JP4225047B2 - 電力制御装置および電力制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電力を制御する電力制御装置および電力制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、ヒータなどの負荷に供給する電力を制御して温度制御を行う電力制御方法として、位相制御やサイクル制御などがある。
【０００３】
位相制御は、交流電流が流れる位相角を制御して負荷への電力を調整するものであり、サイリスタやトライアックなどの電力開閉素子を点弧させる瞬間の電源電圧が高いと、急激に電流が立ち上がるために高調波ノイズが発生しやすいという欠点を有するものの、高精度であり、また、電流を流す位相角を小さくすると、電圧を低減できるという利点を有する。
【０００４】
これに対して、サイクル制御は、交流電源のゼロクロスタイミングで電力開閉素子をオンオフさせて負荷への通電時間を制御して電力を調整するものであり、電圧を調整することができないという欠点を有するものの、ゼロクロスタイミングでスイッチングを行うので、高調波ノイズが小さいという利点を有する。
【０００５】
ところで、ランプヒータなどは、ヒータの電気インピーダンスが、ヒータ温度によって大きく変化するものが多く、このような負荷に対する電力をサイクル制御で調整して温度制御しようとすると、特にランプヒータが冷えている時には、過大な突入電流が流れ、電力開閉素子が故障したり、電源ラインにフリッカを生じる場合がある。
【０００６】
このため、例えば、ヒータへの通電開始時には、位相制御を行って突入電流を抑制し、定常状態では、サイクル制御を行って低ノイズで電力制御を行うようにしたものがある。（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特許第３３１３０４４号公報（第２―４頁、図２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１のような従来例では、ヒータの通電開始時に、小さな位相角から徐々に位相角を大きくしてサイクル制御に移行するものであり、例えば、任意の位相角の位相制御からサイクル制御へ、あるいは、サイクル制御から位相制御への切換えを自由に行うものではない。
【０００９】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、位相制御とサイクル制御とを自由に切換えることができる電力制御装置および電力制御方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【００１１】
すなわち、本発明の電力制御装置は、交流電源と負荷との間の電力開閉手段を制御して前記負荷に供給する電力を制御する装置であって、制御量に応じた位相角で半サイクル毎に位相制御パルスを発生させる位相制御パルス発生手段と、位相制御またはサイクル制御への切換えを指令する制御切換指令に応じて、前記位相制御パルスまたは制御量に対応したサイクル制御パルスのいずれかの制御パルスを選択する制御パルス選択手段と、前記交流電源のゼロクロスタイミングでゼロクロスパルスを発生させるゼロクロスパルス発生手段と、選択された前記制御パルスおよび前記ゼロクロスパルスに基づいて、前記電力開閉手段をオンさせるトリガ信号を発生させるトリガ信号発生手段とを備え、前記トリガ信号発生手段は、半サイクル毎の前記ゼロクロスパルスのタイミングでは、前記トリガ信号の発生を禁止するものであり、前記トリガ信号に基づいて、前記電力開閉手段のオンオフを制御するものである。
【００１２】
ここで、サイクル制御パルスは、交流電源のゼロクロスタイミングで電力開閉手段をオンオフさせて負荷への通電時間を制御するためのパルスをいう。
【００１３】
本発明によると、制御切換指令によって、位相制御パルスまたは入力されるサイクル制御パルスのいずれかの制御パルスを選択し、選択された制御パルスおよびゼロクロスパルスに基づいて、前記電力開閉手段をオンさせるトリガ信号を発生させ、このトリガ信号に基づいて電力開閉手段のオンオフを制御するので、位相制御とサイクル制御とを自由に切換えることができ、通常時は、低ノイズのサイクル制御を行い、ランプヒータなどの負荷への通電開始時や制御量が小さいときには、位相制御を行ってピーク電圧を抑制するといったことが可能となる。また、サイクル制御パルスとして、例えば、外部の温度調節器などから入力されるサイクル制御パルスを用いることができる。
【００１４】
