JPS60719A - 安定器 - 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】 ｌ肚弘１艶り艷 この発明は高強度放電（１−１１０）灯負荷に供給され
る電力を制御づる安定器とじ−Ｃ特に役立つ可変リアク
タンス誘導子に関する。

′　明　の　背　景 放電灯電流の変化を制御すると共に、厳密な調整作用を
“りる為に位相制御回路にトライアックの様な電子スイ
ッチを使う安定器は公知である。米国特許第３．８７３
．９１０にこの様な安定器が記載されており、これは、
磁気漏洩部を作る分路によって隔てられた２つの巻線を
持つ誘導子で構成されている。一方の巻線は、′主巻線
又は運転巻線と呼ぶのが便利であるが、交流線路に放電
灯と直列に接続されている。他方の巻線は制御巻線であ
って、その両端にトライアックの様な電子スイッチが接
続されている。制御巻線のスイッチが開いている時の主
巻線のインダクタンスは、主巻線のターン数と磁心構造
の全体的な磁気通路とにょつて決定される。スイッチが
閉じた時、制御巻線に誘起された電流が主巻線の磁束に
対抗りる磁束を発生する。この結果、主磁束は分路とそ
の中に含まれる空隙とを通る様に強制されるが、これら
は合計の磁気抵抗が一層大ぎい磁気通路になつ−（いる
。この為に主巻線の実効インダクタンスが下がり、電流
を増加することが出来る様にし、こうして放電灯のワッ
ト数を増加する。点弧の位相角、即ち交流サイクル中に
トライアックが点弧される時点を適当に変えることによ
り、放電灯に対りる入力ワット数を調整して、線路電圧
の変動があっても、一定の光出力を達成することが出来
る。

トライアックの点弧位相角は先出）ｊを制御　する為に
、即ち、放電灯を暗くし又は明るくりる為に変えること
も出来る。然し、制御巻線が位相制御のトライアックに
よって短絡されると、インダクタンスが下がるにつれて
、電流は一囮高いレベルになる。制御巻線が開いている
時と制御巻線が短絡している時の間の放電灯電流の差が
人きりきると、各々の半サイクルの初めに電流が切れる
結果、放電灯電圧が上昇り゛る。この為、この制御方法
は、大きな第３高調波の形で線路電流の歪みを起すと共
に、高い耐重）放電灯電圧を招き、これは放電灯の早期
のドロップアウトの原因になることがある。

こういう問題の為、この制御範囲は放電灯のワット数を
線路電圧の変動があっても一定に保つのには十分である
けれども、実用的なワット数の制御範囲が制限される。

エネルギを節約する為、今日の工業用及び商業用照明設
備は、時間帯並びにその時の活動に応じて、光レベルを
変える手段を段々取入れる様になっている。遠隔エネル
ギ管理と呼ぶこの様な１つのＪＲ成では、中火部からの
信号によって種々の場所に於ける光レベルを制御する。

典型的には、高圧ナトリウム蒸気月に対づる入カワッ１
〜数を、１５０ワッ］−から始まって４．５０ワツトま
で５０ワツ１〜ずつの段階に分けて制御１１することが
望ましい。

前掲米国特許の回路を使う為、最初の方式は１つの制御
巻線と共に２つの運転巻線を設【プることであった。１
つの運転巻線は、主巻線と叶ばれるが、小さいリアクタ
ンスを必要とする高いワット数の範囲（３００乃至４５
０ワツト）に対して使われる。主巻線及び延長巻線の両
方の運転巻線が、一層大きなりアクタンスを必要とする
低ワツト数範囲（１５０乃至２５０ワツ１へ）に対しＣ
直列に接続される。高範囲から低範囲への切換えはリレ
ーで行なっている。

上に述べた構成で、各々の制御ｌ範囲の限界は、線路電
圧が低い時の高い方のワッ］−数の設定並びに線路電圧
が高い時の低い方のワラニル数の設定に合う様に適切に
しなければならない。低い方のワット数の限界は、２つ
の運転巻線を合せたターン数と、制御巻線が開いている
時の主磁気通路の磁気抵抗とによって決定される。一般
的にＥｌｇ　ｌａ磁気通路空隙を持っており、これが磁
気抵抗の人Δ１；分に奇与り゛る。高い方のワラ１〜数
の限Ｓ’ｉｌは制御巻線が短絡された時の磁気分路によ
っＣ決定される。

