JPH0410092B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は電動機のような誘導性負荷の力率制御
装置に使用されるサイリスタ用のスイツチング回
路に関するものである。

米国特許第4052648（特開昭53−28223号）及び
米国特許第4266177（特願昭56−15100号）には誘
導電動機に特に有用な力率制御装置が開示されて
いる。これらの制御装置は電動機の線間電圧及び
電流をサンプルし、サイリスタにより電動機の電
力入力をサンプルした電圧と電流との検出位相差
に比例して制御して電動機負荷の減少に応答して
電動機へ供給する電力を減少するよう構成されて
いる。

従来から公知のように、サイリスタ（即ち
SCR又はトライアツク）はそのゲート電極に電
流パルス（その持続時間は僅か数マイクロ秒にす
ることができる）が供給されるとスイツチオン
し、そのアノード電流が零レベルになるまでオン
し続ける。サイリスタを抵抗性負荷の正弦波電流
を制御するのに用いる場合には、この電流は電圧
と正確に同相であるためトリガパルスを正弦波の
任意の部分中に供給することができる。しかし、
誘導性負荷の電流は電圧より位相が著しく遅れ、
サイリスタのトリガに関し問題を生ずる。特に、
点弧又はトリガパルスが、電流が（位相遅れのた
めに）先行半サイクルから引続き流れている時点
で発生される場合にはトライアツクはその時点で
は既にターンオンしていることになるので、その
後電流が零になるとトライアツクがターンオンし
て全半サイクル中オフしたままとなる。即ち、こ
の場合にはトリガパルスは点弧作用がなく、この
ことはサイリスタ制御装置において不所望である
ことと明らかである。

上述した種類の力率制御装置においてはこの問
題はトリガパルスの代りに固定のレベル信号を用
いてサイリスタのゲート電流を供給することによ
り避けられる。しかし、固定レベル信号の供給は
トリガパルスを供給する場合より電力消費が著し
く大きくなる。更に、トライアツクを用いそのゲ
ート電力を線間電圧から直接取り出すようにした
力率制御装置においては、高感度ゲートパイロツ
トトライアツクを用いて主電力トライアツクをタ
ーンオンする必要があることが確かめられてい
る。

発明の要約 本発明はトリガパルスを用いてサイリスタを点
弧すると共に電流が先行半サイクルから流れ続け
ている場合にはトリガパルスの発生を禁止するよ
うにしたサイリスタ用トリガ回路を提供する。こ
の回路は力率制御装置に使用するのに特に好適で
ある。その理由はこの回路は斯る装置に予め存在
する信号を用いて点弧パルスの発生を禁止するこ
とができるためである。これがため、本発明トリ
ガ回路によればパルス点弧方法に関し上述した問
題を除去できると共に固定レベル点弧方法を上ま
わる利点が得られ、パイロツトトライアツクも不
要になる。

本発明の好適例では、交流入力を完全に抵抗性
でない負荷（即ち負荷電流と電圧との間に位相差
を生ずる負荷）に供給するサイリスタ制御装置用
のトリガ回路を提供する。このトリガ回路はサイ
リスタを点弧する点弧パルスを発生するパルス発
生手段と、負荷電流と電圧との位相差に基づいた
サイリスタ制御信号を取り出す手段と、該制御信
号に応答して点弧パルスの発生を、交流入力の先
行半サイクルから流れ続ける負荷電流が消滅する
まで禁止する手段とを具える。パルス発生手段は
トランジスタのような電子スイツチング装置で構
成し、点弧パルス禁止手段はこのトランジスタの
“オン”時間を制御するものとするのが好適であ
る。この好適例では点弧パルス禁止装置は前記位
相差信号に基づいてトライアツクをトリガする基
準点を設定し、基準点より前に点弧パルスを発生
するのを禁示するようにするのが有利である。サ
イリスタの制御トランジスタのベースをこの禁止
手段からの第１信号と、サイリスタの制御回路か
らの第２信号を受信するよう接続し、サイリスタ
を両信号がともに負のときにのみターンオンする
よう接続する。第２信号の点弧角はこの点弧角が
基準角より後に発生する限り制御トランジスタ及
び従つてサイリスタのターンオン時間を制御する
が、この点弧角が基準角より前に発生するときは
制御トランジスタは基準角になるまでターンオン
されない。

