JPH11500596A - 位相調整システムを介した負荷出力制御の方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は発生した位相の調整のためのシステムを介して周期Ｔの交流電圧Ｕのソースにより給電される負荷（１）に送られる出力の制御の方法に関している。本発明によれば、あらかじめ決められた命令の出力に対し、要素の全数ｐのシーケンスが周期的に前記負荷（１）に与えられ、各要素は電圧Ｕが位相角α_iにより対称に分断される周期Ｔの全数ｎ_iを含み、連続した位相角α_i及びα_i+1は異なっており、そして位相角α₁・・・・α_i・・・・α_pの組合せは電流のハーモニクスの制限とオーソライズされた領域におけるフリッカー効果の維持を満足させるべき手段から選ばれる。本発明は特に電動機の出力制御に適用される。

Description

【発明の詳細な説明】 位相調整システムを介した 負荷出力制御の方法及び装置 本発明は発生した位相の調整システムを介して、周波数Ｔで交流電圧Ｕのソー スから給電された負荷へ送られる電気出力の制御の方法及び装置に関している。 変換器の助けにより負荷に送られた出力を制御するために使用される従来の技 術は、要求される出力に応じて、そして負荷の給電の全期間において適応可能な 位相角に従ってセクターの給電電圧の分断があるにせよ、ユーザーにより選択さ れた周波数に従って回路内へ、次に回路外へ負荷を交互に置くことから成る波の 列によるいわゆる制御とするにせよ、役に立っている。 位相の分断に際しての制御の最初のモードは、高密度波と呼ばれる、制御され た出力が増大する時、位相角の調整の領域全体に対して、そこから過剰に起こる 電流のハーモニクスに、同じ給電ソースにつながれた、ユーザーにとっての邪魔 を呼びこむことを禁じるようになっている。 前記の波の列への制御の第二モードについては、それは例えば真空掃除機また は電気洗濯機に備えられた電動機の回転数の制御に対して特に役立たない。実際 、そのような制御はユーザーにとって非常に厄介な雑音を発生させる回転数の変 動を誘起する。 本発明の目的はその不便さを取り除くことであり、そ して、電気装置によりネットワークに引き起こされる乱調の制限を特に関係規格 、とりわけＥＮ６０５５５−２規格、ＣＥＩ５５５−２規格並びにそれらから発 展した規格、すなわち電流ハーモニクスのレベルを制限するＥＮ６１０００−３ −２規格、ＣＥＩ１０００−３−２規格、及びＥＮ６０５５５−３規格、ＣＥＩ ５５５−３規格、並びにそれから発展した規格、すなわち規格により規定された 、そして「フリッカー」の名の下に知られた乱調の原因であるインピーダンスの ソースにおける単位時間ごとのその変動の数に応じた電圧の相対的変化を制限す るＥＮ６１０００−３−３規格、ＣＥＩ１０００−３−３規格に合致させること である。 あらかじめ決められた命令の出力に従って、前述の負荷に次々と周期的に要素 の全数ｐのシーケンスが与えられる。ここで、ｐは１より大きく、番号ｉなるシ ーケンスの各要素は負荷が給電されない期間ｔ_iに対応する位相角α_iに従って交 流電圧Ｕが対称に分断される周期Ｔの全数ｎ_iより特徴づけられ、要素ｉの連続 した位相角α_iと要素ｉ＋１の連続した位相角α_i+1は異なり、そして位相角α₁ ・・・・α_i・・・・α_pの組合せは、負荷に希望の出力を送りながら、一方では 、電流のハーモニクスの有効値を決められた値に制限することを満足させ、そし て他方では、あらかじめ決められたインピーダンスのソースにおける単位時間ご との変化の数の関数としての電圧の相対変化ΔＵ／Ｕを、あらかじめ決めら れた曲線により境界を画された、オーソライズされた領域内に維持することを満 足するような種類から選ばれる。 要素のその交互性を使えば、ハーモニクス及びフリッカーの規格により課せら れた制約を重んじながら、有効電圧を比較的重要な出力の範囲に変化させること ができる。 本発明の特性及び利点は以下の添付図面を参照して制限されない実施例として 以下に述べる説明から明らかとなる。 第１図は、抵抗性の負荷の従来の位相の制御における瞬間的な電圧の、時間の 関数としての変化を示す線図である。 第２図は抵抗性の負荷の波の列ごとの出力の従来の制御における瞬間的電圧の 、時間の関数としての変化を示す線図である。 