JP4192444B2 - 電力制御方法および電力制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力の制御方法および制御装置に関し、更に詳しくは、交流電圧のサイクル制御を行う電力制御方法および電力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ヒータ等の温度制御システムには、図８に示すように、温度調節器１より所定の入力電力指令値をサイクル制御装置２に与え、サイクル制御装置２では、入力された電力指令値に応じ、所定の周期、例えば０．２〔ｓｅｃ〕毎に１ないし数サイクルの出力をゼロクロス機能付きＳＳＲ３に与え、前記所定の周期毎の何サイクルをヒータ４に与えてＯＮ／ＯＦＦし、そのヒータ４の温度を温度センサ５で検出し、温度調節器１にフィードバックし、サイクル制御を繰り返すことにより、ヒータ４の温度を入力電力指令値に応じた値となるように制御するものである。
【０００３】
サイクル制御装置２は、図９に示すように温度調節器１で１００％が出力されていると、電源周波数が５０Ｈｚの場合、この出力値１００％を受け、０．２ｓｅｃの制御周期の１０サイクルがフル出力される。温度調節器１の出力が７５％であるとサイクル制御装置２からは１０サイクル中、７．５サイクル分がＯＮで出力される。同様に、温度調節器１の出力が５０％の場合、サイクル制御装置２からは１０サイクル中５サイクルがＯＮで出力される。以下２５％の温度調節器出力の場合は、１０サイクル中、２．５サイクル分がＯＮされる。０％の温度調節器出力では、出力も１０サイクルすべてＯＦＦである。
【０００４】
なお、０．２ｓｅｃで５０Ｈｚの全サイクルは１０回となるが、図９は様式的なものであり、全サイクルを４回としている。
【０００５】
温度制御には、周期毎の数サイクル分中のオンサイクル比率を設定値に応じて変える上記サイクル制御の他に、設定値に応じて各サイクルにおける点弧角を制御する位相制御が採用されることもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のサイクル制御では、制御周期が固定であり、かつ１サイクルを単位としてＯＮ／ＯＦＦ制御するので、出力分解能が低く、制御精度が悪く、出力応答も遅い。また、ＯＮ状態が時間的に偏るため、制御対象の寿命に悪影響、例えば制御対象がヒータの場合、熱ストレスが大きいという問題がある。
【０００７】
一方、位相制御では、高精度の制御が可能であるが点孤角を制御するものであるから、基本波成分以外に高調波が発生するという問題がある。さらに高速処理が必要であるため、装置全体が高価になるという問題がある。
【０００８】
そこで、本件出願人は、平成１２年３月１５日提出の「サイクル制御装置、電力調整装置、温度調節器および温度制御装置」（特願２０００−７１６４２号）において、高調波を発生せず、しかも従来のサイクル制御に比べて、高精度な制御が可能なサイクル制御装置を提案している。
【０００９】
以下、この先に提案したサイクル制御装置の概要について説明する。
【００１０】
図１０は、このサイクル制御装置を備えた温度制御システムの概略構成を示すブロック図である。この温度制御システムは、温度調節器１と、サイクル制御装置２０と、ゼロクロス機能付きＳＳＲ３と、ヒータ４と、温度センサ５とから構成されている。サイクル制御装置２０以外は、図８に示したものと同様である。
【００１１】
サイクル制御装置２０は、温度調節器１からの電力指令値Ｘを半サイクル間保持するサンプル・ホールド部２１と、入力された電力指令値Ｘと実際の出力値Ｙの出力誤差Ｅを算出する出力誤差演算部２２と、出力誤差演算部２２で求めた出力誤差Ｅを累積する出力誤差累積部２３と、入力された電力指令値Ｘと出力誤差累積値とを加算する加算部（補正部）２４と、加算部２４の出力を受け、その入力値と所定の閾値とを比較し、入力値が閾値より大なる場合に１００〔％〕出力、入力値が閾値より小なる場合に０％出力とする比較部２５とを備えている。
【００１２】
次に、図１１に示すフロー図により、サイクル制御装置２０の動作を中心に説明する。動作の開始にあたり、先ず初期処理が実施される（ステップＳＴ１）。例えば、比較部２５の閾値Ｓの設定（ステップＳＴ１１）、変数ｎをクリア（ステップＳＴ１２）、パラメータ初期値を設定し、累積用レジスタΣ（ｎ）をクリアする（ステップＳＴ１３）。
【００１３】
初期処理に続いて、変数ｎを１インクリメントする（ステップＳＴ２）。処理開始で先ずｎ＝１とされる。そして、第１番目（ｎ＝１）のオン比率入力Ｘ１を取り込む。（ステップＳＴ３）。続いて前回までの出力誤差累積Σ（ｎ−１）に今回の入力指令値Ｘｎを加算し、補正出力値Ｙ（ｎ）を求める（ステップＳＴ４）。
【００１４】
最初の半サイクルの処理ではΣ（ｎ−１）は０〔％〕であり、Ｘｎ＝Ｘ１である。したがって、入力電力指令値を４０％に設定したとすると、Ｘ１＝４０〔％〕であり、Ｙｉ１も４０〔％〕である。比較部２５で入力された補正出力値Ｙｉ１と閾値Ｓが比較され（ステップＳＴ５）、補正出力値Ｙｉ１が閾値Ｓ以上であると出力を１００〔％〕とする（ステップＳＴ６）。逆に補正出力値Ｙｉ１が閾値Ｓよりも小さいと出力を０〔％〕とする（ステップＳＴ７）。
【００１５】
続いて今回の入力指令値Ｘ１と出力Ｙ１の偏差、出力誤差Ｅ←Ｘ１−Ｙ１を求める（ステップＳＴ８）とともに、それまでの出力誤差累積値に今回の出力誤差Ｅ１を加算して、出力誤差累積を更新する（ステップＳＴ９）。これにより、最初の半サイクルに係る処理を終了する。
【００１６】
その後ステップＳＴ２に戻り、変数ｎを１インクリメント（ｎ＝２）し、２回目の半サイクルの処理を実行する。ステップＳＴ２からステップＳＴ９の処理は制御周期間にわたり繰り返され、次の制御周期に入ると、再度変数ｎ及びΣ（ｎ）をクリアして，同様の処理を繰り返す。
【００１７】
上記した処理動作を具体的な数値を例に上げて説明する。以下の説明では入力電力指令値Ｘ＝４０〔％〕、閾値Ｓ＝５０〔％〕とし、５０〔Ｈｚ〕の交流信号を制御するものとする。５０〔Ｈｚ〕の半サイクル期間は１０〔ｍｓｅｃ〕であるから、１０〔ｍｓｅｃ〕毎に、図１１に示すフロー図の処理を実行する。入力電力指令値Ｘは４０〔％〕であるから、制御周期は半サイクル期間×５と決定される。
【００１８】
最初の半サイクル（周期１）では、図１２に示すように、入力電力指令値４０〔％〕、この入力電力指令値４０〔％〕と出力誤差累積Σ（０）の加算で補正出力Ｙｉ１が４０〔％〕、この補正出力Ｙｉ１が４０〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕との比較で閾値Ｓの方が大であるから、出力０〔％〕、電力指令値Ｘ１＝４０〔％〕とこの出力０〔％〕の偏差より、出力誤差Ｅ１＝４０〔％〕、同時に累積誤差Σ（１）＝４０〔％〕である。
【００１９】
第２番目の半サイクルでは、同じく図１２に示すように、入力電力指令値は変わらず４０〔％〕、この電力指令値４０〔％〕と前回までの累積値Σ（１）＝４０〔％〕の加算で、補正出力Ｙｉ２が８０〔％〕、この補正出力Ｙｉ２が８０〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓよりも補正出力Ｙｉ２の方が大であるから、出力を１００〔％〕とする。電力指令値Ｘ２＝４０〔％〕と出力１００〔％〕との偏差より、出力誤差Ｅ２＝−６０〔％〕、前回までの出力累積誤差Σ（２）＝−２０〔％〕である。
【００２０】
第３番目の半サイクル（周期３）では、入力電力指令値は変わらず４０〔％〕、この電力指令値４０〔％〕と前回までの累積値Σ（２）＝−２０〔％〕の加算で、補正出力Ｙｉ３が２０〔％〕、この補正出力Ｙｉ３が２０〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓの方が大きいので、出力を０〔％〕とする。指令値Ｘ３＝４０〔％〕と出力０〔％〕の偏差で、出力誤差Ｅ３＝４０〔％〕、前回までの累積値Σ（２）＝−２０〔％〕を加算して、出力誤差累積Σ（３）＝２０〔％〕である。
【００２１】
第４番目の半サイクル（周期４）では、入力指令値Ｘ４は４０〔％〕、この指令値４０〔％〕と前回までの累積値Σ（３）＝２０〔％〕の加算で、補正出力Ｙｉ４が６０〔％〕、この補正出力Ｙｉ４＝６０〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓよりも補正出力Ｙｉ４の方が大きいので、出力を１００〔％〕とする。電力指令値Ｘ４＝４０〔％〕と出力１００〔％〕の偏差で、出力誤差Ｅ４＝−６０〔％〕、前回までの累積値Σ（３）＝２０〔％〕に出力誤差−６０〔％〕を累積して、出力誤差累積Σ（４）＝−４０〔％〕である。
である。
【００２２】
第５番目の半サイクル（周期５）では、入力電力指令値Ｘ５は４０〔％〕、この指令値４０〔％〕と前回までの累積値−４０〔％〕の加算で、補正出力Ｙｉ５＝０〔％〕、この補正出力Ｙｉ５と閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較では明らかに閾値Ｓの方が大なので、出力を０〔％〕とする。電力指令値Ｘ５＝４０〔％〕と出力０〔％〕の偏差で、出力誤差Ｅ５＝４０〔％〕、前回までの累積値Σ（４）＝−４０〔％〕を加算して、出力誤差累積Σ（５）＝０〔％〕である。
【００２３】
以上５回の半サイクルで制御周期が終了し、次の制御周期に移る。１制御周期の中では電力指令値４０〔％〕に対し、出力１００〔％〕の半サイクルが２回あり、５回の半サイクル中に２回の１００〔％〕出力で他の３回のサイクルが出力０％であるから、電力指令値に対応した出力となる。
【００２４】
同様に、例えば、入力電力指令値が、５０％であった場合には、２回の半サイクルを制御周期として、一方の半サイクルが出力１００％、他方の半サイクルが出力０％となる。また、例えば、入力電力指令値が、６０％であった場合には、５回の半サイクルを制御周期として、その内の３回の半サイクルが出力１００％、２回の半サイクルが出力０％となる
かかるサイクル制御装置によれば、制御周期を決定し、半サイクル毎に出力補正し、電力指令値に応じて１００〔％〕出力か、０〔％〕出力かを選択して出力するものであるから、従来のサイクル制御に比し、出力応答が速く、また、従来のサイクル制御に比し、ＯＮ状態が時間的に分散されるので、制御対象を長寿命化できる。従来の位相制御に比べて高速処理が必要ないため、装置が安価に実現できる。ゼロ電圧スイッチングであるため、電気ノイズが小さいなどの効果がある。
【００２５】
しかしながら、このようなサイクル制御装置を用いて、同一の電源に並列に接続された複数の負荷に電力を供給する場合、例えば、同一の電源に並列に同一容量、例えば、１Ａの３つのヒータ（ｃｈ０〜ｃｈ２）が接続されて各ヒータに電力を供給するような場合に、入力電力指令値が、例えば、３３.０％であったようなときには、図１３（ａ）〜（ｃ）のピーク電流に示されるように、制御周期が同期していることによって、電力を出力するタイミングが一致し、同図（ｄ）に示されるように合計したピーク電流が３Ａと大きくなる。または大きなピーク電流を出力する頻度が多くなり、その結果、このピーク電流に応じて電源容量が大きくなるという難点がある。
【００２６】
なお、図１３においては、正弦波の電流波形を省略して各半サイクルにおけるピーク電流のみを示している。
