JP7004557B2 - Inrush power control device, power control system and control method - Google Patents
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Description
本発明は、突入電力抑制装置、電力制御システムおよび制御方法に関する。 The present invention relates to an inrush power suppression device, a power control system and a control method.
照明機器のスイッチには、絶縁性能が良く、安価で入手性が高い利点から、一般的に接点式が使用されている。これらには、手動用では、ロッカースイッチ、外部制御用では電磁リレーなどがある。 A contact type switch is generally used for a switch of a lighting device because of its advantages of good insulation performance, low cost, and high availability. These include rocker switches for manual use and electromagnetic relays for external control.
しかし、LED(発光ダイオード)照明などAC/DC(交流/直流)電源ユニットを持つ装置では、DC回路部に電圧平滑化と安定化のためにコンデンサが備えられている。そのため、接点式のスイッチで入切をすると、スイッチの投入タイミングしだいで、投入時の交流電圧が高い場合には、大きな突入電流が流れるときがある。 However, in a device having an AC / DC (alternating current / direct current) power supply unit such as LED (light emitting diode) lighting, a capacitor is provided in the DC circuit section for voltage smoothing and stabilization. Therefore, when the contact type switch is turned on and off, a large inrush current may flow if the AC voltage at the time of turning on is high, depending on the turning on timing of the switch.
LED照明等のスイッチ投入時に、当該スイッチに大きな突入電流が流れると、スイッチの接点溶着や、ノイズ発生、半導体部品の劣化進行などの問題を起こす場合がある。このような問題の防止のため、一つのスイッチから電源供給するLED照明の台数を、スイッチの許容電流よりも遥かに少ない台数に制限して使用する場合がある。この場合、照明台数に対してスイッチの必要数が多くなるため、物品費や工事費の増加につながる問題があった。なお、例えば、電磁リレーでは、突入電流負荷への供給では、TV定格が定格電流とは別に規定されており、突入電流上限値と定常電流の使用範囲がTV定格のカテゴリ毎に別途規定されている。なお、TV定格は、ULおよびCSA規格の中の耐突入電流性能を評価する、代表的な定格の1つであり、リレーが突入電流を含む負荷を開閉できる程度を示す。 If a large inrush current flows through the switch when the switch is turned on, such as LED lighting, problems such as contact welding of the switch, noise generation, and deterioration of semiconductor parts may occur. In order to prevent such a problem, the number of LED lights supplied from one switch may be limited to a number far smaller than the allowable current of the switch. In this case, since the number of switches required is larger than the number of lights, there is a problem that the cost of goods and the cost of construction work are increased. For example, in an electromagnetic relay, the TV rating is specified separately from the rated current for the supply to the inrush current load, and the inrush current upper limit and the usage range of the steady current are separately specified for each TV rating category. There is. The TV rating is one of the typical ratings for evaluating the inrush current performance in the UL and CSA standards, and indicates the degree to which the relay can open and close the load including the inrush current.
特許文献1には、上述したような突入電流を抑制する技術の一例が記載されている。特許文献1に記載されている開閉装置では、可変インピーダンスと補助開閉器の直列回路からなるバイパス回路が、主開閉器と並列に接続されている。そして、閉路の際は、まず、補助開閉器を閉路させ、次に可変インピーダンスのインピーダンスを高から低に変化させ、次に主開閉器を閉路させる。一方、開路の際は、まず主開閉器を開路させ、次に可変インピーダンスのインピーダンスを低から高に変化させ、次に補助開閉器を開路させる。この構成によれば、開路および閉路の際にインピーダンスの変化を緩やかにすることができ、例えば、突入電流を抑制することができる。なお、特許文献1に記載されている可変インピーダンスは、抵抗とその抵抗に並列に接続された互いに逆方向の一対のサイリスタを、複数組直列接続することで構成されている。
上述したように、特許文献1に記載されている開閉装置では、負荷に流れる電流を流す可変インピーダンスが複数の抵抗を用いて構成されている。したがって、開閉する電流の大きさによっては、抵抗のサイズが大きくなったり、特別な冷却が必要になったりするという課題がある。
As described above, in the switchgear described in
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、負荷に流れる電流を流す可変インピーダンスを用いることなく、突入電流を抑制することができる突入電力抑制装置、電力制御システムおよび制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an inrush current suppression device, a power control system, and a control method capable of suppressing an inrush current without using a variable impedance for passing a current flowing through a load. The purpose is.
上記課題を解決するため、本発明の一態様は、交流電力を消費する負荷に対して交流電力の供給を開始する際の突入電流を抑制する突入電力抑制装置であって、導通状態または遮断状態を指示する第1制御信号が入力された場合、交流の所定の位相で導通状態または遮断状態に遷移する半導体素子と、前記半導体素子に電気的に直列に接続された第1スイッチと、前記半導体素子をバイパスするバイパス回路内に配置された第2スイッチと、前記半導体素子と前記第1スイッチと前記第2スイッチを制御する制御部と、を備え、前記負荷への前記交流電力の供給を開始および遮断する給電制御装置があり、前記負荷は、互いに同期して投入される複数の電気機器を含み、前記複数の電気機器の各突入電流の加算結果が、前記給電制御装置の突入電流の許容値を超えており、前記給電制御装置と前記負荷との間に設けられていて、前記制御部が、前記負荷に対して電力の供給を開始する際に、前記第1スイッチと前記第2スイッチがともに遮断された状態から、(1)前記第1スイッチを導通状態にするとともに前記半導体素子に対して導通状態を指示する前記第1制御信号を出力し、次に、(2)所定時間の後、前記第2スイッチを導通状態にすることで、前記負荷への突入電流を抑制する突入電力抑制装置である。 In order to solve the above problems, one aspect of the present invention is an inrush power suppression device that suppresses an inrush current when starting to supply AC power to a load that consumes AC power, and is in a conduction state or a cutoff state. When the first control signal instructing is input, the semiconductor element that transitions to the conduction state or the cutoff state at a predetermined phase of AC, the first switch electrically connected to the semiconductor element in series, and the semiconductor. A second switch arranged in a bypass circuit that bypasses the element, a control unit that controls the semiconductor element, the first switch, and the second switch are provided , and supply of the AC power to the load is started. And there is a power supply control device that shuts off, the load includes a plurality of electric devices that are input in synchronization with each other, and the addition result of each inrush current of the plurality of electric devices is the tolerance of the inrush current of the power supply control device. The value is exceeded, and the first switch and the second switch are provided between the power supply control device and the load when the control unit starts supplying power to the load. From the state in which both are cut off, (1) the first switch is made to be in a conductive state, and the first control signal instructing the semiconductor element to be in a conductive state is output, and then (2) for a predetermined time. After that, it is a rush power suppression device that suppresses the rush current to the load by making the second switch conductive.