第３図は例えば交直両用電動機のような、かなり自己インダクタンスの負荷の 従来の位相の制御の場合を示す、第１図についてのアナログ図である。 第４図は書き取られた毎分ごとの変化の数Ｒの関数としての相対的電圧の変化 ΔＵ／Ｕを表す、ＥＮ６０５５５−３規格に従う、あらかじめ決められた曲線を 示す。 第５図は電流の各ハーモニクスに対するＥＮ６０５５５−２規格により課せら れた電流のハーモニクスの制限値の表を例として示す。 第６図は本発明の実施例の第一モードによる出力の制 御における瞬間的電圧の、時間の関数としての変化を示す線図である。 第７図は本発明の実施例の好ましい第二モードによる出力の制御における瞬間 的電圧の、時間の関数としての変化を示す線図である。 第８図は本発明による出力の制御の装置の概観的ブロック線図である。 第１図及び第３図に見られるように、抵抗性の負荷であれ、電動機のようなか なり自己インダクタンスの負荷であれ、そのことと関係なく適用される従来の位 相の制御は、例えば前記の交流電圧がゼロである期間ｔ₀に対応する不変の位相 角α₀によるＵ＝２３０Ｖ．５０Ｈｚの従来のネットワークのような電源ソース の交流電圧を分断することにより構成される。位相角のこの反復は必要な使用期 間中に決められた出力を得るのを可能にする。いくつもの出力を得る方法から、 例えばＴＲＩＡＣタイプの従来の変換器の助けにより前記の角度を変化させるこ とができる。 第２図は、第１図に図示されたものと同じタイプの、そして抵抗形のタイプの 負荷が給電される期間ｔ₃とこれに続く負荷が給電されるのが途切れる期間ｔ₄と を含む波の列に従って分断される正弦波形の電源電圧Ｕを表示する。このタイプ の電源は暖房装置型の抵抗性の負荷にうまく適しているが、照明装置型の抵抗性 の負荷または電動機型の誘導性の負荷には適していない。なぜなら、 フラッターを引き起こす可視物であれ、許容しがたい騒音を引き起こす電動機の 音響と振動であれ、それは有害なスペクトルに戻る周波数を生成する電圧の変化 を引き起こすからである。 第４図に図示する線図は毎秒ごとの変化の数の関数としての電圧の相対的変化 ΔＵ／Ｕを表す、ＥＮ６０５５５−３規格に従って描かれた曲線を示し、その曲 線は、その曲線と横座標軸の間に位置し、そしてフリッカー効果が許容しうるレ ベルにあるオーソライズされた領域の境界を画す。 第５図の表は、第一コラムに様々なハーモニクスの列を、そして第二コラムに 特にＥＮ６０５５５−２規格により課せられた有効電流の制限を含んでいる。 第８図を参照すると、例えば連続的にＴＲＩＡＣ型の電気開閉器２を含む変換 器のように発生した位相を調整するための装置の助けを借りて、例えば交流電圧 Ｕ＝２３０Ｖ．周期Ｔ＝２０ｍｓのネットワークのように電源ソースに接続され た負荷１への給電装置が概念的に示されている。 本発明によれば、あらかじめ決められた命令の出力に対して、連続的に前記負 荷１に要素の全数ｐのシーケンスが周期的に送られるが、ここでｐは１より大き く、番号がｉなるシーケンスの各要素は、負荷１が給電されない期間ｔ_iに対応 する位相角α_iに従って対称に交流電圧Ｕが分断された周期Ｔの全数ｎ_iにより特 徴づけられ、 要素ｉの連続した位相角α_iと要素ｉ＋１の連続した位相角α_i+1は異なり、そし て角度α₁・・・・α_i・・・・α_pの組合せは、希望の出力を負荷１に送る時、 一方では電流のハーモニクスの有効な値の、決められた値への制限を満足し、他 方ではあらかじめ決められたインピーダンスのソースにおける単位時間ごとの変 化の数の関数としての電圧の相対変化ΔＵ／Ｕの、あらかじめ決められた曲線に より境界を画された、オーソライズされた値への、電流のハーモニクスの有効値 の維持を満足するような種類から選ばれる。 実施例の好ましい第一例によれば、そしてそれが第６図に図示されているよう に、シーケンスの要素の数は２（ｐ＝２）に選ばれ、そして、第一要素ｉ₁は、 第二要素ｉ₂が例えば分断された三つの周期Ｔを含み、それぞれがα₁と違う位相 角α₂を持つのに対し、分断された四つの周期Ｔを含み、それぞれが位相角α₁を 持つ。ここで位相角α₁及びα₂は、α₁とα₂の一組が、希望の出力を負荷１に与 える際、上に述べた条件に満足するような種類から選ばれる。 