JP3041522B2 - 電力制御方式及び電力制御回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、少なくとも二個
の部分負荷に電気的に分割された電気負荷を、低切替サ
ージで電力制御する方法と回路構成に関し、それによっ
て所望の加熱電力を、ある電力範囲内で部分負荷間にほ
ぼ均一分布させる事に関する。

【０００２】

【従来の技術】公共交流システムなど電力供給システム
に挿入された電気的負荷が変動すると、供給線のインピ
ーダンスによってライン電圧に変化が生ずる。フリッカ
としても知られている之等の電圧変動は、ある周波数／
電圧範囲内では未解決の物と認識されており、従って国
際電気技術委員会（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏ
ｎ）標準：ＩＥＣ １００−３−３及び１００−３−５
によれば、狭いフリッカ水準の範囲内に維持せねばなら
ない。加熱システムなどの電気的負荷に対し良好な制御
特性を得るため頻繁にオン・オフ切り替えを行う場合、
限られた負荷変動のみが単位時間当たり切り替え可能で
ある。全負荷を同時に切り替わらない個々の分離された
部分負荷に分割するか、或いは全負荷を複数の出力段に
分割する事によって、之は達成される。

【０００３】ドイツ特許ＤＥ３６ ０１５５５ Ｃ２
は、電流型加熱素子を所望電力の関数として階段状に電
力制御する制御素子を記述している。其処では多数の公
共交流システム全波を含む一サイクル内で電力制御する
ため、システム半波が多かれ少なかれ、少なくとも一個
の放熱体へ断続され、且つ同サイクル内に同数の正及び
負の半波が生じている。従って、対応するシステム半波
パターンにより電熱素子へ電力需要の関数として断続す
る数種類の異なった制御信号パターンが、一個の半波又
は数個の連続半波によって電熱素子へ断続する、各パタ
ーンからなる各制御信号と共に、電子メモリ中に記憶さ
れる。各システム半波パターンは、その短期フリッカ水
準が干渉限界以下になる様設計され、システム半波パタ
ーンは、異なる数の半波が切り替わるよう電力順に階層
化される。多数の半波パターンを有する一サイクル内で
中間電力段階を断続するため、異なる負荷のシステム半
波パターンを連続して断続する。特許明細書で達成さる
べき目的は、加熱電力の鋭敏な制御と組み合わされたフ
リッカからの所望の回避が、異なるシステム半波パター
ンを規定する事により達成され、同パターンは直流電圧
を含まない制御信号波形中に保持する事により達成さ
れ、且つそのパターンを決まったサイクル内で処理する
事により達成し得る。

【０００４】ドイツ特許ＤＥ３７ ２６５３５ Ａ１
は、電気負荷用低切替サージ電力制御法を開示してい
る。其処では加熱負荷は少なくとも二個の不足負荷に分
割され、且つ各負荷の不足負荷は、随時直列接続された
少なくとも三個の主電力段にあって、交互に交流系に個
別に断続されるか、又は並列接続された主電力段にあ
る。主電力段の一つから出発して、少なくとも二個の交
流半波が連続して繰り返す１サイクル間の、少なくとも
半波間内に、それは次のより低い主電力段に切り替わ
る。其処で遂行される各切替の周期は６個の半波の長さ
を持ち、切り替えは所要電力に応じて行われる。

【０００５】ドイツ特許ＤＥ１０５ ０４４７０ Ａ１
は電流型加熱素子を記述しており、そこでは加熱電力の
段階的変化は、通常の三角関数型加熱電流の部分面積を
適当に遮蔽すると云う公知のやり方で達成されている。
加熱電流は零交差点で切り替えられる。此の電流型加熱
素子に対して、全加熱電流は種々の加熱素子間に配分さ
れ、各個別の加熱素子は異なる公称加熱電力を有してい
る。制御回路の手法により、各々の加熱電力は出来るだ
け多くの加熱素子に配分される。加熱電力は定格加熱電
力の１／３段（０／３，１／３，２／３又は３／３）毎
に階段化されている。加熱電力或いは加熱電流は、６個
のシステム半波中に加熱素子へ断続されており、其処で
は未審査のドイツ特許ＤＥ３７ ２６５３５ Ａ１中に
記述されているのと同様、対応する数の半波が加熱電力
に対応して断続される。斯くして１／３出力に於いて
は、第一と第四半波が接続され、２／３出力に於いて
は、第二、第三、第四及び第五半波が接続され、３／３
出力に於いては、全半波が接続される。所望の電力を得
るには、次のもっと高温の加熱段が部分負荷に接続され
る前に、三負荷全てが一個の加熱段に均一に割り着けら
れると云う事に注意を払いつつ、異なる定格電力を有す
る個々の加熱段が、連続的に断続されねばならない。

【０００６】これ等の公知の負荷配分法によれば、一個
の負荷だけが直ちに断続可能である。負荷は、ある決ま
った、出力に比例する接続法により部分負荷に配分さ
れ、且つ変動率は、一個の部分負荷に対して与えられ
る。特に空気の加熱を含む加熱方式、例えば高温空気溶
接法或いは溶接装置＋空気加熱装置の場合、此の配分法
は、異なる負荷範囲では異なる温度になる。何故なら、
部分負荷の出力が１００％も異なるからである。温度と
負荷が大きく異なると、材料歪みと加熱素子の早期劣化
を招く。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】現状の技術段階では、
出力段は個々の半波を制御する事によって達成され、フ
リッカ率標準を基準にとると、此のパルスパターン制御
法は、約２．５ｋＷまでの負荷に対してのみ使用可能で
ある。もし更に大きい負荷の制御を要求された場合、多
くは複雑で高価な電気回路が必要になる。一般に所要電
力に対してパルスパターンは時系列的に無作為に設定さ
れているので、システムに予想される切り替えサージ負
荷は、はっきりとは決まらないという問題がある。

