JPH02300394A - 加熱負荷用電力制御装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 生班夏背景 本発明は、加熱負荷用電力制御装置に関し、更に詳細に
は、移動中の、例えば紙のような薄板状材料を乾燥する
ための加熱装置に関する。

従来肢±見豆肌 例えば水分プロファイルを均一にするために個別制御す
るような場合に、移動中の祇ウェブの横方向に石英加熱
エレメントを配置した放射加熱器については、５譲受人
に譲渡された米国特許４．４９４．３１６に開示済みで
ある。この種の加熱器は、移動中の薄板状材料の特定の
区分又は部分と関連して、加熱エレメントを、例えば１
個から３個程度、特定の組にして、移動中の薄板状材料
に沿って横方向に配置した個別の電気赤外線加熱エレメ
ントを備えたモジュールで構成される。水分コントロー
ラの横方向水分センサにより、加熱器に関する必要制御
情報がフィードバックされ、水分プロファイルが均一に
なるような適当な電力レベルに加熱器を制御する。

この種の電力制御に関しては、１９８８年１月１９日付
をもってＤａｖｉｄ　Ｗｏｌｚｅによって出願され、現
米国特許　　　　　をもって５譲受人に譲渡された米国
特許出願番号１４５．５２６　　“加熱ランプのディジ
タル制御システム゛°に説明されている。この技術では
、シリコン制御整流器又はゲートターンオフサイリスク
を使用し、加熱ランプに供給する交流半サイクルの一部
を調節するように点弧角度を制御する。設備によっては
、前記システムは高解像度制御を極めて適切に実施でき
るが、力率の改善或は適当な解像度を得ることが要求さ
れ、そのためにはコストに影響するハードウェアが必要
である。

汀の　　・　　び　　・ 従って、当発明の一般的な目的は、加熱負荷に対する改
善された電力制御システムを提供することにある。

前記の目的に従い、ウェブの特定の区分又は部分にそれ
ぞれのランプ又はランプの組が対応するようにウェブの
上方に複数個の加熱ランプを横力向に並べて懸垂配置し
、水分コントローラに応答して、移動中のウェブを乾燥
する３相交流ライン入力を供給する電力制御システムを
提供する。このシステムは、加熱ランプに供給する電力
を制御するために実質的に当該区分に配置された各区分
用の個別切換え手段を備え、各区分に電力を供給するた
めに並列分岐してウェブの横方向に伸延する電力回路で
構成される。水分コントローラ及び３相交流ライン入力
のゼロ点通過に応答する処理手段によってスイッチを作
動化し、３相交流ライン入力の半サイクル又は半サイク
ルの一部を、既述の水分コントローラが必要と決定する
電力レベルに制御する。

関連した方法も提供する。

しい　　　の量日 鎖線の矩形１０内に示す移動する紙の特定区分を乾燥す
るための装置を第１図に示す。この装置は、特定の区分
上に吊られた石英ハロゲン赤外線加熱ランプ１１、単数
又は複数個の関連サイリスクスイッチ及び３相うイン人
力１５によってドライブされる保護セフシュン１３で構
成される。このラインは、他の区分まで伸延する（この
場合の他の区分は１５０個所までの多数であっても差支
えなく、一般に、実際には、製紙機械によって製造中の
巾３インチの紙である）。

全ての区分に対する中央制御所において、３相入力１５
に関する情報は、計測用変圧器１６により、例えば１０
０対１の比で分岐され、この３相入力は回路１７のライ
ンシンクに供給される。この種の回路は図２と関連して
説明するように、３相波形がゼロレベルと交差する度に
中断される出力１８及び、３本のライン１９による位相
情報を提供する。これ等の全ての情報はアクチュエータ
コンピュータ２１によって受信され、その制御出力ライ
ン２２によって、それぞれの区分のサイリスクスイッチ
１′２をドライブする。それぞれの区分が関連加熱ラン
プ用に必要とする電力レベルは同じではないので、これ
等の制御出力ラインは個別制御ラインである。

