JPH0762810B2

JPH0762810B2 - 電力制御装置

Info

Publication number: JPH0762810B2
Application number: JP62054236A
Authority: JP
Inventors: 貞彰馬場
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-03-11
Filing date: 1987-03-11
Publication date: 1995-07-05
Anticipated expiration: 2010-07-05
Also published as: JPS63221412A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明はも電力制御装置、特にサイクル制御方式の電
力制御装置の分解能の向上に関するものである。

［従来の技術］第４図はサイクル制御方式の電力制御装置を示すブロッ
ク図であり、図において（１）は無接点スイッチ、
（２）は無接点スイッチ（１）の双方向サイリスタスイ
ッチ、（３）は双方向サイリスタスイッチ（２）の開閉
を行なうゼロクロストリガ回路、（４）はコンデンサ、
（５）は抵抗であり、コンデンサ（４）と抵抗（５）で
双方向サイリスタスイッチ（２）のサージ吸収素子を構
成している。（６）はサイクル制御装置、（７）は入力
装置であり、無接点スイッチ（１）とサイクル制御装置
（６）及び入力装置（７）で電力制御装置を構成してい
る。

（８）は双方向サイリスタスイッチ（２）で制御する例
えば電気炉（９）のヒータ、（10）は電気炉（７）内の
温度を検出する温度検出器、（11）は温度調節器、（1
2）は電源である。

上記のように構成された電力制御装置により電気炉
（９）内の温度制御を行なう場合の動作を第５図に示し
たサイクル制御装置（６）と双方向サイリスタスイッチ
（２）との出力波形に基いて説明する。

電気炉（９）の温度を温度検出器（10）で検出し、検出
した温度に基いて炉内温度を設定値に設定するように制
御信号を温度調節器（11）から入力装置（７）を介して
サイクル制御装置（６）に送る。サイクル制御装置
（６）は制御信号を受けると第５図に示すように電源波
形の位相と位相が一致した一定の制御周期（Ｔ）内で所
定のオン時間（T₀）だけ通電し、その後オフするパルス
信号を無接点スイッチ（１）に出力する。無接点スイッ
チ（１）のゼロクロストリガ回路（３）はサイクル制御
装置（４）からのパルス信号を受けると、このパルス信
号と第５図の（ｂ）に示す電源波形に対応した一定サイ
クル数だけ双方向サイリスタスイッチ（２）を通電する
ようにし、その後制御周期（Ｔ）内で双方向サイリスタ
スイッチ（２）を無通電とする動作状態をくり返してヒ
ータ（８）の電力を制御する。第５図の（Ｃ）は上記動
作中の双方向サイリスタスイッチ（２）出力波形を示
す。

［発明が解決しようとする問題点］上記従来のサイクル制御方式の電力制御装置において制
御分解能、すなわち双方向サイリスタスイッチ（２）の
出力特性の最小変化値はゼロクロストリガ回路（３）の
ゼロクロス機能により、制御周期（Ｔ）に対する電源波
形の１周期（ｔ）の1/2の時間の割合で定められる。し
たがって電源波形の位相と位相が一致した制御周期
（Ｔ）を短くすると制御分解能が大となり、サイクル制
御における通電率の微調整ができないという問題点があ
った。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
のであり、制御分解能の向上を図ることができるサイク
ル制御方式の電力制御装置を提案することを目的とする
ものである。

［問題点を解決するための手段］この発明に係る電力制御装置は、負荷に流れる電流を開
閉するゼロクロストリガ機能付の双方向性半導体スイッ
チを有し、複数回ｎの制御周期ｎ・Ｔにおける平均通電
率ηを所望の値に制御するため、前記制御周期Ｔと各制
御周期Ｔ内での前記双方向性半導体スイッチのオン・オ
フ波数とを定めて負荷電力を制御するサイクル制御方式
の電力制御装置において、ｎを任意の整数とする複数回
ｎの制御周期ｎ・Ｔについて、入力制御信号から求めた
平均通電率ηと前記双方向性半導体スイッチの複数回ｎ
の制御周期ｎ・Ｔにおけるオンの全波数Ｋとから整数ｍ
をη＝K/（ｍ・ｎ＋１）として定めて、電源波形の周期
をｔとすると、前記制御周期Ｔを、Ｔ＝ｍ・ｔ＋t/nと
して算出する制御周期演算手段を備えたものである。