【０００８】従って本発明の目的は、如何なる所要電力
に対しても部分負荷の負荷均一性が維持される様な多数
の部分負荷を用い、所定の基準内でフリッカなし切り替
えを可能にする負荷制御法の可能性を提案する事にあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る低切替サー
ジ電力制御法及びその回路構成は下記に示す技術的構成
によって上記課題を解決できる。

【００１０】（１）電気的に複数の部分負荷に分割され
た電気的負荷を低切替サージで電力制御を行う電力制御
方式であって、三つの独立した規則的なパルスサンプル
Ａ、Ｂ、Ｃが、三つの連続する半波の系から形成され、
各々は負の半波を整流した半波を含むそれぞれの半波に
対応し、各パルスサンプルＡ、Ｂ、Ｃは、一つあるいは
複数の部分負荷を、所定の期間に亘り断続し、各パルス
サンプルＡ、Ｂ、Ｃは、その所定の期間の最大パルス数
によって前記部分負荷の定格電力の三分の一に相当する
最大電力となる断続を行い、且つ各部分負荷は、選択可
能な前記所定の期間に亘る全電力需要に応じて、各パル
スサンプルＡ、Ｂ、Ｃのうちの一つあるいは複数のパル
スサンプルによるパルス幅変調が行われる前記所定の期
間中のパルスサンプルＡ、Ｂ、Ｃのパルス数により断続
され、これにより、所要の熱電力を得るため、部分負荷
間の分布が或る電力範囲内に於いて大体均一になる様に
分割された事を特徴とする電力制御方式。

【００１１】（２）部分負荷の断続段数は、前記所定の
期間内に存在する前記三つの連続する半波の系の期間で
あるサンプル期間の数に基づいて設定される事を特徴と
する前項（１）記載の電力制御方式。

【００１２】（３）パルス幅変調が、部分負荷を断続す
る一つのパルスサンプルによってのみ遂行され、このパ
ルスサンプルによる最大電力を越える場合には、空いて
いるパルスサンプルにより最大電力となるように切り替
えられ、且つそれまで断続していたパルスサンプルのパ
ルス数は、全電力需要に応じたパルス幅変調により減少
する事を特徴とする前項（１）又は（２）記載の電力制
御方式。

【００１３】（４）他の部分負荷に切り替わったパルス
サンプルはその部分負荷に対し最大電力となるように断
続される事を特徴とする、前項（３）記載の電力制御方
式。

【００１４】（５）各パルスサンプルＡ、Ｂ、Ｃは、再
び最大電力の接続に割付けられる前に、パルスサンプル
Ａ、Ｂ、Ｃ全てが、先ず最大電力に割付けられる様に、
所要の全電力を調整するためのパルスサンプル及びその
部分負荷への接続が、周期的に入れ替わる事を特徴とす
る、前項（４）記載の電力制御方式。

【００１５】（６）パルス幅変調されていたパルスサン
プルが、次の前記所定の期間に於いて、未だパルス変調
されていなかった次なる部分負荷に割付けられる事を特
徴とする前項（３）乃至（５）の何れかに記載の電力制
御方式。

【００１６】（７）パルス幅変調されていたパルスサン
プルが、周期的な交替に引き続いて個々の部分負荷に割
付けられ、それと同時に二期の連続する前記所定の期間
のパルス幅変調された複数のパルスサンプルが、二期の
連続する前記所定の期間の中央に対して、対称位置に設
定される事を特徴とする前項（６）記載の電力制御方
式。

【００１７】（８）電気的に複数の部分負荷に分割され
た電気的負荷を低切替サージで電力制御を行う電力制御
回路であって、三つの連続する半波の系から整流により
三つの独立したパルスサンプル（Ａ、Ｂ、Ｃ）を発生さ
せる標本発生器（２）を有し、制御すべき部分負荷一つ
当たり一台の制御装置（Ｉ，II）を有し、其処では予め
定められた期間に亘り、全電力需要に応じて、前記標本
発生器（２）と協調しつつ、各パルスサンプル（Ａ、
Ｂ、Ｃ）のパルスに対応したパルス数を発生する、パル
ス幅変調発振器（３）を、制御装置が保有しており、且
つパルス幅変調発振器（３）数とコンパレータ数の総和
を制御装置一台当たり三つとした時、各制御装置（Ｉ，
II）は、対応する数のコンパレータ（４，５，６，７，
８）を有し、更に各パルス幅変調発振器又はコンパレー
タは、最大で一つの部分負荷の定格電力の三分の一を断
続し、又各パルスサンプル（Ａ、Ｂ、Ｃ）の一つは、標
本発生器と協調して、前記予め定められた期間の続く
間、その期間当たりの最大パルス数だけ各コンパレータ
へ切替わり、予め選択可能な前記予め定められた期間に
亘り必要な全電力に応じて、此のパルス幅変調期間中、
各パルスサンプル（Ａ、Ｂ、Ｃ）のパルス数を通じて一
つあるいは複数のパルスサンプルを、各部分負荷（Ｌ
１，Ｌ２）へ供給する論理素子（９−１６，１８−２
３）を有し、発振器（３）とコンパレータ（４−８）を
活性化する制御素子（２４）を有し、所要の熱電力を得
るため、部分負荷間の分布が或る電力範囲内に於いてほ
ぼ均一になる様に分割された事を特徴とする電力制御回
路。

