抗−温度特性が比較的大きな勾配の正特性を有しているために、定格ランプ電流の数倍から数十倍もの突入電流が数サイクルにわたって流れる。
【０００７】
これに対して、サイリスタは上記のような突入電流に耐えられるように設計されているが、ＩＧＢＴなどの自己消弧形制御素子はこれに耐えられないのが現状である。そのため、自己消弧形制御素子に上記の突入電流を許容するには、定格ランプ電流より相当に大きな定格電流を有する大形の素子を用いる必要があり、コストとサイズ面で極めて不利になる。これに対して、負荷電流を帰還して、突入電流が発生した際に、負荷電流を最大瞬間許容電流以下に強制的に絞るように制御することも考えられる。ところが、このように構成すると、電源投入時に所要の電力を投入するまでに長時間を要し、白熱電流の光束立ち上がりが遅くなってしまい、舞台照明などとしての演出効果を自由に発揮させることができなくなるという問題があり、実用的でない。
【０００８】
また、従来のスタジオ、劇場など多数の調光装置を設置する調光システムにおいて、多数の調光装置のオン動作の位相が、図１７の（ａ）に示すように、たとえば９０°に集中すると、電源電圧が瞬間的に乱れることがあった。すなわち、調光装置が順位相制御方式の場合は、同じく（ｂ）においてｓ２によって示すように、電源電圧が瞬間的に落ち込む。また、順位相制御方式の場合は、同じく（ｃ）のように位相制御されると、（ｄ）においてｓ１によって示すように、電源電圧が瞬間的に上昇する。このような電源電圧波形の乱れによって、調光装置や同一電源に接続する他の電気機器が破壊されることがあった。
【０００９】
本発明は、負荷電流が所定値以下のときに自己消弧形制御素子を備えた第１の位相制御回路に位相制御を行なわせ、負荷電流が所定値を超えたときにのみサイリスタを備えた第２の制御回路に位相制御を行なわせることで、雑音の問題がないとともに、負荷の立ち上がり遅延の問題もない調光装置およびこれを用いたスタジオ、劇場などの調光システムならびに位相制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、上記に加えて調光システムが接続する電源に接続する他の電気機器が破壊されにくい調光装置およびこれを用いた調光システムならびに位相制御装置を提供することを副次的な目的とする。
【００１１】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の調光装置は、交流電源ラインに挿入されて交流電圧を位相制御する自己消弧形制御素子を備えた第１の位相制御回路と；交流電源ラインに挿入されて交流電圧を位相制御するサイリスタを備えた第２の位相制御回路と；負荷電流を検出する負荷電流検出手段と；電源電圧の毎半波において第１の位相制御回路に逆位相制御または傾斜制御による順位相制御を行なわせるとともに、負荷電流検出手段により検出される負荷電流が所定値に到達したら第１の位相制御回路に代わって第２の位相制御回路に順位相制御を行なわせ、負荷電流が所定値より小さくなったときの次の半サイクルから再び第１の位相制御回路に逆位相制御または傾斜制御による順位相制御を行なわせる制御手段と；を具備していることを特徴としている。
【００１２】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。本発明の調光装置は、位相制御回路およびこれを直接制御する制御手段を構成要件とするパワー回路部分いわゆる調光ユニットの構成に関するものであり、実際には照明を演出する調光制御回路部分を付加して使用されることが多い。しかし、本発明は、このような組み合わせに限定されるものではない。
【００１３】
＜第１の位相制御回路について＞ 第１の位相制御回路は、自己消弧形制御素子を備えていて、後述する制御手段により制御されて逆位相制御または順位相制御により位相制御を行なう。自己消弧形制御素子としては、たとえばＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＳＩＴなどを用いることができる。位相制御は、逆位相制御および順位相制御のいずれか一方、または両方を適宜組み合わせてもよい。なお、順位相制御の際には、電流の立ち上がりを傾斜的に増加させる、いわゆる傾斜制御換言すればリニア形のオン動作を行なうものとする。また、逆位相制御の際には、電流の立ち下り時に電流を傾斜的に低減する、いわゆる傾斜制御を行なうことができる。第１の位相制御回路における位相制御動作は、後述する制御手段により制御される。
【００１４】
交流電源電圧を位相制御するための回路構成は、特定の回路に限定されない。たとえば、一対の自己消弧形制御素子を逆極性に直列接続し、一対の自己消弧形制御素子のそれぞれにダイオードを逆極性に並列接続した構成やダイオードブリッジの対向する一対の頂点間に一つの自己消弧形制御素子を接続した構成などを用いることができる。
【００１５】
＜第２の位相制御回路について＞ 第２の位相制御回路は、交流電源ラインに挿入されて交流電圧半波の所望位相でオン動作するサイリスタを備えている。したがって、第２の位相制御回路における位相制御は順位相制御である。なお、位相制御は、後述する制御手段により制御される。
【００１６】
交流電源電圧を位相制御するための回路構成は、特定の回路に限定されない。典型的には、一対のサイリスタを逆並列接続した構成などを用いることができる。
【００１７】
＜負荷電流検出手段について＞ 負荷電流検出手段は、文字どおり負荷電流を検出する手段である。負荷電流を検出するための具体的な手段は特定の構成に限定されない。たとえば、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、負荷電流検出手段の挿入位置は、負荷電流を検出可能であれば特定の回路位置に限定されない。たとえば、調光装置の出力端と第１および第２の位相制御回路との間に直列的に挿入することが望ましい。しかし、要すれば、一対の電流検出手段を第１および第２の位相制御回路のそれぞれに直列に接続することにより分散して配設することもできる。
【００１８】
そうして、負荷電流検出手段の検出出力は、後述する制御手段に制御入力して、所要の制御動作を行なわせる。
【００１９】
＜制御手段について＞ 制御手段は、負荷電流検出手段の検出出力に応動して、第１および第２の位相制御回路の位相制御動作を電源投入時および定常時にわたり協調的に制御する。すなわち、電源電圧の毎半波において最初に第１の位相制御回路による位相制御を行なわせるとともに、負荷電流検出手段により検出される負荷電流が所定値に到達したら第１の位相制御回路に代わって第２の位相制御回路に位相制御を行なわせ、負荷電流が所定値より小さくなったときの次の半サイクルから再び第１の位相制御回路による位相制御を行なわせるように第１および第２の位相制御回路を相関的に制御する。したがって、第１の位相制御回路に流れる負荷電流が所定値より小さくなった場合には、当該半サイクルすなわち電源電圧の半波の全期間にわたって第１の位相制御回路のみが作動して、第２の位相制御回路は作動しない。
【００２０】
また、制御手段は、第１の位相制御回路に対して逆位相制御および順位相制御のいずれの動作態様を選択して動作させるように制御してもよい。たとえば、電源投入時の最初の半サイクルは、逆位相制御を行なわせ、次の半サイクルからは順位相制御を行なわせるように制御することができる。そして、負荷に通流する電流が所定値に到達したら、第１の位相制御回路の位相制御動作を停止させて、第２の位相制御回路を作動させる。また、電源投入時に突入電流が収まったり、定常時に所定値を超える負荷電流が調光操作により絞られたりして、負荷電流が途中で所定値より小さくなると、第１の位相制御回路のみが作動して位相制御が行なわれる。この場合、負荷電流が所定値より小さくなったときの次の半サイクルから第１の位相制御回路を逆位相制御に切り換えさせることができる。しかし、要すれば、引き続き傾斜制御による順位相制御層制御を行なうように制御してもよい。
【００２１】
なお、電流の所定値は、第１の位相制御回路における自己消弧形制御素子の最大瞬間許容電流値を超えない範囲に設定される。
【００２２】
次に、制御手段は、第２の位相制御回路に対して負荷回路に通流する電流が所定値を超える範囲において順位相制御を行なわせる。すなわち、電源投入時には、第１の位相制御回路における位相制御に続いて最初の半サイクルまたは次の半サイクルから所定値を超える範囲で位相制御を引き継ぐ。
【００２３】
＜本発明の作用について＞ 本発明においては、電源電圧の毎半波において、負荷電流が所定値以下のときには第１の位相制御回路が位相制御を担当するとともに、第１および第２の位相制御回路が制御手段によって制御されて互いに協調的に動作する。すなわち、電源電圧の毎半波において、最初第１の位相制御回路が作動して負荷電流を位相制御する。しかし、たとえば負荷の白熱電球が冷却状態のときに調光装置に対して交流電源が投入された瞬間すなわち電源投入時においては、突入電流が流れるため、第１の位相制御回路を流れる負荷電流が所定値に到達すると、負荷電流検出手段がこれを検出し、制御手段が第１の位相制御回路の動作を停止させ、代わりに第２の位相制御回路を作動させる。このため、所定値を超える負荷電流は、第２の位相制御回路を流れることになる。
【００２４】
制御手段は、電源投入時の最初の半サイクルにおいて、第１の位相制御回路に逆位相制御動作を行なわせることができる。この態様においては、負荷電流が突入電流となって大きくなるが、電流が正弦波状に増加して、電流の立ち上がりが緩やかになるから、白熱電球からの雑音発生をすこぶる良好に抑制することができる。
【００２５】
しかし、本発明においては、第１の位相制御回路が最初の半サイクルから順位相制御するように制御手段が制御する態様も許容されるが、このような態様であったとしても、第１の位相制御回路は、自己消弧形制御素子を備えるとともに、傾斜制御されるので、逆位相制御の場合にはおよばないものの雑音発生を良好に抑制することができる。
【００２６】
電源投入時の突入電流は、フィラメントの抵抗値が小さいため、大きくなり、最大瞬間許容電流に近い値に予め設定された所定値に到達すると、負荷電流検出手段がこれを検出して制御手段に制御入力する。そのとき制御手段は、第１の位相制御回路の動作を停止させ、次に第２の位相制御回路を動作させる。そして、第２の位相制御回路は、最初の半サイクルまたは次の半サイクルから所定値を超える範囲で順位相制御動作を行なう。
【００２７】
最初の半サイクルから第２の位相制御回路が作動するような負荷電流が流れようとする場合、第１の位相制御回路が逆位相制御によるときは、所定値までの負荷電流が半サイクルの前半期間に流れ、後半期間に再び所定値までの負荷電流が傾斜制御されて流れ、引き続いて所定値を超える分の負荷電流が第２の位相制御回路により流れる。また、第１の位相制御回路が順位相制御を行なうときは、負荷電流が傾斜制御されて所定値まで立ち上がり、引き続いて第２の位相制御回路の順位相制御動作により所定値を超える分の負荷電流が流れる。
【００２８】
次の半サイクルから第２の位相制御回路が作動する場合であって、かつ第１の位相制御回路が逆位相制御動作を行う場合、最初の半サイクルは所定値までの負荷電流のみが第１の位相制御回路の逆位相制御により流れ、次の半サイクルから所定値までの間は、第１の位相制御回路が順位相制御動作を行って傾斜制御された負荷電流が立ち上がり、引き続いて第２の位相制御回路により所定値を超える負荷電流が流れる。
