JPS63501748A

JPS63501748A - 電力制御装置

Info

Publication number: JPS63501748A
Application number: JP50017786A
Authority: JP
Inventors: ヴァン・ディック、ピーター・オーガスティン
Original assignee: エンジニアリング・リサ−チ・アンド・デザイン・プロプライエタリ−・リミテッド
Priority date: 1985-12-03
Filing date: 1986-12-03
Publication date: 1988-07-14
Also published as: WO1987003713A1; EP0250483A4; EP0250483A1

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】り祖ル１刀ｌこの発明は、電力の制御に関するものであり、例えば、負荷に対する電力の印加、および／または、負荷に対する電力のスイッチング・オフに起因する過渡的な干渉の排除に基づいて生起する可能性のある乱入電流についての自動的な制御に関するものである。

便宜上、この発明は、主として乱入電流の制御に関して説明されるけれども、この発明はこれに限定されるものではないことが理解されるべきである。

ＬＬＬ１２方の電気機器は、電力が当該機器に結合されたときに、過渡的な乱入電流の影響を受けるものである。このような乱入電流は、機器の寿命を短くしたり、その早期の損傷を生じたりする原因となるものであり、また、電気的な装置において過渡的な一時的の過負荷状態を起こしたりすることがある。

例えば、白熱電球は、通常、該電球を流れる電流を安定化するために、フィラメントの加熱にしたがって生起する抵抗の増大に依存するものである。冷たいときには、電球の抵抗は低くされており、かくして、その乱入電流は正常に流れている電流よりも大きくなる。流れ初めの乱入電流が大きければ、白熱電球の寿命は短くなる。これと同様な考えは、他の電気的な加熱要素についても当てはまる。

電動モータは、通常、該モータを流れる電流を安定化するために、その逆起電力に依存するものである。その起動時には逆起電力はゼロであり、従って、モータの乱入電流は停止時のモータ電流である。モータが動作して速度が上がったときには、該モータの電流は、停止時のモータ電流から動作時の負荷電流に低減する。起動時の乱入電流が大きければオーバヒートの原因になり、正常時よりも高いトルクと同様に磁気力が正常時よりも高いときには、正常時よりも高いトルクの印加にしたがうモータによって駆動される機器の損傷と同様に、モータの損傷がもたらされる。電気的変成器もまた乱入電流の影響を受けるものである。

乱入電流に関連する更に別異の問題例は、力率修正型コンデンサのような容量性負荷について生じるものであり、ここに、乱入電流は、該コンデンサに印加される電圧の瞬時値からは独立しているものである。

一般的に、大方の電気的な装置は、白熱電球、加熱要素、モータ、変成器、誘導性および容量性の負荷の組み合わされたものであり、かくして、起動時の乱入電流を制御する上での困難性が生じることになる。。

１１へ１１この発明の目的は、起動時の乱入電流を最少にするために、電力源と負荷との間に設けられた自動的な電力制御装置を提供することにある。

この発明の一局面によれば、電力源と電気的な負荷との間に設けられるように適合された電力制御装置が提供されるものであり、前記電力制御装置に含まれているものは、電力源の正常なレベルよりも低いように、低減されたレベルの電力を負荷に与えるための手段であっζ、こｆｔにより、負荷に課される過渡的または起動時の電流が減少されるもの、および、負荷に対する電力のレベルを成る所定の電力のレベルまで増大させるための手段である。

好適には、該電力制御装置に含まれているものは、負荷に供給される初期的な電力のレベル、供給されるべき電力の最終的なレベル、および、初期的な；力レベルと最終的な電力レベルとの間の経過時間を設定するための回路手段である。上述されたように、該制御装置は、負荷に対する電力のスイッチング・オフに起因する過渡的な干渉を排除するために逆方向動作ができるものである。