上記の一態様の突入電力抑制装置において、前記バイパス回路は、前記直列に接続された前記第1スイッチと前記半導体素子とに、電気的に並列になるように接続されている。 In the inrush power suppression device of the above aspect, the bypass circuit is electrically connected to the first switch and the semiconductor element connected in series so as to be electrically parallel to each other.
上記の一態様の突入電力抑制装置において、前記制御部が、前記負荷に対して電力の供給を開始する際に、前記第1スイッチと前記第2スイッチがともに遮断された状態から、(1)前記第1スイッチを導通状態にするとともに前記半導体素子に対して導通状態を指示する前記第1制御信号を出力し、次に、(2)所定時間の後、前記第2スイッチを導通状態にし、さらに、(3)所定時間の後、前記第1スイッチを遮断状態にするとともに前記半導体素子に対して遮断状態を指示する前記第1制御信号を出力する。 In the inrush power suppression device of the above aspect, when the control unit starts supplying power to the load, both the first switch and the second switch are cut off from the state (1). The first switch is put into a conductive state and the first control signal instructing the semiconductor element to be in a conductive state is output. Then, after (2) a predetermined time, the second switch is put into a conductive state. Further, (3) after a predetermined time, the first switch is turned off and the first control signal instructing the semiconductor element of the cutoff state is output.
上記の一態様の突入電力抑制装置において、前記制御部は、前記負荷への電力の供給を遮断する際に、前記第2スイッチが導通状態で前記第1スイッチと前記半導体スイッチが遮断状態である制御状態から、(4)前記第1スイッチを導通状態にするとともに前記半導体素子に対して導通状態を指示する前記第1制御信号を出力し、次に、(5)所定時間の後、前記第2スイッチを遮断状態にし、次に、(6)所定時間の後、前記半導体素子に対して遮断状態を指示する前記第1制御信号を出力し、次に、(7)所定時間の後、前記第1スイッチを遮断状態にする。 In the inrush power suppression device of the above aspect, when the control unit cuts off the supply of power to the load, the second switch is in a conductive state and the first switch and the semiconductor switch are in a cutoff state. From the control state, (4) the first switch is brought into the conduction state and the first control signal instructing the semiconductor element of the continuity state is output, and then (5) after a predetermined time, the first. 2 The switch is turned off, then (6) after a predetermined time, the first control signal instructing the semiconductor element of the cutoff state is output, and then (7) after a predetermined time, the said Turn off the first switch.
上記の一態様の突入電力抑制装置において、前記制御部が、前記半導体素子に対して導通状態を指示する前記第1制御信号を出力してから前記第2スイッチを導通状態にするまでの前記(2)の前記所定時間は、前記負荷への通電が開始されてから、それに伴う突入電流が所定の範囲に収まるまでの期間より長く設定されていて、突入電力抑制装置は、前記各所定時間の少なくとも1つを外部から調整可能とする調整部をさらに備える。 In the inrush current suppression device of the above aspect, the control unit outputs the first control signal indicating the conduction state to the semiconductor element until the second switch is brought into the conduction state. The predetermined time of 2) is set longer than the period from when the energization of the load is started until the inrush current accompanying the start of energization falls within the predetermined range, and the inrush power suppression device is used for each of the predetermined times. Further, an adjusting unit is provided so that at least one can be adjusted from the outside.
また、本発明の一態様は、上記突入電力抑制装置と、前記負荷への前記交流電力の供給を開始および遮断する給電制御装置と、を備える電力制御システムである。 Further, one aspect of the present invention is a power control system including the inrush power suppression device and a power supply control device for starting and stopping the supply of the AC power to the load.
上記の一態様の電力制御システムにおいて、前記複数の電気機器が、互いに並列に接続された同種の複数の照明機器である。 In the power control system of the above aspect, the plurality of electric devices are a plurality of lighting devices of the same type connected in parallel to each other.
また、本発明の一態様は、交流電力を消費する負荷に対して交流電力の供給を開始する際の突入電流を抑制する突入電力抑制装置の制御方法であって、前記突入電力抑制装置が、導通状態または遮断状態を指示する第1制御信号が入力された場合、交流の所定の位相で導通状態または遮断状態に遷移する半導体素子と、前記半導体素子に電気的に直列に接続された第1スイッチと、前記半導体素子をバイパスするバイパス回路内に配置された第2スイッチと、前記半導体素子と前記第1スイッチと前記第2スイッチを制御する制御部とを備え、前記負荷への前記交流電力の供給を開始および遮断する給電制御装置があり、前記負荷は、互いに同期して投入される複数の電気機器を含み、前記複数の電気機器の各突入電流の加算結果が、前記給電制御装置の突入電流の許容値を超えており、前記突入電力抑制装置が、前記給電制御装置と前記負荷との間に設けられていて、前記制御部によって、前記負荷に対して電力の供給を開始する際に、前記第1スイッチと前記第2スイッチがともに遮断された状態から、(1)前記第1スイッチを導通状態にするとともに前記半導体素子に対して導通状態を指示する前記第1制御信号を出力し、次に、(2)所定時間の後、前記第2スイッチを導通状態にすることで前記負荷への突入電流を抑制する制御方法である。
Further, one aspect of the present invention is a control method for an inrush current suppressing device that suppresses an inrush current when starting supply of AC power to a load that consumes AC power. When a first control signal indicating a conduction state or a cutoff state is input, a semiconductor element that transitions to the continuation state or the cutoff state in a predetermined phase of AC and a first one electrically connected in series to the semiconductor element. It includes a switch, a second switch arranged in a bypass circuit that bypasses the semiconductor element, a control unit that controls the semiconductor element, the first switch, and the second switch, and the AC power to the load. There is a power supply control device that starts and shuts off the supply of the power supply, the load includes a plurality of electric devices that are input in synchronization with each other, and the addition result of each inrush current of the plurality of electric devices is the result of the power supply control device. When the allowable value of the inrush current is exceeded, the inrush current suppression device is provided between the power supply control device and the load, and the control unit starts supplying power to the load. In addition, from the state in which both the first switch and the second switch are shut off, (1) the first control switch is put into a conductive state and the first control signal instructing the semiconductor element to be in a conductive state is output. Next, (2) is a control method for suppressing the inrush current to the load by making the second switch in a conductive state after a predetermined time.
