JP6320059B2

JP6320059B2 - 電力調整器

Info

Publication number: JP6320059B2
Application number: JP2014015508A
Authority: JP
Inventors: 啓介新井; 博志伊藤; 宏一信木
Original assignee: Chino Corp
Current assignee: Chino Corp
Priority date: 2014-01-30
Filing date: 2014-01-30
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2034-01-30
Also published as: JP2015141675A

Description

本発明は、ヒータなどの負荷への印加電力を調整する電力調整器において、断線などの負荷の異常を検出する技術に関する。

電力調整器は、サイリスタなどのスイッチング素子をオンオフ制御することにより、出力電圧を制御して負荷への印加電力を調整する。この電力調整器は、印加電力の調整だけでなく、接続されている負荷の断線を検知することも求められている。

断線検知の基本的な考え方について図１を用いて説明する。図１（ａ）に示すように、電力調整の制御対象となる複数の負荷は並列に接続されている。例えば、３つの負荷が並列に接続されそれぞれの抵抗値が２０Ωであるとする。この場合、３つの負荷全体による抵抗値は６．６６Ωとなる。この負荷に対し２００Ｖの電圧を印加すると、負荷を流れる電流は３０Ａとなる。

図１（ｂ）は、３つの負荷のうち一の負荷が断線した場合を示している。この場合、接続されている２つの負荷による全体としての抵抗値は１０Ωとなる。この負荷に対して同様に２００Ｖを印加すると、負荷を流れる電流は２０Ａとなり、３つの負荷が接続されている状態での電流値と差異が生じる。

このように、並列に接続されている複数の負荷のうちいずれかが断線した場合、接続される負荷の全体としての抵抗値に変動が生じる。そこで、負荷における電流値及び電圧値をフィードバックし、それぞれの値から算出した抵抗値をモニターし変動が生じた場合に、断線が生じたことを検出する。

ここで、ヒータなどの負荷への印加電力を調整する方法は大きく分けると、位相制御方法と分周制御方法とに二分される。近年は、印加電力の微調整が可能な位相制御方法が多く用いられる傾向がある。半導体製造に用いられる高温熱処理装置のトランス負荷や工業炉や実験炉などで用いられる発熱体に対する印加電力の調整においては、ほとんどが位相制御方法を採用している。位相制御方法を用いる電力調整器における断線検知については、例えば、特許文献１に開示されている技術などがあり、比較的精度よく断線検知が行われている。一方で、位相制御方法には高調波問題があるため、適用可能な場合は分周制御方法とする傾向にある。

特開２０１０−６６１１９号公報

ところで、分周制御方式はさらに２種類の制御方式に細分され、一方が「時分割制御方式」であり、他方が「時間比例制御方式」である。これら２種類の制御方式について、図２を用いて説明する。

図２（ａ）は、時分割制御方式の制御態様を示す概念図である。時分割制御方式は、交流電源の１サイクルを単位として出力のオンとオフを制御する方式である。例えば、出力を５０％に制御する場合には、１サイクル毎にオンとオフを繰り返す。図示したのは、出力を４０％に制御する場合である。この場合において、図中の点線で区切ることで示した５サイクルを制御周期とし、１サイクルのオフ時間と２サイクルのオフ時間を交互に挟みつつ１サイクルのオン時間を断続的に設けることにより、制御周期のうちの２サイクルをオン時間とし３サイクルをオフ時間として出力を４０％に制御している。

図２（ｂ）は、時間比例制御方式の制御態様を示す概念図である。時間比例制御方式は、例えば５０サイクルや６０サイクルなどの所定サイクル数の時間を制御周期とし、該制御周期内でオン時間とオフ時間を按分することにより出力制御を行う。図示したのは、５０Ｈｚの交流電源を制御する場合であって、制御周期を５０サイクル（１秒間）とした場合である。この場合、０．４秒間をオン時間とし０．６秒間をオフ時間とすることにより、出力を４０％に制御している。

ここで、上述したようにフィードバックした電流値及び電圧値を用いて、断線を検知する。このフィードバックした電流値及び電圧値は、所定の直流化回路を経て直流化した実効値としての電流値及び電圧値を用いている。

ここで、上記時間比例制御方式において、以下の問題が生じる。図３は、出力がオフ時間からオン時間へ切り替わるときの交流電源出力と、直流化回路を経て実効値として測定される電流値及び電圧値との関係を示す概念図である。縦軸の出力％は、実効値を１００％としており交流電源の出力は実効値の±倍である＋１４１％から−１４１％の範囲で周期的に出力される。