アクチュエータコンビ五−夕２１は、標準横方向水分セ
ンサからの情報を受信し、それぞれの区分の加熱ランプ
に供給すべき％電力レベルを効果的に決定する水分コン
トローラに結合される。この動作については、電力レベ
ルの％を提供する情報又はデータを含む２３で示される
探索表１．２及び３を使用して次に詳しく説明する。水
分コントローラは、制御情報によって、それぞれの区分
に必要な電力レベルを算定し、その情報をアクチュエー
タコンピュータ２１に転送する０次に、アクチェエータ
コンピュータは、表２３のうちの１つの中で適切な％電
力レベルを探索し、当該特定区分に関するこの情報を、
３個のスクラッチパド表２４ａ、２４ｂ及び２４ｃのう
ちの１つに転送する。

これ等のスクラッチバド表は表１．２及び３と関係をも
つが、スクラッチバド表は特定の区分によって順序付け
られ、サイリスクスイッチ１２が必要とする特定区分に
対する切換率によって電力レベルデータを検索するため
に各区分全体を効果的に順序付ける２６に表示されるゾ
ーンポインタによってアドレスされる。次に説明するよ
うに、この作動期間は２サイクル（６（Ｈｆｚ入力の場
合）又は１サイクルの１八である。従って、区分は１．
２．３・・・Ｎとして表示され、１５０個まで設定でき
る。一般に、特定の所要パラメータに対しては、たヌ゛
１種類の電力レベル表だけが使用され、結果としてのス
クラッチバド表２４がこのパラメータを反映する。即ち
、表１「最小フリッカ」の表２「単位力率」又は表３「
高解像度」である。

コンビエータ２１は、水分コントローラ２２を用いた表
と探索表２３の両方を作成し、更に、ラインベースで、
サイリスクスイッチを順々に作動化するために特定区分
のスクラッチパド表からデータを検索しなければならな
い。勿論、この動作は、６０サイクルＡＣ及びスイッチ
１２の比較的遅いサイクリングレートによっては見えな
い程高速なレートで実施される。

従って、全体としては、上記の配置構成であるために、
理論的には一時に全て同じでない電力レベルを必要とす
る各種区分の全てを制御するにはたゾ１つの単一処理段
を用いなければならない。

周知のように、乾燥工程の主目的は、製造中の紙の水分
ストリークを除去し、水分プロファイルを均一にするこ
とにある。

フリッカを少なくするために用いる２方法を第１Ａ図と
第１Ｂ図に示す。実際には、第１Ａ図に示すように、区
分を小区分、例えばＩＡ、ＩＢ及びＩＣに分け、区分の
個々の加熱ランプは、１１′で表示される加熱ランプを
備えた１２’で表示される対応するスイッチによって個
別にｆｆ、１ｍされる。

従って、第１Ｂ図に示すように、特にタイプは指定され
ないが２４′で表示されるスクラッチパド表は、作動化
しようとするスイッチ１２′に対応する小区分ＩＡ、Ｉ
Ｂ、ＩＣを備える。

半サイクル期間又は１へサイクル期間をもってサイリス
クスイッチ１２を効果的に切換えるために、第２図のラ
イン同期回路は、１サイクル中に６回の情報切換えを行
なう。そのためには、計測用変圧器１６を介して３相う
イン人力１５を用いる。排他的ＯＲゲート３３及びパル
スジュネレータ３４を介してコンパレータ３１ａから３
１ｃまでの出力を用いることにより、インクラブド１８
が供給される。このインクラブドは、本質的には、ゾー
ンポインタ２６の順序付けを行なう。インバータ３２ａ
−３２Ｃは、２進表に示すように、関連位相情報をライ
ンＩ９に供給する。

