JPH0689116A - 電力制御のソフトスタート方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ソフトスタート特性で負荷給電を開始する際
に、交流電源の各１サイクルの正，負の半波の給電量を
等しくする。 【構成】 負荷２の給電開始時に、交流電源１と負荷２
との間に設けた半導体素子構成の給電スイッチ回路３の
出力を、交流電源１の各１サイクルＴの正，負の半波ｔ
ｐ，ｔｎのオン期間を同一にし、かつ、オン期間をサイ
クル単位で徐々に大きくするソフトスタート特性で上昇
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ソフトスタート特性で
負荷給電を開始する電力制御のソフトスタート方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電気炉等の交流給電される負荷
は、サイリスタ等の半導体素子構成の給電スイッチ回路
を用いたサイクル制御又は位相制御により電力制御され
る。そして、サイクル制御，位相制御のいずれの電力制
御を行う場合でも、給電開始時は位相制御に基づくソフ
トスタートで給電スイッチ回路を起動し、負荷の給電電
力を徐々に上昇することが望まれる。

【０００３】このソフトスタートで起動される従来のサ
イリスタ構成のサイクル制御方式の電力制御装置は図７
に示すように構成される。同図において、１は交流電
源、２は負荷、３は交流電源１と負荷２との間に設けら
れたサイリスタ構成の給電スイッチ回路であり、２個の
サイリスタ４，５を逆並列接続して形成されている。６
はサイリスタ４，５を点弧駆動する制御装置である。

【０００４】そして、給電開始時は制御装置６がソフト
スタートの位相制御を実行し、交流電源１の半サイクル
毎にサイリスタ４，５の点弧の制御遅れ角を徐々に小さ
くしながら、各１サイクルの正の半波にサイリスタ４を
点弧し、負の半波にサイリスタ５を点弧する。このサイ
リスタ４，５の交互の点弧によりスイッチ回路３はオン
期間が半サイクル毎に徐々に大きくなり、その出力が図
８の実線に示すようにソフトスタート特性で上昇する。

【０００５】図８において、Ｔは交流電源１の１サイク
ルを示し、ｔｐ，ｔｎは各１サイクルの正の半波，負の
半波を示す。そして、制御遅れ角が０になり、サイリス
タ４，５が交流電源１のゼロクロスに同期して交互に点
弧されるようになると、制御装置６は周知のサイクル制
御に移行する。

【０００６】なお、従来の位相制御方式の電力制御装置
においても、ソフトスタートで起動されるときはその給
電スイッチ回路の給電開始時の出力が図８と同様に半サ
イクル毎に徐々に上昇する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の電力制御の
ソフトスタート方法の場合、図８からも明らかなよう
に、スイッチ回路３の各１サイクルの正の半波のオン期
間と負の半波のオン期間に差が生じ、図８の場合は正の
半波のオン期間より負の半波のオン期間が長くなる。

【０００８】そして、各１サイクルのスイッチ回路３の
正，負の半波のオン期間に差が生じて半波毎の給電量が
異なると、負荷２が例えばガラス溶融の電気炉の場合、
負荷２の電極に電気分解のガスが発生し、このガスが溶
融したガラスに気泡として混入し、品質が劣化する問題
点がある。

【０００９】また、負荷２が変圧器の場合、正の半波と
負の半波とで偏磁が生じるとともに、出力の上昇に伴っ
て偏磁量が増大し、変圧器が加熱する問題点もある。本
発明は、各１サイクルの正，負の半波の給電量に差を生
じることなく、ソフトスタート特性で給電を開始するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明の電力制御のソフトスタート方法において
は、負荷の給電開始時に、交流電源と負荷との間に設け
た半導体素子構成の給電スイッチ回路の出力を、交流電
源の各１サイクルの正，負の半波のオン期間を同一に
し、かつ、オン期間をサイクル単位で徐々に大きくする
ソフトスタート特性で上昇させる。