本発明によれば、負荷に流れる電流を流す可変インピーダンスを用いることなく、突入電流を抑制することができる。 According to the present invention, the inrush current can be suppressed without using the variable impedance that allows the current flowing through the load to flow.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る電力制御システム1の構成例を示す図である。図1に示す電力制御システム1は、突入電力抑制装置10と、給電制御装置20と、操作スイッチ30とを備える。電力制御システム1は、商用電源等の単相の交流電源2を電源として、負荷40へ供給される電力の供給開始と遮断を制御する。負荷40は、例えば互いに同期して投入される複数の電気機器41を含む。複数の電気機器41は、例えば、互いに並列に接続された同種(LED照明等)の複数の照明機器である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a
操作スイッチ30は、ユーザの操作に応じて、電気的接点(スイッチ)を導通状態(オン)または遮断状態(オフ)にする。電力制御システム1では、操作スイッチ30がオンした場合に負荷40へ電力の供給開始が指示され、操作スイッチ30がオフした場合に負荷40への電力の供給遮断が指示される。操作スイッチ30のオンまたはオフの状態は、例えば、オンまたはオフを表す2値信号である操作スイッチ信号として所定の信号線を介してターミナルユニット22へ入力される。あるいは、操作スイッチ30のオンまたはオフの状態は、図示していない信号伝送装置を介して、有線または無線の通信信号として、ターミナルユニット22へ送信される。また、操作スイッチ30のオンまたはオフの状態を示す操作スイッチ信号は、操作スイッチ30から直接またはターミナルユニット22等を介して突入電力抑制装置10のコントローラ11へ入力される。
The
給電制御装置20は、交流電源2が出力した交流電力の負荷40への供給を開始および遮断する装置である。給電制御装置20は、電磁リレー21と、ターミナルユニット22とを備える。ターミナルユニット22は、操作スイッチ30のオンまたはオフの状態に応じて、電磁リレー21を導通状態にしたり遮断状態にしたりする。その際、ターミナルユニット22は、電磁リレー21を遮断状態にする場合には、操作スイッチ30がオフしてから、後述する突入電力抑制装置10が電力遮断時の処理を完了するまでの時間より長い時間待機した後、遅れて電磁リレー21を遮断状態にする。電磁リレー21は、電気的接点の一端を配線等を介して交流電源2に接続し、他端を配線等を介して突入電力抑制装置10の入力端子101に接続する。電磁リレー21は、電磁部と電磁部の通電状態に応じてオンまたはオフするスイッチ(上記の電気的接点)を有し、ターミナルユニット22が出力した所定の制御信号に応じて、電磁部の通電状態を変化させ、スイッチを導通状態(オン)または遮断状態(オフ)にする。
The power
なお、操作スイッチ30がオンからオフに変化する際には、待機時間が異なる2種類の操作スイッチ信号が、例えば操作スイッチ30から出力されるようにしてもよい。そして、操作スイッチ30は、待機時間が短い方を突入電力抑制装置10へ供給し、待機時間が長い方を給電制御装置20へ供給する。この場合、上述したターミナルユニット22による電磁リレー21を遮断状態にする場合の待機時間は設けなくてもよい。
When the
突入電力抑制装置10は、電磁リレーRY1と、ソリッドステートリレーSSRと、コントローラ11と、バイパス回路12と、電源部13と、入力部14を備える。
The inrush
電磁リレーRY1は、電磁部と電磁部の通電状態に応じてオンまたはオフするスイッチを有し、コントローラ11が出力したRY1操作信号に応じて、電磁部の通電状態を変化させ、スイッチを導通状態または遮断状態とする。また、電磁リレーRY1のスイッチはメーク接点(ノーマリーオープン)である。
The solenoid relay RY1 has a switch that turns on or off depending on the energized state of the electromagnetic part and the electromagnetic part, changes the energized state of the electromagnetic part according to the RY1 operation signal output by the
ソリッドステートリレーSSR(半導体素子)は、サイリスタ、トライアック、トランジスタ等の半導体スイッチング素子でスイッチを構成したリレーであり、ゼロクロス機能を有する。ソリッドステートリレーSSRは、コントローラ11から導通状態または遮断状態を指示するSSR操作信号が入力された場合、交流の所定の位相でスイッチを導通状態または遮断状態に遷移させる。ゼロクロス機能は、一方、導通状態への遷移が指示された場合、交流電源電圧がゼロまたゼロ付近になったところでスイッチをオンし、他方、遮断状態への遷移が指示された場合、交流負荷電流がゼロまたゼロ付近になったところでスイッチをオフさせる機能である。このゼロクロス機能によれば、導通状態への遷移が指示された場合、交流電源電圧がゼロまたゼロ付近になったところでスイッチがオンするので、例えば、負荷40への突入電流を抑制することができる。また、遮断状態への遷移が指示された場合、交流負荷電流がゼロまたゼロ付近になったところでスイッチがオフするので、遮断時の過渡電流変化を抑制し、例えばサージ電圧を抑制することができる。
The solid-state relay SSR (semiconductor element) is a relay in which a switch is composed of semiconductor switching elements such as a thyristor, a triac, and a transistor, and has a zero-cross function. When an SSR operation signal indicating a conduction state or a cutoff state is input from the