【００２９】
本発明においては、電源投入時の突入電流が数サイクルで収まり、定常状態になっても、所定値を超えるまでは第１の位相制御回路が位相制御を担当し、所定値を超えると、第２の位相制御回路が位相制御を担当する。したがって、負荷電流が所定値を超える範囲の場合、各半サイクルの中で最初に第１の位相制御回路が順位相制御動作をして、傾斜制御された負荷電流が所定値まで流れ、引き続いて第２の位相制御回路による立ち上がりの急峻な電流が流れるが、所定値を越える分の後者の電流は比較的小さくできるとともに、上記のように所定値までの傾斜制御された負荷電流が急峻な立ち上がりの所定値を越える分の後者の電流の前に連続しているので、雑音発生に与える影響が少なくなる。
【００３０】
また、電源投入時および定常時のいずれにおいても、負荷電流が所定値より小さくなると、次の半サイクルから再び第１の位相制御回路のみが作動する。このような場合には、第１の位相制御回路が逆位相制御を行なうように制御することができる。これにより、白熱電球の雑音発生をより一層良好に抑制することができる。
【００３１】
以上の説明にもかかわらず、本発明において、所定値をどのような値に設定するかは、任意である。すなわち、定常時の最大負荷電流を超える範囲たとえば突入電流を所定値として設定してもよいし、最大負荷電流以下に所定値を設定してもよい。前者の場合、第１の位相制御回路は、定常時における負荷電流を担当し、第２の位相制御回路は、突入電流を担当する。また、後者の場合、第１の位相制御回路は、定常時における負荷電流のうち低電流レベルの領域を担当する。そして、第２の位相制御回路は、突入電流を含む高電流レベルの領域を担当する。
【００３２】
以上説明した本発明は、以下の特長を有する。
【００３３】
１．白熱電球が雑音を発生しない。
【００３４】
電源投入時および定常時のいずれにおいても、電源電圧の毎半波において、最初に第１の位相制御回路が負荷電流の所定値までの範囲で位相制御を担当し、第１の位相制御回路は自己消弧形制御素子を備えているので、逆位相制御または傾斜制御の順位相制御により、負荷電流の立ち上がりが緩やかに（ｄｉ／ｄｔが小さく）なり、白熱電球が雑音を発生しなくなる。
【００３５】
２．負荷の立ち上がりの遅延が発生しない。
【００３６】
第１の位相制御回路を流れる負荷電流が所定値に達すると、第１の位相制御回路の動作が停止され、第２の位相制御回路が代わって引き続き位相制御動作を継続するので、電源投入時に所要の電力を速やかに投入することができ、負荷の立ち上がりが遅延することはない。
【００３７】
３．自己消弧形制御素子が破損しにくい。
【００３８】
自己消弧形制御素子を電源投入時および定常時を通じて常に最大瞬間許容電流値以下で使用できるので、自己消弧形制御素子が破損しにくい。
【００３９】
４．定格電流値の比較的小さな自己消弧形制御素子を採用できる。
【００４０】
傾斜制御によるオン動作を行なうことで白熱電球の雑音発生を抑制可能な範囲内であれば、第１の位相制御回路が担当する負荷電流をなるべく小さく設定することができる。したがって、定格電流値の比較的小さな自己消弧形制御素子を採用できる。
【００４１】
請求項２の発明の調光装置は、交流電源に接続する入力端と；負荷を接続する出力端と；交流電圧波形を位相制御する自己消弧形制御素子を備えるとともに、入力端および出力端の間に直列に挿入された第１の位相制御回路と；交流電圧波形位相制御するサイリスタを備えるとともに、第１の位相制御回路に並列接続した第２の位相制御回路と；出力端に流れる負荷電流を検出する負荷電流検出手段と；電源電圧の毎半波において第１の位相制御回路に逆位相制御または傾斜制御による順位相制御を行なわせるとともに、負荷電流検出手段により検出される負荷電流が所定値に到達したら第１の位相制御回路に代わって第２の位相制御回路に順位相制御を行なわせ、負荷電流が所定値より小さくなったときの次の半サイクルから再び第１の位相制御回路に逆位相制御または傾斜制御による順位相制御を行なわせる制御手段と；を具備していることを特徴としている。
【００４２】
本発明は、請求項１とほぼ同様な技術範囲を主として回路接続により規定している。
【００４３】
請求項３の発明の調光装置は、請求項１または２記載の調光装置において、第１の位相制御回路は、互いに逆極性に直列接続した一対の自己消弧形制御素子、および自己消弧形制御素子にそれぞれ逆並列接続した一対のダイオードを備えていることを特徴としている。
【００４４】
本発明は、第１の位相制御回路の好適な回路構成を規定している。本発明の構成によれば、第１の位相制御回路を集積化しやすくなり、コスト低下と小形化を図ることができる。
【００４５】
請求項４の発明の調光装置は、請求項１ないし３のいずれか一記載の調光装置において、交流電圧波形を位相制御する自己消弧形制御素子を備えるとともに、入力端および出力端の間に直列に挿入された第１の位相制御回路と、交流電圧波形位相制御するサイリスタを備えるとともに、第１の位相制御回路に並列接続した第２の位相制御回路とを備え、逆位相制御および順位相制御を選択的に行なえるように構成された位相制御回路を具備し；制御手段は、電源電圧半波の前半部電圧と後半部電圧とを比較して、前半部電圧が後半部電圧より大きいときには位相制御回路に逆位相制御を行なわせ、後半部電圧が前半部電圧より大きいときには順位相制御を行なわせる；ことを特徴としている。
【００４６】
位相制御回路は、逆位相制御および順位相制御を行なう部分を単一構成の位相制御回路で構成してもよいし、それぞれ異なる位相制御回路を用いて構成してもよい。前者は、第１の位相制御回路で構成することができる。後者は、自己消弧形制御形素子を用いて逆位相制御回路を第１の位相制御回路で構成し、順位相制御回路を第２の位相制御回路で構成することができる。また、請求項１ないし３に規定する調光装置の制御態様を用いることができる。
【００４７】
制御手段は、電流電圧半波の前半部と後半部とを比較して、前半部の電圧が高いときには、位相制御回路を逆位相制御動作させる。また、後半部の電圧が高いときには、順位相制御動作をさせる。
【００４８】
制御手段を以下に示す第１ないし第３の手段によって構成することができる。第１の手段は、電流電圧半波の前半部と後半部とを比較する。第２の手段は、両者の電圧を判定する。第３の手段は、判定結果にしたがって位相制御回路を所定に制御する。なお、これらの手段をコンパクトに構成するために、マイコンを用いることができる。この場合、第１の手段は、電流電圧半波の前半部と後半部とを比較するために、前半部の電圧値を記憶するメモリを備えることができる。また、メモリから電圧半波の前半部の電圧値を読み出して、後半部の電圧と比較演算するためのプログラムをメモリに記憶しておくことができる。第２の手段は、判定を実行するプログラムと、演算結果と照合して判定結果すなわち制御内容を決定するためのテーブルデータをメモリに記憶しておくことができる。第３の手段は、判定結果に従って所要の制御を実行するプログラムをメモリに記憶しておくことができる。
【００４９】
そうして、スタジオ、劇場などの多数の調光装置が設置されている施設において本発明の調光装置を少なくとも一部好ましくは約半数以上用いることにより、順位相制御による負荷電流と、逆位相制御による負荷電流とをそれぞれ約半分にすることができる。このため、位相制御によって電源電圧に生じる乱れを最小限に低減することができる。これをさらに詳述すれば以下のとおりである。
【００５０】
すなわち、電源電圧半波の前半部の電圧が高いときは、逆位相制御による調光の負荷が少ないことを意味する。このような場合には、本発明による調光装置が逆位相制御動作をするように制御する。そうすれば、逆位相制御による負荷電流が増加して、順位相制御による負荷電流とバランスがとれるようになる。反対に、電源電圧半波の後半部の電圧が高いときには、順位相制御による調光の負荷が少ないことを意味する。このような場合には、本発明の調光装置が順位相制御動作をするように制御する。そうすれば、順位相制御による負荷電流が増加して、逆位相制御による負荷電流とバランスがとれるようになる。
【００５１】
順位相制御による負荷電流と逆位相制御による負荷電流がバランスすれば、導通角が９０°に集中したときに、導通時に電圧が瞬間的に落ち込む順位相制御による電源電圧の乱れと、導通時に電圧が瞬間的に高くなる逆位相制御による電源電圧の乱れとが互いに相殺し合うので、電源電圧の乱れが解消する。また、導通角が９０°以外の角度に集中したときに、上記のそれぞれの位相に電源電圧の乱れが分散する。このため、電圧の乱れが小さくなり、同一電源に接続する他の電気機器に対する影響が小さくなる。
【００５２】
請求項５の発明のスタジオ、劇場などにおける調光システムは、逆位相制御を行なう請求項１ないし３のいずれか一記載の第１の調光装置と；
順位相制御を行なう請求項１ないし３のいずれか一記載の第２の調光装置と；を混在させたことを特徴としている。
【００５３】
第１の調光装置には、請求項１ないし３のいずれか一記載の調光装置を用いて逆位相制御を行なわせる。しかし、要すれば、請求項４に規定する調光装置を用いることもできる。
【００５４】
第２の調光装置には、請求項１ないし３のいずれか一記載の調光装置を用いて順位相制御を行なわせる。しかし、要すれば、請求項４に規定する調光装置を用いることもできる。
【００５５】
したがって、請求項４に規定する調光装置を用いる場合、全部または過半数の調光装置に請求項４に規定する調光装置を用いることができる。
【００５６】
第１および第２の調光装置の構成比率は、それぞれ５０％が最適である。しかし、一般的には３０〜７０％の範囲まで許容され、４０〜６０％の範囲であれば、好適である。
【００５７】
そうして、本発明においては、同一電源に接続する多数の調光装置が上記のように構成されていることにより、複数の調光装置の導通角が特定の角度に集中したときでも、電源電圧波形の乱れが相殺して解消し、あるいは半波の位相期間の前後に分散するので、電源電圧波形の乱れが軽減する。その結果、同一電源に接続する他の電気機器の破壊を低減することができる。
【００５８】
請求項６の発明の位相制御装置は、互いに逆極性に直列接続した一対の自己消弧形制御素子、および自己消弧形制御素子にそれぞれ逆並列接続した一対のダイオードを備えている第１の位相制御回路と；交流電圧波形位相制御するサイリスタを備えるとともに、第１の位相制御回路に並列接続した第２の位相制御回路と；出力端に流れる負荷電流を検出する負荷電流検出手段と；第１の位相制御回路による逆位相制御または傾斜制御による順位相制御および第２の位相制御回路による順位相制御を選択的に行なうとともに、電源電圧の毎半波において最初に第１の位相制御回路による逆位相制御または傾斜制御による順位相制御を行なわせ、負荷電流検出手段により検出される負荷電流が所定値に到達したら第１の位相制御回路に代わって第２の位相制御回路に順位相制御を行なわせ、負荷電流が所定値より小さくなったときの次の半サイクルから再び第１の位相制御回路に逆位相制御または傾斜制御による順位相制御を行なわせる制御手段と；を具備し、主として白熱電球を交流点灯することを特徴としている。
【００５９】
本発明において、第１の位相制御回路は、請求項１ないし４の発明における第１の位相制御回路についての説明と同様である。また、第２の位相制御回路は、請求項１、２および４の発明における第２の位相制御回路についての説明と同様である。
【００６０】
