JP4647752B2 - 電圧制御方法及び装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、PWM制御により変圧器の1次側電圧を変化させて、2次側出力電圧を制御する電圧制御方法及び電圧制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
単相3線電路において、PWM制御(パルス幅変調制御)により電圧を制御する電圧制御装置の回路図を図3に示す。図3では、例えば200Vの入力電圧を変圧器により最大20V降圧して180Vを出力する電圧制御装置を示し、変圧器20の1次巻線21を電源側入力端子23の両電圧線X−Y間に接続し、2つの巻線から成る2次巻線22を夫々入力端子23の電圧線X,Yと出力端子24の電圧線x,yに直列に接続されている。そして、入力端子23の中性線Nは出力端子24の中性線nに直接接続されている。
【0003】
1次巻線21には入力電圧を4個のFETを組み合わせたPWMチョッパ回路25によりPWM制御した電圧を印加し、このPWM制御は出力端子24の電圧が出力設定値となるように演算された値で行われ、チョッパ回路25によりチョッピングされた電圧波形は、出力フィルタ回路26により正弦波電圧に成形され一次巻線に印加されている。
図4は入力電圧波形と4個のFETの動作タイムチャートを示し、パルスデューティー比を50%として入力電圧を10V降圧して出力する場合を示している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記構成の場合、変圧器20の1次巻線印加電圧が、FETのスイッチング遅れやスイッチングノイズ等により図4のタイムチャート通りにスイッチングされず、交流電圧の0クロス付近で歪みが生じ、その影響で出力端の電圧も0クロス付近で歪みが生じていた。
また、運転中に瞬間的な停電があると、両電圧線間の電圧低下時間と制御回路の電圧低下時間との間に差が生じ、また復電時も両電圧線間の電圧が定常値まで上昇する時間と制御回路の電圧が定常値まで上昇する時間には差があるため、各過渡期においてFETのスイッチング動作が不確定となっていた。そのため、変圧器の1次巻線印加電圧は不定値となり、その結果出力電圧が大きく変動していた。
【0005】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、出力電圧が0クロス付近でも歪みが発生することが無く、また停電が発生しても電圧波形が乱れることのない電圧制御方法及び電圧制御装置を提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する為に、請求項1の発明は、変圧器の1次巻線をチョッパ回路を介在させて単相3線電路の両電圧線間に接続すると共に、該変圧器の2次巻線を前記両電圧線と負荷の間に直列接続し、チョッパ回路のPWM制御によりチョッピングした電圧を前記1次巻線に印加して負荷印加電圧を制御する電圧制御方法であって、入力電圧の半周期毎に「H」,「L」の信号を繰り返して発生する同期信号発生ステップと、入力電圧信号に同期させた内部カウンタがカウントする半周期毎の前後数百μSの間を常に「L」となるよう前記同期信号を加工して出力する同期信号加工ステップと、前記同期信号が「L」から「H」に立ち上がってから、前記内部カウンタがカウントする半周期を中心に前後数百μS間に、「H」から「L」に変化しなかったとき、或いは前記同期信号が「L」から「H」に立ち上がってから、内部カウンタがカウントする1周期を中心に前後数百μS間に「L」から「H」に変化しなかったとき、或いは前記同期信号が「L」から「H」に立ち上がってから、前記内部カウンタがカウントする半周期または1周期を中心に前後数百μS間の期間外に「H」から「L」または「L」から「H」に変化したとき停電と判断し、入力電圧を遮断するステップとを有し、前記加工した同期信号が「L」の場合にPWM信号を出力してチョッパ制御することを特徴とする。
【0008】
