JPS5894017A - 制御装置 - 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】

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ッチング回路に関するも
のである。 米国特許第＋ｏａ２ａ＋ｓ（特開昭ｂｓ−１８１１８号
）及び米国特許第４１１１５６］？？（特願昭６６−１
ｆｉｌＯＯ号）には誘導電動機忙４ＩＫ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
ライアック）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かで會る）が供給
されるとスイッチオンし、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か
で伊る。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。Ｉ
！！！に、点弧又はトリガパルスが、電流が（位相遅れ
のためＫ）先行半サイクルから引続會流れている時点で
発生される場合忙はトライアッ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
るとトライアックがターンオフ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ヲ用いてサイリスタ
のゲート電流を供給するととＫ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、トライアック
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
和した力率制御装置においては、高感度ゲートパイロッ
トトライブックを用いて主電力トライアックをターンオ
ンする心壁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、パイロットトラ
イアックも不ＩＩＩＫ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）
Ｋ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
を発生するノ（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ッ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ックをト
リガする基準点を設定し、基準点より前圧点弧）くルス
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１御回路からの第２信号
を受信するよう接続し、サイリスタな両信号がともに負
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っ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１仏）〜′Ｉ！ＩＪ】げ）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１オン”又は点弧されたと會に出力
電流を供給する場合、入力電流及び電圧が第１（＆１図
に示すような波形であって、このサイリスタの点弧パル
スが第１（ｂ）図に示す時間に発生する場合には出力電
流は第１　（ｃ）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、ＩＩ］　（ｄ１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＄　１　（ａ）図に示す電流と
同一になる。しかし、点弧パルスが更に−ｊ！み、第】
（ｅ）図に示すようＫ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１オン”である時）に
発生する場合には、電流が零になっ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］　（ｆ）　＃１ｉＡＫ示すようにその全
半サイクル中すフのままとなる。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
℃説明する。 第２図は米国特許ｆｉＫ４２８８３’ｌ１号明細書に開
示されているものに類似の力率制御装ｆＫ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％Ｓ。 第２図の装置は第３（ａ）図に示すような入力波形（代
表的には］　’］　ｆｌポルトの交流）を受信する入力
端子】０及び１ｚを具える。これら入力端子は電源回路
】４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！００直列回路の両端
間に接続する。入力端子】０は第８　（ｆ）及び８（ｇ
）図に示すような互に反対位相の全波矩形波出力″ｆＩ
ｌ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ＳａＫも接続する。 ２電流感知抵抗２０の両端間には信号電圧が発生し、ト
ライブック】６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８　Ｔｐ１図に示し、トライブック１
６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８（Ｃ）図

【示す。この信号電圧は全波電流矩形
波形整形回路ｚ６及び遭８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
、纂８　（ｂ１図に示す信号に応答して＠８（ｈ）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８
（１）図に示す矩形波出力＠１”を発生する。 電圧矩形波形整形回路２２及びｚ４の出力“ｇ″及び＠
ｆ″は負縁検出器８０に接続し、これＫよりこの検出器
８０の出力端子に接続された傾斜波発生器８！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８４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（］）電動９１６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
２！、！４．ｆｆ１８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８８及び２６の出力を加算回路８６で加算し、
波形整形回路！４及び２Ｂの出力を加算回路８６で加算
し、発生した信号をダイオード４０．４Ｂで整流すると
共に点４８で合成して第３（ｊ）図に示す出力信号を発
生させる。＄３＋ｊ１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′ｗＬ流の位相差に依存する。 第８（ｊ）図に示すパルス信号は抵抗４４を経て積分器
ｂＯを構成する演算増幅器４８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ョメータｂ２から取
り出される。このポテンショメータは電動機１６が無負
荷の状態でセットされ、米１ｊ％許ｇ４２ａａ１７７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−流一電圧位相差）
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。 ポテンショメータ５２０口出しタップは抵抗ｂ４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ｂ６を経て扱地する。 積分器ｂＯの出力が上述した制御信号であり、これを演
算増幅器８４の負（反転）入力端子に接続する。 上述の回路は米国特許第４１６６］７Ｖ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Ｆ１８を紋け、その正（非反転）入力端子を加蟲点
４８に接続し、その負（反転）入力端子を抵抗６０及び
６怠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５６８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ｌ！８４の出力
も抵抗７０を経て接続点６６及びトランジスタ６８のペ
ースに接続する。トランジスタ６８のエミツーは抵抗７
ｓを経てトライアック】８のゲート電極に接続すると共
にコレクタは抵抗７４及びコンデンサフロから成るＲＣ
タイミング回路に接続する。 ６ｇ図の装置の動作について考察する。増幅器５Ｂの非
反転入力端子には点４８の位相差信号（第８（ｊ）図に
示す）が供給されている。この増幅器ｆ１８の反転入力
端子には抵抗６０及び６ｚから成る分圧器により正のパ
イプ電圧が供給されている。得られる出力ｔｌＥ′″に
″は第８１鉛図に示す波形となる。この電圧は接続点６
Ｂで増幅器８４の出力と加算される。増幅器８４の出力
は第８（ｅ）図に示すよう忙固定レベルの点弧パルスで
あり、傾斜波出力１ｄ”（第８（ｄ）図に示す）と積分
器ｂＯの制御信号出力から取り出される。第８（ｄ）図
と纂８（ｅ）図を比較すると明らかなように、点弧角＃
Ｆは傾斜波＠ｄ”と積分＠ｂＯの制御信号出力との交点
で制御される。トランジスタ８８のエミッタは本来接地
電位にあるため、トランジスタ６Ｂはソノヘースが負に
なったとぎにターンオンする。 これがため、トランジスタ６Ｂをターンオンするために
は肉入力信号″＋　ｅｎ及び″に″が同時に負になる必
要がある。内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内入力の和
は第３（ｅ）及び８（幻図に示す波形図を比較するとわ
かるよう九零となるためこの場合モトランジスタロＢは
オフになる（零ボルトのペース駆動の場合にはペース電
流が流れない）。 これがため、信号″ｋｌ′及びｅ″は有効に１加算され
”、トランジスタ６８は両入力とも負のと芦ニのみター
ンオンする。 トランジスタ６８がターンオンすると、トライアック１
８の接地端子１８ａからそのゲート端子】８ｂ、抵抗７
８．トランジスタ６Ｂ及び抵抗７４及びコンデンサ７Ｂ
から成るＲＣ回路網を経て負電源端子にゲート電流が流
れてトライブック】Ｂもターンオンする。このゲート電
流の値（代表的には３０〜１００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】４と関連するフィルタコンデン？（図
示せず）Ｋ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↑きる。抵抗？４は各半サイ
クルの間コンデンサフロの放電路を与える。 力率制御装置により負荷変化に応じて変化する第８（ｅ
）図に示す点弧角θＦが第ａ（ｋ１図に示す基準角θＲ
より大きい場合、トライアック］８のターンオン時間は
点弧角θＦと一致する。電動機】６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８（ｅ
）図の左方に移動してトランジスタＢ８のオン時間を増
大して点弧角σＦが基準角θＲＫ等しいかそれより小さ
くなる状態が生ずる。この後者の状態な涼８　（１）図
匠示すと共に第８（ｅ）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８８のベース駆
動電圧は第３ｔｍ）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θ
Ｆではそのペース駆動電圧が零であるためこの点弧角θ
Ｆでは点弧せず、そのベース駆動電圧は両信号＠１”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８８は両信号とも負になる時間σＲにターン
オンしてトライアック】Ｂを点弧する。