まず、交流電源はオン時間の到来により周期的に出力される（０３０１）。これに対して、所定の直流化回路を経て実効値としてフィードバックされる電圧（０３０２）は、立ち上がりがやや遅れ１００％に至るまでに２サイクル程かかる。フィードバックされる電流（０３０３）については、立ち上がりはさらに遅れ３サイクル以降でようやく１００％に至る。

このような実効値としてフィードバックされる電圧値及び電流値の立ち上がり遅れは、単に直流化回路を経由することが要因となっているのではない。大きな要因は、時間比例制御方式において、出力のオフ時間が継続する時間が長いことなのである。

図２（ａ）で示したように時分割制御方式においては、オフ時間は最長で２サイクルであり、これは５０Ｈｚの交流電源では０．０４秒に過ぎない。このように極めて短い時間でオフ時間とオン時間とが切り替わるため、直流化回路を経た実効値としての電圧値及び電流値が０％に下がり切ることはなく、１００％に至るまでにさほどの時間を要することがなく、立ち上がりの遅れは無視できる程度にすぎない。

一方、時間比例制御方式においては、図２（ｂ）で示したようにオフ時間は０．６秒間継続する。この間に直流化回路を経た実効値としての電圧値及び電流値は０％に下がり切ってしまう。したがって、１００％に至るまでに時間を要することになり、それが立ち上がりの遅れとなって現れる。

このような、時間比例制御方式に特有の事象により、例えば、オン時間の１サイクル目における直流化回路を経た実効値としての電圧値及び電流値に基づいて負荷抵抗値を算出した場合、得られた抵抗値は実際の抵抗値を正確に示すものとはならず、断線検知に誤りが生じることとなる。そこで、本発明は、時間比例制御方式を採用する電力調整器における断線検知の精度を向上させることを課題とする。

そこで、上記課題を解決するために本発明において、以下の電力調整器を提供する。すなわち、第一の発明として、交流電源の１サイクルを単位とし所定サイクル数の時間を制御周期とし、該制御周期内でオン時間とオフ時間を按分することで負荷への印加電力を調整する電力調整器において、オン時間において交流にて電力を印加する電力印加部と、負荷の正常時における抵抗値である正常抵抗値を保持する抵抗値保持部と、一のオン時間の全区間又は一部区間において印加される交流の直流電圧実効値を取得する直流電圧実効値取得部と、一のオン時間の全区間又は一部区間において印加される交流の直流電流実効値を取得する直流電流実効値取得部と、同じ一のオン時間の全区間又は同じ一のオン時間の同じ一部区間において取得された直流電圧実効値と直流電流実効値とを用いて負荷の抵抗値である現在負荷抵抗値を算出する現在負荷抵抗値算出部と、現在負荷抵抗値算出部により算出された現在負荷抵抗値と抵抗値保持部により保持される正常抵抗値とを比較する比較部と、を有する電力調整器を提供する。

第二の発明として、前記直流電圧実効値取得部は、オン時間の第３サイクル目以降の区間における前記直流電圧実効値を取得する第３以降直流電圧実効値取得手段を有し、前記直流電流実効値取得部は、オン時間の第３サイクル目以降の区間における前記直流電流実効値を取得する第３以降直流電流実効値取得手段を有し、前記現在負荷抵抗値算出部は、取得した第３サイクル目以降の同じ区間の直流電圧実効値と直流電流実効値とを用いて現在負荷抵抗値である第３以降現在負荷抵抗値を算出する第３以降現在負荷抵抗値算出手段を有し、前記比較部は、第３以降現在負荷抵抗値算出手段により算出された第３以降現在負荷抵抗値と抵抗値保持部により保持される正常抵抗値とを比較する第３以降比較手段を有する、第一の発明に記載の電力調整器を提供する。

第三の発明として、前記直流電圧実効値取得部は、オン時間の第３サイクル目の区間における前記直流電圧実効値を取得する第３サイクル直流電圧実効値取得手段を有し、前記直流電流実効値取得部は、オン時間の第３サイクル目の区間における前記直流電流実効値を取得する第３サイクル直流電流実効値取得手段を有し、前記現在負荷抵抗値算出部は、取得した第３サイクル目の同じ区間の直流電圧実効値と直流電流実効値とを用いて現在負荷抵抗値である第３サイクル現在負荷抵抗値を算出する第３サイクル現在負荷抵抗値算出手段を有し、前記比較部は、第３サイクル現在負荷抵抗値算出手段により算出された第３サイクル現在負荷抵抗値と抵抗値保持部により保持される正常抵抗値とを比較する第３サイクル比較手段を有する、第一の発明又は第二の発明に記載の電力調整器を提供する。