【００１１】

【作用】前記のように構成された本発明の電力制御のソ
フトスタート方法の場合、給電開始時に給電スイッチ回
路の各１サイクルの正，負の半波のオン期間を同一にし
てサイクル単位でそのオン期間を徐々に大きくするた
め、各１サイクルの正の半波のオン期間と負の半波のオ
ン期間とに差を生じることがなく、各１サイクルの正，
負の半波の給電量を等しくしたソフトスタート特性で負
荷給電が開始される。

【００１２】

【実施例】実施例について、図１ないし図６を参照して
説明する。 （第１の実施例）まず、第１の実施例について、図１な
いし図４を参照して説明する。図２は図７と同様のサイ
リスタ構成のサイクル制御方式の電力制御装置を示し、
同図において、図７と同一符号は同一のものを示し、異
なる点は図７の制御装置６の代わりに制御装置７を設け
た点である。そして、この制御装置７は給電開始時のソ
フトスタートの位相制御が従来の制御装置６と異なる。

【００１３】すなわち、負荷２の給電開始時は、制御装
置７がサイリスタ４，５の点弧の制御遅れ角を交流電源
の１サイクル毎に徐々に小さくしながらサイリスタ４，
５を交互に点弧する。このサイリスタ４，５の交互の点
弧によりスイッチ回路３はオン期間がサイクル単位で徐
々に大きくなり、その出力が図１の実線に示すようにソ
フトスタート特性で上昇する。

【００１４】このとき、図１からも明らかなように、ス
イッチ回路３の各１サイクルの正，負の半波のオン期間
が同一になり、その正，負の半波の給電電力が等しくな
る。なお、図１のＴ，ｔｐ，ｔｎは図８と同様の１サイ
クル，正の半波，負の半波を示す。

【００１５】そして、スイッチ回路３の各１サイクルの
正，負の半波のオン期間が同一になり、両半波の給電電
力が等しくなるため、負荷２がガラス溶融の電気炉の場
合、負荷２の電気分解のガスの発生が防止され、このガ
スの混入による品質の劣化が防止される。また、負荷２
が変圧器の場合、正の半波と負の半波との偏磁が防止さ
れ、変圧器の加熱が生じない。

【００１６】ところで、ソフトスタートの位相制御によ
り、制御遅れ角が小さくなってサイリスタ４，５が交流
電源１のゼロクロスに同期してスイッチングするように
なると、制御装置７はサイクル制御に移行する。つぎ
に、制御装置７のソフトスタートの位相制御の具体的な
構成及び動作について説明する。

【００１７】まず、ハードウェア構成のアナログ制御の
場合、制御装置７は図３に示すように形成される。同図
において、図２と同一符号は同一のものを示し、８は交
流電源１のゼロクロスを検出する同期回路であり、負の
半波から正の半波に変化する立上りのゼロクロスの検出
により正側の同期パルスＳｐを出力し、正の半波から負
の半波に変化する立下りのゼロクロスの検出により負側
の同期パルスＳｎを出力する。

【００１８】９は給電開始指令用の起動信号の入力端
子、１０は起動信号によりトリガされて積分動作する制
御遅れ角設定用の積分器、１１は同期パルスＳｐ，Ｓｎ
の制御により積分器１０の出力をホールドするホールド
回路、１２はホールド回路１１の出力が供給される移相
器であり、サイリスタ４，５に点弧用のゲート信号を与
える。そして、給電開始時は例えば開始操作の接点信号
が起動信号として入力端子９に供給され、この端子９の
起動信号により積分器１０が起動される。

【００１９】この積分器１０はサイリスタ４，５の制御
遅れ角の変化特性に応じた積分時定数に設定され、起動
により積分動作を開始し、積分時定数にしたがって変化
する積分出力をホールド回路１１に供給する。そして、
交流電源１の立上りのゼロクロスになると、ホールド回
路１１に同期回路８の同期パルスＳｐが供給され、この
とき、ホールド回路１１はリセットされて積分器１０の
積分出力をホールドし、その積分出力のホールド値を移
相器１２に供給する。