図Ｊ１止この発明が、より容易に理解され、実用的な効果を導くように、以下の添付図面が参照される。

第１図は、振幅制御を用いる６のとして、この発明の一実施例による電力制御装置のブロック図である。

第２図は、第１図に示されている電力制御装置の一形式の概略回路図である。

第３図は、位相角制御を用いるものとして、この発明の他の実施例による電力制御装置のブロック図である。

第４図は、第３図に示されている電力制御装置の一形式の概略回路図である。

第５図は、第４図に示されている電力制御装置の変形の概略回路図である。

ＵｘｕＪＬ監第１図においてブロック形式で示されている電力制御装置は、負荷に印加される電力のレベルを制御するために、振幅制御が使用されている。

負荷１０は端末Ａ　Ｌと端末ＮＬとの間で接続されている。電力は、オン／オフ・スイッチ（図示されない）によって、端末ＡとＮとの間で供給される。負荷１０に対する電力は、トランジスタ駆動回路網２２によって交番的に駆動される負荷トランジスタ回路１！１１１および１２を通して供給される。２個の分離した信号が、ｌ−ランジスタ回路網１１および１２の動作の起動および制御のために使用される。該回路網内の種々のデバイスの非線形領域を克服するために方形波が使用されており、また、トランジスタ回路網１１および１２の導通を調整するために、振幅が増大する交番電圧が使用されている。

該方形波信号は、トランジスタ導通ヒステリシス回路網１３により発生されて、組み合わせ回路網１４に印加される。可変振幅の交番電圧信号は、該交番電圧信号の初期レベル、最終レベル、および、振幅の増大比率をそれぞれに設定するパラメータ設定調整器１６．１７および１８の影響の下に、回路網１５によって発生される。

（制御装置が逆方向に動作しているときの）交番電圧信号の減少比率は調整器１９によって設定される。

回路ｗ４１５からの交番電圧信号は、ライン２０上の電力源からの同期信号および波形信号を受け入れる可変利得増幅回路網２１に印加される。増幅回路網２１からの交番電圧出力は、回路網１３によって発生された方形波信号とともに、組み合わせ回路網１４に対して印加され、該組み合わせ回路ｗｉ１４の出力はトランジスタ駆動回路網２２に印加される。

第２図に示されているような、振幅制御式の電力制御装置の特定な実施例においては、電力は端末ＡおよびＮに結合され、負荷〕０は端末ＬＡおよびＬＮに接続されている。トランジスタ３３と３４、および、ダイオード３１と３２を含んでいる負荷トランジスタ回路網１１および１２は、負荷１０に対して直列に接続されている。

負荷電流の振幅はトランジスタ３３および３４によって制御される。ラインＡがラインＮに関して正の電圧にあるときには、ラインＡからダイオード３１を通して負荷１０に、次いでトランジスタ３４を通してラインＮに至るように電流の流れが生じる。

ラインＡがラインＮに関して負の電圧にあるときには、ラインＮからダイオード３２を通して負荷１０に、次いでトランジスタ３３を通してラインＡに至るように電流の流れが生じる。これらの導通経路は、同様な結果を達成させるために、代替的な悪様で配列することができる。

ラインＡおよびＮを通して、電力が電力制御装置に結合されているときには、抵抗３５および３６は電圧降下回路網としての動作をして、抵抗６６および７１に対して低電圧信号を与える。変成器３７は、制御回路網に対する低電圧源になる。整流用ダイオード３８．３９．４０および４１、コンデンサ４２および４３、抵抗４４および４５、および、ツェナ・ダイオード４６および４７によって形成される回路網は、スムースな直流正電圧をライン４８において生成させ、また、スムースな直流負電圧をライン４９において生成させる。これらの電圧の双方はライン５０に関するものであり、このライン５０は変成器３７の２次巻線のセンタ・タップ接続部から出されており、電力制御装置の接地部を構成している。

ライン４８および４９における正および負の電圧により、演算増幅器５１．５２．５３．５４および５５に対する電力の供給がなされる。簡略化のために、電力回路のコネクタは図示されていない。

制御装置に対する電力の印加にともない、コンデンサ５７は可変抵抗５６を通して充電され、その結果として、抵抗５８に対する電圧は増大する。抵抗５８に対する電圧の増大比率は、可変抵抗５６によって調整することができる。この“スロー・ランプ電圧は、様々のやり方で発生させることができる。可変抵抗５９は、抵抗６０に対して、成る設定された（ただし調整可能な）負の電圧を与える。