［作用］この発明においては、制御周期演算手段により、ｎを任
意の整数とする複数回ｎの制御周期ｎ・Ｔについて、入
力制御信号から求めた平均通電率ηと双方向性半導体ス
イッチの複数回ｎの制御周期ｎ・Ｔにおけるオンの全波
数Ｋとから整数ｍをη＝K/（ｍ・ｎ＋１）として定め
て、電源波形の周期をｔとすると、前記制御周期Ｔを、
Ｔ＝ｍ・ｔ＋t/nとして算出し、電源電圧波形の位相と
制御周期Ｔの通電開始時位相を順次t/nだけずらすこと
により、ゼロクロス機能によって各制御周期Ｔにおける
双方向性半導体スイッチの通電時間を変化させ、電源電
圧波形の位相と制御周期Ｔの位相が一致するｎ回の制御
周期の平均制御分解能を向上させる。

［実施例］第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図であり、
図において（１）〜（５），（７）〜（12）は上記第４
図に示した従来例と全く同じものである。（６）はサイ
クル制御装置であり、サイクル制御装置（６）は任意の
整数（ｎ）を選択する入力手段（13）と、任意の整数
（ｍ）を算出するｍ演算手段（14）及び制御周期演算手
段（15）とを備え、電源波形の１周期の時間（ｔ）によ
りサイクル制御の制御周期（Ｔ）を次式で算出し、無接点スイッチ（１）のゼロクロストリガ回
路（３）に送る。

第２図は上記のように構成したサイクル制御装置（６）
のｍ演算手段（14）の構成を示すブロック図であり、
（21）は入力装置（７）から送られる制御信号により制
御周期（Ｔ）内のオン時間（T₀）を設定するオン時間設
定手段、（22）は同じく入力装置（７）からの制御信号
により双方向サイリスタスイッチ（２）の通電率（η）
を設定する通電率設定手段、（23）は各制御周期（Ｔ）
内で双方向サイリスタスイッチ（２）が通電する波数
（k_i）を決定する通電波数決定手段、（24）はｎ回の制
御周期（nT）間に双方向サイリスタスイッチ（２）が通
電する全波数を算出する全通電波数決定手段、（25）は整数（ｍ）を
決定するｍ決定手段である。

次に、上記のように構成した電力制御装置の動作を説明
する。入力手段（13）で任意の整数（ｎ）を選択しｍ演
算手段（14）に入力する。ｍ演算手段（14）の通電波数
決定手段（23）はまず選択された整数（ｎ）の値と式t/
nから電源電圧波形の位相と制御周期（Ｔ）の通電開始
時の位相が一致する制御周期（Ｔ）の回数ｎを定める。
次に各制御周期（Ｔ）内で双方向サイリスタスイッチ
（２）が出力する出力波形の波数（k_i）を決定する。

この出力波形の波数（k_i）は次のようにして決定され
る。電源電圧波形の位相と制御周期（Ｔ）の通電開始時
の位相が一致しているときの双方向サイリスタスイッチ
（２）出力波形の波数をk₁，波長をλとすると、この位
相が一致しているときから第２回目の制御周期において
は、通電開始時の位相は電源電圧波形の位相からλ/nだ
けずれる。この位相のずれとゼロクロストリガ回路
（３）のゼロクロス機能により双方向サイリスタスイッ
チ（２）の出力波形の波数（k₂）が代る。同様に第ｉ回
目の制御周期の通電開始時の位相は（ｉ−１）λ/nだけ
電源電圧波形の位相とずれる。

この位相のずれがのときは第ｉ回目の制御周期における波数（k_i）はk_i＝
k₁となり、のときの第ｉ回目の制御周期における波数（k_i）はk_i＝
k_i−1/2となる。この結果、各制御周期における双方向
サイリスタスイッチ（２）が出力する出力波形の波数
（k_i）が決定される。

この決定した各制御周期（Ｔ）における波数（k_i）を全
通電波数決定手段（24）に送ると共に入力手段（13）か
ら送られた制御信号によりオン時間設定手段（21）で設
定した制御周期（Ｔ）内のオン時間（T₀）を全通電波数
決定手段（24）を送り、このオン時間（T₀）から波数
（k₁）を決定し、ｎ回の制御周期（nT）間に双方向サイ
リスタスイッチ（２）が出力する全波数（ｋ）を算出す
る。この算出した全波数（ｋ）と入力手段（13）で選択
した整数（ｎ）及び通電率設定手段（22）で制御信号に
より設定した通電率（η）をｍ決定手段（25）に入力し
整数（ｍ）を決定する。すなわちｎ回の制御周期（nT）
間の通電率（η）はＴ＝mt＋t/nすなわちnT＝（mn＋
１）ｔと全波数（ｋ）から次式で得られる。