【００２７】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、高調波を発生せず、しかも従来のサイクル制御に比べて、高精度な制御が可能であって、同一の電源に並列に接続された複数の負荷に電力を供給する場合に、ピーク電力またはピーク電流値を抑制できる電力制御方法および電力制御装置を提供することを目的としている。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【００２９】
すなわち、本発明の電力制御方法は、入力電力指令値に応じて、同一電源に並列接続された複数の負荷に供給する電力をスイッチング制御するための出力電力指令値を、前記各負荷に個別的に対応する各チャンネル毎に出力する電力制御方法であって、半サイクル以上の所定サイクル毎に、前記入力電力指令値とそれまでに累積された出力誤差累積値とを加算する加算ステップと、加算ステップで加算された加算値と閾値とを比較して閾値を越えたときに、出力電力指令値を出力して負荷に電力を供給する出力ステップと、出力ステップで出力される出力電力指令値と前記入力電力指令値との出力誤差値を演算する演算ステップと、演算ステップで演算した出力誤差値を、それまでに累積された前記出力誤差累積値に累積する出力誤差累積ステップとを、前記各チャンネル毎に行うものであって、或るチャンネルの出力電力指令値が出力されたときには、他のチャンネルの前記閾値を増加させる一方、増加させた閾値を所定周期でリセットするものである。
【００３０】
本発明によると、先に提案しているサイクル制御と同様に、出力応答が速く、ＯＮ状態が時間的に分散されるので、制御対象を長寿命化できる。特に、出力ステップで出力する出力電力指令値を用いて、次のサイクルのための出力誤差の演算処理およびそれに基づく出力誤差の累積処理を行うことができるので、例えば、出力ステップで出力された出力電力指令値によって、後段のＳＳＲ等の点弧をフィードバックして出力電力指令値を決定するための処理を行うといった構成に比べて、ＳＳＲ等の点弧を待つ必要がなく、より簡便な構成が可能となる。
【００３１】
さらに、或るチャンネルの出力電力指令値が出力されて対応する負荷に電力が供給されたときには、他のチャンネルの前記閾値を増加させるので、他のチャンネルの出力電力指令値の出力が抑制されて対応する負荷への電力の供給が抑制され、各チャンネルの出力電力指令値の出力タイミングをずらすことができる一方、増加させた閾値は、所定周期でリセットされるので、他のチャンネルについても、加算ステップで加算された値が、閾値を越えたときには、出力電力指令値を出力して抑制されたことによる累積誤差を補正できることになる。
【００３２】
本発明の他の実施態様においては、前記閾値を、前記負荷に流れるピーク電流値またはピーク電力値に比例させて増加させるものである。
【００３３】
本発明によると、負荷に流れるピーク電流値またはピーク電力値に比例させて閾値を増加させるので、ピーク電流値やピーク電力値が大きい場合には、閾値の増加量も大きくなり、したがって、他のチャンネルの出力電力指令値が出力されるタイミングを大きくずらして出力タイミングが重なるのを抑制できることになる。
【００３４】
本発明の更に他の実施態様においては、負荷電流または負荷電力の大きいチャンネルの順に、前記各ステップを行うものである。
【００３５】
本発明によると、負荷電流または負荷電力の大きいチャンネルの順に、各ステップの処理が行われるので、最も負荷電流または負荷電力の大きなチャンネルの出力電力指令値が出力されると、他のチャンネルの閾値が増加されて各チャンネルの出力電力指令値のタイミングがずらされることになり、上述のように、その増加量を、ピーク電流値またはピーク電力値に比例させることにより、
他のチャンネルの出力電力指令値が出力されるタイミングを大きくずらして出力タイミングが重なるのを一層効果的に抑制できることになる。
【００３６】
本発明の電力制御装置は、入力電力指令値に応じて、同一電源に並列接続された複数の負荷に供給する電力をスイッチング制御するための出力電力指令値を、前記各負荷に個別的に対応する各チャンネル毎に出力する電力制御装置であって、
半サイクル以上の所定サイクル毎および前記各チャンネル毎に、前記入力電力指令値とそれまでに累積された出力誤差累積値とを加算する加算手段と、前記所定サイクル毎および前記各チャンネル毎に、前記加算手段からの加算値と閾値とを比較して閾値を越えたときに、出力電力指令値を出力して負荷に電力を供給する比較手段と、前記所定サイクル毎および前記各チャンネル毎に、前記比較手段から出力される出力電力指令値と前記入力電力指令値との出力誤差値を演算する演算手段と、前記所定サイクル毎および前記各チャンネル毎に、前記演算手段から出力誤差値を、それまでに累積された前記出力誤差累積値に累積する出力誤差累積手段と、前記所定サイクル毎に、或るチャンネルの出力電力指令値が出力されたときには、他のチャンネルの前記閾値を増加させる一方、増加させた閾値を所定周期でリセットする閾値変更手段とを備えている。
【００３７】
本発明によると、先に提案しているサイクル制御と同様に、出力応答が速く、ＯＮ状態が時間的に分散されるので、制御対象を長寿命化できる。特に、出力ステップで出力する出力電力指令値を用いて、次のサイクルのための出力誤差の演算処理およびそれに基づく出力誤差の累積処理を行うことができるので、例えば、出力ステップで出力された出力電力指令値によって、後段のＳＳＲ等の点弧をフィードバックして出力電力指令値を決定するための処理を行うといった構成に比べて、ＳＳＲ等の点弧を待つ必要がなく、より簡便な構成が可能となる。
【００３８】
さらに、或るチャンネルの出力電力指令値が出力されて対応する負荷に電力が供給されたときには、他のチャンネルの前記閾値を増加させるので、他のチャンネルの出力電力指令値の出力が抑制されて対応する負荷への電力の供給が抑制され、各チャンネルの出力電力指令値の出力タイミングをずらすことができる一方、増加させた閾値は、所定周期でリセットされるので、他のチャンネルについても、加算ステップで加算された値が、閾値を越えたときには、出力電力指令値を出力して抑制されたことによる累積誤差を補正できることになる。
【００３９】
本発明の他の実施態様においては、前記閾値変更手段は、前記閾値を、負荷に流れるピーク電流値またはピーク電力値に比例させて増加させるものである。
【００４０】
本発明によると、負荷に流れるピーク電流値またはピーク電力値に比例させて閾値を増加させるので、ピーク電流値やピーク電力値が大きい場合には、閾値の増加量も大きくなり、したがって、他のチャンネルの出力電力指令値が出力されるタイミングを大きくずらして出力タイミングが重なるのを抑制できることになる。
【００４１】
本発明の更に他の実施態様においては、前記加算手段、前記比較手段、前記演算手段、出力誤差累積手段および閾値変更手段は、負荷電力または負荷電流の大きいチャンネルの順に前記各処理をそれぞれ行うものである。
【００４２】
本発明によると、負荷電流または負荷電力の大きいチャンネルの順に、各手段の処理が行われるので、最も負荷電流または負荷電力の大きなチャンネルの出力電力指令値が出力されると、他のチャンネルの閾値が増加されて各チャンネルの出力電力指令値のタイミングがずらされることになり、上述のように、その増加量を、ピーク電流値またはピーク電力値に比例させることにより、他のチャンネルの出力電力指令値が出力されるタイミングを大きくずらして出力タイミングが重なるのを一層効果的に抑制できることになる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００４４】
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る電力制御装置を備える温度制御システムの要部の概略構成を示すブロック図である。
【００４５】
この実施の形態の電力制御装置８は、温度調節器１からの複数チャンネル、この例では、３チャンネルの入力電力指令値（操作量）に応じて、同一の交流電源６に並列接続された負荷としての３つのヒータ４0〜４2に供給する電力をスイッチング制御するための出力電力指令値を内蔵のゼロクロストリガ回路に出力し、このゼロクロストリガ回路を介して各ヒータ４0〜４2に個別的に対応するトライアック等のスイッチング素子７0〜７2に点弧信号を出力するものである。
【００４６】
この実施の形態では、電力制御装置８とスイッチング素子７0〜７2とによって、電力調整器９が構成されている。
【００４７】
この実施の形態の電力制御装置８は、図２のブロック図に示されるように、温度調節器１からの各チャンネル毎の入力電力指令値Ｘを半サイクル間保持するサンプル・ホールド部２１0〜２１2と、入力された電力指令値Ｘと実際の出力値Ｙとの出力誤差Ｅを算出する出力誤差演算部２２0〜２２2と、出力誤差演算部２２0〜２２2で求めた出力誤差Ｅを累積する出力誤差累積部２３0〜２３2と、入力された電力指令値Ｘと出力誤差累積値とを加算する加算部（補正部）２４0〜２４2と、加算部２４0〜２４2の加算出力を受け、その入力値と閾値Ｓとを比較し 閾値を越えたときに、１００％の出力電力指令値を出力してヒータへ電力を供給する比較部２５0〜２５2とを備えており、以上の構成は、先に提案しているサイクル制御装置の構成を、複数チャンネルに対応させたものである。なお、比較部２５0〜２５2からの出力電力指令値は、対応するゼロクロストリガ回路１０0〜１０2を介して対応するスイッチング素子７0〜７2に点弧信号として与えられる。
【００４８】
この実施の形態では、３つのヒータ４0〜４2に電力を供給するタイミングが一致して合計のピーク電流が大きくなるのを抑制するために、次のように構成している。
【００４９】
すなわち、この実施の形態では、或るチャンネルの出力電力指令値が出力されたときには、他のチャンネルの閾値を増加させる一方、増加させた閾値を所定周期でリセットする閾値変更部１１を設けている。
【００５０】
この実施の形態の閾値変更部１１は、上述のサイクル制御装置と同様の周期である半サイクル毎に、チャンネルｃｈ０の比較部２５0で加算値が閾値を越えて１００％の出力電力指令値が出力されてヒータ４0が通電されるときには、チャンネルｃｈ１の比較部２５1における閾値を増加させるとともに、チャンネルｃｈ２の比較部２５2における閾値を増加させるものであり、この結果、チャンネルｃｈ０のヒータ４0が通電されるときには、チャンネルｃｈ１およびチャンネルｃｈ２の１００％の出力電力指令値が出力が抑制されることになる。
【００５１】
この増加した閾値は、所定周期、この実施の形態では、半サイクル毎にリセットされ、次の半サイクルで、チャンネルｃｈ０が１００％の出力電力指令値を出力しないときには、チャンネルｃｈ１の閾値は増加されないので、チャンネルｃｈ１の比較部２５1で加算値が閾値を越えて１００％の出力電力指令値が出力されてヒータ４1が通電されると、チャンネルｃｈ２の比較部２５2における閾値を増加させるものであり、この結果、チャンネルｃｈ１のヒータ４1が通電されるときには、チャンネルｃｈ２の１００％の出力電力指令値の出力が抑制されることになる。
【００５２】
さらに、次の半サイクルで、チャンネルｃｈ０が１００％の出力電力指令値を出力せず、また、チャンネルｃｈ１が１００％の出力電力指令値を出力しないときには、チャンネルｃｈ２の閾値は増加しないので、チャンネルｃｈ２の比較部２５2で加算値が閾値を越えたときには、１００％の出力電力指令値が出力されてヒータ４2が通電されることになる。
【００５３】