一般に２区分用に用いられるヒータモジュール４０の一
部を構成する８個の加熱ランプ１１を第３図に示す。ラ
ンプ１２個を使用することもできる。これ等のランプは
、切換えのために、４個又は６個の２グループに分けら
れる。サイリスクスイッチ１２は、絶縁隔壁４１上に設
置されるこのモジュール４０を構成する。この種のモジ
ュール４０は紙の移動方向４２を横切る方向に配置され
、部分的に示すように、左側のモジュール４３と右側の
モジュール４゛４を含み、−列に配置される。

モジュールに対して紙を保護するために用いるガラス製
隔壁には、適当に空気を流すためのスリットを備える。

この種のモジュールについては、５譲受人に譲渡されて
Ｒｒｉｋ　５Ｌｅｐｈａｎｓｅｎ名義になった米国特許
４，４９４，３１６号に詳細に示す。一般に、電力線は
、加熱ランプにＹ又はΔ接続される。

フリッカを最小限にする加熱ランプの切換えについて、
第４図及び第５図に示す。付記した％は、供給電力レベ
ルを示す。図に示す正弦波の斜線をほどこした部分は、
加熱ランプの閉状態即ち電力供給されている状態を示す
。従って、正弦波の斜線部分が大きければ大きい程、電
力レベルが高いことを示す。第４Ａ図において、６０°
ごと即ち１八サイクルごとの時間を示す垂線５１は、ア
クチュエータコンピュータ２１をドライブするライン１
８のインクラブド時間を示す（第１図参照）。

これ等の垂直は、スイッチがオンした後で、ゼロ交差に
よってスイッチをオフするという標準サイリスクスイッ
チ理論に従ってスイッチを作動させるためのタイミング
を表わす。

第４Ａ図に示すように、％サイクルの１八は“１”で示
す斜線部であり、第５Ａ図では、％サイクルの２八は“
４”で示す斜線部であり、２サイクル全部を斜線部“５
”で示す、第４図及び第５図から明白であるように、半
サイクルの部分又は全部を制御することにより電力レベ
ルを調節できる。

勿論、シリコン制御された整流器を適切なプロセシング
手段によって制御すると、Ａサイクルの部分を自由に選
択できる。たりし、そのためには、大きい計算機能を必
要としくコスト高となる）、更に、これによって、フリ
ッカ及び力率等のようなパラメータに著しく悪影響を及
ぼす。

特に、第４図及び第５図に示すように、フリッカを最小
限に抑制するための技法は、２サイクルごとに図示され
る波形を本質的には全く同じ方法で繰返すことである。

この動作を次の表１に示す：Ｏロロー　　　０ロ　　　
り ■　ロー−ロロ　　　り ω　−一−マの　　　ク トーーー　　　哨り　　　リ ■　ロロー　　　ロロ　　　リ コ　　２０ｍ　＋＋ｌ　ｌ　ｌ　Ｉロロ°“１りへ　　
　　。　−Ｉ　−１８、Ｖ＞　　　　　　り嘔　　■　
−一＋＋ｌ　　　　Ｌｆ＞Ｌｌ’）　　　　りω　ロロ
ー　　　ロロ　　　ク ー　　ト　ロー−〇〇　　　の 啼　ロロー　　　ロロ　　　哨 の　ロー−〇〇　　　の へ　−ｍ−啼ｈ　　　膿 一一一一　　　いり　　　リ 前記の表には、ｉｏ、１５．４５．５０及び１００％の
電力レベルと、２０個の％サイクルについて示す０例え
ば、電力レベルが１０％の場合、第４Ｂ図の波形に相当
し、２個の“１”レベルスイッチが閉じる。表１におい
ては、これ等のスイッチ動作は、残りの電力供給期間を
通じて連続的に繰返される。第５Ａ図の４５％電力レベ
ルの場合は、表１においては、最初の各サイクルは全体
がオン、即ち“５”レベルであり、次に、負の２サイク
ルは２八がオン、即ち４”レベルである。

最後に、表１に示すように、１００％は勿論全体にわた
７てオン状態の正弦波である。

目に見えるフリッカ周波数の周期は−７２゜秒よりも大
きいので、前記の方法によればフリッカが防止される。

６０サイクル系統であれば２サイクルごとにデータを′
繰返すと、繰返し率は１八。秒であり、５０サイクル系
統であれば１Ａ５秒である。従って、フリッカは本質的
に除去される。