制御手段は、電源電圧の毎半波において所定値以下のときには、第１の位相制御回路に対して逆位相制御および順位相制御のいずれかの動作態様を選択して動作させるように制御する。たとえば、電源投入時の最初の半サイクルは、逆位相制御を行なわせ、次の半サイクルからは順位相制御を行なわせるように制御することができる。そして、負荷に通流する電流が所定値に到達したら、第１の位相制御回路の位相制御動作を停止させて、第２の位相制御回路を作動させる。第２の位相制御回路は、順位相制御動作を行ない、所定値を超える負荷電流を負荷に流す。また、電源投入時に突入電流が収まったり、定常時に所定値を超える負荷電流が調光操作により絞られたりして、負荷電流が途中で所定値より小さくなると、次の半サイクルから第１の位相制御回路のみが作動して位相制御が行なわれる。この場合、負荷電流が所定値より小さくなったときの次の半サイクルから第１の位相制御回路を逆位相制御に切り換えさせることができる。しかし、要すれば、引き続き傾斜制御による順位相制御層制御を行なうように制御してもよい。
【００６１】
そうして、本発明においては、第１の位相制御回路に流れる負荷電流が所定値以下の場合には、当該半サイクルの全期間にわたって第１の位相制御回路のみが作動して、第２の位相制御回路は作動しない。
【００６２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００６３】
図１ないし図４は、本発明の調光装置の第１の実施形態を示し、図１は回路ブロック図、図２は第１の位相制御回路の回路図、図３は第２の位相制御回路の回路図、図４は負荷電流波形図である。本実施形態は、請求項１ないし３に相当する。
【００６４】
図１において、ＡＳは交流電源、ＤＭは調光装置、ＩＬは負荷である。
【００６５】
交流電源ＡＳは、商用交流電源などからなる。
【００６６】
調光装置ＤＭは、入力端子ｔ１、ｔ２、第１の位相制御回路ＰＣ１、第２の位相制御回路ＰＣ２、電流検出手段ＣＤ、出力端子ｔ３、ｔ４および制御手段ＣＣからなる。
【００６７】
入力端子ｔ１、ｔ２は、交流電源ＡＳに接続され、調光装置ＤＭの内部では交流電源ラインｌ１、ｌ２に接続している。
【００６８】
第１の位相制御回路ＰＣ１は、一方の交流電源ラインｌ１に直列に挿入されて交流電圧を位相制御する自己消弧形制御素子を備えている。本実施形態においては、図２に示すように、一対の自己消弧形制御素子Ｑ１、Ｑ２および一対のダイオードＤ１、Ｄ２からなる。そして、一対の自己消弧形制御素子Ｑ１、Ｑ２は、たとえばＩＧＢＴからなり、互いに逆極性に、かつ、交流電源ラインｌ１に直列に接続している。また、一対のダイオードＤ１、Ｄ２は、それぞれの自己消弧形制御素子Ｑ１、Ｑ２に逆並列に接続している。
【００６９】
第２の位相制御回路ＰＣ２は、一方の交流電源ラインｌ１に直列に挿入され、したがって第１の位相制御回路ＰＣ１に並列に接続して交流電圧を位相制御するサイリスタを備えている。本実施形態においては、図３に示すように、一対のサイリスタＴ１、Ｔ２からなる。そして、一対のサイリスタＴ１、Ｔ２は、互いに逆並列接続している。
【００７０】
負荷電流検出手段ＣＤは、電流変成器からなり、第１および第２の位相制御回路ＰＣ１、ＰＣ２と出力端子ｔ３との間において交流電源ラインｌ１に磁気結合している。そして、負荷電流を検出して、後述する制御手段ＣＣに制御入力する。
【００７１】
出力端子ｔ３は、第１および第２の位相制御回路ＰＣ１、ＰＣ２の出力端側において交流電源ラインｌ１に接続している。出力端子ｔ４は、他方の交流電源ラインｌ２を経由して入力端子ｔ２に接続している。
【００７２】
制御手段ＣＣは、マイコンを含んで構成され、交流電源ＡＳから付勢されて作動して、第１および第２の位相制御回路ＤＭ１、ＤＭ２が協調し合うように制御する。すなわち、電源電圧半波に対して最初に第１の位相制御回路ＰＣ１による位相制御を行なわせる。負荷電流検出手段ＣＤにより検出される負荷電流が所定値に到達したら第１の位相制御回路ＰＣ１に代わって第２の位相制御回路ＰＣ２に位相制御を行なわせる。
【００７３】
負荷ＩＬは、白熱電球からなる。
【００７４】
次に、図１および図４を参照して、本実施形態の調光装置の回路動作について説明する。負荷ＩＬが冷却状態のときに調光装置ＤＭに対する交流電源ＡＳを投入すると、制御手段ＣＣは、最初の電源電圧半波において、第１の位相制御回路ＰＣ１に逆位相制御動作を行なわせる。負荷ＩＬは、冷却状態なので、フィラメントの抵抗が小さくなっているため、大きな突入電流が正弦波状に流れようとする。
【００７５】
ところが、負荷電流が予め設定された所定値−ｐｖに達すると、電流検出手段ＣＤからの制御入力により制御手段ＣＣは、第１の位相制御回路ＰＣ１の逆位相制御動作を順位相制御動作に切り換える。第１の位相制御回路ＰＣ１による順位相制御は、自己消弧形制御素子Ｑ１、Ｑ２による傾斜制御によるオン動作の下で行なわれるように構成されている。そうして、第１の位相制御回路ＰＣ１が順位相制御動作を開始すると、最初の半波の中で再び突入電流が流れようとする。
【００７６】
しかし、第１の位相制御回路ＰＣ１に流れる負荷電流は、傾斜して立ち上がりながら所定値−ｐｖに到達すると、制御手段ＣＣは、第１の位相制御回路ＰＣ１の位相制御動作を停止させる。そして、第２の位相制御手段ＰＣ２を引き続いて動作させる。
【００７７】
第２の位相制御手段ＰＣ２は、第１の位相制御回路ＰＣ１の位相制御動作に連続して最初の半波から順位相制御動作を開始するので、所定値−ｐｖを超える範囲の負荷電流のみを担当することになる。
【００７８】
その結果、所定値−ｐｖまでの傾斜立ち上がりの負荷電流に連続して所定値−ｐｖを超える急峻な立ち上がりの負荷電流が出力端子ｔ３、ｔ４から負荷ＩＬに供給される。負荷ＩＬの白熱電球は、所定値−ｐｖまでの傾斜立ち上がりの負荷電流により雑音発生が大幅に抑制される。
【００７９】
以上説明したように、最初の電源電圧半波においては、逆位相制御による正弦波状に立ち上がる所定値までの負荷電流と、順位相制御による傾斜制御された所定値以上の突入電流とが流れる。
【００８０】
次に、電源電圧の極性が反転すると、再び第１の位相制御回路ＰＣ１が順位相制御動作を行なうので、所定値＋ｐｖまでの傾斜立ち上がりの所定値までの負荷電流が流れると、制御手段ＣＣは第１の位相制御回路ＰＣ１の動作を停止する。同時に第２の位相制御回路ＰＣ２の動作を開始させる。
【００８１】
その結果、所定値までの傾斜立ち上がりの順位相制御による電流と、これに連続した急峻な立ち上がりの順位相制御による所定値を超える電流とからなる突入電流が負荷ＩＬに供給される。そうして、最初の半波から数サイクルの間突入電流が流れる間、第１および第２の位相制御回路ＰＣ１、ＰＣ２が協調的に交互に位相制御動作を行なう。
【００８２】
突入電流が減衰して負荷電流が所定値＋ｐｖ、−ｐｖを下回ると、第１の位相制御回路ＰＣ１のみが専ら位相制御動作を行なう。そして、負荷電流が所定値＋ｐｖ、−ｐｖを下回った次の半波からは、制御手段ＣＣは、第１の位相制御回路ＰＣ１を逆位相制御動作に切り換える。
【００８３】
以下、図５ないし図９を参照して、本発明の他の実施形態を説明する。各図において、図１ないし図４と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【００８４】
図５は、本発明の調光装置の第２の実施形態における負荷電流波形図である。本実施形態は、電源投入時の最初の電源電圧半波において、制御手段ＣＣにより制御されて、第１の位相制御回路ＰＣ１が所定値までの負荷電流について逆位相制御のみを行なうように構成されている。次の電源電圧半波から図４に示すのと同様な回路動作を行なう。
【００８５】
図６は、本発明の調光装置の第３の実施形態における負荷電流波形図である。本実施形態は、図４との対比により理解しやすいが、突入電流が減衰して負荷電流が所定値＋ｐｖ、−ｐｖを下回ると、第１の位相制御回路ＰＣ１のみが専ら位相制御動作を行なう際に、制御手段ＣＣは、第１の位相制御回路ＰＣ１を引き続き順位相制御動作を継続させるように構成されている。
【００８６】
図７は、本発明の調光装置の第４の実施形態における負荷電流波形図である。本実施形態は、図５との対比により理解しやすいが、電源投入時の最初の電源電圧半波において、制御手段ＣＣにより制御されて、第１の位相制御回路ＰＣ１が所定値までの負荷電流について逆位相制御のみを行なうように構成されているとともに、突入電流が減衰して負荷電流が所定値＋ｐｖ、−ｐｖを下回ると、第１の位相制御回路ＰＣ１のみが専ら位相制御動作を行なう際に、制御手段ＣＣは、第１の位相制御回路ＰＣ１を引き続き順位相制御動作を継続させるように構成されている。
【００８７】
図８は、本発明の調光装置の第５の実施形態における第１の位相制御回路の回路図である。本実施形態において、第１の位相制御回路ＰＣ１は、ダイオードブリッジ回路ＤＢおよび単一の自己消弧形制御素子から構成されている。すなわち、ダイオードブリッジＤＢの一方の対向する頂点間に自己消弧形制御素子Ｑを接続し、他方の対向する頂点間を交流電源ラインｌ１に直列に挿入している。なお、回路動作は、図２と同様である。
【００８８】
以下、図９ないし図１６を参照して、本発明の調光装置さらに他の実施形態および本発明のスタジオ、劇場などにおける調光システムの実施形態について説明する。なお、図１ないし図３と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【００８９】
図９および図１０は、本発明の調光装置の第６の実施形態を示し、図９は回路ブロック図、図１０はフローチャートである。本実施形態は、請求項４の発明に相当する。図において、ＰＣは位相制御回路、ＶＤは電源電圧検出手段である。
【００９０】
位相制御回路ＰＣは、図２や図８に示すような自己消弧形制御素子およびダイオードを主体としていて、逆位相制御および順位相制御を選択的に行なえるように構成されている。
【００９１】
電源電圧検出手段ＶＤは、電源電圧を検出して、制御手段ＣＣに制御入力する。
【００９２】
制御手段ＣＣは、電源電圧検出手段ＶＤにより検出された電源電圧の前半部と後半部とを比較して、その差に応じて位相制御回路ＰＣを逆位相制御および順位相制御のいずれかに選択する。すなわち、図１０のフローチャートに示すように、電源電圧をＡ／Ｄ変換してから、電源電圧の前半部Ｖ（０−９０°）が後半部Ｖ（９０−１８０°）より高いか否かを判定する。その結果、前半部Ｖ（０−９０°）が後半部Ｖ（９０−１８０°）より高いときには、位相制御回路ＰＣに逆位相制御動作を行なわせる。反対に、後半部の方が高いときには、位相制御回路ＰＣに順位相制御動作を行なわせる。
【００９３】
図１１は、本発明の調光装置の第７の実施形態を示す回路ブロック図である。本実施形態もまた請求項４の発明に相当する。そして、逆位相制御回路ＰＣａおよび順位相制御回路ＰＣｂが並列接続することによって位相制御回路ＰＣが構成されている。
【００９４】
そうして、位相制御回路ＰＣが逆位相制御動作を行なうときには、順位相制御回路ＰＣｂの回路動作が制御手段ＣＣにより停止される。反対に、位相制御回路ＰＣが順位相制御動作を行なうときには、逆位相制御回路ＰＣａの回路動作が制御手段ＣＣにより停止される。
【００９５】