低ワツト数範囲に対してとれる範囲で限界をぴったりに
定めると、高ワット数範囲の限界が広くなりすぎる。こ
うなるのは、高ワット数範囲に対して主巻線の一層少な
いターン数を選んだ時、制御巻線がリアクタンスに対し
てより多くの効果を持つ様に、主巻線及び制御巻線の間
の実効的な磁束の漏れが減少ターるからである。

発　明　の　概　要 この発明の全般的な目的は、放電灯の光出力を安定にす
る為に、放電灯に供給されるワット数を調整ツるのに適
しＣいると共に、異なる光レベルにする為にワット数を
変えるのにも適している一層効率がよくて効果的な可変
リアクタンス誘導子を提供することである。

更に特定の目的は、ｌ−１４Ｄ灯を幾つかのワット数レ
ベルで作動づ°ると共に、放電灯電圧並びに線路電流に
対する望ましくない影響を最小限に抑えながら、放電灯
に供給される電流を選ばれたレベルに調整する為、２つ
又は更に多くの調節自在の範囲を持つ被制御可変リアク
タンス誘導子を提供することである。特に幾つかの範囲
に対し、ワット数の点で制御効果を同じにすることが望
ましい。

この発明を実施した可変リアクタンス誘導子安定器は、
磁心に設（プられＩＣ少なくとも２つの運転巻線と制御
゛巻線とで構成される。便宜上、一方の運転巻線を主巻
線と呼び、他方を延長巻線と呼ぶ。

動作範囲スイッチが、主巻線を単独で使ったり、或いは
延長巻線をそれと直列に接続し７ｊすすることが出来る
様にし、放電灯に異なるワッｌ〜数のレベルを持たせる
。磁気漏洩部となる分路が磁心上に設けられた運転巻線
から制御巻線を分離覆る。

トライアックの様な電子スイッチを制御巻線の両端に接
続して、運転巻線のインダクタンスを変える。この発明
では、第２の磁気漏洩分路を設置）、これが２つの運転
巻線を隔てる、即ら、延長巻線を主巻線から隔てる。第
２の分路は主巻線と制御巻線の間の磁束の漏洩が一層大
きくなる様に保証する。この結果、主巻線を単独で使う
時、制御巻線がリアクタンスに対して持つａ４９が小さ
くなる。

この為、高ワット数範囲の限界を狭くし、低ワツト数範
囲の限界に一層近づけることが出来る。

詳　細　な　記　載 図面にはＥ字°形積層板１及び■字形積層板２で形成さ
れた殻体形磁心を右づるこの発明の安定器及び制御装置
が示されている。Ｅ字形積層板は、その周りに巻線を設
ける中央脚部１ａ及び外側脚部１ｂ、１ｃ８４’ｉｓ成
する。好ましい実施例では、中央脚部１ａは外側゛脚部
より若干短くして、ヨーク部′４Ａ２を外側脚部の端と
接触させた時、中央脚部の脚とヨーク部材２の間に予定
の長さの狭いギャップ３が残る様にツる。ギャップ３を
この明細書では主ギ１ｉツブと呼ぶが、これは空隙であ
ってもよいし、或いはクラフト紙の様な電気絶縁材料−
を充填した空間であってもよい。運転巻線は相隔たって
いて直列に接続された主巻線４及び延長巻線５で構成さ
れる。交流源の端子６ａを動作範囲スイッチ７により、
タップ８を介して主巻線４の１端に、又は導体９を介し
て延長巻線５の反対側の端に接続することが出来る。ス
イッチが図面では、高ワット数範囲の為に、主巻線４だ
けを放電灯−回路に接続づ−る位置にある場合を示しで
ある。

反対の極限の位「ｔでは、スイッチが低ワット数範凹の
為、巻線４．５を放電対回路に直列に接続する。主巻線
４の反対側が放電灯１０と直列に接続される。放電灯は
典型的には高強ｐｌｊり電対である。