電磁リレーRY1とソリッドステートリレーSSRは、電気的に直列に接続されている。電磁リレーRY1の一端は突入電力抑制装置10の入力端子101に接続されている。電磁リレーRY1の他端はソリッドステートリレーSSRの一端に接続されている。ソリッドステートリレーSSRの他端は突入電力抑制装置10の出力端子102に接続されている。
The electromagnetic relay RY1 and the solid state relay SSR are electrically connected in series. One end of the electromagnetic relay RY1 is connected to the
バイパス回路12は、ソリッドステートリレーSSRをバイパスする回路を構成する。バイパス回路12は、電磁リレーRY2を備える。電磁リレーRY2は、電磁部と電磁部の通電状態に応じてオンまたはオフするスイッチを有し、コントローラ11が出力したRY2操作信号に応じて、電磁部の通電状態を変化させ、スイッチを導通状態または遮断状態とする。この電磁リレーRY2のスイッチはメーク接点(ノーマリーオープン)である。電磁リレーRY2の両端は突入電力抑制装置10の入力端子101と出力端子102に接続されている。この場合、バイパス回路12は、直列に接続された電磁リレーRY1とソリッドステートリレーSSRとに、電気的に並列に接続されている。すなわち、この場合、バイパス回路12は、電磁リレーRY2を導通状態とした場合に、電磁リレーRY1とソリッドステートリレーSSRをバイパスする回路である。ただし、バイパス回路12は、ソリッドステートリレーSSRと並列に電磁リレーRY2を接続して、ソリッドステートリレーSSRのみをバイパスする回路としてもよい。
The
電源部13は、交流電源2から給電制御装置20および入力端子101を介して入力された交流電力を、変圧および整流し、突入電力抑制装置10内の各部に例えば複数種類の電圧の直流電力を供給する。入力部14は、例えばユーザの操作によって可変することができる半固定可変抵抗器を備え、半固定可変抵抗器に設定された抵抗値に応じた電圧値を有する信号をコントローラ11に対して出力する。この半固定可変抵抗器は、ユーザの操作によって設定された電圧値を出力するものであり、負荷40に流れる電流を流すものではない。あるいは、入力部14は、複数の設定スイッチを有するディップスイッチを備え、各設定スイッチのオンまたはオフの設定状態を示す信号をコントローラ11に対して出力する。なお、電源部13は、例えば導通状態に設定される図示していない遮断器等を介して交流電源2に対して、給電制御装置20を介さずに接続されていてもよい。
The
コントローラ11は、例えばマイクロコンピュータ(マイコン)であり、内部にCPU(中央処理装置)、記憶装置、入出力装置、A/D(アナログ/デジタル)変換器、D/A(デジタル/アナログ)変換器、タイマー、カウンタ、クロック、通信装置等のハードウェアを有する。また、コントローラ11は、入出力ポートI/O(1)~I/O(4)等の複数のデジタル信号の入出力ポート(入出力端子)や、アナログ信号の入出力端子を有する。コントローラ11は、内部のハードウェアを利用し、記憶装置に記憶されている所定のファームウェア等のプログラムをCPUが実行することで、制御部15、調整部16および記憶部17の各機能を構成する。
The
コントローラ11は、操作スイッチ30のオンまたはオフの状態に応じて、ソリッドステートリレーSSRと電磁リレーRY1と電磁リレーRY2を制御する。その際、コントローラ11の入出力ポートI/O(1)~I/O(4)は図2に示すように設定される。図2は、図1に示すコントローラ11の入出力ポートI/O(1)~I/O(4)の設定状態等を示す図である。
The
図2に示すように、入出力ポートI/O(1)は、入力端子(デジタルIN)に設定され、Hレベル(“H”)で操作スイッチ30のオン(スイッチ⇒ON)の状態またはLレベル(“L”)で操作スイッチ30のオフ(スイッチ⇒OFF)の状態を示す操作スイッチ信号を入力する。入出力ポートI/O(2)は、出力端子(デジタルOUT)に設定され、Hレベル(“H”)でリレーRY1のスイッチを導通状態(RY⇒ON)とし、Lレベル(“L”)でリレーRY1のスイッチを遮断状態(RY⇒OFF)とするRY1操作信号を出力する。入出力ポートI/O(3)は、出力端子に設定され、Hレベル(“H”)でソリッドステートリレーSSRに導通状態への遷移(SSR⇒ON)を指示し、Lレベル(“L”)でソリッドステートリレーSSRに遮断状態への遷移(SSR⇒OFF)を指示するSSR操作信号を出力する。入出力ポートI/O(4)は、出力端子に設定され、Hレベル(“H”)でリレーRY2のスイッチを導通状態(RY⇒ON)とし、Lレベル(“L”)でリレーRY2のスイッチを遮断状態(RY⇒OFF)とするRY2操作信号を出力する。
As shown in FIG. 2, the input / output port I / O (1) is set to the input terminal (digital IN), and the
制御部15は、入出力ポートI/O(1)に入力される操作スイッチ信号に応じて、入出力ポートI/O(2)から出力するRY1操作信号、入出力ポートI/O(3)から出力するSSR操作信号および入出力ポートI/O(4)から出力するRY2操作信号の各レベルと各レベルを変化させるタイミングを制御する。調整部16は、制御部15が各信号のレベルを変化させるタイミングを例えばユーザによる入力部14に対する設定状態に応じて調整する。記憶部17は、制御部15が実行するファームウェア等のプログラム、各タイミングの設定情報、調整部16の調整内容を示す情報等を記憶する。
The
次に、図3~図5を参照して、図1に示す突入電力抑制装置10の動作例について説明する。図3は、図1に示す突入電力抑制装置10の動作例を示すフローチャートである。図4は、突入電力抑制装置10の電力供給開始時の制御シーケンスを示す図である。図5は、突入電力抑制装置10の電力供給遮断時の制御シーケンスを示す図である。なお、図4および図5では、時間T1~T8の開始時刻または終了時刻を簡易的に示している場合がある。すなわち、図4および図5では、破線で示す時刻t11~t15または時刻t21~t25と、時間T1~T8の開始時刻または終了時刻に短時間のずれがある場合でも、同一のタイミングとして表していることがある。また、一例として、以下の説明では、電気機器41が照明機器であり、操作スイッチ30が照明スイッチであるとする。
Next, an operation example of the inrush