図１２ないし図１６は、本発明のスタジオ、劇場などにおける調光システムの一実施形態を示し、図１２は調光システムの全体を示す回路ブロック図、図１３は第２の調光装置を示す回路ブロック図、図１４は第１および第２の調光装置の導通角が９０°の場合の各部の電圧波形図、図１５は同じく導通角が１５０°の場合の各部の電圧波形図、図１６は同じく導通角が３０°の場合の各部の電圧波形図である。本実施形態は、請求項５の発明に相当する。
【００９６】
まず、図１２を参照して、調光システムの全体を説明する。図において、ＡＳは３相スター結線交流電源、ＭＢは主幹ブレーカ、ＢＢは配線母線、ＣＢは負荷ブレーカ、ＤＭ１は第１の調光装置、ＤＭ２は第２の調光装置、ＩＬは負荷である。
【００９７】
３相スター結線交流電源ＡＳは、Ｒ、Ｓ、Ｔが３相の各相線、Ｎが中性線である。
【００９８】
主幹ブレーカＭＢは、３相スター結線交流電源ＡＳと後述する配線母線ＢＢとの間に介在する。
【００９９】
配線母線ＢＢは、主幹ブレーカＭＢを経由して３相スター結線交流電源ＡＳのＲ、Ｓ、Ｔ相および中性線Ｎに接続している。
【０１００】
負荷ブレーカＣＢは、第１および第２の調光装置ＤＭ１、ＤＭ２と配線母線ＢＢとの間に介在して、各調光装置ＤＭ１、ＤＭ２を個別に開閉する。
【０１０１】
第１の調光装置ＤＭ１は、逆位相制御を行なう調光装置である。第１の調光装置ＤＭ１は、図９に示すのと同じ回路構成を具備していて、多数の第１および第２の調光装置ＤＭ１、ＤＭ２の全体の可動状況に応じて逆位相制御ばかりでなく、場合によっては順位相制御動作を行なう。
【０１０２】
第２の調光装置ＤＭ２は、順位相制御を行なう調光装置である。そして、その回路構成は、図１３に示すように、一対のサイリスタＴ１、Ｔ２の逆並列回路からなる順位相制御回路ＰＣｂとインダクタＬとを直列に接続して、一方の交流電源ラインｌ１に挿入している。順位相制御回路ＰＣｂは、制御手段ＣＣにより制御される。
【０１０３】
負荷ＩＬは、各調光装置ＤＭ１、ＤＭ２にそれぞれ接続されている。
【０１０４】
次に、図１３ないし図１６に示す各部の電圧波形図を参照しながら調光システムの動作について説明する。なお、各図において、（ａ）は第１の調光装置ＤＭ１の出力電圧波形、（ｂ）は第２の調光装置ＤＭ２の出力電圧波形、（ｃ）は電源電圧波形である。
【０１０５】
図１４に示すように、多数の調光装置ＤＭ１、ＤＭ２が揃って９０°の導通角で使用された場合、第１の調光装置ＤＭ１は初期位相から導通して位相角９０°でオフ動作を行なう。オフ動作時には電源電圧が瞬間的に増大する。これに対して、第２の調光装置ＤＭ２は、初期位相からオフ状態にあり、９０°のときにオン動作を行なう。その際に、電源電圧が瞬間的に低下する。第１の調光装置ＤＭ１は、図９において説明したように、前半部と後半部の電源電圧の差に応じて逆位相制御動作と順位相制御動作とを自動的に切り換えるので、調光システム全体の稼動中の調光装置を逆位相制御と順位相制御とにバランスよく２分するため、上述した電源電圧波形の乱れが相殺される。
【０１０６】
図１５に示すように、多数の調光装置ＤＭ１、ＤＭ２が揃ってたとえば１５０°の導通角で使用された場合、第１の調光装置ＤＭ１は位相角１５０°でオフ動作、第２の調光装置ＤＭ２は位相角３０°でオン動作をするため、電源電圧の増大する乱れｓ１と低下する乱れｓ２が位相角１５０°と３０°に分散するので、小さくなる。
【０１０７】
図１６に示すように、多数の調光装置ＤＭ１、ＤＭ２が揃ってたとえば３０°の導通角で使用された場合、第１の調光装置ＤＭ１は位相角３０°でオフ動作、第２の調光装置ＤＭ２は位相角１５０°でオン動作をするため、電源電圧の増大する乱れｓ１と低下する乱れｓ２が位相角３０°と１５０°に分散するので、同様に小さくなる。
【０１０８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、自己消弧形制御素子を備えた第１の位相制御回路と、サイリスタを備えた第２の位相制御回路と、負荷電流検出手段と、電源電圧の毎半波において最初に第１の位相制御回路による逆位相制御または傾斜制御による順位相制御を行なわせるとともに、負荷電流検出手段により検出される負荷電流が所定値に到達したら第１の位相制御回路に代わって第２の位相制御回路に順位相制御を行なわせ、負荷電流が所定値より小さくなったときの次の半サイクルから再び第１の位相制御回路に逆位相制御または傾斜制御による順位相制御を行なわせる制御手段とを具備していることにより、雑音の問題がないとともに、負荷の立ち上がり遅延の問題もない調光装置を提供することができる。
【０１０９】
請求項２の発明によれば、入力端と、出力端と、自己消弧形制御素子を備えるとともに、入力端および出力端の間に直列に挿入された第１の位相制御回路と、サイリスタを備えるとともに、第１の位相制御回路に並列接続した第２の位相制御回路と、負荷電流検出手段と、電源電圧の毎半波において最初に第１の位相制御回路による逆位相制御または傾斜制御による順位相制御を行なわせるとともに、負荷電流検出手段により検出される負荷電流が所定値に到達したら第１の位相制御回路に代わって第２の位相制御回路に順位相制御を行なわせ、負荷電流が所定値より小さくなったときの次の半サイクルから再び第１の位相制御回路に逆位相制御または傾斜制御による順位相制御を行なわせる制御手段とを具備していることにより、雑音の問題がないとともに、負荷の立ち上がり遅延の問題もない調光装置を提供することができる。
【０１１０】
請求項３の発明によれば、加えて第１の位相制御回路が、互いに逆極性に直列接続した一対の自己消弧形制御素子、および自己消弧形制御素子にそれぞれ逆並列接続した一対のダイオードを備えていることにより、第１の位相制御回路を集積化しやすくなり、コスト低下と小形化を図った調光装置を提供することができる。
【０１１１】
請求項４の発明によれば、加えて逆位相制御および順位相制御を選択的に行なえるように構成された位相制御回路と、交流電圧半波の前半部電圧と後半部電圧とを比較して、前半部電圧が後半部電圧より大きいときには位相制御回路に逆位相制御を行なわせ、後半部電圧が前半部電圧より大きいときには順位相制御を行なわせる制御手段とを具備していることにより、電源電圧波形の乱れが低減して同一電源に接続する電気機器の破壊を抑制する調光装置を提供することができる。
【０１１２】
請求項５の発明によれば、加えて逆位相制御動作を行なう第１の調光装置と、順位相制御を行なう第２の調光装置とを混在させたことにより、電源電圧波形の乱れが低減して同一電源に接続する電気機器の破壊を抑制するスタジオ、劇場などにおける調光システムを提供することができる。
【０１１３】
請求項６の発明によれば、加えて第１の位相制御回路が、互いに逆極性に直列接続した一対の自己消弧形制御素子、および自己消弧形制御素子にそれぞれ逆並列接続した一対のダイオードを備えていることにより、第１の位相制御回路を集積化しやすくなり、コスト低下と小形化を図った位相制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の調光装置の第１の実施形態を示す回路ブロック図
【図２】同じく第１の位相制御回路の回路図
【図３】同じく第２の位相制御回路の回路図
【図４】同じく負荷電流波形図
【図５】本発明の調光装置の第２の実施形態における負荷電流波形図
【図６】本発明の調光装置の第３の実施形態における負荷電流波形図
【図７】本発明の調光装置の第４の実施形態における負荷電流波形図
【図８】本発明の調光装置の第５の実施形態における第１の位相制御回路の回路図
【図９】本発明の調光装置の第６の実施形態を示す回路ブロック図
【図１０】同じくフローチャート
【図１１】本発明の調光装置の第７の実施形態を示す回路ブロック図
【図１２】本発明のスタジオ、劇場などにおける調光システムの一実施形態にける調光システムの全体を示す回路ブロック図
【図１３】同じく第２の調光装置を示す回路ブロック図
【図１４】同じく第１および第２の調光装置の導通角が９０°の場合の各部の電圧波形図
【図１５】同じく導通角が１５０°の場合の各部の電圧波形図
【図１６】同じく導通角が３０°の場合の各部の電圧波形図
【図１７】従来のスタジオ、劇場など多数の調光装置を設置する調光システムにおける電源電圧の乱れを示す波形図
【符号の説明】
ＡＳ…交流電源、ＣＣ…制御手段、ＣＤ…電流検出手段、ＤＭ…調光装置、ＩＬ…負荷、ＰＣ１…第１の位相制御回路、ＰＣ２…第２の位相制御回路、ｔ１…入力端子、ｔ２…入力端子、ｔ３…出力端子、ｔ４…出力端子
【発明の属する技術分野】
本発明は、調光装置およびスタジオ、劇場などにおける調光システムならびに位相制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スタジオ、劇場などで用いる調光装置は、主として白熱電球を交流点灯する際に、交流電圧を位相制御することにより調光するのが一般的である。従来のこの種の調光装置は、サイリスタを用いて位相制御を行なうように構成されているのが多い。この構成によれば、比較的大きな突入電流に耐える調光装置を得ることができる。
【０００３】
サイリスタを用いて行なう位相制御は、交流電圧半波の中間の所望位相でサイリスタをオン動作させると、当該半波の終期位相までオン動作が継続して、交流電圧半波の終期位相から初期位相に向けて導通位相角が形成される順位相制御方式である。そして、オン動作時の電流の立ち上がりが急峻な（ｄｉ／ｄｔが大きい）ため、負荷の白熱電球のフィラメントが雑音を発生するという問題がある。これを防止するためには、たとえば負荷回路にインダクタを直列に挿入してｄｉ／ｄｔを小さくするなどの格別の対策を講じる必要がある。
【０００４】
そこで、順位相制御において位相制御素子にＩＧＢＴなどの自己消弧形制御素子を用いるとともに、オン動作時の電流の立ち上がりを緩やかに、すなわち傾斜制御やリニア形などと称されるオン動作を行なうようにした調光装置が提案された。また、交流電圧波形の立ち上がりからオン動作させ、波形の中間の所望位相でオフ動作させることにより、初期位相から終期位相に向けて導通位相角が形成される位相制御を行なう逆位相制御方式にした調光装置も提案された。これらの調光装置によれば、雑音の問題が解決される。
【０００５】
一方、スタジオ、劇場などに設備される調光システムにおいては、多数の調光装置を並列的に接続して多様な調光シーンを演出可能にしている。従来のこの種の調光システムにおいては、多数の調光装置の実質的全部を逆位相制御方式および順位相制御方式のいずれか一方に統一された構成となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、白熱電球を冷却状態で点灯すると、フィラメントの構成材料であるタングステンの抵抗−温度特性が比較的大きな勾配の正特性を有しているために、定格ランプ電流の数倍から数十倍もの突入電流が数サイクルにわたって流れる。
【０００７】
これに対して、サイリスタは上記のような突入電流に耐えられるように設計されているが、ＩＧＢＴなどの自己消弧形制御素子はこれに耐えられないのが現状である。そのため、自己消弧形制御素子に上記の突入電流を許容するには、定格ランプ電流より相当に大きな定格電流を有する大形の素子を用いる必要があり、コストとサイズ面で極めて不利になる。これに対して、負荷電流を帰還して、突入電流が発生した際に、負荷電流を最大瞬間許容電流以下に強制的に絞るように制御することも考えられる。ところが、このように構成すると、電源投入時に所要の電力を投入するまでに長時間を要し、白熱電流の光束立ち上がりが遅くなってしまい、舞台照明などとしての演出効果を自由に発揮させることができなくなるという問題があり、実用的でない。