好適例の説明 第１ａ〜第１ｆ図は慣例のサイリスタの動作と
関連する波形図を示す。サイリスタを交流入力に
接続し、これがトリガ“オン”又は点弧されたと
きに出力電流を供給する場合、入力電流及び電圧
が第１ａ図に示すような波形であつて、このサイ
リスタの点弧パルスが第１ｂ図に示す時間に発生
する場合には出力電流は第１ｃ図に示すような波
形のものとなる。点弧パルスが時間的に進み、第
１ｄ図に示すように電流波形の零通過点と一致す
る場合には連続的な電流が流れ、即ちこの電流は
第１ａ図に示す電流と同一になる。しかし、点弧
パルスが更に進み、第１ｅ図に示すようにその前
の半サイクルの電流がまだ流れている時（サイリ
スタが予め“オン”である時）に発生する場合に
は、電流が零になつたときにサイリスタがターン
オフし、点弧パルスは既に終了しているのでサイ
リスタは第１ｆ図に示すようにその全半サイクル
中オフのままとなる。これが本発明が克服しよう
としている問題である。しかし、本発明を詳細に
検討する前に、本発明を組み入れた制御装置の一
例について説明する。

第２図は米国特許第4266177号明細書に開示さ
れているものに類似の力率制御装置に組み込まれ
た本発明の好適例を示す。第２図に示す装置は上
記特許に開示されているものに類似するものであ
り、その要旨についてはこれを参照されたい。

第２図の装置は第３ａ図に示すような入力波形
（代表的には115ボルトの交流）を受信する入力端
子１０及び１２を具える。これら入力端子は電源
回路１４に接続すると共に電導機１６の巻線、サ
イリスタ１８及び電流感知抵抗２０の直列回路の
両端間に接続する。入力端子１０は第３ｆ及び３
ｇ図に示すような互に反対位相の全波矩形波出力
“ｆ”及び“ｇ”をそれぞれ発生する正及び負電
圧矩形波形整形回路２４及び２２にも接続する。
電流感知抵抗２０の両端間には信号電圧が発生
し、トライアツク１８の代表的な動作モードの場
合に発生するこの信号電圧を第３ｂ図に示し、ト
ライアツク１８が連続動作（常時オン）の場合に
発生するこの信号電圧を第３ｃ図に示す。この信
号電圧は全波電流矩形波形整形回路２６及び２８
の入力端子に供給する。波形整形回路２６は電流
波形の正の半サイクルにのみ応答し、第３ｂ図に
示す信号に応答して第３ｈ図に示す矩形波出力
“ｈ”を発生する。逆に、波形整形回路２８は電
流波形の負の半サイクルにのみ応答し、第３ｉ図
に示す矩形波出力“ｉ”を発生する。

電圧矩形波形整形回路２２及び２４の出力
“ｇ”及び“ｆ”は負縁検出器３０に接続し、こ
れによりこの検出器３０の出力端子に接続された
傾斜波発生器３２をトリガするのに用いる負のス
パイクを発生させる。傾斜波発生器３２の出力を
零通過点検出器として機能する演算増幅器３４の
正（非反転）入力端子に接続する。その負（反
転）入力端子には以下に述べる制御信号を接続す
る。

この制御信号は(1)電動機１６に供給される電流
と電圧との位相差に基づく信号と、(2)以下に述べ
る指定又は基準信号の関数である。位相差信号は
波形整形回路２２，２４，２６及び２８の出力を
選択的に組み合せることにより導出される。具体
的に説明すれば、波形整形回路２２及び２６の出
力を加算回路３６で加算し、波形整形回路２４及
び２８の出力を加算回路３６で加算し、発生した
信号をダイオード４０，４２で整流すると共に点
４３で合成して第３ｊ図に示す出力信号を発生さ
せる。第３ｊ図に示すパルスは一定の振幅と可変
のパルス幅を有し、これらパルスの幅又は持続時
間は入力電圧と電流の位相差に依存する。