それぞれの隣接区分に対して開発ポインタ（表１の１か
ら２０まで）を用いて％サイクル表に適当に入力するこ
とにより、フリッカを最小限度に抑制すると同時に、正
と負の２サイクルの間の平衡を保ち、力率も改善できる
。た〜′し、これ等の利点は二義な特徴である。これに
よって、解像度が犠牲にされて５％になる。開始ポイン
タを、２０個の２サイクルの種々の点において使用する
場合について、力率１の場合について次の表２に示す。

Ｒ゛（。。。　　　　　　わ　。

しΔ−−〇　　　　　″ この表の主要部分について説明する前に、％サイクルポ
インタと区分の関係を検討すると、区分１の場合には２
０サイクルの最初のサイクルにおいてポインタがスター
トシ（表３にも適用される）、区分２の場合には１０番
目のサイクルにおいてスタートし、この様に継続される
ことがわかる。既に述べたように、これがポインタ技法
の要点であり、平衡が改善される。全ての区分を同一レ
ベルに設定した場合、区分に対して奇数と偶数の開始点
を交互に配分することにより、正と負のＡサイクルの間
で完全な平衡が保たれる。従って、レベルが異なる場合
であっても、勿論、平衡が改善される。

１ｍ！Ｌズ：ユつ−１サイクルポイン 力率１に関する表２においては、力率１とするために、
部分的な２サイクルでなく、全２サイクル調節が行なわ
れ、必然的に力率が改善される。

表に示すように、１０％電力レベルでは、％サイクルｌ
においては全％サイクル、次に、各サイクル１２におい
ては全％サイクルにわたって電力が供給される。従って
、電力は２八。即ち１０％レベルとなる。１５％、２０
％、４５％及び５０％レベルの場合についても表に示す
。５０％レベルでは、完全にオンの状態即ちスイッチが
作動化されている状態が１サイクル置きに起きることが
わかる。表の残りの部分についても特に説明する必要の
無い程に明白ｔある。％サイクルポインタは、平衡が良
くなるように調節される。

最後に、解像度を最高の１％とし、必然的にフリッカ及
び力率を犠牲にした場合を表３に示す。

表３と第４Ｄ図を参照すると、２０％電力レベル（最小
フリンカパラメータに相当する）は同じく高い解像度に
相当することがわかる。ともかく、第４Ｄ図は電力レベ
ル２０％の場合を示すものであり、表３に１の列で示す
ように、２０個のサイクル全体にわたって、各サイクル
のｌ八はオン状態である。

電力レベル１０％の場合には、第１及び第２番目の各サ
イクル、第５及び第６番目のＡサイクル等々に対して％
サイクルのｌ／、がオンである。次に、１１％電力レベ
ルでは、“３”で示すＡサイクルにおいて更に％サイク
ルの１７３がオンとなる。

２０％では、全てのＡサイクルが“１″となる。

電力レベルが２５％に達すると“ｌ”レベルは最大にな
るので、２サイクルの２八がオン（４″）となる。５０
％レベルでは、正と負の両方で全ての各サイクルがオン
（“５”）となる。この状態は、表１の最小フリッカ及
び表２の力率１の両方の場合と同じである。

２５％電力レベルの場合には、“４”レベル波形の場所
において、例えば第５番目の％サイクルで繰返す代りに
第６番目の％サイクルに移すために、調節が行なわれる
。これによって、再度、平衡を保ち、フリッカを最小限
度にすることができる。同時に、表２の区分に関してＡ
サイクルポインタ技術も用いられる。。

１％或は高い解像度技法を用いるとフリッカの問題が大
きくなるので、前記の表３には、例えば、或は区分に１
２％レベルを適用する場合のように、フリッカを減少さ
せるための技法も示す。この場合には、第１Ａ図及び第
１Ｂ図に示すように、特定の区分の加熱ランプは補助区
分、即ち、ＩＡ、ＩＢ及びＩＣに分け、１２％区分用デ
ータは、それぞれの小区分に対してオフセットされる。