すなわち、半サイクル毎に、チャンネルｃｈ０が１００％の出力電力指令値を出力するときには、チャンネルｃｈ１およびチャンネルｃｈ２の閾値を増加させて出力を抑制し、チャンネルｃｈ０が１００％の出力電力指令値を出力しないときには、チャンネルｃｈ１の閾値を増加させず、チャンネルｃｈ１が１００％の出力電力指令値を出力するときには、チャンネルｃｈ２の閾値を増加させて出力を抑制し、チャンネルｃｈ０およびチャンネルｃｈ１が１００％の出力電力指令値を出力しないときには、チャンネルｃｈ２の閾値を増加させないようにするものである。
【００５４】
これによって、同一タイミングでの１００％の出力電力指令値の出力を抑制するものである。
【００５５】
次に、この閾値変更部１１における動作を、図３のフローチャートおよび図４に基づいて詳細に説明する。
【００５６】
図４は、入力電力指令値（操作量）が３３％である場合の各チャンネルｃｈ０〜ｃｈ２における入力電力指令値（操作量）、この操作量と出力誤差累積値である積算操作量との加算値である判定値、出力（出力電力指令値）、前記積算操作量、閾値および出力波形を、半周期毎に示したものである。なお、チャンネルｃｈ０の閾値は、常に０であるので省略している。
【００５７】
図３に示されるように、先ず初回処理であるか否かを判断し（ステップＳＴ１）、初回処理であるので、各チャンネルｃｈ０〜ｃｈ２の負荷容量に対応する係数ｋ（ｋ0〜ｋ2）を設定する（ステップＳＴ２）。ここでは、負荷であるヒータ４0〜４2の容量が同一の、例えば、１Ａであるので、ｋは全て１としている。
【００５８】
次に、各チャンネルｃｈ０〜ｃｈ２の積算操作量（出力誤差累積値）を０％とし（ステップＳＴ３）、さらに、閾値を０％とし（ステップＳＴ４）、チャンネル番号ｎを０とする（ステップＳＴ５）。
【００５９】
次に、チャンネルｃｈ０の操作量（入力電力指令値）と積算操作量とを加算して判定値（加算値）とする（ステップＳＴ６）。図４に示されるように、操作量は、３３％であるので、チャンネルｃｈ０の判定値は、３３％となる。この判定値と閾値とを比較し、判定値が閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳＴ７）。チャンネルｃｈ０の判定値は、３３％であり、閾値は、ステップＳＴ３で設定したように０％であるので、判定値は、閾値以上となってステップＳＴ８に移り、図４の周期１に示されるように、チャンネルｃｈ０の出力（出力電力指令値）が１００％となる。
【００６０】
チャンネルｃｈ０の出力が１００％となったので、次のチャンネルｃｈ１の閾値を、閾値＋ｋ×今回操作量として算出する（ステップＳＴ９）。この場合、閾値は０％、ｋは１、今回操作量は１００％であるので、チャンネルｃｈ１の閾値は、図４の周期１に示されるように、１００％となる。
【００６１】
次に、チャンネルｃｈ０の積算操作量（出力誤差累積値）を、積算操作量＋操作量−今回操作量として算出する（ステップＳＴ１０）。この場合、積算操作量は０％、操作量は３３％、今回操作量は１００％であるで、チャンネルｃｈ０の積算操作量は、図４の周期１に示されるように、−６７％となる。
【００６２】
次に、チャンネル番号ｎに１を加えて新たなチャンネルｃｈ１とし（ステップＳＴ１１）、全チャンネルについて終了したか否かを判断し（ステップＳＴ１２）、終了していないので、ステップＳＴ６に戻り、チャンネルｃｈ１について、判定値を算出する。この場合、チャンネルｃｈ１の積算操作量は、初回であるので、０％、操作量は、３３％であるので、判定値は、図４の周期１に示されるように、３３％となる。この判定値は、上述のステップＳＴ９で算出した閾値１００％以上でないので（ステップＳＴ７）、今回操作量を０％として出力せず（ステップＳＴ１３）、次のチャンネルｃｈ２の閾値を、閾値＋ｋ×今回操作量として算出する（ステップＳＴ９）。この場合、閾値は１００％、ｋは１、今回操作量は０％であるので、次のチャンネルｃｈ２の閾値は、図４の周期１に示されるように、１００％となる。
【００６３】
次に、チャンネルｃｈ１の積算操作量（出力誤差累積値）を、積算操作量＋操作量−今回操作量として算出する（ステップＳＴ１０）。この場合、積算操作量は０％、操作量は３３％、今回操作量は０％であるで、チャンネルｃｈ１の積算操作量は、図４の周期１に示されるように、３３％となる。
【００６４】
次に、チャンネル番号ｎに１を加えて新たなチャンネルｃｈ２とし（ステップＳＴ１１）、全チャンネルについて終了したか否かを判断し（ステップＳＴ１２）、終了していないので、ステップＳＴ６に戻り、チャンネルｃｈ２について、判定値を算出する。この場合、チャンネルｃｈ２の積算操作量は、初回であるので、０％、操作量は、３３％であるので、判定値は、図４の周期１に示されるように、３３％となる。この判定値は、上述のステップＳＴ９で算出した閾値１００％以上でないので（ステップＳＴ７）、今回操作量を０％として出力せず（ステップＳＴ１３）、次のチャンネルｃｈ３、この場合、次のｃｈは存在しないが、その閾値を、閾値＋ｋ×今回操作量として算出する（ステップＳＴ９）。
【００６５】
次に、チャンネルｃｈ２の積算操作量（出力誤差累積値）を、積算操作量＋操作量−今回操作量として算出する（ステップＳＴ１０）。この場合、積算操作量は０％、操作量は３３％、今回操作量は０％であるで、チャンネルｃｈ２の積算操作量は、図４の周期１に示されるように、３３％となる。
【００６６】
次に、チャンネル番号ｎに１を加えて新たなチャンネルｃｈ３とし（ステップＳＴ１１）、全チャンネルについて終了したか否かを判断し（ステップＳＴ１２）、終了したので、最初の半サイクルの処理を終了する。
【００６７】
この最初の半サイクル（周期１）では、チャンネルｃｈ０が１００％の出力電力指令値を出力したので、チャンネルｃｈ１およびｃｈ２の閾値が、０％から１００％に増加し、これによって、チャンネルｃｈ１およびチャンネルｃｈ２からは、１００％の出力電力指令値が出力されないことになる。
【００６８】
この電力制御装置８の後段のスイッチング素子７0〜７2では、上述のステップＳＴ８の出力電力指令値に応じて、次の半サイクルで点弧される。なお、図４においては、対応関係が明瞭となるように、出力波形は、次の半サイクルではなく、同じ半サイクルで示している。
【００６９】
次の半サイクル、すなわち、第２番目の半サイクル（周期２）では、ステップＳＴ１に戻り、初回処理であるか否かを判断し、初回処理ではないので、閾値を０％とし（ステップＳＴ４）、チャンネル番号ｎを０とする（ステップＳＴ５）。
【００７０】
次に、チャンネルｃｈ０の操作量（入力電力指令値）と積算操作量とを加算して判定値（加算値）とする（ステップＳＴ６）。図４の周期１に示されるように積算操作量は−６７％、操作量は、図４の周期２に示されるように３３％であるので、チャンネルｃｈ０の判定値は、−６７＋３３＝−３４％となる。この判定値と閾値とを比較し、判定値が閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳＴ７）。チャンネルｃｈ０の判定値は、−３４％であり、閾値は、ステップＳＴ３で設定したように０％であるので、判定値は、閾値以上ではなく、ステップＳＴ１３に移り、図４の周期２に示されるように、チャンネルｃｈ０の出力（出力電力指令値）が０％となる。
【００７１】
チャンネルｃｈ０の出力が０％であるので、チャンネルｃｈ１の閾値は、閾値＋ｋ×今回操作量として算出する（ステップＳＴ９）。この場合、閾値は０％、ｋは１、今回操作量は０％であるので、チャンネルｃｈ１の閾値は、図４の周期２に示されるように、０％となり、閾値の増加はない。
【００７２】
次に、チャンネルｃｈ０の積算操作量（出力誤差累積値）を、積算操作量＋操作量−今回操作量として算出する（ステップＳＴ１０）。この場合、積算操作量は−６７％、操作量は３３％、今回操作量は０％であるで、チャンネルｃｈ０の積算操作量は、図４の周期２に示されるように、−３４％となる。
【００７３】
次に、チャンネル番号ｎに１を加えて新たなチャンネルｃｈ１とし（ステップＳＴ１１）、全チャンネルについて終了したか否かを判断し（ステップＳＴ１２）、終了していないので、ステップＳＴ６に戻り、チャンネルｃｈ１について、判定値を算出する。この場合、チャンネルｃｈ１の積算操作量は、図４の周期１に示されるように、３３％であり、操作量は、３３％であるので、判定値は、図４の周期２に示されるように、３３＋３３＝６６％となる。この判定値は、上述のステップＳＴ９で算出した閾値０％以上であるので（ステップＳＴ７）、今回操作量を１００％として出力し（ステップＳＴ８）、次のチャンネルｃｈ２の閾値を、閾値＋ｋ×今回操作量として算出する（ステップＳＴ９）。この場合、閾値は０％、ｋは１、今回操作量は１００％であるので、チャンネルｃｈ２の閾値は、図４の周期２に示されるように、１００％となる。
【００７４】
次に、チャンネルｃｈ１の積算操作量（出力誤差累積値）を、積算操作量＋操作量−今回操作量として算出する（ステップＳＴ１０）。この場合、積算操作量は３３％、操作量は３３％、今回操作量は１００％であるで、チャンネルｃｈ１の積算操作量は、図４の周期２に示されるように、−３４％となる。
【００７５】
次に、チャンネル番号ｎに１を加えて新たなチャンネルｃｈ２とし（ステップＳＴ１１）、全チャンネルについて終了したか否かを判断し（ステップＳＴ１２）、終了していないので、ステップＳＴ６に戻り、チャンネルｃｈ２について、判定値を算出する。この場合、チャンネルｃｈ２の積算操作量は、図４の周期１に示されるように、３３％、操作量は、３３％であるので、判定値は、図４の周期２に示されるように、６６％となる。この判定値は、上述のステップＳＴ９で算出した閾値１００％以上でないので（ステップＳＴ７）、今回操作量を０％として出力せず（ステップＳＴ１３）、次のチャンネルｃｈ３、この場合、次のｃｈは存在しないが、その閾値を、閾値＋ｋ×今回操作量として算出する（ステップＳＴ９）。
【００７６】
次に、チャンネルｃｈ２の積算操作量（出力誤差累積値）を、積算操作量＋操作量−今回操作量として算出する（ステップＳＴ１０）。この場合、積算操作量は３３％、操作量は３３％、今回操作量は０％であるで、チャンネルｃｈ２の積算操作量は、図４の周期２に示されるように、６６％となる。
【００７７】
次に、チャンネル番号ｎに１を加えて新たなチャンネルｃｈ３とし（ステップＳＴ１１）、全チャンネルについて終了したか否かを判断し（ステップＳＴ１２）、終了したので、第２番目の半サイクル（周期２）の処理を終了する。
【００７８】
この周期２では、チャンネルｃｈ０が１００％の出力電力指令値を出力しないので、チャンネルｃｈ１の閾値が０％のままであり、これによって、チャンネルｃｈ１が１００％の出力電力指令値を出力し、チャンネルｃｈ２の閾値が、０％から１００％に増加し、チャンネルｃｈ２からは、１００％の出力電力指令値が出力されないことになる。
【００７９】
さらに次の半サイクル、すなわち、第３番目の半サイクル（周期３）では、ステップＳＴ１に戻り、初回処理であるか否かを判断し、初回処理ではないので、閾値を０％とし（ステップＳＴ４）、チャンネル番号ｎを０とする（ステップＳＴ５）。
【００８０】