【００１８】

【作用】本発明に基づく方法によって、三個の別々のパ
ルスパターン列Ａ，Ｂ及びＣは、所謂パターン期間を形
成する三個の連続システム半波から形成され、前記パル
スパターン列は、各システム半波に対応し、その負の半
波は整流される。各パルスパターン列Ａ，Ｂ及びＣは、
パルス幅変調期間と呼ぶ予め決められた期間に亘り、少
なくとも一個の部分負荷を断続し、其処では各パルスパ
ターン列Ａ，Ｂ及びＣは、パルス幅変調期間当たりの最
大パルス数に応じて、パルスパターン電力と呼ぶ定格電
力の最大１／３を、一個の部分負荷に対して断続する。
各部分負荷は、全所要電力に応じて一個又は多くのパル
スパターン列によってこの様に断続される結果、全パル
ス幅変調期間に亘り、部分負荷の定格電力の１００％出
力に於いて、部分負荷は各パルス幅列の最大パルスパタ
ーン電力を受ける。従って、各部分負荷は、定格電力の
１／３に於いて一個のパルスパターン列を受け、定格電
力の２／３に於いて２個のパルスパターン列を受ける。
更に各部分負荷は、全所要電力に応じて、此のパルス幅
変調期間中の各パルスパターン列Ａ，Ｂ及び／又はＣの
パルス数を通じ、予め選択可能なパルス幅変調期間に亘
り、少なくとも一個のパルスパターン列のパルス幅変調
により断続される。基本的にパルスパターン列の様に処
理され得るパルス幅変調により、上記１／３，２／３，
３／３の電力段間の中間値が設定可能である。三個のパ
ルスパターン間の分離のせいで、定格電力の１／３は、
一パルスパターンのパルス幅変調期間に亘り、各部分負
荷に対し断続される。然し各パルスの実際の断続操作に
於いては、全定格電力は常に部分負荷に対し断続され
る。断続操作は、常に二倍のシステム周波数の１／３の
周波数で遂行され、一方半波周波数の１／３が一パルス
パターン列中に断続される。上記パルス幅変調期間と上
記半波周波数は、上記システム周波数と同期されてい
る。パターン期間を更に３の倍数に分割する事も可能だ
が、基本原理は同一であり、数を３に減少可能である。
結局、フリッカと個々の部分負荷の温度変動は、長期変
動によって削減される。

【００１９】本発明の他の実施例によれば、部分負荷の
断続段数は、パターン期間数によって調節可能である。
斯くして、パルス幅変調で生ずる上述の中間値の精度を
左右する事も可能である。

【００２０】他の特に好適な実施例によれば、パルス幅
変調は唯一個のパルスパターン列、例えば、パルスパタ
ーン列Ａで行われ、そのパルスパターン列は、如何なる
所望の部分負荷へも断続可能である。此のパルスパター
ン列Ａ、Ｂ及び／又はＣの最大パルスパターン電力を越
える場合は、次の空いてるパルスパターン列、例えばＢ
又はＣが、最大パルスパターン電力で断続されて、パル
スパターン列Ａのパルス数は全所要電力に応じて減少す
る。これは、各パルスパターン列が、部分負荷の上記最
大パルスパターン電力（定格電力の１／３）を受け取
り、パルス幅変調が、減少したパルスパターン列Ａで再
び遂行されることにより、完了する。之は電力の細かい
等級分けを可能にし、且つ個別部分負荷への配分を可能
にする。個々の部分負荷間に、所望電力に設定した電力
を常に均一に配分するには、本発明の他の特に好適な実
施例によれば、他の部分負荷に接続された次なる空いて
いるパルスパターン列は、最大パルスパターン電力を、
該部分負荷に接続せねばならない。断続されるべき電力
は、一パルス変調期間内に種々の部分負荷に配分済みで
ある。

【００２１】最も簡単に実現可能な回路設計と、最も低
下し得るフリッカ率に関する本発明の他の実施例によれ
ば、所望の全電力を設定するため、パルスパターン列と
その部分負荷への接続を、数サイクル以内に入れ替えな
ければならない。一パルスパターン列Ａ，Ｂ又はＣが、
再び最大パルスパターン電力の接続に割付られる前に、
先ずパルスパターン列Ａ，Ｂ及びＣ全てに、最大パルス
パターン電力を割り付ける様にして、之を達成する。

【００２２】フリッカ率を更に改善するには、パルス幅
変調したパルスパターン列Ａを、次のパルス幅変調期間
に、未だパルス幅変調を受けていない次の部分負荷に割
り付ける。斯くして、パルスパターン列Ａのパルス幅変
調は、一つの部分負荷から次の部分負荷への道筋を辿
り、其の結果各個々の部分負荷は、連続するパルス幅変
調期間に、所要の全電力の少なくとも一部を受け取る。
結局、個々の部分負荷間には大きな電力的相違がないこ
とになる。更に此の可能性はフリッカ率の減少をもたら
し、所望のフリッカ率を信頼性を以て遵守する事を可能
にする。

【００２３】他の実施例によれば、パルス幅変調された
パルスパターン列が、周期的変化で連続的に変わる個々
の部分負荷に割付られ、同時に連続する二個のパルス幅
変調期間のパルス幅変調されたパルスパターン列が、二
つのパルス幅期間の間の中央に対して対称的に配列され
ると云う事により、フリッカ率尊守は一層改善される。
之は、例えばパルス幅変調期間の始点に於いてパルス幅
変調されたパルスパターン列Ａが、此のパルスパターン
列の終点に配置され、次のパルス幅変調期間中に、二個
のパルス幅変調期間の間の中点に対し、反転させられる
事を意味する。既に上述した如く、最初のパルス幅期間
に於けるパルスパターン列Ａは、次のパルス幅変調期間
に於いては、或る部分負荷から次の部分負荷へ変わって
しまっている。之は連続する二個のパルス幅変調期間の
間で常に継続されるので、其の結果部分負荷が偶数の場
合、終了後個々のパルスパターン列による負荷接続の順
序が最初から始まるシステム期間は、使用された偶数の
部分負荷から導かれ、奇数の部分負荷については、シス
テム期間は部分負荷数の２倍から導かれる。之は望まぬ
フリッカを特別な手段で防止する。何故なら電源電圧に
フリッカを生じそうな如何なる切り替え操作も、パルス
幅変調パターン列が或る部分負荷から他の部分負荷に切
り替わっている間には行われないからである。或る部分
負荷がただ単に切り離され、同時に他の部分負荷が接続
されるだけである。周期的な交替のため、同じ課程が、
最大パルスパターン電力を受けるパルスパターンと、そ
れらに割り付けられた部分負荷とによって、交互に遂行
される。