第３ｊ図に示すパルス信号は抵抗４４を経て積
分器５０を構成する演算増幅器４６及びコンデン
サ４８に接続する。

上述の指定又は基準信号はポテンシヨメータ５
２から取り出される。このポテンシヨメータは電
動機１６が無負荷の状態でセツトされ、米国特許
第4266177号明細書に説明されているように電動
機がその負荷範囲で動作する最大の力率（最小の
電動機電流−電圧位相差）により決まる選択した
力率又は電流と電圧の位相角を指定する。ポテン
シヨメータ５２の口出しタツプは抵抗５４を経て
増幅器４６の負入力端子に接続する。増幅器４６
の正入力端子は抵抗５６を経て接地する。

積分器５０の出力が上述した制御信号であり、
これを演算増幅器３４の負（反転）入力端子に接
続する。

上述の回路は米国特許第4266177号に開示され
ているものに類似する。本発明においては更に別
の演算増幅器５８を設け、その正（非反転）入力
端子を加算点４３に接続し、その負（反転）入力
端子を抵抗６０及び６２から成る分圧器により発
生される正のバイアス又は基準電圧に接続する。
この増幅器５８からの出力電圧を抵抗６４を経
て、制御トランジスタ６８のベースに接続された
接続点６６に接続する。演算増幅器３４の出力も
抵抗７０を経て接続点６６及びトランジスタ６８
のベースに接続する。トランジスタ６８のエミツ
タは抵抗７２を経てトライアツク１８のゲート電
極に接続すると共にコレクタは抵抗７４及びコン
デンサ７６から成るRCタイミング回路に接続す
る。

第２図の装置の動作について考察する。増幅器
５８の非反転入力端子には点４３の位相差信号
（第３ｊ図に示す）が供給されている。この増幅
器５８の反転入力端子には抵抗６０及び６２から
成る分圧器により正のバイア電圧が供給されてい
る。得られる出力電圧“ｋ”は第３ｋ図に示す波
形となる。この電圧は接続点６６で増幅器３４の
出力と加算される。増幅器３４の出力は第３ｅ図
に示すように固定レベルの点弧パルスであり、傾
斜波出力“ｄ”（第３ｄ図に示す）と積分器５０
の制御信号出力から取り出される。第３ｄ図と第
３ｅ図を比較すると明らかなように、点弧角θF
は傾斜波“ｄ”と積分器５０の制御信号出力との
交点で制御される。トランジスタ６８のエミツタ
は本来接地電位にあるため、トランジスタ６８は
そのベースが負になつたときにターンオンする。
これがため、トランジスタ６８をターンオンする
ためには両入力信号“ｅ”及び“ｋ”が同時に負
になる必要がある。両入力とも正の場合にはトラ
ンジスタ６８はオフである。一方が負、他方が正
の場合には両入力の和は第３ｅ及び３ｋ図に示す
波形図を比較するとわかるように零となるためこ
の場合もトランジスタ６８はオフになる（零ボル
トのベース駆動の場合にはベース電流が流れな
い）。これがため、信号“ｋ”及び“ｅ”は有効
に、“加算され”、トランジスタ６８は両入力とも
負のときにのみターンオンする。

トランジスタ６８がターンオンすると、トライ
アツク１８の接地端子１８ａからそのゲート端子
１８ｂ、抵抗７２、トランジスタ６８及び抵抗７
４及びコンデンサ７６から成るRC回路網を経て
負電源端子にゲート電流が流れてトライアツク１
８もターンオンする。このゲート電流の値（代表
的には50〜100ミリアンペア）は抵抗７２の値に
より決まる。この電流が流れる時間（代表的には
10マイクロ秒）はRC時定数により決まる。この
点に関し、電源１４と関連するフイルタコンデン
サ（図示せず）により100ミリアンペアの電流を
10マイクロ秒の間流すことが容易にできる。抵抗
７４は各半サイクルの間コンデンサ７６の放電路
を与える。

力率制御装置により負荷変化に応じて変化する
第３ｅ図に示す点弧角θFが第３ｋ図に示す基準
角θRより大きい場合、トライアツク１８のター
ンオン時間は点弧角θFと一致する。電動機１６
の負荷が増大すると、点弧角又は点弧点θFが時
間的に進み、即ち第３ｅ図の左方に移動してトラ
ンジスタ６８のオン時間を増大して点弧角θFが
基準角θRに等しいかそれより小さくなる状態が
生ずる。この後者の状態を第３ｌ図に示すと共に
第３ｅ図に点弧角θF′と破線波形で示す。この状
態の下では、トランジスタ６８のベース駆動電圧
は第３ｍ図に示す波形となる。これから明らかな
ように、この場合にはトランジスタ６８は点弧角
θFではそのベース駆動電圧が零であるためこの
点弧角θFでは点弧せず、そのベース駆動電圧は
両信号“ｌ”及び“ｋ”とも負になる時間θRま
で零のままであるためトランジスタ６８は両信号
とも負になる時間θRにターンオンしてトライア
ツク１６を点弧する。