次に、チャンネルｃｈ０の操作量（入力電力指令値）と積算操作量とを加算して判定値（加算値）とする（ステップＳＴ６）。図４の周期２に示されるように、それまでの積算操作量は−３４％、操作量は、図４の周期３示されるように３３％であるので、チャンネルｃｈ０の判定値は、−３４＋３３＝−１％となる。この判定値と閾値とを比較し、判定値が閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳＴ７）。チャンネルｃｈ０の判定値は、−１％であり、閾値は、ステップＳＴ３で設定したように０％であるので、判定値は、閾値以上ではなく、ステップＳＴ１３に移り、図４の周期３に示されるように、チャンネルｃｈ０の出力（出力電力指令値）が０％となる。
【００８１】
チャンネルｃｈ０の出力が０％であるので、チャンネルｃｈ１の閾値は、閾値＋ｋ×今回操作量として算出する（ステップＳＴ９）。この場合、閾値は０％、ｋは１、今回操作量は０％であるので、チャンネルｃｈ１の閾値は、図４の周期３に示されるように、０％となり、閾値の増加はない。
【００８２】
次に、チャンネルｃｈ０の積算操作量（出力誤差累積値）を、積算操作量＋操作量−今回操作量として算出する（ステップＳＴ１０）。この場合、積算操作量は−３４％、操作量は３３％、今回操作量は０％であるで、チャンネルｃｈ０の積算操作量は、図４の周期３に示されるように、−１％となる。
【００８３】
次に、チャンネル番号ｎに１を加えて新たなチャンネルｃｈ１とし（ステップＳＴ１１）、全チャンネルについて終了したか否かを判断し（ステップＳＴ１２）、終了していないので、ステップＳＴ６に戻り、チャンネルｃｈ１について、判定値を算出する。この場合、チャンネルｃｈ１の積算操作量は、図４の周期２に示されるように、−３４％であり、操作量は、３３％であるので、判定値は、図４の周期３に示されるように、−３４＋３３＝−１％となる。この判定値は、上述のステップＳＴ９で算出した閾値０％以上でなく（ステップＳＴ７）、ステップＳＴ１３に移り、図４の周期３に示されるように、チャンネルｃｈ１の出力（出力電力指令値）が０％となる。次のチャンネルｃｈ２の閾値を、閾値＋ｋ×今回操作量として算出する（ステップＳＴ９）。この場合、閾値は０％、ｋは１、今回操作量は０％であるので、チャンネルｃｈ２の閾値は、図４の周期３に示されるように、０％となり、閾値の増加はない。
【００８４】
次に、チャンネルｃｈ１の積算操作量（出力誤差累積値）を、積算操作量＋操作量−今回操作量として算出する（ステップＳＴ１０）。この場合、積算操作量は−３４％、操作量は３３％、今回操作量は０％であるで、チャンネルｃｈ１の積算操作量は、図４の周期３に示されるように、−１％となる。
【００８５】
次に、チャンネル番号ｎに１を加えて新たなチャンネルｃｈ２とし（ステップＳＴ１１）、全チャンネルについて終了したか否かを判断し（ステップＳＴ１２）、終了していないので、ステップＳＴ６に戻り、チャンネルｃｈ２について、判定値を算出する。この場合、チャンネルｃｈ２の積算操作量は、図４の周期２に示されるように、６６％、操作量は、３３％であるので、判定値は、図４の周期３に示されるように、９９％となる。この判定値は、上述のステップＳＴ９で算出した閾値０％以上であるので（ステップＳＴ７）、今回操作量を１００％として出力し（ステップＳＴ８）、次のチャンネルｃｈ３、この場合、次のｃｈは存在しないが、その閾値を、閾値＋ｋ×今回操作量として算出する（ステップＳＴ９）。
【００８６】
次に、チャンネルｃｈ２の積算操作量（出力誤差累積値）を、積算操作量＋操作量−今回操作量として算出する（ステップＳＴ１０）。この場合、積算操作量は６６％、操作量は３３％、今回操作量は１００％であるで、チャンネルｃｈ２の積算操作量は、図４の周期３に示されるように、−１％となる。
【００８７】
次に、チャンネル番号ｎに１を加えて新たなチャンネルｃｈ３とし（ステップＳＴ１１）、全チャンネルについて終了したか否かを判断し（ステップＳＴ１２）、終了したので、第３番目の半サイクル（周期３）の処理を終了する。
【００８８】
この周期３では、チャンネルｃｈ０およびチャンネルｃｈ１が１００％の出力電力指令値を出力しないので、チャンネルｃｈ２の閾値が０％のままであり、これによって、チャンネルｃｈ２が１００％の出力電力指令値を出力することになる。
【００８９】
以降の各半サイクルも以上同様の処理が為されることになり、図４の各チャンネルｃｈ０〜ｃｈ２の出力波形に示されるように、半サイクル毎に順番に出力されることになる。
【００９０】
したがって、この場合には、上述の図１３の従来例に対応する図５に示されるように、各チャンネルｃｈ０〜ｃｈ２のピーク電流が重ならず、ピーク電流値も１Ａと低く抑えられることになる。
【００９１】
上述の例では、各ヒータ４0〜４2の容量が同一であったけれども、図６には、ヒータ４0〜４2の容量が、０.５Ａ，１Ａおよび２Ａである場合の入力電力指令値が５０%のときのピーク電流を示しており、上述の図３と同様にして出力タイミングを重ならないようにすることで、ピーク電流を、３.５Ａではなく２.５Ａに抑制できることになる。
【００９２】
図７には、図６と同様に、ヒータ４0〜４2の容量が、０.５Ａ，１Ａおよび２Ａである場合の入力電力指令値が５０%のときのピーク電流を示しているが、この図７においては、上述の図３における各チャンネルの負荷容量に対応する係数ｋ0〜ｋ2を、ヒータ容量に比例するように、ｋ0＝２、ｋ1＝１、ｋ2＝０.５に設定し、ヒータ容量の大きな順番で演算処理されるように、チャンネルｃｈ０に、２Ａの容量のヒータを、チャンネルｃｈ１に、１Ａの容量のヒータを、チャンネルｃｈ２に、０.５Ａの容量のヒータを割当てた、すなわち、接続したものである。
【００９３】
このようにヒータ容量に比例した係数ｋ0〜ｋ2を設定するとともに、上述の図３のフローチャートに示されるように、ヒータ容量の大きなチャンネルから順番に演算処理することにより、容量の大きなヒータに電流が流れたときには、閾値の増加量が多くなって各チャンネルの出力のタイミングがより分散されることになり、それを大きなチャンネルの順で行うことにより、より確実に出力のタイミングが分散され、この図７に示されるように、ピーク電流を、２Ａにまで抑制できることになる。
【００９４】
このように各チャンネルに電力を供給するタイミングをずらしてピーク電力またはピーク電流を抑制しているので、電源容量を低くできる。
【００９５】
なお、入力電力指令値が、例えば、１００％といった高い値であるときには、結局、出力タイミングは重なることになるのであるが、例えば、拡散炉、ＣＶＤ装置、成形機などの各種の熱処理装置などの温度制御においては、最初の立ち上げ時には、１００％といった高い操作量が必要とされるけれども、目標温度に整定した後は、高くても２０〜３０％程度の操作量となり、この期間が長く継続されるので、本発明によれば、この長い期間において、出力タイミングの重なりを抑制して効果的にピーク電力またはピーク電流を抑制できることになる。
【００９６】
上述の実施の形態では、負荷容量に対応する係数ｋ0〜ｋ2を、ヒータ容量に比例させるとともに、ヒータ容量の大きな順番で演算処理したけれども、本発明の他の実施の形態として、負荷容量に対応する係数ｋ0〜ｋ2を、ヒータ容量に比例させるだけで、ータ容量の大きな順番で演算処理しないようにしてもよい。この場合であっても、ヒータ容量に比例した閾値の増加量が増えることになり、出力タイミングを分散させる上で有効となる。
【００９７】
上述の実施の形態では、増加させた閾値を、半サイクル毎にリセットさせたけれども、本発明は、半サイクルに限らず、所定の周期でリセットさせればよい。また、閾値やその増加量も上述の実施の形態に限らないのは勿論である。
【００９８】
本発明の他の実施の形態として、電力制御装置を温度調節器に内蔵させる構成としてもよい。
【００９９】
上述の実施の形態では、ゼロクロストリガ回路等を電力制御装置に内蔵されたけれども、本発明の他の実施の形態として、ゼロクロストリガ回路等は、後段のＳＳＲとしてもよい。
【０１００】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、入力電力指令値に応じて、例えば、半サイクル毎に出力電力指令値を補正するので、従来のサイクル制御に比べて、出力応答が速く、また、ＯＮ状態が時間的に分散されるので、制御対象を長寿命化できる。特に、後段のＳＳＲ等に出力する出力電力指令値を用いて、次のサイクルのための出力誤差の演算処理およびそれに基づく出力誤差の累積処理を行うことができるので、例えば、出力された出力電力指令値によって、後段のＳＳＲ等の点弧をフィードバックして出力電力指令値を決定するための処理を行うといった構成に比べて、ＳＳＲ等の点弧を待つ必要がなく、より簡便な構成が可能となる。
【０１０１】
さらに、本発明によれば、複数チャンネルの電力制御において、各チャンネルの出力タイミングの重なりを抑制できるので、ピーク電流またはピーク電力を抑制して電源容量を低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係る温度制御システムの要部の概略構成図である。
【図２】図１の電力制御装置のブロック図である。
【図３】図１の実施の形態の動作説明に供するフローチャートである。
【図４】図１の実施の形態の半サイクル毎の動作を説明するための各部のレベル等の一例を示す図である。
【図５】図１の実施の形態のピーク電流を示す図である。
【図６】本発明の他の実施の形態の図５に対応するピーク電流を示す図である。
【図７】本発明の更に他の実施の形態の図５に対応するピーク電流を示す図である。
【図８】従来の温度制御システムの構成を示す概略構成図である。
【図９】従来のサイクル制御を説明するための図である。
【図１０】先に提案したサイクル制御を説明するための概略構成図である。
【図１１】先に提案したサイクル制御の動作説明に供するフローチャートである。
【図１２】先に提案したサイクル制御の半サイクル毎の動作を説明するための各部のレベルの一例を示す図である。
【図１３】先に提案したサイクル制御のピーク電流を示す図である。
【符号の説明】
１ 温度調節器
４0〜４2 ヒータ
６ 交流電源
７０から７2 スイッチング素子
８ 電力制御装置
１１ 閾値変更部
２２ 出力誤差演算部
２３ 出力誤差累積部
２４ 加算部
２５ 比較部
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力の制御方法および制御装置に関し、更に詳しくは、交流電圧のサイクル制御を行う電力制御方法および電力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ヒータ等の温度制御システムには、図８に示すように、温度調節器１より所定の入力電力指令値をサイクル制御装置２に与え、サイクル制御装置２では、入力された電力指令値に応じ、所定の周期、例えば０．２〔ｓｅｃ〕毎に１ないし数サイクルの出力をゼロクロス機能付きＳＳＲ３に与え、前記所定の周期毎の何サイクルをヒータ４に与えてＯＮ／ＯＦＦし、そのヒータ４の温度を温度センサ５で検出し、温度調節器１にフィードバックし、サイクル制御を繰り返すことにより、ヒータ４の温度を入力電力指令値に応じた値となるように制御するものである。
【０００３】
サイクル制御装置２は、図９に示すように温度調節器１で１００％が出力されていると、電源周波数が５０Ｈｚの場合、この出力値１００％を受け、０．２ｓｅｃの制御周期の１０サイクルがフル出力される。温度調節器１の出力が７５％であるとサイクル制御装置２からは１０サイクル中、７．５サイクル分がＯＮで出力される。同様に、温度調節器１の出力が５０％の場合、サイクル制御装置２からは１０サイクル中５サイクルがＯＮで出力される。以下２５％の温度調節器出力の場合は、１０サイクル中、２．５サイクル分がＯＮされる。０％の温度調節器出力では、出力も１０サイクルすべてＯＦＦである。