本発明により、時間比例制御方式を採用する電力調整器であって、断線検知を精度よく行うことのできる電力調整器を提供することができる。

断線検知の基本的な考え方を示す概念図分周制御方式の２種類の制御方式を示す概念図オフからオンへ切り替わるときの交流電源出力と、電圧及び電流の実効値を示す概念図実施形態１の電力調整器の構成の一例を示すブロック図実施形態１の電力調整器のハードウェア構成の一例を示すブロック図実施形態１の電力調整器の動作の流れを示すフロー図実施形態２の電力調整器の構成の一例を示すブロック図実施形態２の電力調整器を説明するための概念図実施形態３の電力調整器の構成の一例を示すブロック図実施形態３の電力調整器を説明するための概念図

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を用いて説明する。なお、本発明は、これら実施形態に何ら限定されるべきものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得る。なお、実施形態１は、主に請求項１などに関する。実施形態２は、主に請求項２などに関する。実施形態３は、主に請求項３などに関する。
<実施形態>
<実施形態概要>

本実施形態の電力調整器は、オン時間の全区間又は一部区間での直流化回路を経た実効値としての電圧値及び電流値から算出される抵抗値と、負荷の正常時における抵抗値とを比較した結果に基づいて負荷の断線を検知する電力調整器である。
<実施形態構成>

図４は、本実施形態に係る電力調整器の構成を示す概念図である。「電力調整器」（０４００）は、「電力印加部」（０４０１）と、「抵抗値保持部」（０４０２）と、「直流電圧実効値取得部」（０４０３）と、「直流電流実効値取得部」（０４０４）と、「現在負荷抵抗算出部」（０４０５）と、「比較部」（０４０６）とを備える。

「電力調整器」（０４００）は、サイリスタなどのスイッチング素子をオンオフ制御することにより、出力電圧を制御して負荷への印加電力を調整するものである。本実施形態における電力調整器は、交流電源の１サイクルを単位として所定サイクル数の制御周期内でオン時間とオフ時間の比率を制御することで負荷への印加電力を調整するものである。

前述したように、電力を調整するための方法は複数存在するが、本実施形態の電力調整器は、分周制御方式のうち時間比例制御方式を採用するものである。分周制御方式は、ゼロクロス制御方式とも呼ばれるように交流電圧が０Ｖになったところでサイリスタなどのスイッチング素子にトリガ電圧を印加してオンオフさせることで電力調整を行う。分周制御方式は、交流電圧の１サイクルを単位として出力のオンオフを行うため、位相制御方式に対してノイズが発生しにくいという利点がある。

そして、５０サイクルや６０サイクルなどの所定サイクル数の制御周期内でオン時間とオフ時間を按分することにより出力制御を行う。例えば、５０Ｈｚの交流電源を制御する場合では、図２（ｂ）に示したように、５０サイクル（１秒間）を制御周期とし、この制御周期のうち４割をオン時間にあて６割をオフ時間にあてて按分する。すなわち、０．４秒間をオン時間とし、０．６秒間をオフ時間とすることにより、出力を４０％に制御する。

「電力印加部」（０４０１）は、オン時間において交流にて電力を印加する。スイッチング素子によりオン時間とオフ時間を切り替えて、オン時間において交流にて電力を印加する。オン時間とオフ時間と制御は、操作入力や所定のプログラムなどに応じて行われる。

「抵抗値保持部」（０４０２）は、負荷の正常時における抵抗値である正常抵抗値を保持する。負荷は、電力調整器により調整された電力が印加される対象であり、例えば、電気炉のヒータ、ハロゲンランプやメタルハライドランプ等のランプ負荷（炎天下環境を実現する環境試験室、塗装焼き付け等）、ランプ調光等がある。なお複数の印加対象が直列ないし並列にて存在する場合、それら全体を一体的な負荷とする。

正常時における抵抗値とは、電力が印加される対象となる負荷に断線などの異常が生じていない状態であって、直流化回路を経て測定される直流電圧値及び直流電流値がいずれも上限レベルに達しているときのそれぞれの値に基づいて算出された抵抗値のことである。