具体的なオフセットは、図に示すようにゼロ、７及び１
４である。このようにしてフリッカを減少させることが
できる。

最後に、起動について簡単に検討することとする。第４
Ｄ図に示すように、“１″′で表示される低電力レベル
は、低電力レベルにおける２サイクルごとに区分に関し
てスイッチが作動化される場合に用いられる。そのため
には、第１図に示すようにアクチュエータコンピュータ
２１を用いて、起動ライン１６を介して、暖機が行なわ
れるまで第４Ｄ図に関するデータをスクラッチバド表に
一時的に挿入する。

以上のように、改善された電力制御システム及び方法が
達成される。交流波形サイクルのＡサイクル全てを用い
て、リップルが極めて少ない力率１の電力を供給できる
。２サイクル又は１ムサイクルが全て同じであるとして
取扱い、スクラッチパド表を用いることによって関連マ
イクロプロセッサ（アクチュエータコンピュータ２１参
照）はゼロポインタにより所要制御電力レベルを実施で
きるので、計算負荷が軽減される。ユーザとしては、発
電所又はユーザの現場において、電力レベル探索表をユ
ーザの選択に適するように調整できる。例えば、高い解
像度だけを強調する技法を必要とする場合、或は、実際
に製造中の紙のグレードに応じて変化させる場合などの
ようなユーザの選択に適合できる。

５技法では、％サイクルごとに区分に供給する電力を変
化させながら全体としての電力レベルが保持される（必
要に応じて、力率１その他のパラメータのうちの１つを
実行する）ので、当技術は、先行ＳＣＲ使用技術を改善
したものである。対照的に、一般のＳＣＲシステムでは
、サイクルごと又は各サイクルごとに繰返す。

現在使用されている３相電圧を用いて同期をとることに
より、タイミングが大巾に簡易化される。

加熱要素を組に分け、既に検討したように、フリッカが
最小限度になるように、組を構成する更に小さな組ごと
に個別に制御することができる。更に、それぞれの区分
ごとに電力スイッチを配置するので、配線が著しく簡易
化される。