【００２４】本発明の回路構成は、三個の整流されたパ
ルスパターン列（Ａ，Ｂ，Ｃ）を三個の連続システム半
波から生成するためのパターン発生器を有し、且つ制御
さるべき部分負荷当たり一台の制御装置を有している。
少なくとも一台の制御装置は、予め決められた期間（パ
ルス幅変調期間）に亘り、所要全電力に応じて、各々の
パルスパターン列Ａ，Ｂ及び／又はＣに対応するパルス
数を発生する、少なくとも一台のパルス幅変調発振器を
有しており、各制御装置は、対応する台数のコンパレー
タを保有し、パルス幅変調発振器とコンパレータの総和
は、制御装置当たり３台であって、各パルス幅変調発振
器又はコンパレータは、定格電力の最大１／３を部分負
荷に対して断続し、パルスパターン列Ａ，Ｂ又はＣの一
つは、パルス幅変調期間の全継続期間に亘り、パターン
発生器と協調しつつ各コンパレータに対し、パルス幅変
調期間当たり最大のパルス数で切り替えられる。更にそ
の回路構成は、此のパルス幅変調期間中、各パルスパタ
ーン列Ａ，Ｂ及び／又はＣのパルス数により、予め選択
可能なパルス幅変調期間に亘り、所要全電力量に応じて
各部分負荷に少なくとも一個のパルスパターン列を供給
する論理ユニットを有しており、且つその回路構成は発
振器とコンパレータを起動させる制御素子を保有してい
る。

【００２５】本発明は、この様にして複数の単相及び三
相の負荷を、低切替サージ下で制御可能にし、接続可能
な負荷によって生ずるシステムの電流動揺負荷は、前も
って正確に計算可能である。個々の切り替え段とパルス
を単位時間当たり妥当な値に選択する事により、個々の
のフリッカ標準を考慮に入れて、与えられた応用例の負
荷要求に最も合致する解が確実に与えられる。電力は部
分負荷間に均一に分割されるが、各新電力段に対し新制
御法を生み出す事はもはや必要ではない。部分負荷同士
は必ずしも等しい事を必要としないが、同等の大きさを
持つ部分負荷同士はフリッカ率減少に役立つ。基本単位
組み合わせ（モジュラー）方式の接続図と云う選択肢も
ある。もし他の部分負荷が発生した場合、此の方法の原
理を変更する事なく、ただ小規模な変更のみで全回路系
に適用可能である。星型結線であれデルタ結線であれ、
基本原理は三相負荷に対しても同様に応用可能である
が、特にデルタ結線された負荷については、三相システ
ムの特殊性を考慮に入れ、当該分野に於いて通常の知識
を有する者（当業者）が慣れている方法で、システム内
不均衡を防止せねばならない。多数の負荷がある場合、
星型接続された負荷は、一つの相に対し単相負荷の様に
振る舞う。二個の部分負荷を目指す回路構成を用いる場
合、之は低切替サージ制御用の二個の単相負荷或いは二
個の三相負荷に対して使用可能である。この制御は特に
空気加熱器に有利である。何故なら、部分負荷は全て均
一に加熱されているので、空気温度は一つの部分負荷か
ら次の部分負荷へと大きな変動に曝される事がないから
である。その上、均一制御による温度差の減少の結果、
巻き線は少しの歪みしか受けない。大電力に於いては、
加熱コイルに対するその様な高度な要求は、最早必要で
はない。

【００２６】

【発明の実施の形態】添付図１〜図５を用い、本発明は
実施例の形態をとり、以下に詳述される。

【００２７】

【実施例】図１は、一つの交流システムＷのパルスパタ
ーン分割と、同交流システムの半波に割り付けられたパ
ルスパターン列Ａ，Ｂ，Ｃを示す。各々の部分負荷は、
これらのパルスパターン列Ａ，Ｂ及びＣの手法で制御さ
れる。各パルスパターン列は、その切替操作を効果あら
しむるため、一個或いはもっと多くの部分負荷に割付け
ても良い。後続の実施例に於いては、三個のシステム半
波と個々のパルスパターン列Ａ，Ｂ，Ｃ中の割り付けら
れたパルスが、一個のパターン期間を形成している。

【００２８】図２は、二個の部分負荷の全定格電力の、
８％、１８％、３３％、６０％及び９３％の４個の異な
る負荷段階に対する、基本的に二個のパルス幅変調期間
に跨るパルスパターンを示す。この実施例に於いては、
パルス幅期間当たり８個の切替段階が確立されている。
一個の部分負荷の定格電力の最大電力３３％（＝１／
３）に於いて、以上の事から定格電力の約４％が、一切
替段階当たり断続される（３３％÷８＝４％）。その
上、パルス幅変調切替段当たり一パターン期間（三個の
半波）が選択される。一パルス幅変調期間内に利用可能
な半波数は、次公式から得られる。即ち： 断続段数ｘ（断続段当たりのパターン期間数ｘ パター
ン期間当たりの波数） 図２に示す実施例に於いては、上式は一パルス幅変調期
間当たり２４半波（８ｘ（１ｘ３））を与える。この実
施例に於いて、各半波は簡素化のためＡ，Ｂ，Ｃで表現
する事とする。其処では二個の負荷が存在し、而して偶
数個の負荷がある訳だから、全期間は二個のパルス変調
期間からなっている事になる。全期間終了後、プロセス
は再び始めから始まる。説明のため、一パターンを接続
する事によって個々の部分負荷に対して得られる電力増
加は、各パターン期間に対して与えられる事にする。第
二のパターン期間は第一のパターン期間に対し鏡像位置
に来るので、切替段値は第二パターン期間の終わりに行
く程減少する。パルスパターンＡ，Ｂ又はＣの各パルス
の接続は、此の時刻表ではｘで表現されている。