操作スイッチ30がオフの状態で、ユーザが操作スイッチ30(この例では照明スイッチ)をオンすると、操作スイッチ信号が“L” (ロウレベル)から“H” (ハイレベル)に変化する(図3の時刻t11)。操作スイッチ信号が“L”から“H”に変化すると、ターミナルユニット22が電磁リレー21を導通状態にする。すると、突入電力抑制装置10の電源部13が各部に電力を供給し始める。ここで、コントローラ11が起動し、所定の初期化処理等を実行した後、調整部16が入力部14の設定状態に応じて後述する時間T1~T8の少なくとも1つを必要に応じて調整する(ステップS100)。次に、制御部15が、入出力ポートI/O(1)(以下、I/O(n)という。nは1から4)のレベルが“H”か否かを判定し(ステップS101)、I/O(1)が“L”の場合(ステップS101で「No」)には、その判定処理を所定の周期で繰り返す。I/O(1)が“H”の場合(ステップS101で「Yes」)、制御部15は、T1時間待機した後(ステップS102で「No」の繰り返しから「Yes」)、I/O(2)から“H”を出力する(ステップS103、時刻t12)。ここで、電磁リレーRY1がオンする。
When the user turns on the operation switch 30 (lighting switch in this example) while the
次に、制御部15は、T2時間待機した後(ステップS104で「No」の繰り返しから「Yes」)、I/O(3)から“H”を出力する(ステップS105、時刻t13)。この後、交流電源2の電圧がゼロまたはゼロ付近になったところでソリッドステートリレーSSRのスイッチがオンする。このとき、電気機器41(この例では照明機器)への交流電源2からの電力供給が開始され、電気機器41が点灯する。この場合、ソリッドステートリレーSSRは、交流電源電圧がゼロまたゼロ付近になったところでスイッチがオンするので、電気機器41への突入電流を抑制することができる。
Next, the
次に、制御部15は、T3時間待機した後(ステップS106で「No」の繰り返しから「Yes」)、I/O(4)から“H”を出力する(ステップS107、時刻t14)。ここで、電磁リレーRY2がオンする。この時間T3は、負荷40への通電が開始されてから、それに伴う突入電流が所定の範囲に収まるまでの期間より長く設定することが望ましい。
Next, the
次に、制御部15は、T4時間待機した後(ステップS108で「No」の繰り返しから「Yes」)、I/O(2)から“L”を出力するとともにI/O(3)から“L”を出力する(ステップS109、時刻t15)。ここで、電磁リレーRY1がオフするとともに、ソリッドステートリレーSSRのスイッチがオフする。以降、電磁リレーRY1をオンするために電磁リレーRY1の電磁部で消費される電力を削減することができる。
Next, after waiting for T4 hours (“Yes” from the repetition of “No” in step S108), the
次に、制御部15は、I/O(1)が“L”か否かを判定する(ステップS110)。I/O(1)が“L”になると(ステップS110で「Yes」、図5の時刻t21)、制御部15は、T5時間待機した後(ステップS111で「No」の繰り返しから「Yes」)、I/O(2)から“H”を出力するとともにI/O(3)から“H”を出力する(ステップS112、時刻t22)。ここで、電磁リレーRY1がオンし、交流電源2の電圧がゼロまたはゼロ付近になったところでソリッドステートリレーSSRのスイッチがオンする。
Next, the
次に、制御部15は、T6時間待機した後(ステップS113で「No」の繰り返しから「Yes」)、I/O(4)から“L”を出力する(ステップS114、時刻t23)。ここで、電磁リレーRY2がオフする。
Next, the
次に、制御部15は、T7時間待機した後(ステップS115で「No」の繰り返しから「Yes」)、I/O(3)から“L”を出力する(ステップS116、時刻t24)。ここで、負荷40の電流がゼロまたはゼロ付近になったところでソリッドステートリレーSSRのスイッチがオフする。ここで、電気機器41(この例では照明機器)への交流電源2からの電力供給が遮断され、電気機器41が消灯する。この場合、ソリッドステートリレーSSRは、交流負荷電流がゼロまたゼロ付近になったところでスイッチがオフするので、遮断時の過渡電流変化を抑制し、例えばサージ電圧を抑制することができる。
Next, the
次に、制御部15は、T8時間待機した後(ステップS117で「No」の繰り返しから「Yes」)、I/O(2)から“L”を出力する(ステップS118、時刻t25)。ここで、電磁リレーRY1がオフする。
Next, the
以上のように、本実施形態の突入電力抑制装置10は、可変インピーダンスを用いることなく、突入電流を抑制することができる。
As described above, the inrush
なお、スイッチ入切操作の時間間隔は、各スイッチの応答時間に応じて設定することができる。例えば、ソリッドステートリレーSSRの応答時間は約10msであり、電磁リレーRY1およびRY2の応答時間は約20msであることを考慮し、それらのうちから選択されたものの応答時間より長い時間が経過した後に、次のスイッチ操作を行うよう制御することが望ましい。各時間T1~T8は、例えば、0.2秒程度とすることができる。 The time interval for the switch on / off operation can be set according to the response time of each switch. For example, considering that the response time of the solid state relay SSR is about 10 ms and the response time of the electromagnetic relays RY1 and RY2 is about 20 ms, after a time longer than the response time of the one selected from them has elapsed. , It is desirable to control to perform the following switch operations. Each time T1 to T8 can be, for example, about 0.2 seconds.