【０００４】
なお、０．２ｓｅｃで５０Ｈｚの全サイクルは１０回となるが、図９は様式的なものであり、全サイクルを４回としている。
【０００５】
温度制御には、周期毎の数サイクル分中のオンサイクル比率を設定値に応じて変える上記サイクル制御の他に、設定値に応じて各サイクルにおける点弧角を制御する位相制御が採用されることもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のサイクル制御では、制御周期が固定であり、かつ１サイクルを単位としてＯＮ／ＯＦＦ制御するので、出力分解能が低く、制御精度が悪く、出力応答も遅い。また、ＯＮ状態が時間的に偏るため、制御対象の寿命に悪影響、例えば制御対象がヒータの場合、熱ストレスが大きいという問題がある。
【０００７】
一方、位相制御では、高精度の制御が可能であるが点孤角を制御するものであるから、基本波成分以外に高調波が発生するという問題がある。さらに高速処理が必要であるため、装置全体が高価になるという問題がある。
【０００８】
そこで、本件出願人は、平成１２年３月１５日提出の「サイクル制御装置、電力調整装置、温度調節器および温度制御装置」（特願２０００−７１６４２号）において、高調波を発生せず、しかも従来のサイクル制御に比べて、高精度な制御が可能なサイクル制御装置を提案している。
【０００９】
以下、この先に提案したサイクル制御装置の概要について説明する。
【００１０】
図１０は、このサイクル制御装置を備えた温度制御システムの概略構成を示すブロック図である。この温度制御システムは、温度調節器１と、サイクル制御装置２０と、ゼロクロス機能付きＳＳＲ３と、ヒータ４と、温度センサ５とから構成されている。サイクル制御装置２０以外は、図８に示したものと同様である。
【００１１】
サイクル制御装置２０は、温度調節器１からの電力指令値Ｘを半サイクル間保持するサンプル・ホールド部２１と、入力された電力指令値Ｘと実際の出力値Ｙの出力誤差Ｅを算出する出力誤差演算部２２と、出力誤差演算部２２で求めた出力誤差Ｅを累積する出力誤差累積部２３と、入力された電力指令値Ｘと出力誤差累積値とを加算する加算部（補正部）２４と、加算部２４の出力を受け、その入力値と所定の閾値とを比較し、入力値が閾値より大なる場合に１００〔％〕出力、入力値が閾値より小なる場合に０％出力とする比較部２５とを備えている。
【００１２】
次に、図１１に示すフロー図により、サイクル制御装置２０の動作を中心に説明する。動作の開始にあたり、先ず初期処理が実施される（ステップＳＴ１）。例えば、比較部２５の閾値Ｓの設定（ステップＳＴ１１）、変数ｎをクリア（ステップＳＴ１２）、パラメータ初期値を設定し、累積用レジスタΣ（ｎ）をクリアする（ステップＳＴ１３）。
【００１３】
初期処理に続いて、変数ｎを１インクリメントする（ステップＳＴ２）。処理開始で先ずｎ＝１とされる。そして、第１番目（ｎ＝１）のオン比率入力Ｘ１を取り込む。（ステップＳＴ３）。続いて前回までの出力誤差累積Σ（ｎ−１）に今回の入力指令値Ｘｎを加算し、補正出力値Ｙ（ｎ）を求める（ステップＳＴ４）。
【００１４】
最初の半サイクルの処理ではΣ（ｎ−１）は０〔％〕であり、Ｘｎ＝Ｘ１である。したがって、入力電力指令値を４０％に設定したとすると、Ｘ１＝４０〔％〕であり、Ｙｉ１も４０〔％〕である。比較部２５で入力された補正出力値Ｙｉ１と閾値Ｓが比較され（ステップＳＴ５）、補正出力値Ｙｉ１が閾値Ｓ以上であると出力を１００〔％〕とする（ステップＳＴ６）。逆に補正出力値Ｙｉ１が閾値Ｓよりも小さいと出力を０〔％〕とする（ステップＳＴ７）。
【００１５】
続いて今回の入力指令値Ｘ１と出力Ｙ１の偏差、出力誤差Ｅ←Ｘ１−Ｙ１を求める（ステップＳＴ８）とともに、それまでの出力誤差累積値に今回の出力誤差Ｅ１を加算して、出力誤差累積を更新する（ステップＳＴ９）。これにより、最初の半サイクルに係る処理を終了する。
【００１６】
その後ステップＳＴ２に戻り、変数ｎを１インクリメント（ｎ＝２）し、２回目の半サイクルの処理を実行する。ステップＳＴ２からステップＳＴ９の処理は制御周期間にわたり繰り返され、次の制御周期に入ると、再度変数ｎ及びΣ（ｎ）をクリアして，同様の処理を繰り返す。
【００１７】
上記した処理動作を具体的な数値を例に上げて説明する。以下の説明では入力電力指令値Ｘ＝４０〔％〕、閾値Ｓ＝５０〔％〕とし、５０〔Ｈｚ〕の交流信号を制御するものとする。５０〔Ｈｚ〕の半サイクル期間は１０〔ｍｓｅｃ〕であるから、１０〔ｍｓｅｃ〕毎に、図１１に示すフロー図の処理を実行する。入力電力指令値Ｘは４０〔％〕であるから、制御周期は半サイクル期間×５と決定される。
【００１８】
最初の半サイクル（周期１）では、図１２に示すように、入力電力指令値４０〔％〕、この入力電力指令値４０〔％〕と出力誤差累積Σ（０）の加算で補正出力Ｙｉ１が４０〔％〕、この補正出力Ｙｉ１が４０〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕との比較で閾値Ｓの方が大であるから、出力０〔％〕、電力指令値Ｘ１＝４０〔％〕とこの出力０〔％〕の偏差より、出力誤差Ｅ１＝４０〔％〕、同時に累積誤差Σ（１）＝４０〔％〕である。
【００１９】
第２番目の半サイクルでは、同じく図１２に示すように、入力電力指令値は変わらず４０〔％〕、この電力指令値４０〔％〕と前回までの累積値Σ（１）＝４０〔％〕の加算で、補正出力Ｙｉ２が８０〔％〕、この補正出力Ｙｉ２が８０〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓよりも補正出力Ｙｉ２の方が大であるから、出力を１００〔％〕とする。電力指令値Ｘ２＝４０〔％〕と出力１００〔％〕との偏差より、出力誤差Ｅ２＝−６０〔％〕、前回までの出力累積誤差Σ（２）＝−２０〔％〕である。
【００２０】
第３番目の半サイクル（周期３）では、入力電力指令値は変わらず４０〔％〕、この電力指令値４０〔％〕と前回までの累積値Σ（２）＝−２０〔％〕の加算で、補正出力Ｙｉ３が２０〔％〕、この補正出力Ｙｉ３が２０〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓの方が大きいので、出力を０〔％〕とする。指令値Ｘ３＝４０〔％〕と出力０〔％〕の偏差で、出力誤差Ｅ３＝４０〔％〕、前回までの累積値Σ（２）＝−２０〔％〕を加算して、出力誤差累積Σ（３）＝２０〔％〕である。
【００２１】
第４番目の半サイクル（周期４）では、入力指令値Ｘ４は４０〔％〕、この指令値４０〔％〕と前回までの累積値Σ（３）＝２０〔％〕の加算で、補正出力Ｙｉ４が６０〔％〕、この補正出力Ｙｉ４＝６０〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓよりも補正出力Ｙｉ４の方が大きいので、出力を１００〔％〕とする。電力指令値Ｘ４＝４０〔％〕と出力１００〔％〕の偏差で、出力誤差Ｅ４＝−６０〔％〕、前回までの累積値Σ（３）＝２０〔％〕に出力誤差−６０〔％〕を累積して、出力誤差累積Σ（４）＝−４０〔％〕である。
である。
【００２２】
第５番目の半サイクル（周期５）では、入力電力指令値Ｘ５は４０〔％〕、この指令値４０〔％〕と前回までの累積値−４０〔％〕の加算で、補正出力Ｙｉ５＝０〔％〕、この補正出力Ｙｉ５と閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較では明らかに閾値Ｓの方が大なので、出力を０〔％〕とする。電力指令値Ｘ５＝４０〔％〕と出力０〔％〕の偏差で、出力誤差Ｅ５＝４０〔％〕、前回までの累積値Σ（４）＝−４０〔％〕を加算して、出力誤差累積Σ（５）＝０〔％〕である。
【００２３】
以上５回の半サイクルで制御周期が終了し、次の制御周期に移る。１制御周期の中では電力指令値４０〔％〕に対し、出力１００〔％〕の半サイクルが２回あり、５回の半サイクル中に２回の１００〔％〕出力で他の３回のサイクルが出力０％であるから、電力指令値に対応した出力となる。
【００２４】
同様に、例えば、入力電力指令値が、５０％であった場合には、２回の半サイクルを制御周期として、一方の半サイクルが出力１００％、他方の半サイクルが出力０％となる。また、例えば、入力電力指令値が、６０％であった場合には、５回の半サイクルを制御周期として、その内の３回の半サイクルが出力１００％、２回の半サイクルが出力０％となる
かかるサイクル制御装置によれば、制御周期を決定し、半サイクル毎に出力補正し、電力指令値に応じて１００〔％〕出力か、０〔％〕出力かを選択して出力するものであるから、従来のサイクル制御に比し、出力応答が速く、また、従来のサイクル制御に比し、ＯＮ状態が時間的に分散されるので、制御対象を長寿命化できる。従来の位相制御に比べて高速処理が必要ないため、装置が安価に実現できる。ゼロ電圧スイッチングであるため、電気ノイズが小さいなどの効果がある。
【００２５】
しかしながら、このようなサイクル制御装置を用いて、同一の電源に並列に接続された複数の負荷に電力を供給する場合、例えば、同一の電源に並列に同一容量、例えば、１Ａの３つのヒータ（ｃｈ０〜ｃｈ２）が接続されて各ヒータに電力を供給するような場合に、入力電力指令値が、例えば、３３.０％であったようなときには、図１３（ａ）〜（ｃ）のピーク電流に示されるように、制御周期が同期していることによって、電力を出力するタイミングが一致し、同図（ｄ）に示されるように合計したピーク電流が３Ａと大きくなる。または大きなピーク電流を出力する頻度が多くなり、その結果、このピーク電流に応じて電源容量が大きくなるという難点がある。
【００２６】
なお、図１３においては、正弦波の電流波形を省略して各半サイクルにおけるピーク電流のみを示している。
【００２７】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、高調波を発生せず、しかも従来のサイクル制御に比べて、高精度な制御が可能であって、同一の電源に並列に接続された複数の負荷に電力を供給する場合に、ピーク電力またはピーク電流値を抑制できる電力制御方法および電力制御装置を提供することを目的としている。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【００２９】
すなわち、本発明の電力制御方法は、入力電力指令値に応じて、同一電源に並列接続された複数の負荷に供給する電力をスイッチング制御するための出力電力指令値を、前記各負荷に個別的に対応する各チャンネル毎に出力する電力制御方法であって、半サイクル以上の所定サイクル毎に、前記入力電力指令値とそれまでに累積された出力誤差累積値とを加算する加算ステップと、加算ステップで加算された加算値と閾値とを比較して閾値を越えたときに、出力電力指令値を出力して負荷に電力を供給する出力ステップと、出力ステップで出力される出力電力指令値と前記入力電力指令値との出力誤差値を演算する演算ステップと、演算ステップで演算した出力誤差値を、それまでに累積された前記出力誤差累積値に累積する出力誤差累積ステップとを、前記各チャンネル毎に行うものであって、或るチャンネルの出力電力指令値が出力されたときには、他のチャンネルの前記閾値を増加させる一方、増加させた閾値を所定周期でリセットするものである。
【００３０】