抵抗５８および６０に対して印加された電圧は、演算増幅器５１によって組み合わされる。演算増幅器５１に対するフィードバックは、抵抗６１を通してなされる。

該演算増幅器５１の出力は、可変抵抗５９によって設定される初期固定電圧、および、その比率が可変抵抗５６によって設定されるスロー・ランプ電圧である。

この演算増幅器の出力電圧は、演算増幅器５２に接続された抵抗６２に印加される。

抵抗６２、演算増幅器５２、ダイオード６３およびトランジスタ６４によって形成される回路網により、正確な電圧が電流変換器に対して与えられる。この電流変換器は、抵抗６５に電流を供給して、演算増幅器５５（これは利得制御式の増幅器である）の利得を制御する。

可変抵抗６６および抵抗６７．６８は、演算増幅器５５の入力に、同期された交流電圧を与える。演算増幅器５５の出力は交流電圧であって、その振幅は制御装置に対する電力の印加の後で増大する。その出力の初期値は可変抵抗５９によって設定され、また、上昇比率は可変抵抗５６によって設定される。演算増幅器５５からの出力は、抵抗６９を通して演算増幅器５４に至る。抵抗７０は演算増幅器５５の出力に対する負荷抵抗である。

演算増幅器５３、抵抗７１．７２．および、可変抵抗７３により、抵抗７４に対する可変振幅の方形波が生成される。抵抗６９および７４に対する入力は演算増幅器５４によって組み合わされる。演算増幅器５４に対するフィードバックは抵抗７７を通してなされる。

演算増幅器５４の出力は方形波と交番電圧との和である。交番電圧の初期値は可変抵抗５つによって設定され、また、その上昇比率は、制御装置に電力が印加された後で、可変抵抗５６によって設定される。演算増幅器５４の出力は、ダイオード７８および７９を通して、光学的トランジスタ・カプラ８２および８３のダイオード８０および８１に印加される。

光学的トランジスタ・カプラ８２および８３のダイオード８０および８１は、それぞれに、トランジスタ３３および３４の制御をする。トランジスタ３３および３４を駆動するための電力は、抵抗８４．８５．８６．８７およびツェナ・ダイオード８８．８９によって形成される回路網から導出される。

該制御装置の動作において、演算増幅器５４の電圧出力の方形波成分は、ダイオード７８．７９、ダイオード８０．８１、光学的トランジスタ・カプラ８２．８３、および、トランジスタ３３．３４におけるダイオード電圧を克服するために使用される。

該方形波が様々なデバイスのダイオード電圧（または非線形領域）を克服するときには、演算増幅器５４の出力の交番電圧成分が、トランジスタ３３および３４の導通を調整するために使用される。

トランジスタ３３および３４の導通は、演算増幅器５４の交番電圧成分の増大する振幅によって制御されるものであり、結果としての負荷に対する電力は、交番電圧および交番電流であって、その振幅は制御装置に対する電力の印加の後で増大するものである。

第３図において、ブロック形式で示されている電力制御装置は、負荷に印加された電力のレベルを制御するために、位相角制御が使用されている。

負荷１００および負荷制御部１０１（これには、トライアックまたはシリコン制御整流器が含まれている）は直列に接続されている。を力源は端末ＡおよびＮに結合され、負荷は端末ＡＬおよびＮＬに接続されている。制御ユニット１０１の動作の起動および制御のために、２個の分離した信号が使用される。トリガ回路網１０２は、組み合わせ回路網１０３に対して、トリガ信号を与える。

ランプ上昇回路網１０４は、組み合わせ回路網１０３に対して、ランプ信号を与える。

組み合わせ回路網１０３からのトリガ信号の初期レベルは回路１１ｉ１０６によって設定され、その最終レベルは回路網１０７によって設定される。ランプ下降回路ｌ１１１０５は、制御装置が逆方向に動作しているときのランプを制御する。この例においては、回路ａｔ！１１０４．１０５．１０６および１０７の全てが調整可能なものである。

第４図に示されている、位相角制御式の電力制御装置の特定な実施例においては、電力源は端末ＡおよびＮに結合され、負荷１００は端末ＡＬおよびＮＬに接続されている。負荷を流の制御は、端末ＮＬとＮとの間に接続された負荷トライアック１２１の点弧角を操作することによってなされる。

