JPS63257011A - 負荷電力制御装置 - Google Patents

負荷電力制御装置

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JPS63257011A
JPS63257011A JP62090783A JP9078387A JPS63257011A JP S63257011 A JPS63257011 A JP S63257011A JP 62090783 A JP62090783 A JP 62090783A JP 9078387 A JP9078387 A JP 9078387A JP S63257011 A JPS63257011 A JP S63257011A
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Hideo Kuwabara
英雄 桑原
Atsuo Koyama
小山 敦夫
Mitsuo Akatsuka
赤塚 美津雄
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    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/30Systems integrating technologies related to power network operation and communication or information technologies for improving the carbon footprint of the management of residential or tertiary loads, i.e. smart grids as climate change mitigation technology in the buildings sector, including also the last stages of power distribution and the control, monitoring or operating management systems at local level
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y04S20/00Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
    • Y04S20/20End-user application control systems
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  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
  • Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Continuous-Control Power Sources That Use Transistors (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は交流電源から負荷へ供給する電力の制御方式に
関するものである。特に、その主要な配amにおける高
調波の増加を抑制し、また力率の低下防止に有効なもの
である。
〔従来の技術〕
負荷での消費電力をサイリスタで制御することは周知で
ある。しかし、サイリスタの導通角を小さくするように
位相制御すると、力率が低下し、またラジオノイズが発
生する。ラジオノイズ防止のだめに、配線路に大容量イ
ンダクタンスを直列に挿入し、高調波電流□を制限する
ことも考えられるが、この場合には力率がさらに低下す
る。
位相制御の代わりに、スイッチによるオンオフ制御とし
、そのオンオフの切換えタイミングを交流出力の零位相
と一致させるように工夫すれば。
力率の低下とラジオノイズの発生を防止することが可能
である。しかし、これは電源周波数の数サイクル、数十
サイクルのレベルでの平均電力の制御であり、それで差
支えない場合にしか使えない。
たとえば負荷が照明灯であるような場合は使えない。
一方、交流電源の電圧をトランスで可変し、負荷の電力
を制御することも考えられる。しかし、この場合、その
トランスをたとえば壁スィッチの位置に組込むことが難
しく、一般的ではない。
また、交流出力を整流し、その出力で出力調整形インバ
ータを動作させ、負荷の電力を制御することも考えられ
る。この場合、ラジオノイズを低減するためには、イン
バータを負荷と−しょに配置すべきである。したがって
、たとえば壁スィッチの所から出力を調整しようとする
と、壁スィッチから負荷の現場までの調整用信号線の布