請求項2の発明は、変圧器の1次巻線をチョッパ回路を介在させて単相3線電路の両電圧線間に接続すると共に、該変圧器の2次巻線を前記両電圧線と負荷の間に直列接続し、チョッパ回路のPWM制御によりチョッピングした電圧を前記1次巻線に印加して負荷印加電圧を制御する電圧制御装置であって、PWM信号発生手段と、入力電圧の周期に同期した信号を発生する同期信号発生手段と、前記PWM信号と該同期信号発生手段からの同期信号を組み合わせて前記チョッパ回路のスイッチング信号を出力する制御手段と、前記チョッパ回路の電源側電圧線に設けた第1開閉手段と、1次巻線の両端間に設けた第2開閉手段と、停電検出手段とを有し、前記同期信号発生手段が、電源電圧の半周期毎に「H」,「L」を繰り返す同期信号を出力すると共に、前記制御手段は前記同期信号を受けて、電源電圧に同期させた内部カウンタがカウントする半周期毎の前後数百μSの間は常に「L」信号となるよう加工し、該加工信号とPWM信号を組み合わせてスイッチング信号を出力し、前記停電検出手段が停電を検出したら、前記第1開閉手段を開動作させると共に前記第2開閉手段を閉動作させることを特徴とする。
【0011】
請求項3の発明は、請求項2の発明において、前記停電検出手段は、前記同期信号発生手段からの同期信号が「L」から「H」に立ち上がってから、前記内部カウンタがカウントする半周期を中心に前後数百μS間に、「H」から「L」に変化しなかったとき、或いは前記同期信号が「L」から「H」に立ち上がってから、内部カウンタがカウントする1周期を中心に前後数百μS間に「L」から「H」に変化しなかったとき、或いは前記同期信号が「L」から「H」に立ち上がってから、前記内部カウンタがカウントする半周期または1周期を中心に前後数百μS間の期間外に「H」から「L」または「L」から「H」に変化したとき停電と判断することを特徴とする。
尚、数百μSとは100μS〜800μSとする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に係る電圧制御装置の1例を示す回路図であり、1は1個の1次巻線2と2個の2次巻線3を有する変圧器、4は第1〜第4の4個のFETを有するチョッパ回路、5aは入力フィルタ回路、5bは出力フィルタ回路であり、単相3線電路に接続する入力端子8の両電圧線X,Yがチョッパ回路4及びフィルタ回路5a,5bを介して変圧器1の1次巻線2に接続され、2個の巻線から成る2次巻線3は夫々入力端子8の電源電圧線X,Yから負荷に接続する出力端子9の電圧線x,yに直列に接続され、入力端子8の中性線Nは出力端子9の中性線nに直接接続されている。
【0013】
また、電源側電圧線Xに第1開閉器6aが、1次巻線2に並列に第2開閉器6bが夫々設けられ、双方は1つの電磁開閉器のa接点とb接点で形成されている。そして、これら開閉器6a,6b及びチョッパ回路4の各FETは制御部11により制御されている。
制御部11には入力端子8からの交流電圧信号を受けて交流電源の0クロス点と同期したパルス信号を発生する同期信号発生回路12が接続されると共に出力端子9の電圧値を検出して制御部11に電圧値信号を出力する電圧読込回路13が接続されている。
【0014】
制御部11はマイクロコンピュータを内蔵し、各FETを制御する第1〜第4の4個の出力部11a〜11dを有し、この4個の出力部11a〜11dは夫々4個のOR回路14に接続され、OR回路14の出力をチョッパ回路4のFET制御信号としている。また、第1開閉器6a,第2開閉器6bを制御する1つの出力ポート11eを有し、出力ポート11eは開閉器制御回路16に接続され、第1,第2開閉器を同時に開閉制御している。
【0015】
この制御部11の制御動作を図2のタイムチャートを基に説明する。まず、正常動作時は同期信号発生回路12が入力端子間の交流電源と同期したパルス信号を発生し、制御部11の入力ポートへ入力する。制御部11では、そのパルス信号に同期させながら内部カウンタをスタートする。尚、このカウンタはパルス信号の立ち上がりを検知する度に0クリアされる。