本発明を使えば、例えば１０００ワットより大きい高出力から与えられる目的 に対して、今や連続的方法でハーモニクス及びフリッカーの制限を重んじつつ有 効電圧つまり出力を変えることができる。それに伴い、電子的連続式変換器によ る制御は、例えば不快な点滅のないランプの明るさの調整、またはネットワーク の妨害もなく、 そして静粛な方法で高出力の範囲内で電動機の回転数のうまい調整を得ることを 可能にする。 第７図に図示され、そして交互に生まれる位相の分断と呼ぶことのできる本発 明の好ましい実施例の第二モードによれば、要素の数ｐは、数ｐのｎ₁及びｎ₂が 全部で二つでそれぞれ１に等しい間は、２に持続される。この場合において、ま ず期間ｔ₁の最初の位相角α₁に従って分断された交流電圧Ｕにより、そしてα₁ と異なる二番目の位相角α₂及び期間ｔ₂により分断された交流電圧Ｕにより別の 周期Ｔの間連続的方法で、負荷１は給電される。実施されたテストは各負荷及び 負荷に送るための各出力に対して電流のハーモニクスの制限を重んじる角度α₁ ，α₂のカップルを決定するのを可能にする。これらのカップルの中で、角度の 変化の最小値は出力の変化の最小値または出力の切換えを引き起こすことを知り つつフリッカー効果を最小にする一つのカップルを有利に選ぶことができるだろ う。 本発明の方法の別のタイプの機能によれば、位相角α_iはα_i（ｉは１からｐま で変わる）の平均値を、与えられた出力に対して上に述べた規格を満足する値に 保つ命令を勿論重んじながら擬不確実性の方法で決定することができる。 特に回転数の連続式変換器による電動機の制御の範囲における本発明の重要性 をより良く理解するため、１５７０ワットのいわゆる最大の制御出力の、そして 真空掃 除機に装備することのできる交直両用型電動機における実施範囲内での本発明に よる制御方法を以下に述べよう。従来の連続式変換器を使用すると、ＴＲＩＡＣ の始動角６１度に対して、Ｐ＝１１５０Ｗなら、ハーモニク３のレベルに対し２ ．７４Ａ値を取り上げ、これに対し、始動角１０１度に対して、Ｐ＝５４０Ｗな ら、そのレベルに対し２．５２Ａ値を取り上げることが確認される。このように 、この二つの値は２．３Ａの、オーソライズされた限界値より大きい。 本発明により、そして各連続周期ごとに異なる二つの位相角を代わる代わる配 置する好ましい実施例（ｐ＝２及びｎ₁＝ｎ₂＝１）において、最初の周期の間は ６１度のセクター、第二周期の間は１０１度のセクター、第三周期の間は６１度 のセクター、等々があるとして、１０３０Ｗの出力に対してほんの２．２１Ａの ハーモニックス３のレベルが得られる。従来の変換器では、ハーモニクス３のレ ベルは２．９３Ａと等価の出力に対して、したがってＥＮ６０５５５−２規格以 外に対してあてはまるだろう。 本発明は同様に、第８図に示すように、負荷１と直列に取り付けられ、そして 例えば二つの期間ｔ₁及びｔ₂を選択して、位相角α₁及びα₂をそれぞれ固定する 方法で電子開閉器２の制御信号を出口Ｓにおいて発生させるのに適合する中間の セレクター３の出口に接続される電子開閉器２を必要とするプロセスを実施する 装置に関 している。 電子開閉器を使えば、決められたシーケンスの要素の数に応じてα₁に対して 違った値を固定することができるものと理解される。 このように、固定された命令の出力に対して、中間のセレクターは期間ｔ_i、 したがって、各ハーモニクスごとの、そして特にハーモニクス３ごとの誘導電流 が第４図に示すようにＥＮ６０５５５−２規格により課せられる限界より低いよ うな種類の、そして電圧の相対的変化ΔＵ／ＵがＥＮ６０５５５−３規格でぜひ 必要とするように第７図の曲線の下にあるような種類の位相角α_iを決定するの を可能にする。 電子開閉器２はＴＲＩＡＣとすることができる。また、中間セレクター３は離 散的成分から出発して、または期間ｔ_iを計算するためプログラムされたマイク ロプロセッサーにより得ることができる。 本発明の方法及び装置はネットワークのユーザーを妨げる敏感な乱調を避ける 、信頼度の高い給電を得ることを可能にする。他方、ここに述べられた方法は電 子開閉器の制御のパラメーターの単純プログラム化により負荷全体に適用可能で ある。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９６年１０月１１日 【補正内容】 ６．