設が必′  5 要となり煩しい。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は位相制御方式の実施にともなう以上の問題点を
解決し、力率の低下を抑制するとともに、□ラジオノイ
ズの少ない負荷電力制御装置を提供しようとするもので
ある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明においては、交流電源と負荷との間に、交流出力
を位相制御する位相制御器を配置する。
また1位相制御器と負荷との間に負荷の消費電力を可変
するインピーダンス要素を配置する。本明細書における
インピーダンス要素とは広義のものであって、本来のイ
ンピーダンスはもとより1等価的にその実効インピーダ
ンスが可変可能なものも含む。要は負荷電流の実効値を
可変できればよいが、スイッチあるいはサイリスタのよ
うに、オンオフを基本とするものはここに云うインピー
ダンス要素ではない。
さらに、本発明においては、位相制御器とインピーダン
ス要素との間に、位相監視器を配置する。
この位相監視器は位相制御器の導通角の大きさを監視し
、その大きさに応じてインピーダンス要素の実効インピ
ーダンスを低減することである。このため21位相制御
器の導通角を小さくするように操作すると1位相制御器
の寄与によって、またインピーダンス要素の寄与によっ
て負荷の消費電力は減少する結果となる、 〔作用〕 位相制御器を操作し、その導通角を大から小に変更する
と、位相監視器がこの情報をインピーダンス要素に伝達
する。この結果、インピーダンス要素の実効インピーダ
ンスが小から大に変化する。
これにともない、負荷の消費電力が大から小に変化する
。かりに、同程度の消費電力の大から小への変更を位相
制御器単独で実現しようとすると、その位相制御器の導
通角をもっと小さくしなければならないが、実際にはイ
ンピーダンス要素が寄与して消費電力を大から小へ変ず
トさせるので、その寄与の分だけ位相制御器の役割り分
担が軽減される。このため、導通角を大から小に変更す
る量が少なくてすむ。
位相制御器の役割りは負荷電力の直接というよりは、む
しろ電力制御の必要量を示す信号を作り、それを配線路
を介して伝送することである。負荷電力を直接に制御す
るのは、むしろインピーダンス要素の方であって、ここ
で位相制御でない方式の消費電力の制御を実現する。
〔実施例〕
第1図の実施例について説明する。1は交流電源、2は
その交流出力を位相制御する位相制御器。
5はその位相制御出力を受けて電力を消費する負荷であ
る。ここでの負荷5は白熱灯である。4は位相制御器2
と負荷5との間に配置され、負荷5の消費電力を可変す
るインピーダンス要素である、交流電源1、位相制御器
2、インピーダンス要素4、負荷5は、配線ブロック図
上は、この順に並んだ配置となる。3は位相制御器2の
とインビーダンス要素4との間に配置され、へ位相制御
器2の導通角の大きさに応じてインピーダンス要素4の
実効インピーダンスを低減する位相監視器である。
位相制御器2の導通角に関係する情報は位相監視器32
で監視され、その結果に相当する情報がインピーダンス
要素4に伝達される。位相制御器2は人が操作し易い壁
スィッチの位置に設置され、負荷5としての白熱灯は位
相監視器3、インピーダンス要素4とともに、たとえば
部屋中央の高所に設置される。
位相監視器2は双方向性三端子サイリスタ21、人の操
作可能な可変抵抗22、トリがmmの双方向性二端子サ
イリスタ24、コンデンサ23を組合わせたごく普通の
ものである。可変抵抗22には図外の回転つまみが付い
ているが、その回転範囲は双方向性三端子サイリスタ2
1の導通角135°〜180°の範囲(非導通角すなわ
ち制御角が45″〜O°の範囲)となるように決められ
る。
位相監視器3は位相制御器2からの位相制御出力を限流
する抵抗、全波整流器32.その出力を定電圧化するツ
ェナーダイオード33、ツェナーダイオード33の出力
をダイオード35と抵抗36を介してコンデンサ37に
導回路、ツェナーダイオード33と並列に接続された抵
抗、コンデンサ37の電荷をダイオード38、抵抗39
を介して抵抗34へ放電させる回路、コンデンサ37の
電圧を抵抗310を介してインピーダンス要素4へ出力
する回路にて構成される。位相制御器2の制御角がOo
である場合(位相制御器2の導通角が180’ となる
完全導通の場合)にはツェナーダイオード33の電圧は
ほとんどすべての期間にわたって一定のハイレベルの電
圧に保たれる。この状況下ではコンデンサの電圧■、7
は高い。位相制御器2の制御角をOoから大きくすると
、それについてコンデンサ37の電圧■、7が低下する
この理由はツェナーダイオード33がローレベルとなる
期間(位相)が大きくなり、抵抗36を介してなされる
コンデンサ37の充電量が少なくなり、逆に抵抗34.