本発明によると、先に提案しているサイクル制御と同様に、出力応答が速く、ＯＮ状態が時間的に分散されるので、制御対象を長寿命化できる。特に、出力ステップで出力する出力電力指令値を用いて、次のサイクルのための出力誤差の演算処理およびそれに基づく出力誤差の累積処理を行うことができるので、例えば、出力ステップで出力された出力電力指令値によって、後段のＳＳＲ等の点弧をフィードバックして出力電力指令値を決定するための処理を行うといった構成に比べて、ＳＳＲ等の点弧を待つ必要がなく、より簡便な構成が可能となる。
【００３１】
さらに、或るチャンネルの出力電力指令値が出力されて対応する負荷に電力が供給されたときには、他のチャンネルの前記閾値を増加させるので、他のチャンネルの出力電力指令値の出力が抑制されて対応する負荷への電力の供給が抑制され、各チャンネルの出力電力指令値の出力タイミングをずらすことができる一方、増加させた閾値は、所定周期でリセットされるので、他のチャンネルについても、加算ステップで加算された値が、閾値を越えたときには、出力電力指令値を出力して抑制されたことによる累積誤差を補正できることになる。
【００３２】
本発明の他の実施態様においては、前記閾値を、前記負荷に流れるピーク電流値またはピーク電力値に比例させて増加させるものである。
【００３３】
本発明によると、負荷に流れるピーク電流値またはピーク電力値に比例させて閾値を増加させるので、ピーク電流値やピーク電力値が大きい場合には、閾値の増加量も大きくなり、したがって、他のチャンネルの出力電力指令値が出力されるタイミングを大きくずらして出力タイミングが重なるのを抑制できることになる。
【００３４】
本発明の更に他の実施態様においては、負荷電流または負荷電力の大きいチャンネルの順に、前記各ステップを行うものである。
【００３５】
本発明によると、負荷電流または負荷電力の大きいチャンネルの順に、各ステップの処理が行われるので、最も負荷電流または負荷電力の大きなチャンネルの出力電力指令値が出力されると、他のチャンネルの閾値が増加されて各チャンネルの出力電力指令値のタイミングがずらされることになり、上述のように、その増加量を、ピーク電流値またはピーク電力値に比例させることにより、
他のチャンネルの出力電力指令値が出力されるタイミングを大きくずらして出力タイミングが重なるのを一層効果的に抑制できることになる。
【００３６】
本発明の電力制御装置は、入力電力指令値に応じて、同一電源に並列接続された複数の負荷に供給する電力をスイッチング制御するための出力電力指令値を、前記各負荷に個別的に対応する各チャンネル毎に出力する電力制御装置であって、
半サイクル以上の所定サイクル毎および前記各チャンネル毎に、前記入力電力指令値とそれまでに累積された出力誤差累積値とを加算する加算手段と、前記所定サイクル毎および前記各チャンネル毎に、前記加算手段からの加算値と閾値とを比較して閾値を越えたときに、出力電力指令値を出力して負荷に電力を供給する比較手段と、前記所定サイクル毎および前記各チャンネル毎に、前記比較手段から出力される出力電力指令値と前記入力電力指令値との出力誤差値を演算する演算手段と、前記所定サイクル毎および前記各チャンネル毎に、前記演算手段から出力誤差値を、それまでに累積された前記出力誤差累積値に累積する出力誤差累積手段と、前記所定サイクル毎に、或るチャンネルの出力電力指令値が出力されたときには、他のチャンネルの前記閾値を増加させる一方、増加させた閾値を所定周期でリセットする閾値変更手段とを備えている。
【００３７】
本発明によると、先に提案しているサイクル制御と同様に、出力応答が速く、ＯＮ状態が時間的に分散されるので、制御対象を長寿命化できる。特に、出力ステップで出力する出力電力指令値を用いて、次のサイクルのための出力誤差の演算処理およびそれに基づく出力誤差の累積処理を行うことができるので、例えば、出力ステップで出力された出力電力指令値によって、後段のＳＳＲ等の点弧をフィードバックして出力電力指令値を決定するための処理を行うといった構成に比べて、ＳＳＲ等の点弧を待つ必要がなく、より簡便な構成が可能となる。
【００３８】
さらに、或るチャンネルの出力電力指令値が出力されて対応する負荷に電力が供給されたときには、他のチャンネルの前記閾値を増加させるので、他のチャンネルの出力電力指令値の出力が抑制されて対応する負荷への電力の供給が抑制され、各チャンネルの出力電力指令値の出力タイミングをずらすことができる一方、増加させた閾値は、所定周期でリセットされるので、他のチャンネルについても、加算ステップで加算された値が、閾値を越えたときには、出力電力指令値を出力して抑制されたことによる累積誤差を補正できることになる。
【００３９】
本発明の他の実施態様においては、前記閾値変更手段は、前記閾値を、負荷に流れるピーク電流値またはピーク電力値に比例させて増加させるものである。
【００４０】
本発明によると、負荷に流れるピーク電流値またはピーク電力値に比例させて閾値を増加させるので、ピーク電流値やピーク電力値が大きい場合には、閾値の増加量も大きくなり、したがって、他のチャンネルの出力電力指令値が出力されるタイミングを大きくずらして出力タイミングが重なるのを抑制できることになる。
【００４１】
本発明の更に他の実施態様においては、前記加算手段、前記比較手段、前記演算手段、出力誤差累積手段および閾値変更手段は、負荷電力または負荷電流の大きいチャンネルの順に前記各処理をそれぞれ行うものである。
【００４２】
本発明によると、負荷電流または負荷電力の大きいチャンネルの順に、各手段の処理が行われるので、最も負荷電流または負荷電力の大きなチャンネルの出力電力指令値が出力されると、他のチャンネルの閾値が増加されて各チャンネルの出力電力指令値のタイミングがずらされることになり、上述のように、その増加量を、ピーク電流値またはピーク電力値に比例させることにより、他のチャンネルの出力電力指令値が出力されるタイミングを大きくずらして出力タイミングが重なるのを一層効果的に抑制できることになる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００４４】
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る電力制御装置を備える温度制御システムの要部の概略構成を示すブロック図である。
【００４５】
この実施の形態の電力制御装置８は、温度調節器１からの複数チャンネル、この例では、３チャンネルの入力電力指令値（操作量）に応じて、同一の交流電源６に並列接続された負荷としての３つのヒータ４0〜４2に供給する電力をスイッチング制御するための出力電力指令値を内蔵のゼロクロストリガ回路に出力し、このゼロクロストリガ回路を介して各ヒータ４0〜４2に個別的に対応するトライアック等のスイッチング素子７0〜７2に点弧信号を出力するものである。
【００４６】
この実施の形態では、電力制御装置８とスイッチング素子７0〜７2とによって、電力調整器９が構成されている。
【００４７】
この実施の形態の電力制御装置８は、図２のブロック図に示されるように、温度調節器１からの各チャンネル毎の入力電力指令値Ｘを半サイクル間保持するサンプル・ホールド部２１0〜２１2と、入力された電力指令値Ｘと実際の出力値Ｙとの出力誤差Ｅを算出する出力誤差演算部２２0〜２２2と、出力誤差演算部２２0〜２２2で求めた出力誤差Ｅを累積する出力誤差累積部２３0〜２３2と、入力された電力指令値Ｘと出力誤差累積値とを加算する加算部（補正部）２４0〜２４2と、加算部２４0〜２４2の加算出力を受け、その入力値と閾値Ｓとを比較し 閾値を越えたときに、１００％の出力電力指令値を出力してヒータへ電力を供給する比較部２５0〜２５2とを備えており、以上の構成は、先に提案しているサイクル制御装置の構成を、複数チャンネルに対応させたものである。なお、比較部２５0〜２５2からの出力電力指令値は、対応するゼロクロストリガ回路１０0〜１０2を介して対応するスイッチング素子７0〜７2に点弧信号として与えられる。
【００４８】
この実施の形態では、３つのヒータ４0〜４2に電力を供給するタイミングが一致して合計のピーク電流が大きくなるのを抑制するために、次のように構成している。
【００４９】
すなわち、この実施の形態では、或るチャンネルの出力電力指令値が出力されたときには、他のチャンネルの閾値を増加させる一方、増加させた閾値を所定周期でリセットする閾値変更部１１を設けている。
【００５０】
この実施の形態の閾値変更部１１は、上述のサイクル制御装置と同様の周期である半サイクル毎に、チャンネルｃｈ０の比較部２５0で加算値が閾値を越えて１００％の出力電力指令値が出力されてヒータ４0が通電されるときには、チャンネルｃｈ１の比較部２５1における閾値を増加させるとともに、チャンネルｃｈ２の比較部２５2における閾値を増加させるものであり、この結果、チャンネルｃｈ０のヒータ４0が通電されるときには、チャンネルｃｈ１およびチャンネルｃｈ２の１００％の出力電力指令値が出力が抑制されることになる。
【００５１】
この増加した閾値は、所定周期、この実施の形態では、半サイクル毎にリセットされ、次の半サイクルで、チャンネルｃｈ０が１００％の出力電力指令値を出力しないときには、チャンネルｃｈ１の閾値は増加されないので、チャンネルｃｈ１の比較部２５1で加算値が閾値を越えて１００％の出力電力指令値が出力されてヒータ４1が通電されると、チャンネルｃｈ２の比較部２５2における閾値を増加させるものであり、この結果、チャンネルｃｈ１のヒータ４1が通電されるときには、チャンネルｃｈ２の１００％の出力電力指令値の出力が抑制されることになる。
【００５２】
さらに、次の半サイクルで、チャンネルｃｈ０が１００％の出力電力指令値を出力せず、また、チャンネルｃｈ１が１００％の出力電力指令値を出力しないときには、チャンネルｃｈ２の閾値は増加しないので、チャンネルｃｈ２の比較部２５2で加算値が閾値を越えたときには、１００％の出力電力指令値が出力されてヒータ４2が通電されることになる。
【００５３】
すなわち、半サイクル毎に、チャンネルｃｈ０が１００％の出力電力指令値を出力するときには、チャンネルｃｈ１およびチャンネルｃｈ２の閾値を増加させて出力を抑制し、チャンネルｃｈ０が１００％の出力電力指令値を出力しないときには、チャンネルｃｈ１の閾値を増加させず、チャンネルｃｈ１が１００％の出力電力指令値を出力するときには、チャンネルｃｈ２の閾値を増加させて出力を抑制し、チャンネルｃｈ０およびチャンネルｃｈ１が１００％の出力電力指令値を出力しないときには、チャンネルｃｈ２の閾値を増加させないようにするものである。
【００５４】
これによって、同一タイミングでの１００％の出力電力指令値の出力を抑制するものである。
【００５５】
次に、この閾値変更部１１における動作を、図３のフローチャートおよび図４に基づいて詳細に説明する。
【００５６】
図４は、入力電力指令値（操作量）が３３％である場合の各チャンネルｃｈ０〜ｃｈ２における入力電力指令値（操作量）、この操作量と出力誤差累積値である積算操作量との加算値である判定値、出力（出力電力指令値）、前記積算操作量、閾値および出力波形を、半周期毎に示したものである。なお、チャンネルｃｈ０の閾値は、常に０であるので省略している。
【００５７】
図３に示されるように、先ず初回処理であるか否かを判断し（ステップＳＴ１）、初回処理であるので、各チャンネルｃｈ０〜ｃｈ２の負荷容量に対応する係数ｋ（ｋ0〜ｋ2）を設定する（ステップＳＴ２）。ここでは、負荷であるヒータ４0〜４2の容量が同一の、例えば、１Ａであるので、ｋは全て１としている。