こ）で挙げる例では、公称４００ワツトの定格を持つ高
圧、すｌ〜リウム蒸気幻であり、これは４５０ワツトま
での入力を受入れることが出来る。

主巻線４とは反対側の端で・中１火脚部１“（ごｆｌｉ
ｌ制御巻線１１を設ける。制御巻線の両端が１−ンイア
ック１２で構成された電子スイッチの主電極に接続され
る。周知の様に、トライアックは１個の制御電極１３を
持つ交流用半導体制御スイッチである。制御電極をゲー
ト駆動すると、主電極に印加された電圧波の持続時間の
間、スイッチは順バイアス状態に対応する方向の電流を
通り一０希望によっては、反対向きに接続したＳ　ＣＲ
又はガス八り３極管（サイラトロン）の様な他の種類の
スイッチも使うことが出来るのは云うまでｔ）ない。制
御電極１３には、点弧位相角に対応づる予定の時刻に、
１〜ライアツク１２をＨいに反対方向の導電状態にトリ
ガする作動回路１４が接続されている。

作動回路１４は、米国特許第３．５００．１２４号及び
同第３．６２９．６８３号に記載されてぃ仝もの）様に
、１へライアックを作動する任意の所望の又は周知の形
式であってよい。

第１の１対の磁気弁に′Ｂ１５．１５′が磁心の中央脚
部１ａの各々の側にある空間又は窓を横切る様に設（プ
られていて、制御巻線１１と延長運転巻線５の間に配置
されている。各々の分路は磁気積層板を重ね合せた集成
体で構成されていて、少なくとも片側は爆心の１つの脚
から非磁性ギャップによって隔てられ−Ｕ　ｄ３す、或
いは好ましくは両側が１５″で示Ｊ様に隔たっている。

ギ１７ツプ３と同じく、このギャップも空隙にするが、
或いは電気絶縁スベーーリ拐料を埋めた空間にすること
が出来る。−分路１５．１５′が、前掲米国特許第３゜
８７３．９１０舅で要求されている様に、磁心上で制（
１１巻線を運転巻線から隔てるギャップつき磁気分路手
段になる。

この発明では、第２の１対の磁気分路１Ｇ、１６′が磁
心の中央脚部１ａの各々の側にある窓を横切る様に配置
され、主巻線４と延長巻線５の間に配置される。磁オ分
路１６．１６′は分路１５．１５′と同様であって、空
隙又は電気絶縁スベー］ノ゛材利で埋めた空間１６″を
持っている。云い換えれば、これらは主巻線を延長巻線
からｌｔＭ　’Ｔるギレップつき磁気分路手段になる。

第２の１ス・１の分路手段は、百分率で云うと、低ワツ
ト数範囲がカバーするワット数の制御範囲を高ワット数
範囲がカバーする範囲より・も一層大きくすることが出
来る。この為、ワット数制御範囲を数字で表わした値は
、２つの範囲で一層同じに近くすることが出来る。

この発明は、最初に従来の場合を考えれば最す判り易い
。最初、前掲米国特許第３．８７３，９１０号に記載さ
れている様に、運転巻線とｉｌ＋制御巻線の間に１つの
分路手段だけがあると仮定し、主巻線４だ【プが放電灯
作動回路に接続され−Ｃいる高ワット数範囲を考える。

制御巻線が問い−Ｃいる時、低ワツト数の限界が起る。

酋通のどのリアクトルでもそうであるが、リアクタンス
は巻線のターン数と磁気通路とによって決定される。こ
の磁気抵抗の大部分はその中にある空隙３によるもので
ある。ヘンリーで表わしたりアクドルのインダクタンス
は次の式で表わされる。

ｆｆ１２ Ｌ＋＝□・μ ρ／Ａ こ１でＮｍは主巻線のターン数、ｐは空隙の長さ、Ａは
磁心の断面積、μは空隙の透磁率である。この式から判
る様に、有効ターン数を増加リ−ることによってリアク
タンスを増加りることか出来、これによって放電灯のワ
ット数が下がる。