39を介してなされる放電量が増加するためである。第
2図はこの間の状況の変化に模式的に示したものであっ
て、制御角か大きくなるにつれてコンデンサ37の電圧
■3□が低下する。
第1図のインピーダンス要素4は電気−光トランスデュ
ーサ41とそこからの光を受けて動作する光−電気トラ
ンスデユーサ42をホトカップラとしてまとめたもので
ある。前者は発光ダイオードであり、後者は硫化カドミ
ウムセル(CDS)である。光−電気トランスデユーサ
42には、前記コンデンサ37の電圧V37が抵抗31
0を介して印加される。光−電気トランスデユーサ42
のインピーダンス2+は制御角との関連において第2図
のように変化する。また、これにともない、負荷5の負
荷電流Iしは同図の16曲線のように変化する。第2図
のように、制御角を45°以下の範囲で調整することに
よって、負荷5の消費電力を定格値以下のほぼ全範囲に
わたって変化させることができる。
第3図は以上の負荷電流工しの波形を示したものであっ
て、ぞの実効値が大きい場合はもとより、それが小さい
場合であってもその制御角(非導通角)は小さな範囲と
なる。そのため、高調波成分が少なく、配線路から空気
中に放射され、あるいは交流電源1に帰還するラジオノ
イズも少なくなる。同時に、力率の低下も小さなものと
なる。
ここで、第4図の波形を使い、本発明の原理について説
明する。
第4図のV/l、Vlλr ■/jは位相制御器(第1
図の部品符号を引用し、2とする。以下、同様である。
)の後段の位相制御出力電圧の波形である。
制御角0はVtt  、 Vtユ、 V/3の順で大き
くなる。
電圧■2 は制御角θと無関係な電圧Vaiと制御角θ
に関係する電圧V3zに分解される。同様に電圧V//
  <vn )は電圧V、Ll  (V23 )と電圧
’4/(v43 )に分解される。制御角Oに関係する
電圧V31 、 V了λ、 vl13も配線路を伝播す
る。このため、この電圧V3+ 、 VIL 、 V3
3を監視し、その電圧値、波形の面積、位相等から制御
角θに対応する量を検知することが可能である。これを
監視し、検知した後の段階で次のようになる。すなわち
、電圧V31 、 v、ユ、v−33に対応して1位相
制御器2の後段の位相制御出力電圧V//  、 V/
λ+ ’hp がV4/ 。
■4□、 V43 、に置換されたと仮定したときに負
荷5に消費されるであろう消費電力を、この置換を行わ
ずに消費させるのである。電圧V// r V/−’ 
+Vσ の制御角θと電圧V41 、 Vψ2.W3の
制御角θ′が同じでは意味がなく、制御角θ′は増幅さ
れた値でなければならない。したがって、位相制御器2
の後段に配置されるインピーダンス要素4の役割りは、
それが短縮されたと仮定したときの消費電力よりもそれ
を少なくすることである。したがって、要素4は等制約
に、消費電力を実質的に制限するためのインピーダンス
とみなしうるものであればよい6第4図の電圧〜’/7
 r■−+ v、−7は電圧■イ1.■4□、■43に
よったときのそれと同じ消費電力が得られるインバータ
出力電圧を示したものである。したがって、電圧V//
、■、λ。
■/3を受け、電圧v、−/ 、 Vf2 、 %7を
出力するインバータ手段は、このインバータ手段が短絡
したときのそれよりも消費電力を制限する意味において
、その機能は所定の実効インど−ダンスに等価可能であ
り、一種のインピーダンス要素4とみなし得る。
第5図は第1図の位相監視器3に代替えされる別の例を
示したものである。第5図において、302は位相制御
出力を整流する全波整流器である。
抵抗301.ダイオード311、コンデンサ312、ツ
ェナーダイオード303は低い直流の基準電圧を作るた
めのものである。314はトランジスタ、313はその
ベース抵抗となる。抵抗304は313とともにコンデ
ンサ312の放電抵抗として機能する。318はコンデ
ンサであり、抵抗316.ダイオード317,31、9
.32’Oを介して充電される。コンデンサ318の電
荷は抵抗315、コンデンサ307、トランジスタ31
4を介して放電する。コンデンサ307の電圧は抵抗3
10を介して発光ダイオード41に印加する。この発光
ダイオード4]は第1図のそれと同じものである。
第5図のものにおいては、コンデンサ312の基準電圧
が、正ライン321の電圧と比較される。
非導通期間となり、正ライン321がローレベルになる
と、基準電圧の方が正ライン321のそれに勝る結果と
なり、抵抗313,304を経由したベース電流がトラ
ンジスタ314に供給される。
これにともない、コンデンサ318の電荷がスイッチン
グ素子としてのトランジスタ314および抵抗315を
含む回路を通して放電し、逆にコンデンサ307の方に
は電荷が充電される。このため、コンデンサ307の電
圧を受けて発光ダイオード41が発光する。
第6図に他の実施例を示す。第6図の場合、インピーダ
ンス要素4に全波整流器61とインバータ62を用いて
おり1位相監視器3の出力により、インバータの発振周
波数、インバータのスイッチ素子のオンオフ周期、又は
、インバータの出力を制御することにより、位相制御に