【０００８】
また、従来のスタジオ、劇場など多数の調光装置を設置する調光システムにおいて、多数の調光装置のオン動作の位相が、図１７の（ａ）に示すように、たとえば９０°に集中すると、電源電圧が瞬間的に乱れることがあった。すなわち、調光装置が順位相制御方式の場合は、同じく（ｂ）においてｓ２によって示すように、電源電圧が瞬間的に落ち込む。また、順位相制御方式の場合は、同じく（ｃ）のように位相制御されると、（ｄ）においてｓ１によって示すように、電源電圧が瞬間的に上昇する。このような電源電圧波形の乱れによって、調光装置や同一電源に接続する他の電気機器が破壊されることがあった。
【０００９】
本発明は、負荷電流が所定値以下のときに自己消弧形制御素子を備えた第１の位相制御回路に位相制御を行なわせ、負荷電流が所定値を超えたときにのみサイリスタを備えた第２の制御回路に位相制御を行なわせることで、雑音の問題がないとともに、負荷の立ち上がり遅延の問題もない調光装置およびこれを用いたスタジオ、劇場などの調光システムならびに位相制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、上記に加えて調光システムが接続する電源に接続する他の電気機器が破壊されにくい調光装置およびこれを用いた調光システムならびに位相制御装置を提供することを副次的な目的とする。
【００１１】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の調光装置は、交流電源ラインに挿入されて交流電圧を位相制御する自己消弧形制御素子を備えた第１の位相制御回路と；交流電源ラインに挿入されて交流電圧を位相制御するサイリスタを備えた第２の位相制御回路と；負荷電流を検出する負荷電流検出手段と；電源電圧の毎半波において第１の位相制御回路に逆位相制御または傾斜制御による順位相制御を行なわせるとともに、負荷電流検出手段により検出される負荷電流が所定値に到達したら第１の位相制御回路に代わって第２の位相制御回路に順位相制御を行なわせ、負荷電流が所定値より小さくなったときの次の半サイクルから再び第１の位相制御回路に逆位相制御または傾斜制御による順位相制御を行なわせる制御手段と；を具備していることを特徴としている。
【００１２】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。本発明の調光装置は、位相制御回路およびこれを直接制御する制御手段を構成要件とするパワー回路部分いわゆる調光ユニットの構成に関するものであり、実際には照明を演出する調光制御回路部分を付加して使用されることが多い。しかし、本発明は、このような組み合わせに限定されるものではない。
【００１３】
＜第１の位相制御回路について＞ 第１の位相制御回路は、自己消弧形制御素子を備えていて、後述する制御手段により制御されて逆位相制御または順位相制御により位相制御を行なう。自己消弧形制御素子としては、たとえばＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＳＩＴなどを用いることができる。位相制御は、逆位相制御および順位相制御のいずれか一方、または両方を適宜組み合わせてもよい。なお、順位相制御の際には、電流の立ち上がりを傾斜的に増加させる、いわゆる傾斜制御換言すればリニア形のオン動作を行なうものとする。また、逆位相制御の際には、電流の立ち下り時に電流を傾斜的に低減する、いわゆる傾斜制御を行なうことができる。第１の位相制御回路における位相制御動作は、後述する制御手段により制御される。
【００１４】
交流電源電圧を位相制御するための回路構成は、特定の回路に限定されない。たとえば、一対の自己消弧形制御素子を逆極性に直列接続し、一対の自己消弧形制御素子のそれぞれにダイオードを逆極性に並列接続した構成やダイオードブリッジの対向する一対の頂点間に一つの自己消弧形制御素子を接続した構成などを用いることができる。
【００１５】
＜第２の位相制御回路について＞ 第２の位相制御回路は、交流電源ラインに挿入されて交流電圧半波の所望位相でオン動作するサイリスタを備えている。したがって、第２の位相制御回路における位相制御は順位相制御である。なお、位相制御は、後述する制御手段により制御される。
【００１６】
交流電源電圧を位相制御するための回路構成は、特定の回路に限定されない。典型的には、一対のサイリスタを逆並列接続した構成などを用いることができる。
【００１７】
＜負荷電流検出手段について＞ 負荷電流検出手段は、文字どおり負荷電流を検出する手段である。負荷電流を検出するための具体的な手段は特定の構成に限定されない。たとえば、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、負荷電流検出手段の挿入位置は、負荷電流を検出可能であれば特定の回路位置に限定されない。たとえば、調光装置の出力端と第１および第２の位相制御回路との間に直列的に挿入することが望ましい。しかし、要すれば、一対の電流検出手段を第１および第２の位相制御回路のそれぞれに直列に接続することにより分散して配設することもできる。
【００１８】
そうして、負荷電流検出手段の検出出力は、後述する制御手段に制御入力して、所要の制御動作を行なわせる。
【００１９】
＜制御手段について＞ 制御手段は、負荷電流検出手段の検出出力に応動して、第１および第２の位相制御回路の位相制御動作を電源投入時および定常時にわたり協調的に制御する。すなわち、電源電圧の毎半波において最初に第１の位相制御回路による位相制御を行なわせるとともに、負荷電流検出手段により検出される負荷電流が所定値に到達したら第１の位相制御回路に代わって第２の位相制御回路に位相制御を行なわせ、負荷電流が所定値より小さくなったときの次の半サイクルから再び第１の位相制御回路による位相制御を行なわせるように第１および第２の位相制御回路を相関的に制御する。したがって、第１の位相制御回路に流れる負荷電流が所定値より小さくなった場合には、当該半サイクルすなわち電源電圧の半波の全期間にわたって第１の位相制御回路のみが作動して、第２の位相制御回路は作動しない。
【００２０】
また、制御手段は、第１の位相制御回路に対して逆位相制御および順位相制御のいずれの動作態様を選択して動作させるように制御してもよい。たとえば、電源投入時の最初の半サイクルは、逆位相制御を行なわせ、次の半サイクルからは順位相制御を行なわせるように制御することができる。そして、負荷に通流する電流が所定値に到達したら、第１の位相制御回路の位相制御動作を停止させて、第２の位相制御回路を作動させる。また、電源投入時に突入電流が収まったり、定常時に所定値を超える負荷電流が調光操作により絞られたりして、負荷電流が途中で所定値より小さくなると、第１の位相制御回路のみが作動して位相制御が行なわれる。この場合、負荷電流が所定値より小さくなったときの次の半サイクルから第１の位相制御回路を逆位相制御に切り換えさせることができる。しかし、要すれば、引き続き傾斜制御による順位相制御層制御を行なうように制御してもよい。
【００２１】
なお、電流の所定値は、第１の位相制御回路における自己消弧形制御素子の最大瞬間許容電流値を超えない範囲に設定される。
【００２２】
次に、制御手段は、第２の位相制御回路に対して負荷回路に通流する電流が所定値を超える範囲において順位相制御を行なわせる。すなわち、電源投入時には、第１の位相制御回路における位相制御に続いて最初の半サイクルまたは次の半サイクルから所定値を超える範囲で位相制御を引き継ぐ。
【００２３】
＜本発明の作用について＞ 本発明においては、電源電圧の毎半波において、負荷電流が所定値以下のときには第１の位相制御回路が位相制御を担当するとともに、第１および第２の位相制御回路が制御手段によって制御されて互いに協調的に動作する。すなわち、電源電圧の毎半波において、最初第１の位相制御回路が作動して負荷電流を位相制御する。しかし、たとえば負荷の白熱電球が冷却状態のときに調光装置に対して交流電源が投入された瞬間すなわち電源投入時においては、突入電流が流れるため、第１の位相制御回路を流れる負荷電流が所定値に到達すると、負荷電流検出手段がこれを検出し、制御手段が第１の位相制御回路の動作を停止させ、代わりに第２の位相制御回路を作動させる。このため、所定値を超える負荷電流は、第２の位相制御回路を流れることになる。
【００２４】
制御手段は、電源投入時の最初の半サイクルにおいて、第１の位相制御回路に逆位相制御動作を行なわせることができる。この態様においては、負荷電流が突入電流となって大きくなるが、電流が正弦波状に増加して、電流の立ち上がりが緩やかになるから、白熱電球からの雑音発生をすこぶる良好に抑制することができる。
【００２５】
しかし、本発明においては、第１の位相制御回路が最初の半サイクルから順位相制御するように制御手段が制御する態様も許容されるが、このような態様であったとしても、第１の位相制御回路は、自己消弧形制御素子を備えるとともに、傾斜制御されるので、逆位相制御の場合にはおよばないものの雑音発生を良好に抑制することができる。
【００２６】
電源投入時の突入電流は、フィラメントの抵抗値が小さいため、大きくなり、最大瞬間許容電流に近い値に予め設定された所定値に到達すると、負荷電流検出手段がこれを検出して制御手段に制御入力する。そのとき制御手段は、第１の位相制御回路の動作を停止させ、次に第２の位相制御回路を動作させる。そして、第２の位相制御回路は、最初の半サイクルまたは次の半サイクルから所定値を超える範囲で順位相制御動作を行なう。
【００２７】
最初の半サイクルから第２の位相制御回路が作動するような負荷電流が流れようとする場合、第１の位相制御回路が逆位相制御によるときは、所定値までの負荷電流が半サイクルの前半期間に流れ、後半期間に再び所定値までの負荷電流が傾斜制御されて流れ、引き続いて所定値を超える分の負荷電流が第２の位相制御回路により流れる。また、第１の位相制御回路が順位相制御を行なうときは、負荷電流が傾斜制御されて所定値まで立ち上がり、引き続いて第２の位相制御回路の順位相制御動作により所定値を超える分の負荷電流が流れる。
【００２８】
次の半サイクルから第２の位相制御回路が作動する場合であって、かつ第１の位相制御回路が逆位相制御動作を行う場合、最初の半サイクルは所定値までの負荷電流のみが第１の位相制御回路の逆位相制御により流れ、次の半サイクルから所定値までの間は、第１の位相制御回路が順位相制御動作を行って傾斜制御された負荷電流が立ち上がり、引き続いて第２の位相制御回路により所定値を超える負荷電流が流れる。
【００２９】
本発明においては、電源投入時の突入電流が数サイクルで収まり、定常状態になっても、所定値を超えるまでは第１の位相制御回路が位相制御を担当し、所定値を超えると、第２の位相制御回路が位相制御を担当する。したがって、負荷電流が所定値を超える範囲の場合、各半サイクルの中で最初に第１の位相制御回路が順位相制御動作をして、傾斜制御された負荷電流が所定値まで流れ、引き続いて第２の位相制御回路による立ち上がりの急峻な電流が流れるが、所定値を越える分の後者の電流は比較的小さくできるとともに、上記のように所定値までの傾斜制御された負荷電流が急峻な立ち上がりの所定値を越える分の後者の電流の前に連続しているので、雑音発生に与える影響が少なくなる。
【００３０】