【００２９】これらの実施例に於いてはは、パルスパタ
ーンＡはやはりパルス幅変調されているが、他のパルス
パターンは、一パルス幅変調期間中の他のパルスパター
ンの間は、完全に接続されているか、或いは完全に切断
されているかの何れかである。例えばＢなどのパルスパ
ターンを、そのパルス幅変調期間の全期間に亘って、或
る部分負荷へ接続する事によって、その部分負荷はこの
期間中に定格電力の３３％を受ける事になる。

【００３０】望ましい所要電力を設定するには、一つの
部分負荷に割付られた一個のパルスパターンＡだけがパ
ルス幅変調され、一方他の全てのパルスパターンが全パ
ルス幅変調期間中接続されたままでいる様に、所要電力
を各部分負荷へ配布せねばならない。所要電力が１８％
の例では、このやり方は、パルスパターンＢを用い、第
二部分負荷を第一パルス幅変調期間中接続し続け、第一
部分負荷は、パルスパターンＡを用い、第一断断続段階
の間のみ接続する。これは全体から見て３７％の電力を
与え、二個の負荷に平均して分布しているので、約１８
％の全電力がこれから計算される。第一パルス幅変調期
間後、第二部分負荷にはパルス幅変調されたパルスパタ
ーンＡが割り付けられ、一方第一部分負荷には、パルス
パターンＢが完全に割付られる。この周期的な変化と、
二期の連続するパルス変調期間の間で行われる鏡像化
が、フリッカ率の低下に役立つ。何故なら、或る部分負
荷が切り離された後に、他の部分負荷が代わって接続さ
れた事を、交流システム側から検出するのは不可能であ
り、それが連続加熱の目的で部分負荷への電力の均一配
分達成に役立つからである。第二のパルス幅変調期間
後、システム期間は終了し、行程は再び最初から出発す
る。この原理は、説明された全ての所要電力例で満たさ
れている。

【００３１】所要電力が８％の場合、第一の部分負荷の
みが、第一パルス幅変調期間にパルス幅変調されたパル
スパターンＡを受ける。第二部分負荷への変更は、第二
パルス幅変調期間に起きる。全電力は、１６％／２＝８
％となる。

【００３２】所要電力が３３％の場合、本実施例ではパ
ルスパターン列Ｃが常に第一部分負荷に接続され、パル
スパターン列Ｂが第二部分負荷に接続される。一つのパ
ルス幅変調期間終了後、部分負荷のパルスパターン列に
対する割付は、図２に示される様に変わる。

【００３３】所要電力が６０％の場合、第一パルス幅変
調期間の間中、第二部分負荷にはパルスパターン列Ａと
Ｂが割り付けられ、これは６６％の部分負荷割付を与え
る。第一部分負荷にはパルスパターン列Ｃが完全に割り
付けられ、パルス幅変調はパルスパターン列Ａで行わ
れ、第一負荷への割付率２０％（＝３３％ｘ５／８）を
与える。これは第一負荷に対し約５３％（＝３３％＋２
０％）の接続率を与え、その結果約６０％（＝（５３％
＋６６％）／２）の全負荷をもたらす。第一パルス幅変
調期間終了後、上述の鏡像化と接続の反転が遂行され
る。同様な事が、各追加されたパルス幅変調期間毎に行
われる。

【００３４】同様に全電力９３％は、図２に示すパルス
パターン列から得られる。第二部分負荷は、第一パルス
幅変調期間の間中、１００％割付られており、一方第一
部分負荷には、パルスパターン列ＢとＣにより６６％割
り付けられており、パルス幅変調されたパルスパターン
列Ａにより２０％割り付けられている。これは全負荷に
対し、約９３％（（１００％＋６６％＋２０％）／２＝
１８６％／２）割付ける事になる。

【００３５】

【その他の実施例】図３は、図２同様パルスパターンを
示しているが、負荷数は三個である。その上当実施例に
於いては、切り替え段当たり２個のパターン期間を選択
している。更にパルス幅変調用切替段を同じく２段に設
定したので、切替段当たり約１６％（３３％／２）の割
付率を与える。従って一パルス幅変調期間は、２ｘ（２
ｘ３）＝１２半波を有する事となる。本実施例に於いて
は図３に示す如く、説明用に５％、４５％及び８３％の
三所要電力を選んだ。これまで同様、パルス幅変調はパ
ルスパターン列Ａに対してのみ実施し、上述の如く第一
パルス幅変調期間に於いて或る部分負荷に対して行う
と、次のパルス幅変調期間に於いては第二の部分負荷へ
切り替え、斯くして第三のパルス幅変調期間には第三の
部分負荷へ切り替える。良いフリッカ率を与える切替値
を得るため、二個の連続するパルス幅変調期間のパルス
パターン列のパルスの切り替えを、此処で再び二個連続
のパルス幅変調期間の中央に対し対称にする。負荷数が
奇数であるため、一個のシステム期間当たり六個のパル
ス幅変調期間が、サイクルが始点から再び始まる迄に必
要となる。パターン期間数の選択によって、二個のパル
スを有するパルスパターン列を、最低電力値に対して断
続せねばならない。第一パルス幅変調期間の間、他のパ
ルスパターン列Ｂ及びＣが切断された侭なので、パルス
パターン列Ａが第一部分負荷に対し約１６％の電力を占
有するが、他のパルスパターン列は、他の二個の部分負
荷には電力を供給しない。この平均値は約５％となる。