また、本実施形態では、並列接続の電磁リレーRY2を設置し、これをバイパス回路12に設け、ソリッドステートリレーSSRのゼロクロス機能によるスイッチ投入後、電力供給を遮断する操作前まで、ソリッドステートリレーSSRの代わりにバイパス回路12を使用する。したがって、ソリッドステートリレーSSRによる発熱による電力損失と電子回路への熱負荷を低減することができる。
Further, in the present embodiment, an electromagnetic relay RY2 connected in parallel is installed, and this is provided in the
また、バイパス回路12によって、LED照明等の照明機器である電気機器41が点灯状態を確立した場合に、電磁リレーRY1とソリッドステートリレーSSRの各スイッチをオフすることで、さらに、ソリッドステートリレーSSRへのベース電流や、電磁リレーRY1の電磁部の励磁電流による電力損失を低減することができる。
Further, when the
本実施形態は、電磁リレーRY1とゼロクロス投入タイプのソリッドステートリレーSSRを組合せたマイコン等の制御によるハイブリッド電子制御スイッチであり、LED照明等の点灯時の突入電流を大幅に抑制することが可能になった(例えば約1/10)。 This embodiment is a hybrid electronic control switch controlled by a microcomputer or the like that combines an electromagnetic relay RY1 and a zero-cross input type solid-state relay SSR, and can significantly suppress an inrush current when lighting an LED lighting or the like. (For example, about 1/10).
また、本実施形態のハイブリッド電子制御スイッチで、突入電流の抑制ができたことで、スイッチ(電磁リレー21等のスイッチ)1台あたりに接続可能な照明台数が大幅に増え、物品費や工事費の削減が可能になった。 In addition, since the inrush current can be suppressed by the hybrid electronic control switch of this embodiment, the number of lights that can be connected to one switch (switch such as electromagnetic relay 21) is greatly increased, and the cost of goods and construction is increased. Can be reduced.
また、例えばLED照明の突入電流をスイッチにより抑制できるため、比較的突入電流が大きな市販品のLED照明を、通信機械室やサーバー設備などの、妨害電磁波への配慮が重要な部屋へ導入することが可能になり、照明設備のイニシャルコストとランニングコストの低減が可能になった。 In addition, for example, since the inrush current of LED lighting can be suppressed by a switch, a commercially available LED lighting with a relatively large inrush current should be introduced into a room where consideration for interfering electromagnetic waves is important, such as a communication machine room or server equipment. It has become possible to reduce the initial cost and running cost of lighting equipment.
なお、本実施形態で制御する各スイッチ(ソリッドステートリレーSSRのスイッチ、電磁リレーRY1のスイッチ、および電磁リレーRY2のスイッチ(以下、同じ))には、例えば以下の3つのスイッチの組み合わせがあり、SSR操作信号、RY1操作信号、およびRY2操作信号の各制御信号入力から、動作までのタイムラグはそれぞれ、以下のように設定することができる。 Each switch controlled in this embodiment (solid-state relay SSR switch, electromagnetic relay RY1 switch, and electromagnetic relay RY2 switch (hereinafter, the same)) has, for example, a combination of the following three switches. The time lag from each control signal input of the SSR operation signal, the RY1 operation signal, and the RY2 operation signal to the operation can be set as follows.
ソリッドステートリレーSSRの半導体スイッチ(例えばトライアック)の動作応答時間は、数μs(ただしゼロクロスタイプは数ms~10ms)である。また、電磁リレーRY1およびRY2を、一般的な電磁リレーとする場合、動作応答時間は約50msである。また、電磁リレーRY1およびRY2を、ブレーカの外部電動操作とする場合、動作応答時間は0.1秒~数秒となる。これらのスイッチの組み合わせに適用できるように、スイッチの動作までのタイムラグを変更できるようにする。例えばLEDスイッチの投入制御に使用する場合、スイッチの動作までのタイムラグが、組み合わせたスイッチの動作応答時間のなかで最も長い動作応答時間よりも短いと、意図する順番どおりに、スイッチが動作しない恐れがある。そのため、このスイッチ制御のタイムラグを、調整部16によって調整可能とすることが望ましい。例えば、入力部14において、可変抵抗による分圧信号などで、アナログ電圧信号としてコントローラ11に入力させ、抵抗値の変化でタイムラグを調整できるよう、ファームウェアで制御することで、使用するスイッチにより、タイムラグを可変させることが可能になり、意図する順番通りにスイッチ操作が可能になる。
The operation response time of the semiconductor switch (for example, triac) of the solid state relay SSR is several μs (however, the zero cross type is several ms to 10 ms). Further, when the electromagnetic relays RY1 and RY2 are general electromagnetic relays, the operation response time is about 50 ms. Further, when the electromagnetic relays RY1 and RY2 are operated by external electric operation of the breaker, the operation response time is 0.1 seconds to several seconds. Allows you to change the time lag to switch operation so that it can be applied to these switch combinations. For example, when used for ON control of an LED switch, if the time lag until the switch operates is shorter than the longest operation response time of the combined switch operation response times, the switches may not operate in the intended order. There is. Therefore, it is desirable that the time lag of this switch control can be adjusted by the adjusting
なお、本実施形態の突入電力抑制装置10は、上記各待機時間の起点または終点を、例えば、各スイッチに対する各操作信号の変化を検出した時点にして、または各スイッチの電源(整流後のDC電圧)の所定の変化を検出した時点にして制御してもよい。
In the inrush
また、投入時に、バイパス回路12の選択を開始するまでの期間(図4の時間T3)は、過去の実績(電源電流または電源電圧)の変動を履歴に残し、その履歴情報から必要とされる期間を選択し、その時間に設定してもよい。
Further, at the time of turning on, the period until the selection of the
なお、本実施形態は、例えば次のような態様を有する。 In addition, this embodiment has the following aspects, for example.