【図面の簡単な説明】

第１図は当発明を実施するブロック図である。 第１Ａ図は第１図の変更態様である。 第１Ｂ図は、第１図の表の変更態様であるスクラッチバ
ド表を示す図である。 第２図は第１図の部分的詳細回路図である。 第３図は、本発明で実際に使用される加熱ランプの断面
図である。 第４図は、本発明を理解し易くするための波形である。 第５図は、本発明を理解し易くするための別の波形図で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ウェブの特定の区分又は部分に各ランプ又はランプ
   の組が対応するようにウェブの上方に複数個の加熱ラン
   プを横方向に並べて懸垂配置して、移動中のウェブを乾
   燥する交流線電力を供給するための制御装置であって、
   次の要素で構成される： 制御信号に応答して交流電力を供給及び遮 断するための既述各区分の前記加熱ランプ用電力スイッ
   チ； 前記の交流線電力と同期したパターンを多 数の交流半サイクルに繰返して適用するために各区分に
   供給する前記の継続した制御信号を発生するための手段
   ； 前記の発生手段は、区分に供給する電力を 半サイクルごとに変えるための手段を備えるものとし、
   パターン全体にわたって供給される電力の平均値は所定
   の電力レベルに保持されるものとする。 ２、請求項１において、前記のパターンが、完全に供給
   状態であるか又は完全に遮断状態であるような交流半サ
   イクルを生じさせる制御装置。 ３、請求項１において、交流線電力が３相であり、前記
   のパターンが、完全に供給状態、３分の２が供給状態、
   ３分の１が供給状態又は完全に遮断状態であるような交
   流半サイクルを生じさせる制御装置。 ４、ウェブの特定の区分又は部分に各ランプ又はランプ
   の組が対応するようにウェブの上方に複数個の加熱ラン
   プを横方向に並べて懸垂配置し、水分コントローラに応
   答して移動中のウェブを乾燥するために３相交流ライン
   入力を用いる電力制御装置であって、次の要素で構成さ
   れる：各区分に対する前記の加熱ランプに電力を 供給するために並列分岐した各区分を備え、前記加熱ラ
   ンプへの前記電力供給を制御するために実質的に前記区
   分に配置した各区分を対象とする個別切換え手段を備え
   、前記ウェブを横切って伸延する電力回路；前記水分コ
   ントローラによって決定される所要電力レベルへの前記
   ３相交流ライン入力の半サイクル又は半サイクルの一部
   を制御するために前記切換え手段を作動化させることを
   目的として、前記水分コントローラ及び前記３相交流ラ
   イン入力のゼロ点通過に対応する処理手段。 ５、請求項４において、前記の処理手段が、各区分に対
   応する前記半サイクル又は半サイクルの一部に関するデ
   ータを記憶するためのスクラッチパドメモリ手段を備え
   、前記のデータが、最小フリッカ、力率１又は高解像度
   電力制御のいずれかを実施するために前以て決定された
   パラメータに依存する電力制御装置。 ６、ウェブの特定の区分又は部分に各ランプ又はランプ
   の組が対応するようにウェブの上方に複数個の加熱ラン
   プを横方向に並べて懸垂配置し、水分コントローラに応
   答して移動中のウェブを乾燥するための電力制御方法で
   あって次の手順で構成される： 特定区分に対応する個別スイッチによって 前略区分の交流線電圧電源に全ての加熱ランプを接続す
   る； 実質的に１０％から１００％までの広範囲 にわたる所要の複数個の電力レベルをコンピュータタイ
   プのメモリに記憶する、この場合それぞれの前記レベル
   は、前記線電圧の半サイクル又は半サイクルの一部に関
   して前以て選定したデータに対応し、前記のデータは、
   次に示すパラメータ、即ち、高電力レベル解像度、力率
   １及び最小フリッカのうちの少なくとも１個を強調する
   ように選定されるものとする： 前記水分コントローラからのコマンドに応 答して、前記の各区分に対して所要のレベルを供給する
   ために、記憶した前記の電力レベルデータをスクラッチ
   パドメモリに転送する、この場合に前記スクラッチパド
   メモリは区分ポインタに応答するものとする： 前記熱ランプに電力を供給するために既述 スイッチを所定条件に従って作動化する目的で、前記加
   熱ランプの前記スイッチを、前記スクラッチパドメモリ
   表からの前記データでドライブする、この場合に、それ
   ぞれの区分に対する前記データの位置決めは前記の区分
   ポインタによるものとする。 ７、請求項６において、前記の区分ポインタが、前記の
   区分全体にわたって、前記線電圧の少なくともそれぞれ
   の半サイクルを順序付ける方法。 ８、請求項７において、３相線電圧入力の６分の１サイ
   クルごとに起きる中断作用によって前記の順序付けが行
   なわれ、前記３相線電圧のそれぞれの位相がゼロ点を通
   過することによって前記の中断が実施される方法。 ９、請求項６において、前記の所要電力レベルを供給す
   るために所定の複数個のサイクルにわたって選択的に作
   動化される全ての半サイクルを用いることにより、前記
   の力率１を達成する方法。 １０、請求項６において、前記の最大解像度が、６分の
   １サイクルに相当する半サイクルの一部を用いることに
   よって達成され、３相交流ライン入力のゼロ点通過によ
   ってタイミングが決定される方法。 １１、請求項６において、前記の交流線電圧の少なくと
   も２サイクルごとに、前記データを同じように繰返すこ
   とによって前記の最小フリッカが達成される方法。 １２、請求項７において、冷態起動に対しては、交流線
   電圧の少なくとも１つおきの半サイクルの一部分に対し
   てスイッチを作動化することにより低電力レベルを用い
   る方法。