【図面の簡単な説明】

ＩＥ　］　（ａ）〜ｔｉｔ　］　ｔｔ】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カ藁
制御装蓋のブロック回路図、 第ａ　（ａ）〜第８１ｍ）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、】８・・・サイリスタ（トライアッ
ク）８０・・・電流感知抵抗、 ２ｆＡ、ｆｌｋ・・・電圧矩形波形整形回路、ｇ６．２
８・・・電流矩形波形整形回路、８０・・・負縁検出器
、８ｚ・・・傾斜波発生器、８４・・・演算増幅器（点
弧パルス発生）、８６．８８・・・加算回路、５ｏ・・
・積分器、ｂト・・力率指定信号発生用ポテンショメー
タ、ａＳ・・・演算増幅器（制御信号発生）、６８−・
・制御トランジスタ。 ＦＩ＆、　／／／／

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の
   交流入力を制御するサイリスタ制御装置であって、 前記負荷を流れる電流を制御するサイリスタと、 前記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、 前記負荷電流と電圧の位相差に基づいて前記サイリスタ
   に対する制御信号を取り出す手段と。 前記−御信号に応答して、前記サイリスタを点弧する点
   弧パルスの発生を、交流入力の先行半サイクルから流れ
   続ける負荷電流がなくなるまで禁止する手段とを具える
   ことを特徴とするサイリスタ制御装置。 ａ４１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ッチ装置な具え、前記禁止手段
   は前記電子スイッチ装置のオン時間を制御する手段を具
   えることを特徴とするサイリスタ制御装置。 龜　特許請求の範囲第１項又は館８項記載の装置におい
   て、前記禁止手段は前記位相差信号に応答して各半サイ
   クル中和基準時点を設定し、この基準時点より前に前記
   サイリスタを点弧する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サイリスタ制御装置。 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を具え、前記禁止手段は前
   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４時点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（前記ト
   ランジスタをターンオンする点弧パルス−を発生する手
   段を具えることな特徴とするサイリスタ゛制御装−〇 ４４Ｉ許請求の範囲第４項記載の装置において、前記ト
   ランジスタのペースは前記禁止手段からのＩＩＥＩ信号
   と、前記サイリスタの点弧な制御する制御回路からの第
   ２信号を受信するよう接続し、前記サイリスタは前記ト
   ランジスタがターンオンする前に前記第Ｊ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サイリスタ制御装置。 ａ　特許請求の範囲第１項記−の装ｆｌｔにおいて、力
   率制御装置を具え、前記負荷電流と電圧との位相差に基
   づいた制御信号を取り出す手段は上記力率制御装置に存
   在する位相差信号に応答するようにしたことを特徴とす
   るサイリスタ制御装置。 −特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記負荷
   は誘導電動機を含み、肖該サイリスク制御装置は前記電
   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
   応じて制御する力率制御装置を具え、前記制御信号取り
   出し手段は上記力率制御装置により発生される信号から
   前記制御信号を取り出すようＫしたことを特徴とするサ
   イリスタ制御装置。 ＆　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】及び第２信号と、負荷電流及びその反転電流の
   矩形波に比例する第８及び第４信号を発生する手段と、
   これら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】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矩形波を発生する手段を具え
   ることを特徴とするサイリスタ制御装置。