また、出力電圧設定部15で予め設定された設定値と、電圧読込回路13から入力される出力電圧の読込値とを比較演算し、その結果に準じたパルス幅のPWMパルス信号の正アクティブ信号を出力部11aから出力し、負アクティブ信号を出力部11bから出力する。
【0016】
そして、内部カウンタの値に特定のs値、例えばs=400μSを設定して次の動作をさせる。
まず、内部カウンタの値がsになったら、第4の出力部11dの出力を「H」にする。次に、内部カウンタの値が「半周期−s」となったら、第4の出力部11dを「L」にし、「半周期+s」となったら、第3の出力部11cを「H」にし、「1周期−s」となったら、第3の出力部11cを「L」にする。このように第3の出力部11cの出力をパルス信号の加工信号とし、第4の出力部11dの出力を第3の出力部11cの信号を反転させて出力する。
そして、これら第1〜第4の出力部の信号を4個のOR回路14を図示するように介在させることで、図2のA,B,C,Dに示すように、パルス信号が入力交流電圧信号に同期した「L」信号を出力している間のみPWM信号を出力させて、この信号によりチョッパ回路4を制御している。
【0017】
次に停電が発生した場合の動作を説明する。まず、停電の判断は次の3つの条件でおこなう。
1.内部カウンタの値が「半周器−s」から「半周器+s」の間に交流電源と同期したパルス信号が「H」から「L」に変化しなかった時。
2.内部カウンタの値が「1周期−s」から「1周期+s」の間に交流電源と同期したパルス信号が「L」から「H」に変化しなかった時。
3.内部カウンタの値が「半周器−s」から「半周器+s」の期間外または「1周期−s」から「1周期+s」の期間外に交流電源と同期したパルス信号が「H」から「L」または「L」から「H」に変化した時。
【0018】
以上の場合を停電と判断して、第2の出力部11bを「H」、第1の出力部11a,第3の出力部11c、第4の出力部11dを「L」とし、出力ポート11eから第1及び第2開閉器6a,6bの動作信号を出力して、第1開閉器6aを開動作、第2開閉器6bを閉動作させて、回路を入力電圧から遮断する。こうすることで、変圧器1の1次巻線2への供給電圧が0Vとなる。
【0019】
このように、入力電圧の0クロス前後で安定させてPWM信号を出力させることで、出力電圧が0クロス付近でも歪むことがなくなる。また、停電による電圧低下の際、出力端の電圧は入力端側と同様に低下し、低下途中でFETのミストリガによる電圧波形の乱れが生ずることがないし、停電後の復帰時も入力端の電圧が安定してから制御がスタートすることができ、FETのミストリガによる出力端電圧波形の乱れが生じない。
尚、上記s値は400μSでなくとも良く、300μSから600μSの間であれば良好に作用させることができるが、50Hzの場合は400μs、60Hzであれば330μsが好適である。また、この実施の形態では制御部がPWM信号発生手段及び停電検出手段を兼ねているが個別に構成しても良い。
【0020】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1,2の発明によれば、PWM信号と電源電圧の周期に同期させた信号を組み合わせてチョッパ回路を制御するので、0クロス付近での負荷印加電圧の歪みを無くすことが可能である。
【0021】
また、停電時入力電圧を遮断するので、出力端の電圧は入力端側と同様に低下し、低下途中でミストリガによる電圧波形の乱れが生じない。
【0022】
請求項2の発明によれば、電源電圧の周期に同期させた同期信号が「L」の時のみPWM信号を出力させることで、0クロス付近での波形歪みを無くせる。
【0023】
また、停電後の復帰時も入力端の電圧が安定してから制御をスタートすることが可能なため、チョッパ回路のミストリガによる出力端電圧波形の乱れが生じない。従って、停電が発生しても電圧波形が乱れることがない。
【0024】