【００５８】
次に、各チャンネルｃｈ０〜ｃｈ２の積算操作量（出力誤差累積値）を０％とし（ステップＳＴ３）、さらに、閾値を０％とし（ステップＳＴ４）、チャンネル番号ｎを０とする（ステップＳＴ５）。
【００５９】
次に、チャンネルｃｈ０の操作量（入力電力指令値）と積算操作量とを加算して判定値（加算値）とする（ステップＳＴ６）。図４に示されるように、操作量は、３３％であるので、チャンネルｃｈ０の判定値は、３３％となる。この判定値と閾値とを比較し、判定値が閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳＴ７）。チャンネルｃｈ０の判定値は、３３％であり、閾値は、ステップＳＴ３で設定したように０％であるので、判定値は、閾値以上となってステップＳＴ８に移り、図４の周期１に示されるように、チャンネルｃｈ０の出力（出力電力指令値）が１００％となる。
【００６０】
チャンネルｃｈ０の出力が１００％となったので、次のチャンネルｃｈ１の閾値を、閾値＋ｋ×今回操作量として算出する（ステップＳＴ９）。この場合、閾値は０％、ｋは１、今回操作量は１００％であるので、チャンネルｃｈ１の閾値は、図４の周期１に示されるように、１００％となる。
【００６１】
次に、チャンネルｃｈ０の積算操作量（出力誤差累積値）を、積算操作量＋操作量−今回操作量として算出する（ステップＳＴ１０）。この場合、積算操作量は０％、操作量は３３％、今回操作量は１００％であるで、チャンネルｃｈ０の積算操作量は、図４の周期１に示されるように、−６７％となる。
【００６２】
次に、チャンネル番号ｎに１を加えて新たなチャンネルｃｈ１とし（ステップＳＴ１１）、全チャンネルについて終了したか否かを判断し（ステップＳＴ１２）、終了していないので、ステップＳＴ６に戻り、チャンネルｃｈ１について、判定値を算出する。この場合、チャンネルｃｈ１の積算操作量は、初回であるので、０％、操作量は、３３％であるので、判定値は、図４の周期１に示されるように、３３％となる。この判定値は、上述のステップＳＴ９で算出した閾値１００％以上でないので（ステップＳＴ７）、今回操作量を０％として出力せず（ステップＳＴ１３）、次のチャンネルｃｈ２の閾値を、閾値＋ｋ×今回操作量として算出する（ステップＳＴ９）。この場合、閾値は１００％、ｋは１、今回操作量は０％であるので、次のチャンネルｃｈ２の閾値は、図４の周期１に示されるように、１００％となる。
【００６３】
次に、チャンネルｃｈ１の積算操作量（出力誤差累積値）を、積算操作量＋操作量−今回操作量として算出する（ステップＳＴ１０）。この場合、積算操作量は０％、操作量は３３％、今回操作量は０％であるで、チャンネルｃｈ１の積算操作量は、図４の周期１に示されるように、３３％となる。
【００６４】
次に、チャンネル番号ｎに１を加えて新たなチャンネルｃｈ２とし（ステップＳＴ１１）、全チャンネルについて終了したか否かを判断し（ステップＳＴ１２）、終了していないので、ステップＳＴ６に戻り、チャンネルｃｈ２について、判定値を算出する。この場合、チャンネルｃｈ２の積算操作量は、初回であるので、０％、操作量は、３３％であるので、判定値は、図４の周期１に示されるように、３３％となる。この判定値は、上述のステップＳＴ９で算出した閾値１００％以上でないので（ステップＳＴ７）、今回操作量を０％として出力せず（ステップＳＴ１３）、次のチャンネルｃｈ３、この場合、次のｃｈは存在しないが、その閾値を、閾値＋ｋ×今回操作量として算出する（ステップＳＴ９）。
【００６５】
次に、チャンネルｃｈ２の積算操作量（出力誤差累積値）を、積算操作量＋操作量−今回操作量として算出する（ステップＳＴ１０）。この場合、積算操作量は０％、操作量は３３％、今回操作量は０％であるで、チャンネルｃｈ２の積算操作量は、図４の周期１に示されるように、３３％となる。
【００６６】
次に、チャンネル番号ｎに１を加えて新たなチャンネルｃｈ３とし（ステップＳＴ１１）、全チャンネルについて終了したか否かを判断し（ステップＳＴ１２）、終了したので、最初の半サイクルの処理を終了する。
【００６７】
この最初の半サイクル（周期１）では、チャンネルｃｈ０が１００％の出力電力指令値を出力したので、チャンネルｃｈ１およびｃｈ２の閾値が、０％から１００％に増加し、これによって、チャンネルｃｈ１およびチャンネルｃｈ２からは、１００％の出力電力指令値が出力されないことになる。
【００６８】
この電力制御装置８の後段のスイッチング素子７0〜７2では、上述のステップＳＴ８の出力電力指令値に応じて、次の半サイクルで点弧される。なお、図４においては、対応関係が明瞭となるように、出力波形は、次の半サイクルではなく、同じ半サイクルで示している。
【００６９】
次の半サイクル、すなわち、第２番目の半サイクル（周期２）では、ステップＳＴ１に戻り、初回処理であるか否かを判断し、初回処理ではないので、閾値を０％とし（ステップＳＴ４）、チャンネル番号ｎを０とする（ステップＳＴ５）。
【００７０】
次に、チャンネルｃｈ０の操作量（入力電力指令値）と積算操作量とを加算して判定値（加算値）とする（ステップＳＴ６）。図４の周期１に示されるように積算操作量は−６７％、操作量は、図４の周期２に示されるように３３％であるので、チャンネルｃｈ０の判定値は、−６７＋３３＝−３４％となる。この判定値と閾値とを比較し、判定値が閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳＴ７）。チャンネルｃｈ０の判定値は、−３４％であり、閾値は、ステップＳＴ３で設定したように０％であるので、判定値は、閾値以上ではなく、ステップＳＴ１３に移り、図４の周期２に示されるように、チャンネルｃｈ０の出力（出力電力指令値）が０％となる。
【００７１】
チャンネルｃｈ０の出力が０％であるので、チャンネルｃｈ１の閾値は、閾値＋ｋ×今回操作量として算出する（ステップＳＴ９）。この場合、閾値は０％、ｋは１、今回操作量は０％であるので、チャンネルｃｈ１の閾値は、図４の周期２に示されるように、０％となり、閾値の増加はない。
【００７２】
次に、チャンネルｃｈ０の積算操作量（出力誤差累積値）を、積算操作量＋操作量−今回操作量として算出する（ステップＳＴ１０）。この場合、積算操作量は−６７％、操作量は３３％、今回操作量は０％であるで、チャンネルｃｈ０の積算操作量は、図４の周期２に示されるように、−３４％となる。
【００７３】
次に、チャンネル番号ｎに１を加えて新たなチャンネルｃｈ１とし（ステップＳＴ１１）、全チャンネルについて終了したか否かを判断し（ステップＳＴ１２）、終了していないので、ステップＳＴ６に戻り、チャンネルｃｈ１について、判定値を算出する。この場合、チャンネルｃｈ１の積算操作量は、図４の周期１に示されるように、３３％であり、操作量は、３３％であるので、判定値は、図４の周期２に示されるように、３３＋３３＝６６％となる。この判定値は、上述のステップＳＴ９で算出した閾値０％以上であるので（ステップＳＴ７）、今回操作量を１００％として出力し（ステップＳＴ８）、次のチャンネルｃｈ２の閾値を、閾値＋ｋ×今回操作量として算出する（ステップＳＴ９）。この場合、閾値は０％、ｋは１、今回操作量は１００％であるので、チャンネルｃｈ２の閾値は、図４の周期２に示されるように、１００％となる。
【００７４】
次に、チャンネルｃｈ１の積算操作量（出力誤差累積値）を、積算操作量＋操作量−今回操作量として算出する（ステップＳＴ１０）。この場合、積算操作量は３３％、操作量は３３％、今回操作量は１００％であるで、チャンネルｃｈ１の積算操作量は、図４の周期２に示されるように、−３４％となる。
【００７５】
次に、チャンネル番号ｎに１を加えて新たなチャンネルｃｈ２とし（ステップＳＴ１１）、全チャンネルについて終了したか否かを判断し（ステップＳＴ１２）、終了していないので、ステップＳＴ６に戻り、チャンネルｃｈ２について、判定値を算出する。この場合、チャンネルｃｈ２の積算操作量は、図４の周期１に示されるように、３３％、操作量は、３３％であるので、判定値は、図４の周期２に示されるように、６６％となる。この判定値は、上述のステップＳＴ９で算出した閾値１００％以上でないので（ステップＳＴ７）、今回操作量を０％として出力せず（ステップＳＴ１３）、次のチャンネルｃｈ３、この場合、次のｃｈは存在しないが、その閾値を、閾値＋ｋ×今回操作量として算出する（ステップＳＴ９）。
【００７６】
次に、チャンネルｃｈ２の積算操作量（出力誤差累積値）を、積算操作量＋操作量−今回操作量として算出する（ステップＳＴ１０）。この場合、積算操作量は３３％、操作量は３３％、今回操作量は０％であるで、チャンネルｃｈ２の積算操作量は、図４の周期２に示されるように、６６％となる。
【００７７】
次に、チャンネル番号ｎに１を加えて新たなチャンネルｃｈ３とし（ステップＳＴ１１）、全チャンネルについて終了したか否かを判断し（ステップＳＴ１２）、終了したので、第２番目の半サイクル（周期２）の処理を終了する。
【００７８】
この周期２では、チャンネルｃｈ０が１００％の出力電力指令値を出力しないので、チャンネルｃｈ１の閾値が０％のままであり、これによって、チャンネルｃｈ１が１００％の出力電力指令値を出力し、チャンネルｃｈ２の閾値が、０％から１００％に増加し、チャンネルｃｈ２からは、１００％の出力電力指令値が出力されないことになる。
【００７９】
さらに次の半サイクル、すなわち、第３番目の半サイクル（周期３）では、ステップＳＴ１に戻り、初回処理であるか否かを判断し、初回処理ではないので、閾値を０％とし（ステップＳＴ４）、チャンネル番号ｎを０とする（ステップＳＴ５）。
【００８０】
次に、チャンネルｃｈ０の操作量（入力電力指令値）と積算操作量とを加算して判定値（加算値）とする（ステップＳＴ６）。図４の周期２に示されるように、それまでの積算操作量は−３４％、操作量は、図４の周期３示されるように３３％であるので、チャンネルｃｈ０の判定値は、−３４＋３３＝−１％となる。この判定値と閾値とを比較し、判定値が閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳＴ７）。チャンネルｃｈ０の判定値は、−１％であり、閾値は、ステップＳＴ３で設定したように０％であるので、判定値は、閾値以上ではなく、ステップＳＴ１３に移り、図４の周期３に示されるように、チャンネルｃｈ０の出力（出力電力指令値）が０％となる。
【００８１】
チャンネルｃｈ０の出力が０％であるので、チャンネルｃｈ１の閾値は、閾値＋ｋ×今回操作量として算出する（ステップＳＴ９）。この場合、閾値は０％、ｋは１、今回操作量は０％であるので、チャンネルｃｈ１の閾値は、図４の周期３に示されるように、０％となり、閾値の増加はない。
【００８２】
次に、チャンネルｃｈ０の積算操作量（出力誤差累積値）を、積算操作量＋操作量−今回操作量として算出する（ステップＳＴ１０）。この場合、積算操作量は−３４％、操作量は３３％、今回操作量は０％であるで、チャンネルｃｈ０の積算操作量は、図４の周期３に示されるように、−１％となる。
【００８３】