なお、後述する直流電圧実効値取得部及び直流電流実効値取得部において、直流電圧実効値及び直流電流実効値を取得する区間がオン時間の１サイクル目又は２サイクル目である場合には、それぞれの区間で取得された直流電圧実効値及び直流電流実効値に基づいて算出される現在負荷抵抗値と比較するための正常時の抵抗値として、上記取得区間と同区間において断線等の異常がない場合に直流化回路を経て測定される直流電圧値及び直流電流値に基づいて算出される抵抗値を保持するように構成してもよい。

「直流電圧実効値取得部」（０４０３）は、一のオン時間の全区間又は一部区間において印加される交流の直流電圧実効値を取得する。直流電圧実効値とは、直流化回路を経ることにより実効値として測定される電圧値のことである。直流電圧実効値を得るためには、ＲＭＳ−ＤＣ（実効値−直流）コンバータなどの公知の直流化変換回路などを用いることができる。また、直流電圧実効値を得るためのプログラムを実行することによって取得してもよい。

「一のオン時間」とは、例えば、図２（ｂ）で示した、０．４秒間（２０サイクル）のことである。このオン時間のなかの全区間、すなわち２０サイクルにおける直流電圧実効値を取得する。この場合、１サイクル目から２０サイクル目までの各サイクルにおける直流電圧実効値を取得し、さらにそれらの各値の平均値を算出して一の直流電圧実効値を取得するように構成してもよい。前述したようにオン時間に入ったばかりの直流電圧実効値は立ち上がりが遅れるため実体を正確に反映しないおそれがあるが、直流化回路を経た測定値が十分に立ち上がった後の直流電圧実効値を含む平均値を直流電圧実効値とすることにより、実体に則した値を得ることができる。また、直流電圧実効値が十分に立ち上がったことが見込めるサイクルにおいて直流電圧実効値を取得するように構成してもよい。例えば、５サイクル目における直流電圧実効値を取得するように構成してもよい。また、直流電圧実効値を取得する区間は、上記のように５サイクルを単位とするだけでなく、０．５サイクルを単位としてもよい。

「直流電流実効値取得部」（０４０４）は、一のオン時間の全区間又は一部区間において印加される交流の直流電流実効値を取得する。直流電流実効値とは、直流化回路を経ることにより実効値として測定される電流値のことである。直流電流実効値を得るためには、直流電圧実効値取得部と同様にＲＭＳ−ＤＣ（実効値−直流）コンバータなどの公知の直流化変換回路などを用いることができる。また、直流電流実効値を得るためのプログラムを実行することによって取得してもよい。

「一のオン時間の全区間又は一部区間において直流電流実効値を取得する」とは、直流電圧実効値取得部における場合と同様である。直流化回路を経て実効値としてフィードバックされる直流電流実効値は、オン時間に入ったばかりにおける立ち上がりが遅れ３サイクル以降でようやく１００％に至るため、実体を十分に反映しないことがある。そこで、所定のサイクルにおける直流電流実効値を取得する場合には、例えば、５サイクル目において測定される直流電流実効値を取得するように構成することが好ましい。

「現在負荷抵抗算出部」（０４０５）は、同じ一のオン時間の全区間又は同じ一のオン時間の同じ一部区間において取得された直流電圧実効値と直流電流実効値とを用いて負荷の抵抗値である現在負荷抵抗値を算出する。例えば、同じ一のオン時間の１０サイクル目の直流電圧実効値と直流電流実効値とを用いて負荷の抵抗値である現在負荷抵抗値を算出する。この算出には、オームの法則に基づいて算出すればよく係る算出を行うためのプログラムを実行するなどして現在負荷抵抗値を得る。

「比較部」（０４０６）は、現在負荷抵抗値算出部により算出された現在負荷抵抗値と抵抗値保持部により保持される正常抵抗値とを比較する。負荷を含む回路に異常がなければ、算出された現在負荷抵抗値と正常抵抗値は等しいはずである。そこで、現在負荷抵抗値と正常抵抗値とを比較する。比較した結果が、例えば、それぞれの値の差が所定の許容範囲を超えたとの結果である場合には、断線が生じたと判断することができる。なお、抵抗値は周囲温度などの影響により変動が生じるため、負荷の動作環境等に応じて許容範囲を適宜定めればよい。