[1]すなわち、突入電力抑制装置10は、交流電力を消費する負荷40に対して交流電力の供給を開始する際の突入電流を抑制する。また、突入電力抑制装置10は、導通状態または遮断状態を指示するSSR操作信号(第1制御信号)が入力された場合に交流の所定の位相で導通状態または遮断状態に遷移するソリッドステートリレーSSR(半導体素子)と、ソリッドステートリレーSSRに電気的に直列に接続された電磁リレーRY1(第1スイッチ)と、ソリッドステートリレーSSRをバイパスするバイパス回路12内に配置された電磁リレーRY2(第2スイッチ)と、ソリッドステートリレーSSRと電磁リレーRY1と電磁リレーRY2を制御する制御部15とを備える。そして、制御部15は、負荷40に対して電力の供給を開始する際に、電磁リレーRY1と電磁リレーRY2がともに遮断された状態から、(1)電磁リレーRY1を導通状態にするとともにソリッドステートリレーSSRに対して導通状態を指示するSSR操作信号を出力し、次に、(2)所定時間T3の後、電磁リレーRY2を導通状態にする。
[1] That is, the inrush
この態様によれば、可変インピーダンスを用いることなく、突入電流を抑制することができる。 According to this aspect, the inrush current can be suppressed without using the variable impedance.
[2]なお、上記バイパス回路12は、直列に接続された電磁リレーRY1(第1スイッチ)とソリッドステートリレーSSR(半導体素子)とに、電気的に並列になるように接続してもよい。
[2] The
この態様によれば、電力供給時にバイパス回路12を導通状態とすることで電磁リレーRY1を遮断状態とすることができる。よって電磁リレーRY1の動作損失を無くすことができる。
According to this aspect, the electromagnetic relay RY1 can be cut off by making the
[3]また、制御部15は、負荷40に対して電力の供給を開始する際に、電磁リレーRY1と電磁リレーRY2がともに遮断された状態から、(1)電磁リレーRY1を導通状態にするとともにソリッドステートリレーSSRに対して導通状態を指示するSSR操作信号を出力し、次に、(2)所定時間T3の後、電磁リレーRY2を導通状態にし、さらに、(3)所定時間T4の後、電磁リレーRY1を遮断状態にするとともにソリッドステートリレーSSRに対して遮断状態を指示するSSR操作信号を出力するようにしてもよい。
[3] Further, when the
この態様によれば、バイパス回路12を導通状態とした所定時間後から、ソリッドステートリレーSSRと電磁リレーRY1の動作損失を削減することができる。
According to this aspect, the operation loss of the solid state relay SSR and the electromagnetic relay RY1 can be reduced after a predetermined time when the
[4]また、制御部15は、負荷40への電力の供給を遮断する際に、電磁リレーRY2が導通状態で電磁リレーRY1とソリッドステートリレーSSRが遮断状態である制御状態から、(4)電磁リレーRY1を導通状態にするとともにソリッドステートリレーSSRに対して導通状態を指示するSSR操作信号を出力し、次に、(5)所定時間T6の後、電磁リレーRY2を遮断状態にし、次に、(6)所定時間T7の後、ソリッドステートリレーSSRに対して遮断状態を指示するSSR操作信号を出力し、次に、(7)所定時間T8の後、電磁リレーRY1を遮断状態にするようにしてもよい。
[4] Further, when the
この態様によれば、交流負荷電流がゼロまたゼロ付近になったところでスイッチがオフするので、遮断時の過渡電流変化を抑制し、例えばサージ電圧を抑制することができる。 According to this aspect, since the switch is turned off when the AC load current becomes zero or near zero, the transient current change at the time of interruption can be suppressed, and for example, the surge voltage can be suppressed.
[5]また、制御部15が、ソリッドステートリレーSSRに対して導通状態を指示するSSR操作信号を出力してから電磁リレーRY2を導通状態にするまでの上記(2)の所定時間T3は、負荷40への通電が開始されてから、それに伴う突入電流が所定の範囲に収まるまでの期間より長く設定することが望ましい。また、突入電力抑制装置10は、上記各所定時間の少なくとも1つを外部から調整可能とする調整部16をさらに備えることができる。
[5] Further, the predetermined time T3 of the above (2) from the output of the SSR operation signal instructing the solid state relay SSR to the conduction state by the
[6]また、本発明の実施形態である電力制御システム1は、上記[1]から[5]の突入電力抑制装置10と、負荷40への交流電力の供給を開始および遮断する給電制御装置20とを備える。ここで、負荷40は、互いに同期して投入される複数の電気機器41を含む。本実施形態によれば、複数の電気機器41の各突入電流の加算結果が、例えば給電制御装置20の突入電流の許容値を超えていたとしても、突入電力抑制装置10を、給電制御装置20と負荷40との間に設けて、負荷40への突入電流を抑制することで、給電制御装置20を安全に動作させることができる。
[6] Further, the
[7]なお、複数の電気機器41が、互いに並列に接続された同種の複数の照明機器(例えばLED照明)である場合でも、突入電流を十分抑制することができる。
[7] Even when the plurality of
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes designs and the like within a range that does not deviate from the gist of the present invention.
1…電力制御システム
2…交流電源
10…突入電力抑制装置
11…コントローラ
12…バイパス回路
13…電源部
14…入力部
15…制御部
16…調整部
17…記憶部
20…給電制御装置
30…操作スイッチ
40…負荷
41…電気機器
RY1、RY2、21…電磁リレー
SSR…ソリッドステートリレー
1 ...
Claims (8)
導通状態または遮断状態を指示する第1制御信号が入力された場合、交流の所定の位相で導通状態または遮断状態に遷移する半導体素子と、
前記半導体素子に電気的に直列に接続された第1スイッチと、
前記半導体素子をバイパスするバイパス回路内に配置された第2スイッチと、
前記半導体素子と前記第1スイッチと前記第2スイッチを制御する制御部と、
を備え、
前記負荷への前記交流電力の供給を開始および遮断する給電制御装置があり、
前記負荷は、互いに同期して投入される複数の電気機器を含み、
前記複数の電気機器の各突入電流の加算結果が、前記給電制御装置の突入電流の許容値を超えており、
前記給電制御装置と前記負荷との間に設けられていて、
前記制御部が、前記負荷に対して電力の供給を開始する際に、前記第1スイッチと前記第2スイッチがともに遮断された状態から、(1)前記第1スイッチを導通状態にするとともに前記半導体素子に対して導通状態を指示する前記第1制御信号を出力し、次に、(2)所定時間の後、前記第2スイッチを導通状態にすることで、前記負荷への突入電流を抑制する、
突入電力抑制装置。 It is an inrush power suppression device that suppresses the inrush current when starting the supply of AC power to a load that consumes AC power.