よる電流ひずみの少ない入力電流を確保し、効率の良い
制御が行なうものである。
第7図はインピーダンス要素4のインバータ62に供給
する電圧を作る電源回路63を位相監視器3で制御する
方式で、位相制御により断続した電圧であってもリップ
ル分の少ない電力を負荷5に供給できる。64は平滑用
のコンデンサである。
第8図に、インバータ62を用いたインピーダンス要素
4の中に部分平滑回路65を用いたものである。整流後
の電圧の脈動又は、インバータ62の出力の一部を帰還
することでコンデンサ67に電荷を充電し、電圧値が低
いときには、コンデンサ67の電荷を放電して、脈動電
圧の谷間をなくしており、位相制御により入力電流が断
続しても負荷5には連続した電流が供給できる特長を持
つ。なお、交流電圧の瞬時値が、コンデンサ67より低
い場合には、位相制御器2に流れる電流も停止してしま
い、位相監視器3が誤動作することがあるために、コン
デンサ67より低い場合でも位相制御器2に通電できる
ように、ダミー9を設けている。ダミー9と同じ効果を
位相監視器3に設けている場合には、特にダミー9を設
ける必要がないことは言うまでもない。
第9図はダミー9の一例で、全波整流器91の出力は抵
抗92を通してトランジスタ93にベース電流が供給さ
れ、抵抗94を通して、位相制御器2の位相制御を助け
るが、電圧が高くなり、抵抗95と抵抗96の分圧電圧
がツェナーダイオード97の電圧より高くなり、トラン
ジスタ98にベース電流が供給されるようになると、ト
ランジスタ95のベース電流も停止して、抵抗94に流
れる電流伝止めることで、高い電圧時の電力損失を減じ
、効率の低下を防いでいる。なお、特に効果的に問題と
ならない場合には単純に抵抗だけでダミー9を構成でき
ることはいうまでもない。
第10図に本発明の組み合せの例を示す。第10図によ
ると一つの位相制御器2により位相監視器3とインピー
ダンス要素4とを組み合せた装置を複数台一度に制御で
き、さらに、その1台のものにその容量に見合った数の
負荷5を動かすことができる。
〔発明の効果〕
以上のように1本発明は通常の位相制御方式の難点を改
善したものであって、これまでのものよりもラジオノイ
ズの発生を抑制し、また力率の低下を緩和することが可
能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明装置の一実施例を示す回路図、第2図は
その特性説明図、第3図はその波形図。 第4図は本発明の詳細な説明するための波形図、第5図
は他の実施例の要部を示す回路図、第6図は別の実施例
を示す回路図、第7図はさらに他の実施例を示す回路図
、第8図はさらに別の実施例を示す回路図、第9図は第
8図回路の要部を示す回路図、第10図はその他の実施
例を示す回路図である。 l:交流電源、2:位相制御器、3:位相監視器、4:
インピーダンス要素、5:負荷。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、交流電源と、その交流出力を位相制御する位相制御
    器と、その位相制御出力を受けて電力を消費する負荷と
    、位相制御器と負荷との間に配置され、負荷の消費電力
    を可変するインピーダンス要素と、位相制御器とインピ
    ーダンス要素との間に配置され、位相制御器の導通角の
    大きさに応じてインピーダンス要素の実効インピーダン
    スを低減する位相監視器を備えたことを特徴とする負荷
    電力制御装置。 2、位相制御器が非導通のときに導通するスイッチング
    素子と、このスイッチング素子を介して充電されるコン
    デンサと、このコンデンサの電圧を受けて動作する電気
    −光トランデューサとを含む位相監視器を備え、また前
    記電気−光トランスデューサからの光出力を受けて動作
    する光−トランスデューサをインピーダンス要素とした
    特許請求の範囲第1項記載の負荷電力制御装置。 3、光−電気トランスデューサを硫化カドミウムセルと
    した特許請求の範囲第2項記載の負荷電力制御装置。 4、インピーダンス要素を、全波整流器と、その整流出
    力を受けて動作し、負荷へ高周波出力を与える出力調整
    形インバータとで構成した特許請求の範囲第1項記載の
    負荷電力制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011023165A (ja) * 2009-07-14 2011-02-03 Minebea Co Ltd 照明装置
JP2012142134A (ja) * 2010-12-28 2012-07-26 Phoenix Denki Kk Led照明装置
JP2015512118A (ja) * 2012-02-01 2015-04-23 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ ドライバデバイスと、負荷、特にledユニットを駆動するための駆動方法

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