また、直流電圧実効値取得部及び直流電流実効値取得部において、直流電圧実効値及び直流電流実効値を取得する区間がオン時間の１サイクル目又は２サイクル目である場合には、上記取得区間と同区間において断線等の異常がない場合に直流化回路を経て測定される直流電圧値及び直流電流値に基づいて算出される抵抗値を正常抵抗値とし、係る正常抵抗値と現在負荷抵抗値とを比較するように構成してもよい。

また、比較部の比較結果に応じて警報を発するように構成してもよい。例えば、現在負荷抵抗値と正常抵抗値との差が所定の値を上回った場合には、断線が生じたものとして警報を発するという具合である。警報は音声により聴覚に訴えるものであってもよいし、メッセージ等を表示し視覚に訴えるものであってもよい。また、警報を発する手段を電力調整器が自ら備える構成とする場合の他、インターフェースを介して接続される外部の警報装置に対して警報を発するよう命令を出力するように構成してもよい。

図５は本実施形態の電力調整器の具体的なハードウェア構成の一例を示す図である。図示するように、「電力調整器」（０５００）は、各種演算処理を実行するための「ＣＰＵ」（０５０１）と、「ＲＡＭ」（０５０２）と、「不揮発性メモリ」（０５０３）と、「Ｉ／Ｆ」（０５０４）を備える。そして、Ｉ／Ｆを介して「電圧直流化回路」（０５０５）及び「電流直流化回路」（０５０６）と「電力印加部」（０５０７）と接続し、さらに、「警報装置」（０５０８）と接続されてもよい。不揮発性メモリには負荷に対して出力する電力を調整するための電力調整プログラムをはじめとする各種プログラムが格納されており、ＣＰＵはこれら各種プログラムをＲＡＭに展開したうえで実行する。各ハードウェア構成はシステムバスなどのデータ通信経路によって相互に接続され、情報の授受や処理を行う。

例えば、ＣＰＵは、不揮発性メモリに保持されている直流電圧実効値を取得するための電圧実効値取得プログラムを実行することで、Ｉ／Ｆを介して負荷に印加された電圧の直流電圧実効値を取得する。そして、取得した直流電圧実効値をＲＡＭの所定のアドレスに格納する。続いて、直流電流実効値を取得するための電流実効値取得プログラムを実行してＩ／Ｆを介して直流電流実効値を取得し、ＲＡＭの所定のアドレスに格納する。そして、現在負荷抵抗値を取得するための現在負荷抵抗値算出プログラムを実行した結果である現在負荷抵抗値をＲＡＭの所定のアドレスに格納する。そして、比較のための比較プログラムを実行し、不揮発性メモリに保持される正常抵抗値を読出し、格納されている現在負荷抵抗値との比較を行う。

また、警報装置が警報を発するための命令を警報装置に対して出力するプログラムを保持していてもよい。この場合、ＣＰＵは当該プログラムを実行し比較結果に基づき警報を発すべきか否かの判断を行う処理をする。判断結果が警報を発すべきであるとの場合には、Ｉ／Ｆを介して警報装置に対して警報を発するための命令を出力する。また、比較結果を電力調整にフィードバックさせるためのプログラムや、比較結果に応じて電力印加を停止させるためのプログラムなどを保持するよう構成してもよい。

本実施形態は、電力調整器の動作方法としても表現することができる。すなわち、交流電源の１サイクルを単位とし、所定サイクル数の時間を制御周期とし、該制御周期内でオン時間とオフ時間を按分することで負荷への印加電力を調整し、オン時間において交流にて電力を印加する電力印加部と、負荷の正常時における抵抗値である正常抵抗値を保持する抵抗値保持部と、を有する電力調整器の動作方法であって、一のオン時間の全区間又は一部区間において印加される交流の直流電圧実効値を取得する電圧実効値取得ステップと、一のオン時間の全区間又は一部区間において印加される交流の直流電流実効値を取得する電流実効値取得ステップと、同じ一のオン時間の全区間又は同じ一のオン時間の同じ一部区間において取得された直流電圧実効値と直流電流実効値とを用いて負荷の抵抗値である現在負荷抵抗値を算出する現在負荷抵抗値算出ステップと、現在負荷抵抗値算出ステップにて算出された現在負荷抵抗値と抵抗値保持部により保持される正常抵抗値とを比較する比較ステップと、を含む電力調整器の動作方法として表現できる。