また、電源投入時および定常時のいずれにおいても、負荷電流が所定値より小さくなると、次の半サイクルから再び第１の位相制御回路のみが作動する。このような場合には、第１の位相制御回路が逆位相制御を行なうように制御することができる。これにより、白熱電球の雑音発生をより一層良好に抑制することができる。
【００３１】
以上の説明にもかかわらず、本発明において、所定値をどのような値に設定するかは、任意である。すなわち、定常時の最大負荷電流を超える範囲たとえば突入電流を所定値として設定してもよいし、最大負荷電流以下に所定値を設定してもよい。前者の場合、第１の位相制御回路は、定常時における負荷電流を担当し、第２の位相制御回路は、突入電流を担当する。また、後者の場合、第１の位相制御回路は、定常時における負荷電流のうち低電流レベルの領域を担当する。そして、第２の位相制御回路は、突入電流を含む高電流レベルの領域を担当する。
【００３２】
以上説明した本発明は、以下の特長を有する。
【００３３】
１．白熱電球が雑音を発生しない。
【００３４】
電源投入時および定常時のいずれにおいても、電源電圧の毎半波において、最初に第１の位相制御回路が負荷電流の所定値までの範囲で位相制御を担当し、第１の位相制御回路は自己消弧形制御素子を備えているので、逆位相制御または傾斜制御の順位相制御により、負荷電流の立ち上がりが緩やかに（ｄｉ／ｄｔが小さく）なり、白熱電球が雑音を発生しなくなる。
【００３５】
２．負荷の立ち上がりの遅延が発生しない。
【００３６】
第１の位相制御回路を流れる負荷電流が所定値に達すると、第１の位相制御回路の動作が停止され、第２の位相制御回路が代わって引き続き位相制御動作を継続するので、電源投入時に所要の電力を速やかに投入することができ、負荷の立ち上がりが遅延することはない。
【００３７】
３．自己消弧形制御素子が破損しにくい。
【００３８】
自己消弧形制御素子を電源投入時および定常時を通じて常に最大瞬間許容電流値以下で使用できるので、自己消弧形制御素子が破損しにくい。
【００３９】
４．定格電流値の比較的小さな自己消弧形制御素子を採用できる。
【００４０】
傾斜制御によるオン動作を行なうことで白熱電球の雑音発生を抑制可能な範囲内であれば、第１の位相制御回路が担当する負荷電流をなるべく小さく設定することができる。したがって、定格電流値の比較的小さな自己消弧形制御素子を採用できる。
【００４１】
請求項２の発明の調光装置は、交流電源に接続する入力端と；負荷を接続する出力端と；交流電圧波形を位相制御する自己消弧形制御素子を備えるとともに、入力端および出力端の間に直列に挿入された第１の位相制御回路と；交流電圧波形位相制御するサイリスタを備えるとともに、第１の位相制御回路に並列接続した第２の位相制御回路と；出力端に流れる負荷電流を検出する負荷電流検出手段と；電源電圧の毎半波において第１の位相制御回路に逆位相制御または傾斜制御による順位相制御を行なわせるとともに、負荷電流検出手段により検出される負荷電流が所定値に到達したら第１の位相制御回路に代わって第２の位相制御回路に順位相制御を行なわせ、負荷電流が所定値より小さくなったときの次の半サイクルから再び第１の位相制御回路に逆位相制御または傾斜制御による順位相制御を行なわせる制御手段と；を具備していることを特徴としている。
【００４２】
本発明は、請求項１とほぼ同様な技術範囲を主として回路接続により規定している。
【００４３】
請求項３の発明の調光装置は、請求項１または２記載の調光装置において、第１の位相制御回路は、互いに逆極性に直列接続した一対の自己消弧形制御素子、および自己消弧形制御素子にそれぞれ逆並列接続した一対のダイオードを備えていることを特徴としている。
【００４４】
本発明は、第１の位相制御回路の好適な回路構成を規定している。本発明の構成によれば、第１の位相制御回路を集積化しやすくなり、コスト低下と小形化を図ることができる。
【００４５】
請求項４の発明の調光装置は、請求項１ないし３のいずれか一記載の調光装置において、交流電圧波形を位相制御する自己消弧形制御素子を備えるとともに、入力端および出力端の間に直列に挿入された第１の位相制御回路と、交流電圧波形位相制御するサイリスタを備えるとともに、第１の位相制御回路に並列接続した第２の位相制御回路とを備え、逆位相制御および順位相制御を選択的に行なえるように構成された位相制御回路を具備し；制御手段は、電源電圧半波の前半部電圧と後半部電圧とを比較して、前半部電圧が後半部電圧より大きいときには位相制御回路に逆位相制御を行なわせ、後半部電圧が前半部電圧より大きいときには順位相制御を行なわせる；ことを特徴としている。
【００４６】
位相制御回路は、逆位相制御および順位相制御を行なう部分を単一構成の位相制御回路で構成してもよいし、それぞれ異なる位相制御回路を用いて構成してもよい。前者は、第１の位相制御回路で構成することができる。後者は、自己消弧形制御形素子を用いて逆位相制御回路を第１の位相制御回路で構成し、順位相制御回路を第２の位相制御回路で構成することができる。また、請求項１ないし３に規定する調光装置の制御態様を用いることができる。
【００４７】
制御手段は、電流電圧半波の前半部と後半部とを比較して、前半部の電圧が高いときには、位相制御回路を逆位相制御動作させる。また、後半部の電圧が高いときには、順位相制御動作をさせる。
【００４８】
制御手段を以下に示す第１ないし第３の手段によって構成することができる。第１の手段は、電流電圧半波の前半部と後半部とを比較する。第２の手段は、両者の電圧を判定する。第３の手段は、判定結果にしたがって位相制御回路を所定に制御する。なお、これらの手段をコンパクトに構成するために、マイコンを用いることができる。この場合、第１の手段は、電流電圧半波の前半部と後半部とを比較するために、前半部の電圧値を記憶するメモリを備えることができる。また、メモリから電圧半波の前半部の電圧値を読み出して、後半部の電圧と比較演算するためのプログラムをメモリに記憶しておくことができる。第２の手段は、判定を実行するプログラムと、演算結果と照合して判定結果すなわち制御内容を決定するためのテーブルデータをメモリに記憶しておくことができる。第３の手段は、判定結果に従って所要の制御を実行するプログラムをメモリに記憶しておくことができる。
【００４９】
そうして、スタジオ、劇場などの多数の調光装置が設置されている施設において本発明の調光装置を少なくとも一部好ましくは約半数以上用いることにより、順位相制御による負荷電流と、逆位相制御による負荷電流とをそれぞれ約半分にすることができる。このため、位相制御によって電源電圧に生じる乱れを最小限に低減することができる。これをさらに詳述すれば以下のとおりである。
【００５０】
すなわち、電源電圧半波の前半部の電圧が高いときは、逆位相制御による調光の負荷が少ないことを意味する。このような場合には、本発明による調光装置が逆位相制御動作をするように制御する。そうすれば、逆位相制御による負荷電流が増加して、順位相制御による負荷電流とバランスがとれるようになる。反対に、電源電圧半波の後半部の電圧が高いときには、順位相制御による調光の負荷が少ないことを意味する。このような場合には、本発明の調光装置が順位相制御動作をするように制御する。そうすれば、順位相制御による負荷電流が増加して、逆位相制御による負荷電流とバランスがとれるようになる。
【００５１】
順位相制御による負荷電流と逆位相制御による負荷電流がバランスすれば、導通角が９０°に集中したときに、導通時に電圧が瞬間的に落ち込む順位相制御による電源電圧の乱れと、導通時に電圧が瞬間的に高くなる逆位相制御による電源電圧の乱れとが互いに相殺し合うので、電源電圧の乱れが解消する。また、導通角が９０°以外の角度に集中したときに、上記のそれぞれの位相に電源電圧の乱れが分散する。このため、電圧の乱れが小さくなり、同一電源に接続する他の電気機器に対する影響が小さくなる。
【００５２】
請求項５の発明のスタジオ、劇場などにおける調光システムは、逆位相制御を行なう請求項１ないし３のいずれか一記載の第１の調光装置と；
順位相制御を行なう請求項１ないし３のいずれか一記載の第２の調光装置と；を混在させたことを特徴としている。
【００５３】
第１の調光装置には、請求項１ないし３のいずれか一記載の調光装置を用いて逆位相制御を行なわせる。しかし、要すれば、請求項４に規定する調光装置を用いることもできる。
【００５４】
第２の調光装置には、請求項１ないし３のいずれか一記載の調光装置を用いて順位相制御を行なわせる。しかし、要すれば、請求項４に規定する調光装置を用いることもできる。
【００５５】
したがって、請求項４に規定する調光装置を用いる場合、全部または過半数の調光装置に請求項４に規定する調光装置を用いることができる。
【００５６】
第１および第２の調光装置の構成比率は、それぞれ５０％が最適である。しかし、一般的には３０〜７０％の範囲まで許容され、４０〜６０％の範囲であれば、好適である。
【００５７】
そうして、本発明においては、同一電源に接続する多数の調光装置が上記のように構成されていることにより、複数の調光装置の導通角が特定の角度に集中したときでも、電源電圧波形の乱れが相殺して解消し、あるいは半波の位相期間の前後に分散するので、電源電圧波形の乱れが軽減する。その結果、同一電源に接続する他の電気機器の破壊を低減することができる。
【００５８】
請求項６の発明の位相制御装置は、互いに逆極性に直列接続した一対の自己消弧形制御素子、および自己消弧形制御素子にそれぞれ逆並列接続した一対のダイオードを備えている第１の位相制御回路と；交流電圧波形位相制御するサイリスタを備えるとともに、第１の位相制御回路に並列接続した第２の位相制御回路と；出力端に流れる負荷電流を検出する負荷電流検出手段と；第１の位相制御回路による逆位相制御または傾斜制御による順位相制御および第２の位相制御回路による順位相制御を選択的に行なうとともに、電源電圧の毎半波において最初に第１の位相制御回路による逆位相制御または傾斜制御による順位相制御を行なわせ、負荷電流検出手段により検出される負荷電流が所定値に到達したら第１の位相制御回路に代わって第２の位相制御回路に順位相制御を行なわせ、負荷電流が所定値より小さくなったときの次の半サイクルから再び第１の位相制御回路に逆位相制御または傾斜制御による順位相制御を行なわせる制御手段と；を具備し、主として白熱電球を交流点灯することを特徴としている。
【００５９】
本発明において、第１の位相制御回路は、請求項１ないし４の発明における第１の位相制御回路についての説明と同様である。また、第２の位相制御回路は、請求項１、２および４の発明における第２の位相制御回路についての説明と同様である。
【００６０】
制御手段は、電源電圧の毎半波において所定値以下のときには、第１の位相制御回路に対して逆位相制御および順位相制御のいずれかの動作態様を選択して動作させるように制御する。たとえば、電源投入時の最初の半サイクルは、逆位相制御を行なわせ、次の半サイクルからは順位相制御を行なわせるように制御することができる。そして、負荷に通流する電流が所定値に到達したら、第１の位相制御回路の位相制御動作を停止させて、第２の位相制御回路を作動させる。第２の位相制御回路は、順位相制御動作を行ない、所定値を超える負荷電流を負荷に流す。また、電源投入時に突入電流が収まったり、定常時に所定値を超える負荷電流が調光操作により絞られたりして、負荷電流が途中で所定値より小さくなると、次の半サイクルから第１の位相制御回路のみが作動して位相制御が行なわれる。この場合、負荷電流が所定値より小さくなったときの次の半サイクルから第１の位相制御回路を逆位相制御に切り換えさせることができる。しかし、要すれば、引き続き傾斜制御による順位相制御層制御を行なうように制御してもよい。