【００３６】この状況は所要電力が４５％の場合も同様
であり、其処では第一部分負荷は、第一パルス幅変調期
間のあいだ、完全パルス列Ａに割付られる。即ちこの場
合、此処にはパルス幅変調が存在しない。第一パルス幅
変調期間内では、第二部分負荷はパルスパターン列Ａ及
びＢに完全に割付られ、第三部分負荷はパルスパターン
列Ｃに完全に割り付けられる。これは第一部分負荷に対
し３３％の割付を与え、第二部分負荷に対し６７％の割
付を与え、第三部分負荷に対し３３％の割付を与え、結
局三個の負荷に対し約４４％の割付を与える。第一パル
ス幅変調期間後、これまで繰り返し述べた様に、循環状
の交換と、二個の連続するパルス幅変調期間の間の中点
に対し、対称な鏡像化が行われる。然しパルスパターン
列を全て割付てしまったため、鏡像化は此処では所要電
力５％の例ほどは、はっきりとは現れない。第二パルス
幅変調期間に於いては、パルスパターン列Ａは第二部分
負荷へ切り替わり、一方元々第三部分負荷に繋がってい
たパルスパターン列Ｃは、今度は第一部分負荷へ切り替
わる。従って、元々第二部分負荷に繋がっていたパルス
パターン列Ａ及びＢは、今度は第三部分負荷へ切り替わ
る。此の輪廻状の交換は、一つのパルス幅変調期間から
次のパルス幅変調期間へと、際限なく続く。

【００３７】従って図３の所要電力８３％は、第一パル
ス幅変調期間に於ける第一部分負荷のパルスパターン列
ＢおよびＣによる６６％の割付と、パルス幅変調された
パルスパターン列Ａによる１６％の割付と、第二部分負
荷に対する１００％の割付と、第三部分負荷に対するパ
ルスパターン列Ａ及びＣによる６６％の割付から得られ
る。これは全割付率２４８％（（６６％＋１６％）＋１
００％＋６６％）を与え、三個の負荷に分割すると約８
３％（２４８％／３）となる。次の期間に於いては、部
分負荷間でパルスパターン列の輪廻状交換が再び実行さ
れる。一つのシステム期間は、六個のパルス幅変調期間
が経過すると完了する。

【００３８】本発明の方法を遂行するために、所要電力
はコンパレータ段（比較器）に分割され、個々のコンパ
レータは均一電力段に常に等級別配列され、且つ１００
％電力に活性化されている。コンパレータ数は負荷の分
割数に依存し、コンパレータ数は次式から計算する： コンパレータ数＝３ｘ（部分負荷数）−１ 図４ａは、二個の部分負荷が必要とする五個のコンパレ
ータへ、所要電力ＬＡが分割される様子を説明する図で
ある。この図から、コンパレータＫＩは所要電力が１７
％の時から接続され、全電力所要の時まで接続されたま
までいる事が解る。状況は他のコンパレータＫII、ＫII
I 、ＫIV及びＫＶについても同様である。

【００３９】図４ｂは、パルス幅変調切替段に於けるパ
ルス負荷時間率Ｔの所要電力ＬＡ依存を、二負荷を例と
して示している。システム周波数と同期する事により、
以下の特徴を有するパルス幅変調が行なわれる： １．解像度と最小離散段は、システム周波数の２／３で
ある。

【００４０】２．固定周期長は、システム周波数の整の
約数の３倍である。

【００４１】３．その期間は、システム周波数と同期し
ている。

【００４２】４．パルス幅変調は、一つのパターン
（Ａ、Ｂ又はＣ）と組み合わさっている。

【００４３】５．随意、偶数番号のパルス幅変調期間で
は、ある部品を最初に接続し、次に開放し、その後奇数
番号のパルス幅変調期間では、最初に開放部品を駆動
し、次に接続部品を駆動するとか、その逆を行う。この
様にして接続部品と開放部品間の負荷時間率は、図２と
図３や上述で既知の様に、偶数番目のパルス幅変調期間
と奇数番目のパルス幅変調期間で同一になる。

【００４４】６．パルス幅変調のパルス負荷時間率（変
調）は、制御すべき部分負荷数に依存する。もし個々に
駆動された多くの電力制御器を使用した場合には、二負
荷の場合の図同様、これは下記に示すパルス負荷時間率
を与える： 所要電力−３ ｘ 電力制御器数 図４ｂは、所要電力が１７％の場合、パルス負荷時間率
が１００％になる事を示している。即ち、此の電力にお
いては、他のパルスパターン列は一個の部分負荷に完全
に接続されている事になる。

【００４５】

【更にその他の実施例】図５は、例えば（図示されてい
ない）双方向性三極サイリスタによって電力制御器とし
て作動する二負荷Ｌ１及びＬ２用制御回路設計のブロッ
クダイアグラムを示す。交流システムのシステム周波数
は抽出され、パルス変成器１を経て、２倍のシステム周
波数としてパターン発生器２へ送られ、システム周波数
の２／３倍としてパルス幅変調発振器３へ送られる。図
４ａによれば、ＫＩからＫＶまでのコンパレータは、パ
ルス幅変調発振器３に対して並列である。而して、数字
の４は１／３電力で接続するコンパレータＫIIを意味
し、数字の５は２／３電力で接続するコンパレータＫIV
を表し、数字の６は１／６電力で接続するコンパレータ
ＫＩを示し、引用数字７は半分の所要電力時に接続する
コンパレータＫIII を指し示し、引用数字８は５／６電
力時に接続するコンパレータＫＶを表示する。パルス幅
変調発振器３の出力は、パルスパターン列Ａを発生する
パターン発生器２の出力Ａと共に、ＡＮＤ素子９に供給
される。数字４で表示されるコンパレータＫIII の出力
は、パターン発生器２によって出力端子Ｂに出力される
パターン列Ｂと共に、ＡＮＤ素子１０に供給され、引用
数５で表示されたコンパレータＫIVの出力は、パターン
発生器２の出力端子Ｃへ出力されるパルスパターン列Ｃ
と共に、ＡＮＤ素子１１へ供給される。各ＡＮＤ素子の
出力はＯＲ素子１５で結合され、そこからＡＮＤ素子１
８とＡＮＤ２０へ並列送信される。状況は引用数６、７
及び８で表されたコンパレータＫＩ、ＫIII 及びＫＶで
も同様であり、パルスパターン列Ｃ、Ａ及びＢの出力と
共にＡＮＤ素子１２、１３及び１４へ供給される。これ
らのＡＮＤ素子１２、１３及び１４の出力はＯＲ素子１
６へ送られ、その出力はＡＮＤ素子１９及び２１へ並列
に供給される。上述の輪廻型交換を実施するため、全て
の第二のパルス幅期間を変更するパルス幅変調発振器３
からの信号は、インバータ段１７に印加され、その出力
信号はＡＮＤ素子１９及び２０へ供給される。その上パ
ルス幅変調発振器３から供給されたこの信号は、反転さ
れる事なくＡＮＤ素子１８及び２１へも供給される。Ａ
ＮＤ素子１８及び１９の出力はＯＲ素子２２で結合さ
れ、ＡＮＤ素子２０及び２１の出力はＯＲ素子２３で結
合され、該ＯＲ素子の各出力は、各部分負荷に対応する
負荷制御器Ｌ１及びＬ２へ供給される。所要電力は、パ
ルス幅変調発振器３又はコンパレータ４〜８へ、制御素
子２４の手法で供給されて、これらは起動される。