【００２０】この供給により移相器１２はホールド値に
応じた制御遅れ角でサイリスタ４にゲート信号を供給
し、サイリスタ４を点弧する。さらに、交流電源１の立
下りのゼロクロスになると、ホールド回路１１に同期回
路８の同期パルスＳｎが供給され、このとき、ホールド
回路１１は直前の同期パルスＳｐに基づくホールド値を
再び移相器１２に供給する。

【００２１】この供給により移相器１２は直前のサイリ
スタ４と同じ制御遅れ角でサイリスタ５にゲート信号を
供給し、サイリスタ５を点弧する。以降、前記と同様の
動作がくり返され、このくり返しにより交流電源１の立
上りのゼロクロス毎にホールド回路１１のホールド値が
積分特性で変化し、サイリスタ４，５の点弧の制御遅れ
角が１サイクル毎に徐々に小さくなる。

【００２２】つぎに、マイクロコンピュータ構成のデジ
タル制御の場合、制御装置７は図４に示すように形成さ
れる。同図において、図３と同一符号は同一のものを示
し、図３と異なる点は、積分器１０，ホールド回路１１
の代わりにマイクロコンピュータ構成のデジタル処理回
路１３及びカウンタ１４を設けた点である。

【００２３】そして、入力端子９に起動信号が供給され
ると、処理回路１３は初期リセットされてソフトスター
ト制御を実行する。そして、交流電源１の立上りのゼロ
クロスになると、処理回路１３を介した同期パルスＳｐ
によりカウンタ１４がカウントアップするとともに、処
理回路１３はカウンタ１４の計数値に応じた積分特性の
制御遅れ角のデータを内蔵のルックアップテーブルから
読取る。

【００２４】さらに、読取られた制御遅れ角のデータは
処理回路１３のレジスタに保持されるとともにアナログ
変換され、この変換により図３のホールド回路１１の出
力と同様の出力が形成され、この出力が処理回路１３か
ら移相器１２に供給される。この供給により移相器１２
はサイリスタ４にゲート信号を供給し、サイリスタ４を
カウンタ１４の計数値に応じた制御遅れ角で点弧する。

【００２５】つぎに、交流電源１の立下りのゼロクロス
になると、処理回路１３はレジスタに保持された制御遅
れ角のデータをアナログ変換し、直前の立上りのゼロク
ロスの出力と同一の出力を移相器１２に供給する。この
供給により移相器１２はサイリスタ５を直前のサイリス
タ４の点弧位相と同じ位相で点弧する。

【００２６】以降、前記と同様の動作がくり返され、こ
のくり返しにより交流電源１の立上りのゼロクロス毎に
カウンタ１４の計数値がカウントアップして制御遅れ角
が徐々に小さくなり、図３と同様の点弧制御が行われ
る。

【００２７】（第２の実施例）つぎに、第２の実施例に
ついて、図５を参照して説明する。同図において、図２
と同一符号は同一もしくは相当するものを示し、図２と
異なる点は、サイリスタ４，５の代わりに自己消弧型の
半導体スイッチング素子であるＩＧＢＴ１５，１６を使
用し、交流電源１の一端と負荷２の一端との間に、逆流
防止用のダイオード１７のアノード，カソード及びＩＧ
ＢＴ１５のコレクタ，エミッタの直列回路と、ＩＧＢＴ
１６のエミッタ，コレクタ及び逆流防止用のダイオード
１８のカソード，アノードの直列回路とを並列に接続し
て給電スイッチ回路３を形成した点である。

【００２８】そして、ＩＧＢＴ１５，１６は制御装置７
のゲート信号により、図２のサイリスタ４，５と同様に
スイッチング制御され、この制御に基づき、第１の実施
例と同様の効果が生じる。なお、ＩＧＢＴ１５，１６の
代わりにＭＯＳ−ＦＥＴ，パワートランジスタ等の種々
の自己消弧型の半導体スイッチング素子を使用してもよ
いのは勿論である。