交直両用電動機の制御に適用されることを特徴とする請求の範囲第１項から 第５項までのいずれか一つに記載された方法。 ７．請求の範囲第１項から第６項までのいずれか一つに記載された方法を実施す るために使用する装置において、交流電圧Ｕの端子に負荷（１）と直列に取り付 けられ、そして期間ｔ_iを選んで位相角α_iをそれぞれ固定するための手段たる電 子開閉器（２）の制御の信号を発生させるために適合する中間セレクター（３） の出口Ｓに接続される電子開閉器（２）を含むことを特徴とする装置。 ８．電子開閉器（２）はＴＲＩＡＣであることを特徴とする請求の範囲第７項に 記載された装置。 ９．中間セレクター（３）はマイクロプロセッサーであることを特徴とする請求 の範囲第８項に記載された装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．発生した位相の調整のためのシステムを介して周期Ｔの交流電圧Ｕのソース により給電される負荷（１）に送られる出力の制御の方法において、あらかじめ 決められた命令の出力に対し、周期的に要素の全数ｐのシーケンスが前記負荷（ １）に連続的に与えられ、その際ｐは１より大きく、番号ｉなるシーケンスの各 要素は、負荷が給電されない期間ｔ_iに対応する位相角α_iにより対称に交流電圧 Ｕが分断される周期Ｔの全数ｎ_iにより特徴づけられ、要素ｉの連続した位相角 α_i及び要素ｉ＋１の位相角α_i+1は異なり、そして位相角α₁・・・・α_i・・・ ・α_pの組合せは、望まれる出力を負荷（１）に送りながら、一方では、決めら れた値への電流のハーモニクスの有効な値の制限、そして他方では、あらかじめ 決められたインピーダンスのソースにおける単位時間ごとの変化の数の関数とし ての電圧の相対的変化ΔＵ／Ｕの、あらかじめ定められた曲線により境界を画さ れた、オーソライズされた領域における維持を満足させるような種類から選ばれ ることを特徴とする方法。 ２．要素の数ｐは２に等しいことを特徴とする請求の範囲第１項に記載された方 法。 ３．数ｐのｎ_iはすべて１に等しいことを特徴とする請求の範囲第１項または第 ２項に記載された方法。 ４．要素の数ｐが２に等しく、そしてｐ数のｎ_iはすべて１に等しいこと、つま りｎ₁＝ｎ₂＝１であることを 特徴とする請求の範囲第２項及び第３項に記載された方法。 ５．位相角α_iは擬不確実性の方法で決められたことを特徴とする請求の範囲第 １項から第４項までのいずれか一つに記載された方法。 ６．前記負荷は交直両用電動機により構成されることを特徴とする請求の範囲第 １項から第５項までのいずれか一つに記載された方法。 ７．発生した位相の調整のためのシステムを介して周期Ｔの交流電圧Ｕのソース により給電される負荷（１）に送られる出力の制御の装置において、その装置は 周期的に要素の全数ｐのシーケンスを前記負荷（１）に連続的に送り、ｐは１よ り大きく、番号ｉなるシーケンスの各要素は負荷（１）が給電されない期間ｔ_i に対応する位相角α_iにより対称に交流電圧Ｕが分断される周期Ｔの全数ｎ_iによ り特徴づけられ、要素ｉの連続した位相角α_i及び要素ｉ＋１の位相角α_i+1は異 なり、そして位相角α₁・・・・ α_i・・・・ α_pの組合せは、望まれる出力を 負荷（１）に送りながら、一方では、決められた値への電流のハーモニクスの有 効な値の制限を、そして他方では、あらかじめ決められたインピーダンスのソー スにおける単位時間ごとの変化の数の関数としての電圧の相対的変化ΔＵ／Ｕの 、あらかじめ定められた曲線により境界を画された、オーソライズされた領域に おける維持を満足させるような種類から選ばれることを特 徴とする装置。 ８．前記中間の装置は、交流電圧Ｕの端子に負荷と直列に取り付けられ、そして 負荷が給電されない期間ｔ_iを選択しながら、また、前記シーケンスに対応する 位相角α_iをそれぞれに固定するための手段たる電子開閉器（２）の制御の信号 を発生させながら、中間セレクター（３）の出口（Ｓ）に接続されている電子開 閉器（２）を含んでいることを特徴とする請求の範囲第７項に記載された装置。 ９．電子開閉器（２）はＴＲＩＡＣであることを特徴とする請求の範囲第８項に 記載された装置。 １０．中間セレクター（３）はマイクロプロセッサーであることを特徴とする請 求の範囲第９項に記載された装置。