制御装置に対して電力が結合されているときには、抵抗１３５．１３６および１３７は電圧降下回路網として動作する。整流用ダイオード１３８．１３９．１４０．１４１、コンデンサ１４２．１４３、抵抗１４４．１４５、および、ツェナ・ダイオード１４６．１４７によって形成される回路網は、ライン１４８においてスムースな直流正電圧を生成し、また、ライン１４９においてスムースな直流負電圧を生成する。これらの電圧の双方はライン１５０に関するものであり、このライン１５０（電力制御装置の接地部を構成する）は抵抗１３６と１３７との接続点を通っている。ライン１４８および１４９は、演算増幅器１５１に対する電力を与える。

ダイオード１５２は、コンデンサ１４２の直流電圧を阻止して、全波整流電圧が抵抗１５３に印加されるようにする。この抵抗１５３は、ツェナ・ダイオード１５４とともに、上部切断全波整流電圧を抵抗１５５および１５６に与える。

抵抗１５５．１５６．１５７、コンデンサ１５８、および、ユニジャンクション・トランジスタ１５９によって形成された回路網は、鋸歯状電圧を発生させて、抵抗１６０に印加する。この鋸歯状電圧は、各半サイクルのできるだけ遅いときに生起する最大値を有するように回路ｗ４構成部品の選択をすることにより、その形状が規定される。

この鋸歯状電圧は、正および負の直流゛電圧と同様に、別異のやり方によって発生させることができる。これらの電圧は、供給電圧が制御装置に印加されたときには、どこでも存在するものである。

制御装置に対する電力の初期的な印加がなされると、可変抵抗１６１およびコンデンサ１６２によって形成された回路網は、該コンデンサ１６２の充電を開始する。

そして、この結果として、抵抗１６３に印加される電圧は時間とともに増大する。抵抗１６３に印加される電圧の増大比率は可変抵抗１６１によって調整することができる。もち論、このスロー・ランプ電圧は多くの別異のやり方で発生させることができる。

抵抗１６０に対する鋸歯状電圧および抵抗１６３に対するスロー・ランプ電圧は、演算増幅器１５１によって組み合わされる。これらは、言うまでもなく、別異のやり方で組み合わせることができる。演算増幅器１５１に対するフィードバックは抵抗１７２を通してなされる。

演算増幅器１５１の出力は、光学的に結合されたトライアック・ドライバ１６５のダイオード１６４を通して電流を流すようにする。抵抗１６６は、ダイオード１６４に対するＺｍ制限器としての作用をする。光学的に結合されたトライアック・ドライバ１６５のトライアック１６７は、ダイオード１６４を通る電流が光学的に結合されたトライアック・ドライバ１６５の点弧スレッショルドに達した瞬間にオンにされる。

構成部品の値を正確に選択することにより、電力が制御装置に結合された瞬間に、即ち、抵抗１６３に対する電圧がゼロになったときに、ダイオード１６４に対する電流が光学的に結合されたトライアック・ドライバ１６５の点弧スレッショルドのちょうど下部にあるように調整される。

抵抗１６３に対する電圧が相当な大きさだけ増大して、演算増幅器１５１の出力が、ダイオード１６４を通る電流を点弧スレッショルドを上回って生成させたときには、トライアック１６７はオンにされる。トライアック１６７を初期的にオンにすることは、各サイクルの極めて遅い時期に生じるものであり、時間の経過につれて、抵抗１６３に対して印加される電圧が“ランプ上昇”または増大するとともに、オンにするための位相角が次第に減少する。抵抗１６３に対する電圧のランプ上昇は、トライアック１６７が各半サイクルで完全にオンにされるまで継続される。

光学的に結合されたトライアック・ドライバ１６５のトライアック１６７は、抵抗１６８．１６９および１７０を通して負荷トライアック１２１をオンにする。

コンデンサ１７１はこれらのトライアックに対するスナツパとしての作用をする。

かくして、負荷１００に対する電流は、可変抵抗１６１によって調整することができるランプ上昇時間にわたり、“オフ”から完全な“オン”状態まで、位相角制御がなされる。可変なランプ上昇時間が必要とされないときには、可変抵抗１６１は固定抵抗によって置換することができる。