【００４６】図２及び３の箇所で説明した如く、パルス
幅変調はパルスパターン列Ａとのみ遂行され、且つＡＮ
Ｄ素子９に結合している。参照数６を付されたコンパレ
ータＫＩは、所要出力１７％以上で起動し、パターン列
Ｃに接続される。次のコンパレータが接続されるまで、
パルス幅変調は再びパルス幅変調発振器３上で、パルス
パターン列Ａを使って遂行される。参照数４を附されて
いるコンパレータＫIIは、所要電力が３３％以上の時起
動し、パルスパターンＢに接続される。続く中間範囲の
全てに対し、パルス幅変調は、上述の如くパルスパター
ンＡで遂行され、参照数７を付されたコンパレータＫII
I は、所用電力５０％以上で起動し、パルスパターン列
Ａに接続され、引用数５を付されたコンパレータＫIV
は、所要電力６７％以上で起動して、パルスパターン列
Ｃに繋がり、引用数８を付されたコンパレータＫＶは、
所要電力８３％以上で起動して、パルスパターン列Ｂに
繋がる。

【００４７】図４ｃは、図５に於ける点線で表示された
二つの異なる制御パスＩ及びIIの所要電力ＬＡの、各出
力ＡＬ依存を示す。此処で制御パスＩは、コンパレータ
６、７及び８で形成され、制御パスIIは、パルス幅変調
発振器３とコンパレータ４及び５で形成されている。図
４ｃは、所要電力に応じた出力のパルスパターン間の分
割を示している。

【００４８】本実施例より、下記システムが負荷調整に
於いて通常得られる事が伺える： １．制御すべき負荷と丁度同数の制御パスを構築せねば
ならない。

【００４９】２．第一の制御パスは、二個のコンパレー
タと一個のパルス幅変調発信器からなる。

【００５０】３．その他の各制御パスは、三個のコンパ
レータからなる。

【００５１】４．各コンパレータとパルス幅変調器は、
一個のパルスパターンに割付られている。

【００５２】５．各制御パスは、一パルス幅変調期間中
一負荷に割付られる。次のパルス幅変調期間に於いて、
次なる部分負荷の制御は、更に切り替わる。

【００５３】６．パルス幅変調は、唯一個のパルスパタ
ーン、即ち此処ではＡに結合されている。

【００５４】７．連続パルスパターンは、各その制御パ
スに割付られる。（即ち、制御パスIIは：パルスパター
ンＢに； 制御パスIII は：パルスパターンＣに； 制
御パスIVは：パルスパターンＡに； 制御パスＶは：パ
ルスパターンＢに；．．．．．と云う具合に。） ８．パルスパターンを各制御パスに配分したあと、操作
は第一制御パスにより継続される。最終目的は、三個の
パルスパターンＡ、Ｂ、Ｃを各制御パスに割り付ける事
にある。

【００５５】９．コンパレータは図４ａに記述した様に
等級別に配置され、制御パス間にパルスパターン同様、
上昇順に配分されている。所要電力の増加と共に、一個
のパルスパターンが常にＡ、Ｂ、Ｃ、Ａ、Ｂ、Ｃ、
Ａ、．．．の順序で切り替わる様に、コンパレータはパ
ルスパターンに連携している。

【００５６】

【発明の効果】此の発明の手法により、フリッカに対す
る各標準を維持した侭、複数の負荷が約２ｋＷの電力範
囲内で切り替え可能となった。電子回路の設計はより容
易になり、パルス幅変調に利用可能な一パルス幅変調期
間当たりに設置された切替段数は、より少なくなった。
或る実施例に於いては、３２切替段を有し、且つ１切替
段当たり一パルスパターンのパルス幅変調が遂行され
た。部分負荷が二個の場合、これは一パルス幅変調期間
当たり９６個の半波を与え、システム期間当たり１９２
個の半波を与える。

【図面の簡単な説明】

【図１】 システム周波数に基づくパルスパターン分
割；

【図２】 異なる所要電力を有する二個の負荷に対する
パルスパターン；

【図３】 図２と比較して、異なる所要電力とパルス幅
変調段当たりの異なるパターン期間数を有する、三個の
負荷に対するパルスパターン；

【図４】 ａはコンパレータ段に要求される電力の分
布；ｂはパルス幅変調切替段に於けるパルス負荷時間率
の所要電力依存；ｃは図５における所要電力の出力依存
の、制御パスＩとII間の比較；