図６は、本実施形態の電力調整器の動作方法を示すフロー図である。まず、一のオン時間の全区間又は一部区間において印加される交流の直流電圧実効値を取得する（Ｓ０６０１：電圧実効値取得ステップ）。そして、一のオン時間の全区間又は一部区間において印加される交流の直流電流実効値を取得する（Ｓ０６０２：電流実効値取得ステップ）。そして、同じ一のオン時間の全区間又は同じ一のオン時間の同じ一部区間において取得された直流電圧実効値と直流電流実効値とを用いて負荷の抵抗値である現在負荷抵抗値を算出する（Ｓ０６０３：現在負荷抵抗値算出ステップ）。そして、現在負荷抵抗値と抵抗値保持部により保持される正常抵抗値とを比較する（Ｓ０６０４：比較ステップ）。また、比較結果に応じて警報を発するステップや、比較結果に応じて警報装置に対して警報を発するよう命令を出力するステップを含むものとしてもよい。
<実施形態１効果>

本実施形態により、時間比例制御方式を採用する電力調整器であって、断線検知を精度よく行うことのできる電力調整器を提供することができる。
<実施形態２>
<実施形態２概要>

本実施形態の電力調整器は、実施形態１を基本とし、電圧実効値取得部及び電力実効値取得部が、オン時間の第３サイクル目以降の区間における直流電圧実効値及び直流電流実効値を取得し、取得した直流電圧実効値と直流電流実効値とを用いて現在負荷抵抗値を算出する。
<実施形態２構成>

図７は、本実施形態に係る電力調整器の構成を示す概念図である。「電力調整器」（０７００）は、「電力印加部」（０７０１）と、「抵抗値保持部」（０７０２）と、「直流電圧実効値取得部」（０７０３）と、「直流電流実効値取得部」（０７０４）と、「現在負荷抵抗値算出部」（０７０５）と、「比較部」（０７０６）とを有する。そして、直流電圧実効値取得部は「第３以降直流電圧実効値取得手段」（０７０７）を有し、直流電流実効値取得部は「第３以降直流電流実効値取得手段」（０７０８）を有し、現在負荷抵抗値算出部は「第３以降現在負荷抵抗値算出手段」（０７０９）を有し、比較部は「第３以降比較手段」（０７１０）を有する。実施形態１で説明した各部についての説明は省略する。

図８は、本実施形態を説明するための概念図である。なお、本図は前出の図３に基づくものである。図示するように、実線の正弦波形が交流電源出力（０８０１）である。そして、点線で示されているのが直流電圧実効値（０８０２）であり、一点鎖線で示されているのが直流電流実効値（０８０３）である。

本実施形態の電力調整器は、直流電圧実効値取得部及び直流電流実効値取得部が、それぞれ直流電圧実効値及び直流電流実効値を取得するのにあたり、オン時間の第３サイクル目以降の区間を取得の対象区間とすることに特徴を有する。直流電圧実効値及び直流電流実効値のいずれにおいても立ち上がりの遅れが生じがちな１サイクル目と２サイクル目の区間を除外して直流電圧実効値及び直流電流実効値を取得し、それらの値を用いて現在負荷抵抗値を算出するため、実際の負荷の状態が反映された抵抗値が算出される。この現在負荷抵抗値と正常抵抗値とを比較することにより断線の誤検知を減少させることが可能となる。

「第３以降直流電圧実効値取得手段」（０７０７）は、オン時間の第３サイクル目以降の区間における前記直流電圧実効値を取得する。図８に示すように、斜線領域として示した３サイクル目以降の区間を対象として直流化回路経て測定される直流電圧実効値を取得する。取得のための構成や方法については、実施形態１における直流電圧実効値取得手段と同様である。

「第３以降直流電流実効値取得手段」（０７０８）は、オン時間の第３サイクル目以降の区間における前記直流電流実効値を取得する。図８に示すように、斜線領域として示した３サイクル目以降の区間を対象として直流化回路を経て測定される直流電流実効値を取得する。取得のための構成や方法については、実施形態１における直流電流実効値取得手段と同様である。

「第３以降現在負荷抵抗値算出手段」（０７０９）は、取得した第３サイクル目以降の同じ区間の直流電圧実効値と直流電流実効値とを用いて現在負荷抵抗値である第３以降現在負荷抵抗値を算出する。図８に示すように、３サイクル目以降の区間においては、直流化回路を経て測定される直流電圧実効値と直流電流実効値のいずれもが概ね１００％に至る。そのため、当該区間を実効値の取得対象として算出された第３以降現在負荷抵抗値は実際の負荷の状態を十分に反映した値となる。