When the first control signal indicating the conduction state or the cutoff state is input, the semiconductor element that transitions to the continuation state or the cutoff state in a predetermined phase of alternating current and
A first switch electrically connected in series to the semiconductor element,
A second switch arranged in a bypass circuit that bypasses the semiconductor element,
A control unit that controls the semiconductor element, the first switch, and the second switch ,
Equipped with
There is a power supply control device that starts and cuts off the supply of the AC power to the load.
The load includes a plurality of electrical appliances that are loaded synchronously with each other.
The addition result of each inrush current of the plurality of electric devices exceeds the permissible value of the inrush current of the power supply control device.
It is provided between the power supply control device and the load, and is provided.
When the control unit starts supplying power to the load, from the state in which both the first switch and the second switch are cut off, (1) the first switch is brought into a conductive state and the said. The first control signal instructing the conduction state to the semiconductor element is output, and then (2) after a predetermined time, the second switch is brought into the conduction state to suppress the inrush current to the load. do,
Inrush power suppression device.
請求項1に記載の突入電力抑制装置。 The inrush power suppression device according to claim 1, wherein the bypass circuit is connected to the first switch and the semiconductor element connected in series so as to be electrically parallel to each other.
請求項2に記載の突入電力抑制装置。 When the control unit starts supplying power to the load, from the state in which both the first switch and the second switch are cut off, (1) the first switch is brought into a conductive state and the said. The first control signal instructing the conduction state to the semiconductor element is output, then, after (2) a predetermined time, the second switch is put into the conduction state, and (3) after a predetermined time, the said. The inrush power suppression device according to claim 2, wherein the first switch is put into a cutoff state and the first control signal for instructing the semiconductor element of the cutoff state is output.
請求項2または3に記載の突入電力抑制装置。 When the control unit cuts off the supply of power to the load, the control unit changes from a control state in which the first switch and the semiconductor element are cut off while the second switch is in a conductive state to (4) the first switch. The first control signal for instructing the continuity state is output to the semiconductor element, and then (5) after a predetermined time, the second switch is turned off, and then ( 6) After a predetermined time, the first control signal instructing the semiconductor element of the cutoff state is output, and then (7) after the predetermined time, the first switch is put into the cutoff state. Or the inrush power suppression device according to 3.
前記各所定時間の少なくとも1つを外部から調整可能とする調整部をさらに備える
請求項1から4の何れか1項に記載の突入電力抑制装置。 The predetermined time of (2) from the time when the control unit outputs the first control signal instructing the semiconductor element to the conduction state until the second switch is brought into the conduction state is to the load. It is set longer than the period from the start of energization until the inrush current that accompanies it falls within the specified range.
The inrush power suppression device according to any one of claims 1 to 4, further comprising an adjusting unit that allows at least one of the predetermined times to be adjusted from the outside.
前記負荷への前記交流電力の供給を開始および遮断する給電制御装置と、
を備える電力制御システム。 The inrush current suppression device according to any one of claims 1 to 5.
A power supply control device that starts and cuts off the supply of the AC power to the load, and
Power control system with.
請求項6に記載の電力制御システム。 The power control system according to claim 6, wherein the plurality of electric devices are a plurality of lighting devices of the same type in which the plurality of electric devices are connected in parallel to each other.
前記突入電力抑制装置が、
導通状態または遮断状態を指示する第1制御信号が入力された場合、交流の所定の位相で導通状態または遮断状態に遷移する半導体素子と、
前記半導体素子に電気的に直列に接続された第1スイッチと、
前記半導体素子をバイパスするバイパス回路内に配置された第2スイッチと、
前記半導体素子と前記第1スイッチと前記第2スイッチを制御する制御部と
を備え、
前記負荷への前記交流電力の供給を開始および遮断する給電制御装置があり、
前記負荷は、互いに同期して投入される複数の電気機器を含み、
前記複数の電気機器の各突入電流の加算結果が、前記給電制御装置の突入電流の許容値を超えており、
前記突入電力抑制装置が、前記給電制御装置と前記負荷との間に設けられていて、
前記制御部によって、前記負荷に対して電力の供給を開始する際に、前記第1スイッチと前記第2スイッチがともに遮断された状態から、(1)前記第1スイッチを導通状態にするとともに前記半導体素子に対して導通状態を指示する前記第1制御信号を出力し、次に、(2)所定時間の後、前記第2スイッチを導通状態にすることで前記負荷への突入電流を抑制する、
制御方法。 It is a control method of the inrush power suppression device that suppresses the inrush current when starting the supply of AC power to the load that consumes AC power.
The inrush current suppression device
When the first control signal indicating the conduction state or the cutoff state is input, the semiconductor element that transitions to the continuation state or the cutoff state in a predetermined phase of alternating current and
A first switch electrically connected in series to the semiconductor element,
A second switch arranged in a bypass circuit that bypasses the semiconductor element,
A control unit for controlling the semiconductor element, the first switch, and the second switch is provided.
There is a power supply control device that starts and cuts off the supply of the AC power to the load.
The load includes a plurality of electrical appliances that are loaded synchronously with each other.
The addition result of each inrush current of the plurality of electric devices exceeds the permissible value of the inrush current of the power supply control device.
The inrush current suppression device is provided between the power supply control device and the load.
When the control unit starts supplying power to the load, the first switch and the second switch are both cut off, and then (1) the first switch is made conductive and the first switch is made conductive. The first control signal instructing the conduction state to the semiconductor element is output, and then (2) after a predetermined time, the second switch is brought into the conduction state to suppress the inrush current to the load. ,
Control method.
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