【００６１】
そうして、本発明においては、第１の位相制御回路に流れる負荷電流が所定値以下の場合には、当該半サイクルの全期間にわたって第１の位相制御回路のみが作動して、第２の位相制御回路は作動しない。
【００６２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００６３】
図１ないし図４は、本発明の調光装置の第１の実施形態を示し、図１は回路ブロック図、図２は第１の位相制御回路の回路図、図３は第２の位相制御回路の回路図、図４は負荷電流波形図である。本実施形態は、請求項１ないし３に相当する。
【００６４】
図１において、ＡＳは交流電源、ＤＭは調光装置、ＩＬは負荷である。
【００６５】
交流電源ＡＳは、商用交流電源などからなる。
【００６６】
調光装置ＤＭは、入力端子ｔ１、ｔ２、第１の位相制御回路ＰＣ１、第２の位相制御回路ＰＣ２、電流検出手段ＣＤ、出力端子ｔ３、ｔ４および制御手段ＣＣからなる。
【００６７】
入力端子ｔ１、ｔ２は、交流電源ＡＳに接続され、調光装置ＤＭの内部では交流電源ラインｌ１、ｌ２に接続している。
【００６８】
第１の位相制御回路ＰＣ１は、一方の交流電源ラインｌ１に直列に挿入されて交流電圧を位相制御する自己消弧形制御素子を備えている。本実施形態においては、図２に示すように、一対の自己消弧形制御素子Ｑ１、Ｑ２および一対のダイオードＤ１、Ｄ２からなる。そして、一対の自己消弧形制御素子Ｑ１、Ｑ２は、たとえばＩＧＢＴからなり、互いに逆極性に、かつ、交流電源ラインｌ１に直列に接続している。また、一対のダイオードＤ１、Ｄ２は、それぞれの自己消弧形制御素子Ｑ１、Ｑ２に逆並列に接続している。
【００６９】
第２の位相制御回路ＰＣ２は、一方の交流電源ラインｌ１に直列に挿入され、したがって第１の位相制御回路ＰＣ１に並列に接続して交流電圧を位相制御するサイリスタを備えている。本実施形態においては、図３に示すように、一対のサイリスタＴ１、Ｔ２からなる。そして、一対のサイリスタＴ１、Ｔ２は、互いに逆並列接続している。
【００７０】
負荷電流検出手段ＣＤは、電流変成器からなり、第１および第２の位相制御回路ＰＣ１、ＰＣ２と出力端子ｔ３との間において交流電源ラインｌ１に磁気結合している。そして、負荷電流を検出して、後述する制御手段ＣＣに制御入力する。
【００７１】
出力端子ｔ３は、第１および第２の位相制御回路ＰＣ１、ＰＣ２の出力端側において交流電源ラインｌ１に接続している。出力端子ｔ４は、他方の交流電源ラインｌ２を経由して入力端子ｔ２に接続している。
【００７２】
制御手段ＣＣは、マイコンを含んで構成され、交流電源ＡＳから付勢されて作動して、第１および第２の位相制御回路ＤＭ１、ＤＭ２が協調し合うように制御する。すなわち、電源電圧半波に対して最初に第１の位相制御回路ＰＣ１による位相制御を行なわせる。負荷電流検出手段ＣＤにより検出される負荷電流が所定値に到達したら第１の位相制御回路ＰＣ１に代わって第２の位相制御回路ＰＣ２に位相制御を行なわせる。
【００７３】
負荷ＩＬは、白熱電球からなる。
【００７４】
次に、図１および図４を参照して、本実施形態の調光装置の回路動作について説明する。負荷ＩＬが冷却状態のときに調光装置ＤＭに対する交流電源ＡＳを投入すると、制御手段ＣＣは、最初の電源電圧半波において、第１の位相制御回路ＰＣ１に逆位相制御動作を行なわせる。負荷ＩＬは、冷却状態なので、フィラメントの抵抗が小さくなっているため、大きな突入電流が正弦波状に流れようとする。
【００７５】
ところが、負荷電流が予め設定された所定値−ｐｖに達すると、電流検出手段ＣＤからの制御入力により制御手段ＣＣは、第１の位相制御回路ＰＣ１の逆位相制御動作を順位相制御動作に切り換える。第１の位相制御回路ＰＣ１による順位相制御は、自己消弧形制御素子Ｑ１、Ｑ２による傾斜制御によるオン動作の下で行なわれるように構成されている。そうして、第１の位相制御回路ＰＣ１が順位相制御動作を開始すると、最初の半波の中で再び突入電流が流れようとする。
【００７６】
しかし、第１の位相制御回路ＰＣ１に流れる負荷電流は、傾斜して立ち上がりながら所定値−ｐｖに到達すると、制御手段ＣＣは、第１の位相制御回路ＰＣ１の位相制御動作を停止させる。そして、第２の位相制御手段ＰＣ２を引き続いて動作させる。
【００７７】
第２の位相制御手段ＰＣ２は、第１の位相制御回路ＰＣ１の位相制御動作に連続して最初の半波から順位相制御動作を開始するので、所定値−ｐｖを超える範囲の負荷電流のみを担当することになる。
【００７８】
その結果、所定値−ｐｖまでの傾斜立ち上がりの負荷電流に連続して所定値−ｐｖを超える急峻な立ち上がりの負荷電流が出力端子ｔ３、ｔ４から負荷ＩＬに供給される。負荷ＩＬの白熱電球は、所定値−ｐｖまでの傾斜立ち上がりの負荷電流により雑音発生が大幅に抑制される。
【００７９】
以上説明したように、最初の電源電圧半波においては、逆位相制御による正弦波状に立ち上がる所定値までの負荷電流と、順位相制御による傾斜制御された所定値以上の突入電流とが流れる。
【００８０】
次に、電源電圧の極性が反転すると、再び第１の位相制御回路ＰＣ１が順位相制御動作を行なうので、所定値＋ｐｖまでの傾斜立ち上がりの所定値までの負荷電流が流れると、制御手段ＣＣは第１の位相制御回路ＰＣ１の動作を停止する。同時に第２の位相制御回路ＰＣ２の動作を開始させる。
【００８１】
その結果、所定値までの傾斜立ち上がりの順位相制御による電流と、これに連続した急峻な立ち上がりの順位相制御による所定値を超える電流とからなる突入電流が負荷ＩＬに供給される。そうして、最初の半波から数サイクルの間突入電流が流れる間、第１および第２の位相制御回路ＰＣ１、ＰＣ２が協調的に交互に位相制御動作を行なう。
【００８２】
突入電流が減衰して負荷電流が所定値＋ｐｖ、−ｐｖを下回ると、第１の位相制御回路ＰＣ１のみが専ら位相制御動作を行なう。そして、負荷電流が所定値＋ｐｖ、−ｐｖを下回った次の半波からは、制御手段ＣＣは、第１の位相制御回路ＰＣ１を逆位相制御動作に切り換える。
【００８３】
以下、図５ないし図９を参照して、本発明の他の実施形態を説明する。各図において、図１ないし図４と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【００８４】
図５は、本発明の調光装置の第２の実施形態における負荷電流波形図である。本実施形態は、電源投入時の最初の電源電圧半波において、制御手段ＣＣにより制御されて、第１の位相制御回路ＰＣ１が所定値までの負荷電流について逆位相制御のみを行なうように構成されている。次の電源電圧半波から図４に示すのと同様な回路動作を行なう。
【００８５】
図６は、本発明の調光装置の第３の実施形態における負荷電流波形図である。本実施形態は、図４との対比により理解しやすいが、突入電流が減衰して負荷電流が所定値＋ｐｖ、−ｐｖを下回ると、第１の位相制御回路ＰＣ１のみが専ら位相制御動作を行なう際に、制御手段ＣＣは、第１の位相制御回路ＰＣ１を引き続き順位相制御動作を継続させるように構成されている。
【００８６】
図７は、本発明の調光装置の第４の実施形態における負荷電流波形図である。本実施形態は、図５との対比により理解しやすいが、電源投入時の最初の電源電圧半波において、制御手段ＣＣにより制御されて、第１の位相制御回路ＰＣ１が所定値までの負荷電流について逆位相制御のみを行なうように構成されているとともに、突入電流が減衰して負荷電流が所定値＋ｐｖ、−ｐｖを下回ると、第１の位相制御回路ＰＣ１のみが専ら位相制御動作を行なう際に、制御手段ＣＣは、第１の位相制御回路ＰＣ１を引き続き順位相制御動作を継続させるように構成されている。
【００８７】
図８は、本発明の調光装置の第５の実施形態における第１の位相制御回路の回路図である。本実施形態において、第１の位相制御回路ＰＣ１は、ダイオードブリッジ回路ＤＢおよび単一の自己消弧形制御素子から構成されている。すなわち、ダイオードブリッジＤＢの一方の対向する頂点間に自己消弧形制御素子Ｑを接続し、他方の対向する頂点間を交流電源ラインｌ１に直列に挿入している。なお、回路動作は、図２と同様である。
【００８８】
以下、図９ないし図１６を参照して、本発明の調光装置さらに他の実施形態および本発明のスタジオ、劇場などにおける調光システムの実施形態について説明する。なお、図１ないし図３と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【００８９】
図９および図１０は、本発明の調光装置の第６の実施形態を示し、図９は回路ブロック図、図１０はフローチャートである。本実施形態は、請求項４の発明に相当する。図において、ＰＣは位相制御回路、ＶＤは電源電圧検出手段である。
【００９０】
位相制御回路ＰＣは、図２や図８に示すような自己消弧形制御素子およびダイオードを主体としていて、逆位相制御および順位相制御を選択的に行なえるように構成されている。
【００９１】
電源電圧検出手段ＶＤは、電源電圧を検出して、制御手段ＣＣに制御入力する。
【００９２】
制御手段ＣＣは、電源電圧検出手段ＶＤにより検出された電源電圧の前半部と後半部とを比較して、その差に応じて位相制御回路ＰＣを逆位相制御および順位相制御のいずれかに選択する。すなわち、図１０のフローチャートに示すように、電源電圧をＡ／Ｄ変換してから、電源電圧の前半部Ｖ（０−９０°）が後半部Ｖ（９０−１８０°）より高いか否かを判定する。その結果、前半部Ｖ（０−９０°）が後半部Ｖ（９０−１８０°）より高いときには、位相制御回路ＰＣに逆位相制御動作を行なわせる。反対に、後半部の方が高いときには、位相制御回路ＰＣに順位相制御動作を行なわせる。
【００９３】
図１１は、本発明の調光装置の第７の実施形態を示す回路ブロック図である。本実施形態もまた請求項４の発明に相当する。そして、逆位相制御回路ＰＣａおよび順位相制御回路ＰＣｂが並列接続することによって位相制御回路ＰＣが構成されている。
【００９４】
そうして、位相制御回路ＰＣが逆位相制御動作を行なうときには、順位相制御回路ＰＣｂの回路動作が制御手段ＣＣにより停止される。反対に、位相制御回路ＰＣが順位相制御動作を行なうときには、逆位相制御回路ＰＣａの回路動作が制御手段ＣＣにより停止される。
【００９５】
図１２ないし図１６は、本発明のスタジオ、劇場などにおける調光システムの一実施形態を示し、図１２は調光システムの全体を示す回路ブロック図、図１３は第２の調光装置を示す回路ブロック図、図１４は第１および第２の調光装置の導通角が９０°の場合の各部の電圧波形図、図１５は同じく導通角が１５０°の場合の各部の電圧波形図、図１６は同じく導通角が３０°の場合の各部の電圧波形図である。本実施形態は、請求項５の発明に相当する。
【００９６】
まず、図１２を参照して、調光システムの全体を説明する。図において、ＡＳは３相スター結線交流電源、ＭＢは主幹ブレーカ、ＢＢは配線母線、ＣＢは負荷ブレーカ、ＤＭ１は第１の調光装置、ＤＭ２は第２の調光装置、ＩＬは負荷である。
【００９７】
３相スター結線交流電源ＡＳは、Ｒ、Ｓ、Ｔが３相の各相線、Ｎが中性線である。
【００９８】
主幹ブレーカＭＢは、３相スター結線交流電源ＡＳと後述する配線母線ＢＢとの間に介在する。
【００９９】
配線母線ＢＢは、主幹ブレーカＭＢを経由して３相スター結線交流電源ＡＳのＲ、Ｓ、Ｔ相および中性線Ｎに接続している。