請求項3の発明によれば、請求項2の効果に加えて瞬時停電を確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の1例を示す電圧制御装置の回路ブロック図である。
【図2】図1の動作のを説明するタイムチャートである。
【図3】従来の電圧制御装置を示す電圧制御装置の回路ブロック図である。
【図4】図3の動作を説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
1・・変圧器、2・・1次巻線、3・・2次巻線、4・・チョッパ回路、5・・フィルタ回路、6a・・第1開閉器、6b・・第2開閉器、8・・入力端子、9・・出力端子、11・・制御部、12・・同期信号発生回路、13・・電圧読込回路、14・・OR回路、15・・出力電圧設定部。
Claims (3)
- 変圧器の1次巻線をチョッパ回路を介在させて単相3線電路の両電圧線間に接続すると共に、該変圧器の2次巻線を前記両電圧線と負荷の間に直列接続し、チョッパ回路のPWM制御によりチョッピングした電圧を前記1次巻線に印加して負荷印加電圧を制御する電圧制御方法であって、
入力電圧の半周期毎に「H」,「L」の信号を繰り返して発生する同期信号発生ステップと、
入力電圧信号に同期させた内部カウンタがカウントする半周期毎の前後数百μSの間を常に「L」となるよう前記同期信号を加工して出力する同期信号加工ステップと、
前記同期信号が「L」から「H」に立ち上がってから、前記内部カウンタがカウントする半周期を中心に前後数百μS間に、「H」から「L」に変化しなかったとき、或いは前記同期信号が「L」から「H」に立ち上がってから、内部カウンタがカウントする1周期を中心に前後数百μS間に「L」から「H」に変化しなかったとき、或いは前記同期信号が「L」から「H」に立ち上がってから、前記内部カウンタがカウントする半周期または1周期を中心に前後数百μS間の期間外に「H」から「L」または「L」から「H」に変化したとき停電と判断し、入力電圧を遮断するステップとを有し、
前記加工した同期信号が「L」の場合にPWM信号を出力してチョッパ制御することを特徴とする電圧制御方法。 - 変圧器の1次巻線をチョッパ回路を介在させて単相3線電路の両電圧線間に接続すると共に、該変圧器の2次巻線を前記両電圧線と負荷の間に直列接続し、チョッパ回路のPWM制御によりチョッピングした電圧を前記1次巻線に印加して負荷印加電圧を制御する電圧制御装置であって、
PWM信号発生手段と、入力電圧の周期に同期した信号を発生する同期信号発生手段と、前記PWM信号と該同期信号発生手段からの同期信号を組み合わせて前記チョッパ回路のスイッチング信号を出力する制御手段と、前記チョッパ回路の電源側電圧線に設けた第1開閉手段と、1次巻線の両端間に設けた第2開閉手段と、停電検出手段とを有し、
前記同期信号発生手段が、電源電圧の半周期毎に「H」,「L」を繰り返す同期信号を出力すると共に、前記制御手段は前記同期信号を受けて、電源電圧に同期させた内部カウンタがカウントする半周期毎の前後数百μSの間は常に「L」信号となるよう加工し、該加工信号とPWM信号を組み合わせてスイッチング信号を出力し、
前記停電検出手段が停電を検出したら、前記第1開閉手段を開動作させると共に前記第2開閉手段を閉動作させることを特徴とする電圧制御装置。 - 前記停電検出手段は、前記同期信号発生手段からの同期信号が「L」から「H」に立ち上がってから、前記内部カウンタがカウントする半周期を中心に前後数百μS間に、「H」から「L」に変化しなかったとき、或いは前記同期信号が「L」から「H」に立ち上がってから、内部カウンタがカウントする1周期を中心に前後数百μS間に「L」から「H」に変化しなかったとき、或いは前記同期信号が「L」から「H」に立ち上がってから、前記内部カウンタがカウントする半周期または1周期を中心に前後数百μS間の期間外に「H」から「L」または「L」から「H」に変化したとき停電と判断することを特徴とする請求項2記載の電圧制御装置。
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