制御巻線が知格された時、高ワット数範囲の高ワツト数
の限界が起る。制ネ１１巻線に誘起された電流が逆起磁
力を発生し、これによって主巻線によって発生された大
部分の磁束は、磁気分路１５．１５′及びその空隙を通
る様に強制される。この為、磁気通に′δの磁気抵抗が
増加し、リアクタンスを減少して放電対のワット数を増
加する。この時のインダクタンスＬ２は次の式で表わさ
れる。

ｍ２ Ｌ２＝□・μ 　ｊｓ Ｘ　Ａｓ１ こ）で矛は分路（１５，１５′　）の空隙の長ざ、Ａｓ
＋は分路（１５，１５′）の断面積である。

次に延長巻線５を主巻線４と直列回路に接続した時の低
ワツト数範囲を考える。制御巻線が聞いている時、低ワ
ツト数の限界が起る。この時のインダクタンスＬ３は次
の式で表わされる。

（Ｎｍ　＋Ｎａ　）　２ Ｌ３＝□・μ こ）でＮｅは延長巻線のターン数である。

制御巻線が短絡された時、低ワツト数範囲の１ノツト数
の上限が起る。その時のインダクタンスＬ４は次の式で
表わされる。

（Ｎｍ、十Ｎ。）２ Ｌ４　＝　壷μ 　ｐｓ −十　−一一− Ａ　Δ５Ｉ Ｌｌと「２の比が１−３とＬ４の比に等しいことが認め
られる。前に述べた理由で、これは望ましくないことで
ある。この発明Ｃは、これを克服ツる為、主巻線４と延
長巻線５の間に配置する第２の分路手段１６．１６′を
設ける。第２の分路手段がこの結果を達成する様子は、
次の説明から理解されよう。

２つの分路があると、高ワット数範囲のワッ］〜数の下
限に於けるインダクタンスＬ５は次の式で表わされる。

ｍ２ Ｌｓ＝□・μ Ｊ、／Ａ 高ワット数範囲の上限に於けるインダクタンスＬ６は次
の式で゛表わされる。

ｍ２ Ｌ６＝　□・μ ｆ　ｐｓ −十□ Ａ　Ａｓ　＋　＋Ａｓ　２ こ）で△Ｓ、２は第２の分路（１６，１６′　）の断面
積である。

低ワツト数範囲のワット数の下限に於りるインダクタン
スし７は次の式Ｃ表わされる。

（Ｎｍ　十Ｎｅ　）　２ Ｌ７＝□・μ ｍ／Ａ Ｌ５及びＬｌは従来の１１及びＬ３と同一〇あることが
認められよう。Ｌ６は、分路の断面積の和Ａｓ　＋　＋
Ａｓ　２がもとの１個の分路の断面積に代るものとみな
せば、Ｌ２と略同じである。この発明による変化は、低
フツ１〜数範囲のワッｌ〜数の上限に於りるインダクタ
ンスＬ８に認められる。

インダクタンスＬ８は制御巻線を７．（１絡した時の第
１の漏洩分路１５．１５′によっ゛Ｃ決定される。

この分路は延長巻線５と制御巻線１１の間にあるから、
これが磁気結合を決定する。この時主巻線と同じ電流が
延長巻線に流れており、従って第２の漏洩分路１６．１
６′は殆んど効果がない。式で表わすと、この時のイン
ダクタンスＬ８は次の様に近似り−ることが出来る。

この発明で低ワツト数範囲の上限を決定スラＬ８を、従
来この上限を決定したＬ４と比較すると、大ぎな変化と
して、今度は分路の面積全体の内の一部分しか、即ちＡ
ｇ３だけが分母に現われる。この為、高ワット数範囲の
限界に影響せずに、低ワツト数範囲の−に限を従来より
もずっと高くすることが出来る。

分路１５．１５′の面積を減少覆ると、上限が増加する
。この面積は低ワツト数範囲の上限を定める様に調節さ
れる。高ワット数範囲の上限は分路１５．１５′及び分
路１６．１６′の面積の和によって決定される。この為
、低フツ１〜数範囲に対して分路１５．１５′の面積を
調節りる時、分路１６．１６′の面積に対して大きさが
同じく反対の調節をすべきである。