【００２９】（第３の実施例）つぎに、第３の実施例に
ついて、図６を参照して説明する。図６において、図
２，図５と同一符号は同一のものを示し、それらの図面
と異なる点は、図１，図５のスイッチ回路３及び制御装
置７の代わりに、ダイオードブリッジ構成の給電スイッ
チ回路１９及びその制御装置２０を備えた点である。

【００３０】そして、スイッチ回路１９はダイオード２
１〜２４の全波整流のブリッジ回路と、このブリッジ回
路の直流端子間であるダイオード２１，２３のカソード
の接続点ａ，ダイオード２２，２４のアノードの接続点
ｂ間にコレクタ，エミッタを設けた１個のＩＧＢＴ２５
とにより形成されている。

【００３１】また、制御装置２０は例えばマイクロコン
ピュータ構成のデジタル処理回路等を用いて形成され、
制御装置７のゲート信号に相当する信号をＩＧＢＴ２５
に供給し、給電開始時はＩＧＢＴ２５を各１サイクルの
正，負の半波に同一の制御遅れ角でオンする。このオン
により、正の半波にはダイオード２１，ＩＧＢＴ２５，
ダイオード２４の給電路が形成され、負の半波にはダイ
オード２３，ＩＧＢＴ２５，ダイオード２２の給電路が
形成される。

【００３２】そして、給電開始時のソフトスタートの移
相制御により、ＩＧＢＴ２５の制御遅れ角がサイクル単
位で変化し、前記第１，第２の実施例と同様の効果が生
じる。なお、ソフトスタートによりＩＧＢＴ２５が連続
的にオンするようになると、制御装置２０はサイクル制
御に移行する。

【００３３】そして、前記実施例においては、ソフトス
タートの位相制御で起動した後サイクル制御に移行する
場合について説明したが、位相制御を継続する場合に適
用しても同様の効果が得られるのは勿論である。

【００３４】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、以下に記載する効果を奏する。負荷２の給
電開始時に、給電スイッチ回路３，１９の各１サイクル
Ｔの正，負の半波ｔｐ，ｔｎのオン期間を同一にしてサ
イクル単位でそのオン期間を徐々に大きくするため、正
の半波ｔｐのオン期間と負の半波ｔｎのオン期間とに差
を生じることがなく、各１サイクルＴの正，負の半波ｔ
ｅ，ｔｎの給電量を等しくしたソフトスタート特性で負
荷２の給電を開始することができる。

【００３５】そのため、負荷２がガラス溶融の電気炉の
場合に、正の半波ｔｐと負の半波ｔｎとの給電量の差に
伴う電気分解のガスの発生を防止し、ガラスの品質劣化
を防止することができる。また、負荷２が変圧器の場合
には、正の半波ｔｐと負の半波ｔｎとの偏磁を防止し、
偏磁に伴う変圧器の加熱を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電力制御のソフトスタート方法の１実
施例の給電電圧の波形図である。

【図２】第１の実施例の装置のブロック図である。

【図３】図２の制御装置の１例の詳細なブロック図であ
る。

【図４】図２の制御装置の他の例の詳細なブロック図で
ある。

【図５】本発明の第２の実施例の装置のブロック図であ
る。

【図６】本発明の第３の実施例の装置のブロック図であ
る。

【図７】従来例の装置のブロック図である。

【図８】従来例の給電電圧の波形図である。

【符号の説明】

１ 交流電源 ２ 負荷 ３，１９ 給電スイッチ回路 ７，２０ 制御装置 Ｔ １サイクル ｔｐ 正の半波 ｔｎ 負の半波

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西尾 尚 大阪市東淀川区淡路２丁目14番３号 株式 会社三社電機製作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負荷の給電開始時に、交流電源と負荷と
   の間に設けた半導体素子構成の給電スイッチ回路の出力
   を、前記交流電源の各１サイクルの正，負の半波のオン
   期間を同一にし、かつ、前記オン期間をサイクル単位で
   徐々に大きくするソフトスタート特性で上昇させること
   を特徴とする電力制御のソフトスタート方法