別異のトリガ用デバイスが、負荷トライアック１２１をオンにするために使用できるものであり、実際、■・ライアック１２１はシリコン制御整流器で置換することができる。

第５図に示されているものは、第４図における位相角制御式の電力制御装置の増強されたものである。第５図における回路構成部品は第４図と共通であり、同一の参照数字が付されている。

可変抵抗１７３は、調整可能な電圧を抵抗１７４に供給して、制御装置の初期的な電力レベルが変化できるようにされる。抵抗１７３によって供給された直流電圧は、演算増幅器１５１に印加されて、抵抗１６０によって供給される鋸歯状電圧に加算される。この付加的な電圧により、光学的に結合されたトライアック・ドライバ１６５のスレッショルド・トリガ電流が、制御装置に対する電力の印加時に超過しているようにされる。かくして、制御装置の点弧角は、“オフ”から完全な“オン”まで、任意の中間値にわたって制御できるものである。

スイッチ１７５と関連の回路とにより、制御装置がランプ降下されることができる。スイッチ１７５は負のライン１４９および可変抵抗１７６の双方に接続されており、次いで、この可変抵抗１７６は抵抗１７７に接続され、また、ダイオード１７９を通してコンデンサ１７８に接続されている。コンデンサ１７８の別異の側は接地ライン１５０に接続されている。

制御装置がその最終レベルに到達し、スイッチ１７５が閉にされたときには、可変抵抗１７６がコンデンサ１７８を充電する。コンデンサ１７８を横切って生成された電圧は抵抗１７７に供給されて、演算増幅器１５１に印加された別異の電圧と加算される。

可変抵抗１７６、ダイオード１７９およびコンデンサ１７８によって形成された回路網は負電圧ライン１４９から給電されることから、コンデンサ１７８を横切る電圧は接地ライン１５０に関して負である。この負の電圧により、抵抗１６１に供給されたランプ上昇電圧がキャンセルされる。その減少比率は可変抵抗１７６によって調整される。

ランプ上昇電圧の最終レベルは可変抵抗１８０によって調整される。抵抗１６１に供給されたランプ上昇電圧は、可変抵抗】、８０の電圧分割比効果によって減少される。かくして、ランプ上昇竜°圧の最終レベルは、完全なオンから初期値までの任意の降下値に至るまで調整可能にされる。

これまでの説明から明確であるように、所望の効果を達成させるべく、広範な電気的デバイスが電力制御装置において使用される。

この発明による電力制御装置は、超低電圧、低電圧、中間電圧、高電圧の負荷に対して適用されるものであり、また、交流、可変周波数および直流で使用できるものである。

直流の電力制御装置においては、電力の印加の後で電圧のランプ上昇がなされる。

この発明による電力制御装置は、スイッチング形式の機能がなされるものであれば、どのような電気的装置にも設けることができる。

この発明の範囲および周囲から外れることなく、電力制御装置についての設計および実施の詳細に関して種々の修正を加えることができる。

手続補正書昭和６２年　９月　１日ＰＣＴ／ＡＵ　８６１００３７１、発明の名称電力制御装置３、補正をする者事件との関係　特許出願人名称　エンジニアリング・リサーチ・アンド・デザイン・プロブライエタリー・リミテッド４、代理人住所　東京都千代田区丸の内二丁目４番１号丸の内ビルディング４階５、補正の対象（１）特許法第１８４条の５第１項の規定による書面の特許出願人の代表者の欄（２）代理権を証明する書面（３）図面の翻訳文６、補正の内容（１）別紙書面の通り（２）別紙委任状の通り（３）別紙図面の翻訳文の浄書（内容に変更なし）を提出する国＠調査報告ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＨＥ　！ＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣ）Ｉ　ＲＥＰＯＲＴ　０ＮＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ　Ｎｏ、　ＰＣＴ／Ａｌｌ　８６１００３７１ＬＩＳ　４２３８４５９　ＪＰ５７０５００２７ＤＥ　３４１８８５７　ＢＲ８４０２４０２ＦＲ２５４６３５６ＧＢ　２１４４００１ＪＰ　５９２１５６９６　υＳ　４６４４２２９