ワット数制御範囲が２つよりも多いことが望ましいこと
がある。こ）で述べた例で線路°電流及び放電灯電圧を
更に改善する為、１５０乃至４５０ワツトのワット数範
囲は、１５０乃至２５０ワツト、３−００乃至３５０ワ
ット及び４００乃至４５０ワツトの３つの範囲に分ける
ことが出来る。これによって、線路電流及び放電灯電圧
がそれ程問題にならない最低ワット数の所で制９１１範
囲を一番広くすることが出来る。中間範囲は、延長巻線
５に中間タップ１７を設け、図面に鎖線で承り様に、そ
れを動作範囲スイッチ８の中間位置に接続りることによ
って達成される。

この発明の特定の実施例について説明したか、当業者で
あれば、この発明の範囲内で種々の変更を加えることが
出来ることは云うまでもない。若干の例を述べれば、こ
の発明はＩＪ−１字形積層椴を用いた形式の磁心の構成
にも同じ様に使うことが出来る。放電灯安定器に普通に
使われる種々の回路構成も利用することが出来る。例え
ば前掲米国特許第３．８７３．９１０号に記載されてい
る様に、線路電圧の広い範囲に対して装置を使える様に
する為に、変圧器又は単巻変圧器の接続を用いることが
出来る。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明を実施した可変リアクタンス安定器の回路
図である。 主な符号の説明 １：磁心、 ４：主巻線、 ５：延長巻線、 ７：スイッチ、 １０：放電灯、 １１：制御巻線、 １２：トライアック、 １５．１５’　、１６．１６’　：！ｉ気分路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １〉閉じた磁気回路を形成する磁心と、該磁心上で相隔
   たる主巻線及び延長巻線で構成される運転巻線と＞該運
   転巻線から隔て）前記磁心に設けられた制御巻線と、＋
   ＩＦ＋記主巻線及びガス入り放電灯を交流Δｊ；ミに接
   続して放電灯作動回路を形成する手段と、放電灯作動回
   路で前記延長巻線を前記主巻線と直り１］に接続Ｊる動
   作範囲スイッチ手段と、１つは前記制御巻線及び前記延
   長巻線の間に設けられ、他方は前記延長巻ね及び前記主
   巻線の間に設けられた、前記磁心にある１対のギャップ
   つき磁気分路手段と、１）η記ｆｔ１ｌＪ御巻線の両端
   に接続され−Ｃいて該制御巻線の電流を制御し、こうし
   て前記運転巻線のりアクタンスを制御する電子スイッチ
   手段とをイラし、前記分路手段は、前記延長巻線が放電
   灯作動回路に接続された時は、接続されていない時より
   も、放電灯作動回路のりアクタンスに対して比例的に一
   層大ぎな制御作用を持つ様に保証する安定器。 ２、特許請求の範囲１）に記載した安定器に於て、前記
   間−じた磁気回路を形成する磁心に空隙が設けられてい
   る安定器。 ３〉特許請求の範囲１）に記載した安定器に於−Ｃ，前
   記主巻線、延長巻線及び制御巻線が前記磁心上で横に並
   べて全て相隔たっている安定器。 ４）特許請求の範囲１）に記載した安定器に於−Ｃ１前
   記磁心が中央脚部及び１対の外側脚部を持つＥ字形部材
   と、該Ｅ字形部材の開放端を閉じるヨーク部材とで構成
   されており、全ての巻線が前記中央脚部上で横に並ｌυ
   で相隔たっている安定器。 ５）特許請求の範囲４）に記載した安定器に於て、前記
   １対の分路手段が中央脚部及び外側脚部の間に配置され
   ている安定器。 ６）特許請求の範囲１）に記載した安定器に於て、ワッ
   ト数の３つの範囲に使われる様になっていて、前記延長
   巻線に中間タップがあり、前記動作範囲スイッチ手段に
   は該タップに接続される別の位置が設見られている安定
   器。