【図５】 二個の部分負荷に対する回路構成。

【符号の説明】

１ パルス変成器 ２ パターン発生器 ３ パルス幅変調発振器 ４ コンパレータＫII ５ コンパレータＫIV ６ コンパレータＫＩ ７ コンパレータＫIII ８ コンパレータＫＶ ９〜１４ ＡＮＤ素子 ５〜１６ ＯＲ素子 １７ インバータ １８〜２１ ＡＮＤ素子 ２２〜２３ ＯＲ素子 ２４ 制御素子 Ｉ〜II 制御パスを表すローマ数字 Ａ パルスパターン列 ＡＬ 出力 Ｂ〜Ｃ パルスパターン列 ＫＩ〜ＫＶ コンパレータ Ｌ１〜Ｌ２ 負荷制御器として作動する部分負荷 ＬＡ 所要電力 Ｔ パルス負荷時間率 Ｗ 交流システム波形

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気的に複数の部分負荷に分割された電
   気的負荷を低切替サージで電力制御を行う電力制御方式
   であって、三つの独立した規則的なパルスサンプルＡ、
   Ｂ、Ｃが、三つの連続する半波の系から形成され、各々
   は負の半波を整流した半波を含むそれぞれの半波に対応
   し、各パルスサンプルＡ、Ｂ、Ｃは、一つあるいは複数
   の部分負荷を、所定の期間に亘り断続し、各パルスサン
   プルＡ、Ｂ、Ｃは、その所定の期間の最大パルス数によ
   って前記部分負荷の定格電力の三分の一に相当する最大
   電力となる断続を行い、且つ各部分負荷は、選択可能な
   前記所定の期間に亘る全電力需要に応じて、各パルスサ
   ンプルＡ、Ｂ、Ｃのうちの一つあるいは複数のパルスサ
   ンプルによるパルス幅変調が行われる前記所定の期間中
   のパルスサンプルＡ、Ｂ、Ｃのパルス数により断続さ
   れ、これにより、所要の熱電力を得るため、部分負荷間
   の分布が或る電力範囲内に於いて大体均一になる様に分
   割された事を特徴とする電力制御方式。
2. 【請求項２】 部分負荷の断続段数は、前記所定の期間
   内に存在する前記三つの連続する半波の系の期間である
   サンプル期間の数に基づいて設定される事を特徴とする
   請求項１記載の電力制御方式。
3. 【請求項３】 パルス幅変調が、部分負荷を断続する一
   つのパルスサンプルによってのみ遂行され、このパルス
   サンプルによる最大電力を越える場合には、空いている
   パルスサンプルにより最大電力となるように切り替えら
   れ、且つそれまで断続していたパルスサンプルのパルス
   数は、全電力需要に応じたパルス幅変調により減少する
   事を特徴とする請求項１又は２記載の電力制御方式。
4. 【請求項４】 他の部分負荷に切り替わったパルスサン
   プルはその部分負荷に対し最大電力となるように断続さ
   れる事を特徴とする、請求項３記載の電力制御方式。
5. 【請求項５】 各パルスサンプルＡ、Ｂ、Ｃは、再び最
   大電力の接続に割付けられる前に、パルスサンプルＡ、
   Ｂ、Ｃ全てが、先ず最大電力に割付けられる様に、所要
   の全電力を調整するためのパルスサンプル及びその部分
   負荷への接続が、周期的に入れ替わる事を特徴とする、
   請求項４記載の電力制御方式。
6. 【請求項６】 パルス幅変調されていたパルスサンプル
   が、次の前記所定の期間に於いて、未だパルス変調され
   ていなかった次なる部分負荷に割付けられる事を特徴と
   する請求項３乃至５の何れかに記載の電力制御方式。
7. 【請求項７】 パルス幅変調されていたパルスサンプル
   が、周期的な交替に引き続いて個々の部分負荷に割付け
   られ、それと同時に二期の連続する前記所定の期間のパ
   ルス幅変調された複数のパルスサンプルが、二期の連続
   する前記所定の期間の中央に対して、対称位置に設定さ
   れる事を特徴とする請求項６記載の電力制御方式。
8. 【請求項８】 電気的に複数の部分負荷に分割された電
   気的負荷を低切替サージで電力制御を行う電力制御回路
   であって、三つの連続する半波の系から整流により三つ
   の独立したパルスサンプル（Ａ、Ｂ、Ｃ）を発生させる
   標本発生器（２）を有し、制御すべき部分負荷一つ当た
   り一台の制御装置（Ｉ，II）を有し、其処では予め定め
   られた期間に亘り、全電力需要に応じて、前記標本発生
   器（２）と協調しつつ、各パルスサンプル（Ａ、Ｂ、
   Ｃ）のパルスに対応したパルス数を発生する、パルス幅
   変調発振器（３）を、制御装置が保有しており、且つパ
   ルス幅変調発振器（３）数とコンパレータ数の総和を制
   御装置一台当たり三つとした時、各制御装置（Ｉ，II）
   は、対応する数のコンパレータ（４，５，６，７，８）
   を有し、更に各パルス幅変調発振器又はコンパレータ
   は、最大で一つの部分負荷の定格電力の三分の一を断続
   し、又各パルスサンプル（Ａ、Ｂ、Ｃ）の一つは、標本
   発生器と協調して、前記予め定められた期間の続く間、
   その期間当たりの最大パルス数だけ各コンパレータへ切
   替わり、予め選択可能な前記予め定められた期間に亘り
   必要な全電力に応じて、此のパルス幅変調期間中、各パ
   ルスサンプル（Ａ、Ｂ、Ｃ）のパルス数を通じて一つあ
   るいは複数のパルスサンプルを、各部分負荷（Ｌ１，Ｌ
   ２）へ供給する論理素子（９−１６，１８−２３）を有
   し、発振器（３）とコンパレータ（４−８）を活性化す
   る制御素子（２４）を有し、所要の熱電力を得るため、
   部分負荷間の分布が或る電力範囲内に於いてほぼ均一に
   なる様に分割された事を特徴とする電力制御回路。