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電力源と電気的負荷との間に設けるように適合された電力制御装置であって、該負荷に対する電力のレベルを第１の所定のレベルから第２の所定のレベルに自動的に変化させるための回路手段を含んでいる電力制御装置。
（２）該第１のレベルは該電力源の正常なレベルを下回っており、該第２のレベルは該電力源の正常なレベルに等しく、または実質的に等しくされている請求の範囲第１項記載の電力制御装置。
（３）該第１のレベルは該電力源の正常なレベルであり、該第２のレベルはオフである請求の範囲第１項記載の電力制御装置。
（４）電力源と電気的負荷との間に設けるように適合された電力制御装置であって、前記電力制御装置を通して該負荷に対する電力のスイッチングをするときに、該電力源の正常なレベルを下回る減少したレベルの電力を該負荷に自動的に与えるための第１の回路手段、および、該負荷に対する電力のレベルを或る所定の電力のレベルまで自動的に増大させるための第２の回路手段を含んでいる電力制御装置。
（５）該第１の回路手段は、該負荷に供給されるべき減少した電力の初期レベルを設定するための手段を含んでいる請求の範囲第４項記載の電力制御装置。
（６）該第２の回路手段は、該電力がその初期レベルかち所定のレベルまで増大されるときの経過時間を設定するための手段を含んでいる請求の範囲第４項または第５項記載の電力制御装置。
（７）電力の前記所定のレベルを設定するための手段を含んでいる請求の範囲第４項ないし第６項のいずれか１項に記載の電力制御装置。
（８）電力源と電気的負荷との間に設けるように適合された電力制御装置であって、該負荷に対する電力のレベルを成る所定のレベルまで自動的に減少させたり、または、オフにするための回路手段を含んでおり、該電力レベルの減少を起動する手順は手動で開始されるようにした電力制御装置。
（９）該負荷に対する電力の減少比率を設定するための手段を含んでいる請求の範囲第８項記載の電力制御装置。
（１０）該電力源は交流源であって、電力の減少したレベルは電力供給の正常なレベルの振幅を減少させることにより得られるものであり、また、前記所定のレベルまでの電力の増大は該負荷に供給される電力の振幅を増大することにより達成されるものである請求の範囲第４項ないし第７項のいずれか１項に記載の電力制御装置。
（１１）該電力源は交流源であって、該負荷に対する電力の減少は該負荷に供給される電力の振幅を減少させることにより達成されるものである請求の範囲第８項または第９項記載の電力制御装置。
（１２）該負荷に対する電力は該負荷のいずれかの側の負荷供給回路網を通して与えられる請求の範囲第１０項または第１１項記載の電力制御装置。
（１３）該負荷供給回路網は共通の駆動回路網によって交番的に駆動されるものである請求の範囲第１２項記載の電力制御装置。
（１４）回路構成部品の非直線性は方形波関数で克服され、また、電力のレベル変化は交流電圧および電流関数の振幅を変化させることによって達成されるものである請求の範囲第１０項ないし第１３項のいずれか１項に記載の電力制御装置。
（１５）該負荷に対する電力の減少したレベルから所定のレベルまでの変移は、交流電圧および電流関数の振幅が増大する比率を変化させることにより達成されるものである請求の範囲第１４項記載の電力制御装置。
（１６）該電力源は交流源であって、該負荷に印加される電圧の位相角は電力の減少したレベルがもたらされるように変化するものであり、前記所定のレベルまで電力を増大することは、該負荷に印加される電圧の位相角を減少させることにより達成されるものである請求の範囲第４項ないし第９項のいずれか１項に記載の電力制御装置。
（１７）該負荷に対する電力は、該負荷の一方の側の負荷制御回路網を通して与えられる請求の範囲第１６項記載の電力制御装置。
（１８）該負荷制御回路網は駆動用回路網によって駆動されるものである請求の範囲第１７項記載の電力制御装置。
（１９）減少した電力のレベルは鋸歯状波関数により設定され、電力の該所定のレベルヘの変移はランプ電圧関数を該鋸歯状関数に加算することにより設定されるものである請求の範囲第１６項ないし第１８項のいずれか１項に記載の電力制御装置。
（２０）該電力源は直流源であって、電力の減少したレベルは、該負荷に印加される電圧の値を減少させることにより達成されるものである請求の範囲第４項ないし第９項のいずれか１項に記載の電力制御装置。