したがって、この式から整数（ｍ）を決定することがで
きる。

この決定した整数（ｍ）と入力手段（13）で選択した整
数（ｎ）を制御周期演算手段（15）に入力し、式Ｔ＝mt
＋t/nにより制御周期（Ｔ）を決定する。

第３図は、上記実施例により具体的に通電率（η）を設
定して制御周期（Ｔ）を決定したときのサイクル制御装
置（６）の出力波形（ａ）と電源電圧波形（ｂ）及び双
方向サイリスタスイッチ（２）の出力波形（ｃ）を示
す。

いま、例えば通電率（η）を41％とし、制御周期（Ｔ）
のオン時間（T₀）を電源電圧波形（ｂ）の１周期の時間
（ｔ）に大して（１＋3/4）ｔとし、整数（ｎ）をｎ＝
４とすると、電源電圧波形の位相と制御周期（Ｔ）のオ
ン時間（T₀）開始時の位相が一致しているときの制御周
期（Ｔ）における双方向サイリスタスイッチ（２）の出
力波形（k₁）はk₁＝２となる。一方制御周期（Ｔ）は
（mt＋t/n）で設定されるため第２回目から第４回目ま
での制御周期（Ｔ）のオン時間開始時の位相は順次λ/4
だけずれるため、出力波形（k_i）は第３図（ｃ）に示す
ように順次1.5,2,1.5となる。したがって第１回から第
４回までの制御周期（4T）における双方向サイリスタス
イッチ（２）の全出力波数（ｋ）はｋ＝７となり、この
全出力波数（ｋ），整数（ｎ）及び通電率（η）の値か
ら整数（ｍ）はｍ＝４と得られる。この結果、制御周期
（Ｔ）は第３図の（ａ）に示すようにＴ＝4t＋t/4とし
て得られる。

この場合、第３図に示すように第１回目の制御周期
（Ｔ）においては通電率（η）はから47％となる。しかし、電源電圧波形（ｂ）と制御周
期（Ｔ）の位相のずれにより４回の制御周期における平
均通電率は41％となり制御分解能の向上を図ることがで
きる。

［発明の効果］この発明は以上説明したように、電源電圧波形の位相と
制御周期（Ｔ）の通電開始時の位相を順次t/nだけずら
すことにより、ゼロクロス機能によって各制御周期
（Ｔ）における双方向性半導体スイッチの通電時間を変
化させ、ｎ回の制御周期の平均通電率を任意に設定でき
るようにしたから、平均通電率精度向上すなわち制御分
解能の向上を図ることができ、また応答性を損なうこと
もなく高精度で負荷を制御することができる効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すブロック図、第２図は
上記実施例のサイクル制御装置を示すブロック図、第３
図は上記実施例の出力波形図、第４図は従来例を示すブ
ロック図、第５図は上記従来例の出力波形図である。（１）……無接点スイッチ、（２）……双方向サイリス
タスイッチ、（３）……ゼロクロストリガ回路、（６）
……サイクル制御回路、（７）……入力装置、（11）…
…温度調節器、（13）……入力手段、（14）……ｍ演算
手段、（15）……制御周期演算手段。なお、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】負荷に流れる電流を開閉するゼロクロスト
リガ機能付の双方向性半導体スイッチを有し、複数回ｎ
の制御周期ｎ・Ｔにおける平均通電率ηを所望の値に制
御するため、前記制御周期Ｔと各制御周期Ｔ内での前記
双方向性半導体スイッチのオン・オフ波数を定めて負荷
電力を制御するサイクル制御方式の電力制御装置におい
て、ｎを任意の整数とする複数回ｎの制御周期ｎ・Ｔについ
て、入力制御信号から求めた平均通電率ηと前記双方向
性半導体スイッチの複数回ｎの制御周期ｎ・Ｔにおける
オンの全波数Ｋとから整数ｍをη＝K/（ｍ・ｎ＋１）と
して定めて、電源波形の周期をｔとすると、前記制御周
期Ｔを、Ｔ＝ｍ・ｔ＋t/nとして算出する制御周期演算
手段を備えたことを特徴とする電力制御装置。