【図面の簡単な説明】

第１ａ〜第１ｆ図は本発明で克服する問題の説
明に用いる慣例のサイリスタと関連する波形図、
第２図は本発明のトリガ回路を組み入れた力率制
御装置のブロツク回路図、第３ａ〜第３ｍ図は第
２図の装置及びそのトリガ回路の動作説明用波形
図である。 １０，１２……入力端子、１４……電源回路、
１６……電動機、１８……サイリスタ（トライア
ツク）、２０……電流感知抵抗、２２，２４……
電圧矩形波形整形回路、２６，２８……電流矩形
波形整形回路、３０……負縁検出器、３２……傾
斜波発生器、３４……演算増幅器（点弧パルス発
生）、３６，３８……加算回路、５０……積分器、
５２……力率指定信号発生用ポテンシヨメータ、
５８……演算増幅器（制御信号発生）、６８……
制御トランジスタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 負荷電流と電圧との間に位相差を発生する負
   荷へ交流入力を供給するスイツチング装置を制御
   する制御装置であつて、点弧パルスを発生するパ
   ルス発生手段６８，７４，７６と、前記負荷電流
   と電圧の位相差に基づいて前記パルス発生手段に
   制御信号を供給する手段５０とを具えたものにお
   いて、前記位相差信号に応答して、交流入力の先
   行半サイクルから流れ続ける負荷電流がなくなる
   まで点弧パルスの発生を禁止する手段５８を設け
   たことを特徴とする制御装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、
   前記パルス発生手段は電子スイツチ装置６８と、
   該電子スイツチ装置のオン時間を制御する手段７
   ４，７６とを具えることを特徴とする制御装置。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項記載の装置
   において、前記禁止手段５８は各半サイクル中に
   基準時点θRを設定し、この基準時点より前に点
   弧パルスが発生するのを禁止すると共にこの基準
   時点に点弧パルスを発生させる手段を具えること
   を特徴とする制御装置。 ４ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、
   前記パルス発生手段はトランジスタ６８を具え、
   前記禁止手段５８は前記トランジスタのベース駆
   動を負荷電流と電圧との位相差に関連する基準点
   θRより前に前記トランジスタがターンオンしな
   いようにすると共に前記基準時点に前記トランジ
   スタをターンオンするパルスを発生する手段を具
   えることを特徴とする制御装置。 ５ 特許請求の範囲第４項記載の装置において、
   前記トランジスタ６８のベースは前記禁止手段５
   ８からの第１信号と、前記点弧パルスの点弧角を
   決定する制御回路３０，３２，３４からの第２信
   号を受信するように、且つ前記トランジスタがタ
   ーンオンする前に前記第１及び第２信号がともに
   同一極性にならなければならないように接続した
   ことを特徴とする制御装置。 ６ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、
   前記制御信号を供給する手段５０は力率制御装置
   内に存在する手段により発生された位相差信号に
   応答するようにしたことを特徴とする制御装置。 ７ 特許請求の範囲第６項記載の装置において、
   前記負荷は誘導電動機１６を含み、当該制御装置
   は前記電動機に供給される電力を電動機の電圧と
   電流の位相差に応じて制御することを特徴とする
   制御装置。 ８ 特許請求の範囲第７項記載の装置において、
   前記力率制御装置は負荷電圧及びその反転電圧の
   矩形波に比例する第１及び第２信号を発生する手
   段２２，２４と、負荷電流及びその反転電流の矩
   形波に比例する第３及び第４信号を発生する手段
   ２６，２８と、前記第１〜第４信号を選択的に加
   算して入力電流の正の半サイクルに対する位相差
   に比例するパルス幅を有する第１矩形波及び入力
   電流の負の半サイクルに対する位相差に比例する
   パルス幅を有する第２矩形波を発生する信号３
   ６，３８を具えることを特徴とする制御装置。