【０１００】
負荷ブレーカＣＢは、第１および第２の調光装置ＤＭ１、ＤＭ２と配線母線ＢＢとの間に介在して、各調光装置ＤＭ１、ＤＭ２を個別に開閉する。
【０１０１】
第１の調光装置ＤＭ１は、逆位相制御を行なう調光装置である。第１の調光装置ＤＭ１は、図９に示すのと同じ回路構成を具備していて、多数の第１および第２の調光装置ＤＭ１、ＤＭ２の全体の可動状況に応じて逆位相制御ばかりでなく、場合によっては順位相制御動作を行なう。
【０１０２】
第２の調光装置ＤＭ２は、順位相制御を行なう調光装置である。そして、その回路構成は、図１３に示すように、一対のサイリスタＴ１、Ｔ２の逆並列回路からなる順位相制御回路ＰＣｂとインダクタＬとを直列に接続して、一方の交流電源ラインｌ１に挿入している。順位相制御回路ＰＣｂは、制御手段ＣＣにより制御される。
【０１０３】
負荷ＩＬは、各調光装置ＤＭ１、ＤＭ２にそれぞれ接続されている。
【０１０４】
次に、図１３ないし図１６に示す各部の電圧波形図を参照しながら調光システムの動作について説明する。なお、各図において、（ａ）は第１の調光装置ＤＭ１の出力電圧波形、（ｂ）は第２の調光装置ＤＭ２の出力電圧波形、（ｃ）は電源電圧波形である。
【０１０５】
図１４に示すように、多数の調光装置ＤＭ１、ＤＭ２が揃って９０°の導通角で使用された場合、第１の調光装置ＤＭ１は初期位相から導通して位相角９０°でオフ動作を行なう。オフ動作時には電源電圧が瞬間的に増大する。これに対して、第２の調光装置ＤＭ２は、初期位相からオフ状態にあり、９０°のときにオン動作を行なう。その際に、電源電圧が瞬間的に低下する。第１の調光装置ＤＭ１は、図９において説明したように、前半部と後半部の電源電圧の差に応じて逆位相制御動作と順位相制御動作とを自動的に切り換えるので、調光システム全体の稼動中の調光装置を逆位相制御と順位相制御とにバランスよく２分するため、上述した電源電圧波形の乱れが相殺される。
【０１０６】
図１５に示すように、多数の調光装置ＤＭ１、ＤＭ２が揃ってたとえば１５０°の導通角で使用された場合、第１の調光装置ＤＭ１は位相角１５０°でオフ動作、第２の調光装置ＤＭ２は位相角３０°でオン動作をするため、電源電圧の増大する乱れｓ１と低下する乱れｓ２が位相角１５０°と３０°に分散するので、小さくなる。
【０１０７】
図１６に示すように、多数の調光装置ＤＭ１、ＤＭ２が揃ってたとえば３０°の導通角で使用された場合、第１の調光装置ＤＭ１は位相角３０°でオフ動作、第２の調光装置ＤＭ２は位相角１５０°でオン動作をするため、電源電圧の増大する乱れｓ１と低下する乱れｓ２が位相角３０°と１５０°に分散するので、同様に小さくなる。
【０１０８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、自己消弧形制御素子を備えた第１の位相制御回路と、サイリスタを備えた第２の位相制御回路と、負荷電流検出手段と、電源電圧の毎半波において最初に第１の位相制御回路による逆位相制御または傾斜制御による順位相制御を行なわせるとともに、負荷電流検出手段により検出される負荷電流が所定値に到達したら第１の位相制御回路に代わって第２の位相制御回路に順位相制御を行なわせ、負荷電流が所定値より小さくなったときの次の半サイクルから再び第１の位相制御回路に逆位相制御または傾斜制御による順位相制御を行なわせる制御手段とを具備していることにより、雑音の問題がないとともに、負荷の立ち上がり遅延の問題もない調光装置を提供することができる。
【０１０９】
請求項２の発明によれば、入力端と、出力端と、自己消弧形制御素子を備えるとともに、入力端および出力端の間に直列に挿入された第１の位相制御回路と、サイリスタを備えるとともに、第１の位相制御回路に並列接続した第２の位相制御回路と、負荷電流検出手段と、電源電圧の毎半波において最初に第１の位相制御回路による逆位相制御または傾斜制御による順位相制御を行なわせるとともに、負荷電流検出手段により検出される負荷電流が所定値に到達したら第１の位相制御回路に代わって第２の位相制御回路に順位相制御を行なわせ、負荷電流が所定値より小さくなったときの次の半サイクルから再び第１の位相制御回路に逆位相制御または傾斜制御による順位相制御を行なわせる制御手段とを具備していることにより、雑音の問題がないとともに、負荷の立ち上がり遅延の問題もない調光装置を提供することができる。
【０１１０】
請求項３の発明によれば、加えて第１の位相制御回路が、互いに逆極性に直列接続した一対の自己消弧形制御素子、および自己消弧形制御素子にそれぞれ逆並列接続した一対のダイオードを備えていることにより、第１の位相制御回路を集積化しやすくなり、コスト低下と小形化を図った調光装置を提供することができる。
【０１１１】
請求項４の発明によれば、加えて逆位相制御および順位相制御を選択的に行なえるように構成された位相制御回路と、交流電圧半波の前半部電圧と後半部電圧とを比較して、前半部電圧が後半部電圧より大きいときには位相制御回路に逆位相制御を行なわせ、後半部電圧が前半部電圧より大きいときには順位相制御を行なわせる制御手段とを具備していることにより、電源電圧波形の乱れが低減して同一電源に接続する電気機器の破壊を抑制する調光装置を提供することができる。
【０１１２】
請求項５の発明によれば、加えて逆位相制御動作を行なう第１の調光装置と、順位相制御を行なう第２の調光装置とを混在させたことにより、電源電圧波形の乱れが低減して同一電源に接続する電気機器の破壊を抑制するスタジオ、劇場などにおける調光システムを提供することができる。
【０１１３】
請求項６の発明によれば、加えて第１の位相制御回路が、互いに逆極性に直列接続した一対の自己消弧形制御素子、および自己消弧形制御素子にそれぞれ逆並列接続した一対のダイオードを備えていることにより、第１の位相制御回路を集積化しやすくなり、コスト低下と小形化を図った位相制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の調光装置の第１の実施形態を示す回路ブロック図
【図２】同じく第１の位相制御回路の回路図
【図３】同じく第２の位相制御回路の回路図
【図４】同じく負荷電流波形図
【図５】本発明の調光装置の第２の実施形態における負荷電流波形図
【図６】本発明の調光装置の第３の実施形態における負荷電流波形図
【図７】本発明の調光装置の第４の実施形態における負荷電流波形図
【図８】本発明の調光装置の第５の実施形態における第１の位相制御回路の回路図
【図９】本発明の調光装置の第６の実施形態を示す回路ブロック図
【図１０】同じくフローチャート
【図１１】本発明の調光装置の第７の実施形態を示す回路ブロック図
【図１２】本発明のスタジオ、劇場などにおける調光システムの一実施形態にける調光システムの全体を示す回路ブロック図
【図１３】同じく第２の調光装置を示す回路ブロック図
【図１４】同じく第１および第２の調光装置の導通角が９０°の場合の各部の電圧波形図
【図１５】同じく導通角が１５０°の場合の各部の電圧波形図
【図１６】同じく導通角が３０°の場合の各部の電圧波形図
【図１７】従来のスタジオ、劇場など多数の調光装置を設置する調光システムにおける電源電圧の乱れを示す波形図
【符号の説明】
ＡＳ…交流電源、ＣＣ…制御手段、ＣＤ…電流検出手段、ＤＭ…調光装置、ＩＬ…負荷、ＰＣ１…第１の位相制御回路、ＰＣ２…第２の位相制御回路、ｔ１…入力端子、ｔ２…入力端子、ｔ３…出力端子、ｔ４…出力端子
Claims (6)
- 交流電源ラインに挿入されて交流電圧を位相制御する自己消弧形制御素子を備えた第１の位相制御回路と；
交流電源ラインに挿入されて交流電圧を位相制御するサイリスタを備えた第２の位相制御回路と；
負荷電流を検出する負荷電流検出手段と；
電源電圧の毎半波において第１の位相制御回路に逆位相制御または傾斜制御による順位相制御を行なわせるとともに、負荷電流検出手段により検出される負荷電流が所定値に到達したら第１の位相制御回路に代わって第２の位相制御回路に順位相制御を行なわせ、負荷電流が所定値より小さくなったときの次の半サイクルから再び第１の位相制御回路に逆位相制御または傾斜制御による順位相制御を行なわせる制御手段と；
を具備していることを特徴とする調光装置。 - 交流電源に接続する入力端と；
負荷を接続する出力端と；
交流電圧波形を位相制御する自己消弧形制御素子を備えるとともに、入力端および出力端の間に直列に挿入された第１の位相制御回路と；
交流電圧波形位相制御するサイリスタを備えるとともに、第１の位相制御回路に並列接続した第２の位相制御回路と；
出力端に流れる負荷電流を検出する負荷電流検出手段と；
電源電圧の毎半波において第１の位相制御回路に逆位相制御または傾斜制御による順位相制御を行なわせるとともに、負荷電流検出手段により検出される負荷電流が所定値に到達したら第１の位相制御回路に代わって第２の位相制御回路に順位相制御を行なわせ、負荷電流が所定値より小さくなったときの次の半サイクルから再び第１の位相制御回路に逆位相制御または傾斜制御による順位相制御を行なわせる制御手段と；
を具備していることを特徴とする調光装置。 - 第１の位相制御回路は、互いに逆極性に直列接続した一対の自己消弧形制御素子、および自己消弧形制御素子にそれぞれ逆並列接続した一対のダイオードを備えていることを特徴とする請求項１または２記載の調光装置。
- 交流電圧波形を位相制御する自己消弧形制御素子を備えるとともに、入力端および出力端の間に直列に挿入された第１の位相制御回路と、交流電圧波形位相制御するサイリスタを備えるとともに、第１の位相制御回路に並列接続した第２の位相制御回路とを備え、逆位相制御および順位相制御を選択的に行なえるように構成された位相制御回路を具備し；
制御手段は、電源電圧半波の前半部電圧と後半部電圧とを比較して、前半部電圧が後半部電圧より大きいときには位相制御回路に逆位相制御を行なわせ、後半部電圧が前半部電圧より大きいときには順位相制御を行なわせる；
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の調光装置。 - 逆位相制御動作を行なう請求項１ないし３のいずれか一記載の第１の調光装置と；
順位相制御を行なう請求項１ないし３のいずれか一記載の第２の調光装置と；
を混在させたことを特徴とするスタジオ、劇場などにおける調光システム。 - 互いに逆極性に直列接続した一対の自己消弧形制御素子、および自己消弧形制御素子にそれぞれ逆並列接続した一対のダイオードを備えている第１の位相制御回路と；
交流電圧波形位相制御するサイリスタを備えるとともに、第１の位相制御回路に並列接続した第２の位相制御回路と；
出力端に流れる負荷電流を検出する負荷電流検出手段と；
第１の位相制御回路による逆位相制御または傾斜制御による順位相制御および第２の位相制御回路による順位相制御を選択的に行なうとともに、電源電圧の毎半波において最初に第１の位相制御回路による逆位相制御または傾斜制御による順位相制御を行なわせ、負荷電流検出手段により検出される負荷電流が所定値に到達したら第１の位相制御回路に代わって第２の位相制御回路に順位相制御を行なわせ、負荷電流が所定値より小さくなったときの次の半サイクルから再び第１の位相制御回路に逆位相制御または傾斜制御による順位相制御を行なわせる制御手段と；
具備し、主として白熱電球を交流点灯することを特徴とする位相制御装置。
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