次に、チャンネル番号ｎに１を加えて新たなチャンネルｃｈ１とし（ステップＳＴ１１）、全チャンネルについて終了したか否かを判断し（ステップＳＴ１２）、終了していないので、ステップＳＴ６に戻り、チャンネルｃｈ１について、判定値を算出する。この場合、チャンネルｃｈ１の積算操作量は、図４の周期２に示されるように、−３４％であり、操作量は、３３％であるので、判定値は、図４の周期３に示されるように、−３４＋３３＝−１％となる。この判定値は、上述のステップＳＴ９で算出した閾値０％以上でなく（ステップＳＴ７）、ステップＳＴ１３に移り、図４の周期３に示されるように、チャンネルｃｈ１の出力（出力電力指令値）が０％となる。次のチャンネルｃｈ２の閾値を、閾値＋ｋ×今回操作量として算出する（ステップＳＴ９）。この場合、閾値は０％、ｋは１、今回操作量は０％であるので、チャンネルｃｈ２の閾値は、図４の周期３に示されるように、０％となり、閾値の増加はない。
【００８４】
次に、チャンネルｃｈ１の積算操作量（出力誤差累積値）を、積算操作量＋操作量−今回操作量として算出する（ステップＳＴ１０）。この場合、積算操作量は−３４％、操作量は３３％、今回操作量は０％であるで、チャンネルｃｈ１の積算操作量は、図４の周期３に示されるように、−１％となる。
【００８５】
次に、チャンネル番号ｎに１を加えて新たなチャンネルｃｈ２とし（ステップＳＴ１１）、全チャンネルについて終了したか否かを判断し（ステップＳＴ１２）、終了していないので、ステップＳＴ６に戻り、チャンネルｃｈ２について、判定値を算出する。この場合、チャンネルｃｈ２の積算操作量は、図４の周期２に示されるように、６６％、操作量は、３３％であるので、判定値は、図４の周期３に示されるように、９９％となる。この判定値は、上述のステップＳＴ９で算出した閾値０％以上であるので（ステップＳＴ７）、今回操作量を１００％として出力し（ステップＳＴ８）、次のチャンネルｃｈ３、この場合、次のｃｈは存在しないが、その閾値を、閾値＋ｋ×今回操作量として算出する（ステップＳＴ９）。
【００８６】
次に、チャンネルｃｈ２の積算操作量（出力誤差累積値）を、積算操作量＋操作量−今回操作量として算出する（ステップＳＴ１０）。この場合、積算操作量は６６％、操作量は３３％、今回操作量は１００％であるで、チャンネルｃｈ２の積算操作量は、図４の周期３に示されるように、−１％となる。
【００８７】
次に、チャンネル番号ｎに１を加えて新たなチャンネルｃｈ３とし（ステップＳＴ１１）、全チャンネルについて終了したか否かを判断し（ステップＳＴ１２）、終了したので、第３番目の半サイクル（周期３）の処理を終了する。
【００８８】
この周期３では、チャンネルｃｈ０およびチャンネルｃｈ１が１００％の出力電力指令値を出力しないので、チャンネルｃｈ２の閾値が０％のままであり、これによって、チャンネルｃｈ２が１００％の出力電力指令値を出力することになる。
【００８９】
以降の各半サイクルも以上同様の処理が為されることになり、図４の各チャンネルｃｈ０〜ｃｈ２の出力波形に示されるように、半サイクル毎に順番に出力されることになる。
【００９０】
したがって、この場合には、上述の図１３の従来例に対応する図５に示されるように、各チャンネルｃｈ０〜ｃｈ２のピーク電流が重ならず、ピーク電流値も１Ａと低く抑えられることになる。
【００９１】
上述の例では、各ヒータ４0〜４2の容量が同一であったけれども、図６には、ヒータ４0〜４2の容量が、０.５Ａ，１Ａおよび２Ａである場合の入力電力指令値が５０%のときのピーク電流を示しており、上述の図３と同様にして出力タイミングを重ならないようにすることで、ピーク電流を、３.５Ａではなく２.５Ａに抑制できることになる。
【００９２】
図７には、図６と同様に、ヒータ４0〜４2の容量が、０.５Ａ，１Ａおよび２Ａである場合の入力電力指令値が５０%のときのピーク電流を示しているが、この図７においては、上述の図３における各チャンネルの負荷容量に対応する係数ｋ0〜ｋ2を、ヒータ容量に比例するように、ｋ0＝２、ｋ1＝１、ｋ2＝０.５に設定し、ヒータ容量の大きな順番で演算処理されるように、チャンネルｃｈ０に、２Ａの容量のヒータを、チャンネルｃｈ１に、１Ａの容量のヒータを、チャンネルｃｈ２に、０.５Ａの容量のヒータを割当てた、すなわち、接続したものである。
【００９３】
このようにヒータ容量に比例した係数ｋ0〜ｋ2を設定するとともに、上述の図３のフローチャートに示されるように、ヒータ容量の大きなチャンネルから順番に演算処理することにより、容量の大きなヒータに電流が流れたときには、閾値の増加量が多くなって各チャンネルの出力のタイミングがより分散されることになり、それを大きなチャンネルの順で行うことにより、より確実に出力のタイミングが分散され、この図７に示されるように、ピーク電流を、２Ａにまで抑制できることになる。
【００９４】
このように各チャンネルに電力を供給するタイミングをずらしてピーク電力またはピーク電流を抑制しているので、電源容量を低くできる。
【００９５】
なお、入力電力指令値が、例えば、１００％といった高い値であるときには、結局、出力タイミングは重なることになるのであるが、例えば、拡散炉、ＣＶＤ装置、成形機などの各種の熱処理装置などの温度制御においては、最初の立ち上げ時には、１００％といった高い操作量が必要とされるけれども、目標温度に整定した後は、高くても２０〜３０％程度の操作量となり、この期間が長く継続されるので、本発明によれば、この長い期間において、出力タイミングの重なりを抑制して効果的にピーク電力またはピーク電流を抑制できることになる。
【００９６】
上述の実施の形態では、負荷容量に対応する係数ｋ0〜ｋ2を、ヒータ容量に比例させるとともに、ヒータ容量の大きな順番で演算処理したけれども、本発明の他の実施の形態として、負荷容量に対応する係数ｋ0〜ｋ2を、ヒータ容量に比例させるだけで、ータ容量の大きな順番で演算処理しないようにしてもよい。この場合であっても、ヒータ容量に比例した閾値の増加量が増えることになり、出力タイミングを分散させる上で有効となる。
【００９７】
上述の実施の形態では、増加させた閾値を、半サイクル毎にリセットさせたけれども、本発明は、半サイクルに限らず、所定の周期でリセットさせればよい。また、閾値やその増加量も上述の実施の形態に限らないのは勿論である。
【００９８】
本発明の他の実施の形態として、電力制御装置を温度調節器に内蔵させる構成としてもよい。
【００９９】
上述の実施の形態では、ゼロクロストリガ回路等を電力制御装置に内蔵されたけれども、本発明の他の実施の形態として、ゼロクロストリガ回路等は、後段のＳＳＲとしてもよい。
【０１００】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、入力電力指令値に応じて、例えば、半サイクル毎に出力電力指令値を補正するので、従来のサイクル制御に比べて、出力応答が速く、また、ＯＮ状態が時間的に分散されるので、制御対象を長寿命化できる。特に、後段のＳＳＲ等に出力する出力電力指令値を用いて、次のサイクルのための出力誤差の演算処理およびそれに基づく出力誤差の累積処理を行うことができるので、例えば、出力された出力電力指令値によって、後段のＳＳＲ等の点弧をフィードバックして出力電力指令値を決定するための処理を行うといった構成に比べて、ＳＳＲ等の点弧を待つ必要がなく、より簡便な構成が可能となる。
【０１０１】
さらに、本発明によれば、複数チャンネルの電力制御において、各チャンネルの出力タイミングの重なりを抑制できるので、ピーク電流またはピーク電力を抑制して電源容量を低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係る温度制御システムの要部の概略構成図である。
【図２】図１の電力制御装置のブロック図である。
【図３】図１の実施の形態の動作説明に供するフローチャートである。
【図４】図１の実施の形態の半サイクル毎の動作を説明するための各部のレベル等の一例を示す図である。
【図５】図１の実施の形態のピーク電流を示す図である。
【図６】本発明の他の実施の形態の図５に対応するピーク電流を示す図である。
【図７】本発明の更に他の実施の形態の図５に対応するピーク電流を示す図である。
【図８】従来の温度制御システムの構成を示す概略構成図である。
【図９】従来のサイクル制御を説明するための図である。
【図１０】先に提案したサイクル制御を説明するための概略構成図である。
【図１１】先に提案したサイクル制御の動作説明に供するフローチャートである。
【図１２】先に提案したサイクル制御の半サイクル毎の動作を説明するための各部のレベルの一例を示す図である。
【図１３】先に提案したサイクル制御のピーク電流を示す図である。
【符号の説明】
１ 温度調節器
４0〜４2 ヒータ
６ 交流電源
７０から７2 スイッチング素子
８ 電力制御装置
１１ 閾値変更部
２２ 出力誤差演算部
２３ 出力誤差累積部
２４ 加算部
２５ 比較部
Claims (6)
- 入力電力指令値に応じて、同一電源に並列接続された複数の負荷に供給する電力をスイッチング制御するための出力電力指令値を、前記各負荷に個別的に対応する各チャンネル毎に出力する電力制御方法であって、
半サイクル以上の所定サイクル毎に、
前記入力電力指令値とそれまでに累積された出力誤差累積値とを加算する加算ステップと、
加算ステップで加算された加算値と閾値とを比較して閾値を越えたときに、出力電力指令値を出力して負荷に電力を供給する出力ステップと、
出力ステップで出力される出力電力指令値と前記入力電力指令値との出力誤差値を演算する演算ステップと、
演算ステップで演算した出力誤差値を、それまでに累積された前記出力誤差累積値に累積する出力誤差累積ステップとを、前記各チャンネル毎に行うものであって、
或るチャンネルの出力電力指令値が出力されたときには、他のチャンネルの前記閾値を増加させる一方、増加させた閾値を所定周期でリセットすることを特徴とする電力制御方法。 - 前記閾値を、前記負荷に流れるピーク電流値またはピーク電力値に比例させて増加させる請求項１記載の電力制御方法。
- 負荷電流または負荷電力の大きいチャンネルの順に、前記各ステップを行う請求項１または２記載の電力制御方法。
- 入力電力指令値に応じて、同一電源に並列接続された複数の負荷に供給する電力をスイッチング制御するための出力電力指令値を、前記各負荷に個別的に対応する各チャンネル毎に出力する電力制御装置であって、
半サイクル以上の所定サイクル毎および前記各チャンネル毎に、前記入力電力指令値とそれまでに累積された出力誤差累積値とを加算する加算手段と、
前記所定サイクル毎および前記各チャンネル毎に、前記加算手段からの加算値と閾値とを比較して閾値を越えたときに、出力電力指令値を出力して負荷に電力を供給する比較手段と、
前記所定サイクル毎および前記各チャンネル毎に、前記比較手段から出力される出力電力指令値と前記入力電力指令値との出力誤差値を演算する演算手段と、前記所定サイクル毎および前記各チャンネル毎に、前記演算手段から出力誤差値を、それまでに累積された前記出力誤差累積値に累積する出力誤差累積手段と、
前記所定サイクル毎に、或るチャンネルの出力電力指令値が出力されたときには、他のチャンネルの前記閾値を増加させる一方、増加させた閾値を所定周期でリセットする閾値変更手段と、
を備えることを特徴とする電力制御装置。 - 前記閾値変更手段は、前記閾値を、負荷に流れるピーク電流値またはピーク電力値に比例させて増加させる請求項４記載の電力制御装置。
- 前記加算手段、前記比較手段、前記演算手段、出力誤差累積手段および閾値変更手段は、負荷電力または負荷電流の大きいチャンネルの順に前記各処理をそれぞれ行う請求項４または５記載の電力制御装置。
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