「第３以降比較手段」（０７１０）は、第３以降現在負荷抵抗値算出手段により算出された第３以降現在負荷抵抗値と抵抗値保持部により保持される正常抵抗値とを比較する。第３以降現在負荷抵抗値と正常抵抗値とを比較することにより、断線の誤検知を減少させることが可能となる。

３サイクル目以降の区間のうちで、直流電圧実効値及び直流電流実効値を取得する区間をさらに特定するにあたっては、電力調整の所望の調整範囲に応じて特定することが好ましい。なぜならば、図２に示したように５０Ｈｚの交流電源を、５０サイクル（１秒間）を制御周期として出力制御する場合、３サイクルをオン時間とすると出力は３／５０＝６．０％となり、出力６．０%の設定で断線検知が行うことができる。一方、取得する区間を１０サイクル目とした場合には、１０／５０＝２０．０%が断線検知を行える最下限値となってしまい、断線検知機能を制限してしまうからである。なお、電力調整の調整範囲に応じて、自動的に直流電圧実効値及び直流電流実効値を取得する好適な区間を特定するための構成を備えてもよい。

本実施形態の電力調整器は、実施形態１の電力調整器のハードウェア構成に準じて具現することができる。そのため、詳細な説明は省略する。

また、本実施形態を電力調整器の動作方法として表現する場合についても、実施形態１の電力調整器の動作方法に準じて表現することができる。そのため、詳細な説明は省略する。
<実施形態２効果>

本実施形態の電力調整器により、実際の負荷の状態が反映された第３以降現在負荷抵抗値と正常抵抗値とを比較することにより、誤検知の少ない断線検知が可能となる。
<実施形態３>
<実施形態３概要>

本実施形態の電力調整器は、実施形態１又は２を基本とし、電圧実効値取得部及び電力実効値取得部が、オン時間の第３サイクル目の区間における直流電圧実効値及び直流電流実効値を取得し、取得した直流電圧実効値と直流電流実効値とを用いて現在負荷抵抗値を算出する。
<実施形態３構成>

図９は、実施形態１を基本とした本実施形態に係る電力調整器の構成を示す概念図である。「電力調整器」（０９００）は、「電力印加部」（０９０１）と、「抵抗値保持部」（０９０２）と、「直流電圧実効値取得部」（０９０３）と、「直流電流実効値取得部」（０９０４）と、「現在負荷抵抗算出部」（０９０５）と、「比較部」（０９０６）とを有する。そして、直流電圧実効値取得部は「第３サイクル直流電圧実効値取得手段」（０９０７）を有し、直流電流実効値取得部は「第３サイクル直流電流実効値取得手段」（０９０８）を有し、現在負荷抵抗値算出部は「第３サイクル現在負荷抵抗値算出手段」（０９０９）を有し、比較部は「第３サイクル比較手段」（０９１０）を有する。実施形態１で説明した各部についての説明は省略する。

図１０は、本実施形態を説明するための概念図である。なお、本図は前出の図３に基づくものである。図示するように、実線の正弦波形が交流電源出力（１００１）である。そして、点線で示されているのが直流電圧実効値（１００２）であり、一点鎖線で示されているのが直流電流実効値（１００３）である。

本実施形態の電力調整器は、直流電圧実効値取得部及び直流電流実効値取得部が、それぞれ直流電圧実効値及び直流電流実効値を取得するのにあたり、オン時間の第３サイクル目の区間を取得の対象区間とすることに特徴を有する。直流電圧実効値及び直流電流実効値のいずれにおいても立ち上がりの遅れが生じがちな１サイクル目と２サイクル目の区間を除外するとともに、４サイクル目以降の区間についても除外する。１サイクル目と２サイクル目を除外することの効果は、実施形態２において説明した通りである。

４サイクル目以降を取得の対象区間から除外することの効果は、電力の出力を低下させた場合においても誤差のない断線検知が可能となることである。例えば、図２に示したように５０Ｈｚの交流電源を、５０サイクル（1秒間）を制御周期をとして出力制御する場合、３サイクルをオン時間とすると出力は３／５０＝６．０％となる。したがって、出力の調整範囲の下限を６．０%と設定することができる。一方、取得する区間を１０サイクル目とした場合には、１０／５０＝２０．０%が調整範囲の最下限となってしまう。

したがって、誤差の少ない断線検知を実現すると同時に、出力の調整範囲をなるべく狭めないためには、直流化回路を経て測定される３サイクル目を直流電圧実効値及び直流電流実効値を取得する区間とすることがとくに好適なのである。

「第３サイクル直流電圧実効値取得手段」（０９０７）は、オン時間の第３サイクル目の区間における前記直流電圧実効値を取得する。図１０に示すように、斜線領域として示した３サイクル目の区間を対象として直流化回路を経て測定される直流電圧実効値を取得する。取得のための構成や方法については、実施形態１又は２における直流電圧実効値取得手段と同様である。

「第３サイクル直流電流実効値取得手段」（０９０８）は、オン時間の第３サイクル目の区間における前記直流電流実効値を取得する。図１０に示すように、斜線領域として示した３サイクル目の区間を対象として直流化回路を経て測定される直流電流実効値を取得する。取得のための構成や方法については、実施形態１又は２における直流電流実効値取得手段と同様である。

「第３サイクル現在負荷抵抗値算出手段」（０９０９）は、取得した第３サイクル目の同じ区間の直流電圧実効値と直流電流実効値とを用いて現在負荷抵抗値である第３サイクル現在負荷抵抗値を算出する。図１０に示すように、３サイクル目の区間においては、直流化回路を経て測定される直流電圧実効値と直流電流実効値のいずれもが概ね１００％に至る。そのため、当該区間を実効値の取得対象として算出された第３サイクル現在負荷抵抗値は実際の負荷の状態を十分に反映した値となる。

「第３サイクル比較手段」（０７１０）は、第３サイクル現在負荷抵抗値算出手段により算出された第３サイクル現在負荷抵抗値と抵抗値保持部により保持される正常抵抗値とを比較する。第３サイクル現在負荷抵抗値と正常抵抗値とを比較することにより、断線の誤検知を減少させることが可能となる。

本実施形態の電力調整器は、実施形態１又は２の電力調整器のハードウェア構成に準じて具現することができる。そのため、詳細な説明は省略する。

また、本実施形態を電力調整器の動作方法として表現する場合についても、実施形態１又は２の電力調整器の動作方法に準じて表現することができる。そのため、詳細な説明は省略する。
<実施形態３効果>

本実施形態の電力調整器により、出力の調整範囲をなるべく狭めずに、かつ、誤差の少ない断線検知を実現することが可能となる。

０４００電力調整器
０４０１電力印加部
０４０２抵抗値保持部
０４０３直流電圧実効値取得部
０４０４直流電流実効値取得部
０４０５現在負荷抵抗値算出部
０４０６比較部

Claims

交流電源の１サイクルを単位とし所定サイクル数の時間を制御周期とし、該制御周期内でオン時間とオフ時間を按分することで負荷への印加電力を調整する電力調整器において、
オン時間において交流にて電力を印加する電力印加部と、
負荷の正常時における抵抗値である正常抵抗値を保持する抵抗値保持部と、
一のオン時間の全区間又は一部区間において印加される交流の直流電圧実効値を取得する直流電圧実効値取得部と、
一のオン時間の全区間又は一部区間において印加される交流の直流電流実効値を取得する直流電流実効値取得部と、
同じ一のオン時間の全区間又は同じ一のオン時間の同じ一部区間において取得された直流電圧実効値と直流電流実効値とを用いて負荷の抵抗値である現在負荷抵抗値を算出する現在負荷抵抗値算出部と、
現在負荷抵抗値算出部により算出された現在負荷抵抗値と抵抗値保持部により保持される正常抵抗値とを比較する比較部と、
を有し、
前記直流電圧実効値取得部は、
オン時間の第３サイクル目の区間における前記直流電圧実効値を取得する第３サイクル直流電圧実効値取得手段を有し、
前記直流電流実効値取得部は、
オン時間の第３サイクル目の区間における前記直流電流実効値を取得する第３サイクル直流電流実効値取得手段を有し、
前記現在負荷抵抗値算出部は、
取得した第３サイクル目の同じ区間の直流電圧実効値と直流電流実効値とを用いて現在負荷抵抗値である第３サイクル現在負荷抵抗値を算出する第３サイクル現在負荷抵抗値算出手段を有し、
前記比較部は、
第３サイクル現在負荷抵抗値算出手段により算出された第３サイクル現在負荷抵抗値と抵抗値保持部により保持される正常抵抗値とを比較する第３サイクル比較手段を有する電力調整器。