更に、本発明によると、半サイクル毎のゼロクロスパルスのタイミングでは、トリガ信号の発生が禁止される、すなわち、トリガ信号が半サイクル毎にクリアされるので、例えば、制御切換指令の切換タイミングがゼロクロスタイミングからずれたような場合に、サイリスタなどの電力開閉手段が誤点弧するのが防止され、高精度の制御が可能となる。
【００１５】
本発明の他の実施態様においては、前記制御切換指令は、前記負荷への通電開始時には、位相制御を指令するとともに、その後サイクル制御への切換えを指令するものであり、前記位相制御パルス発生手段は、前記通電開始時の前記位相制御が指令されている期間においては、前記位相角を一定、あるいは、徐々に増加させるものである。
【００１６】
この実施態様によると、負荷への通電開始時の突入電流を抑制することができる。
【００１７】
本発明の好ましい実施態様においては、前記負荷に流れる負荷電流を検出する負荷電流検出手段を備え、前記位相制御パルス発生手段は、前記通電開始時の前記位相制御の指令においては、検出した負荷電流が予め設定された設定電流値よりも小さいときには、前記位相角を増加させ、検出した負荷電流が前記設定電流値よりも大きい状態が一定時間継続したときには、位相角を増加させるものである。
【００１８】
この実施態様によると、負荷電流が設定電流値よりも大きい状態が一定時間以上継続したときには、位相角が小さいために負荷のインピーダンスが大きくならないとして、強制的に位相角を増加させるので、通電開始時における位相制御からサイクル制御への円滑な移行が行える。
【００１９】
本発明の他の実施態様においては、前記制御切換指令は、サイクル制御を指令している期間中において、前記制御量が予め定めた制御量よりも小さいときには、位相制御への切換えを指令するものである。
【００２０】
この実施態様によると、制御量が小さく、ヒータなどの負荷のインピーダンスが小さく、このため、サイクル制御では、通電時のピーク電流が大きくなるような場合に、位相制御に切換えることで、ピーク電流を抑制することができる。
【００２１】
本発明の電力制御方法は、交流電源と負荷との間の電力開閉手段を制御して前記負荷に供給する電力を制御する方法であって、制御量に応じた位相角で半サイクル毎に位相制御パルスを発生させるとともに、制御量に対応したサイクル制御パルスを発生させ、位相制御またはサイクル制御への切換えを指令する制御切換指令に応じて、前記位相制御パルスまたは前記サイクル制御パルスのいずれかの制御パルスを切換選択し、選択された前記制御パルスおよび前記交流電源のゼロクロスタイミングで発生するゼロクロスパルスに基づいて、前記電力開閉手段をオンさせるトリガ信号を発生させ、前記トリガ信号に基づいて、前記電力開閉手段のオンオフを制御し、前記トリガ信号は、半サイクル毎の前記ゼロクロスパルスのタイミングでは、その発生が禁止されるものである。
【００２２】
本発明によると、制御切換指令によって、位相制御パルスまたはサイクル制御パルスのいずれかの制御パルスを選択し、選択された制御パルスおよびゼロクロスパルスに基づいて、前記電力開閉手段をオンさせるトリガ信号を発生させ、このトリガ信号に基づいて電力開閉手段のオンオフを制御するので、位相制御とサイクル制御とを自由に切換えることができ、通常時は、低ノイズのサイクル制御を行い、ランプヒータなどの負荷への通電開始時や制御量が小さいときには、位相制御を行ってピーク電圧を抑制するといったことが可能となる。
【００２３】
更に、本発明によると、半サイクル毎のゼロクロスパルスのタイミングでは、トリガ信号の発生が禁止される、すなわち、トリガ信号が半サイクル毎にクリアされるので、例えば、制御切換指令の切換タイミングがゼロクロスタイミングからずれたような場合に、サイリスタなどの電力開閉手段が誤点弧するのが防止され、高精度の制御が可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００２５】
（参考例）
ここで、実施の形態の説明に先立って、本発明と構成が類似する参考例について説明する。
【００２６】
図１は、参考例の電力制御装置を備える温度制御システムの概略構成を示す機能ブロック図である。
【００２７】
この参考例の電力制御装置１は、例えば、温度調節器２からの制御量指令（操作量）に応じて、交流電源３に接続された負荷としてのヒータ４に供給する電力を制御するものであって、さらに、例えば、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）５から与えられる制御切換え指令に応じて、位相制御とサイクル制御とを切換えて制御を行うものである。
【００２８】
この電力制御装置１は、温度調節器２からの制御量指令に応じて、位相制御パルスを発生する位相制御パルス発生手段６と、同じく温度調節器２からの制御量指令に応じて、交流電源３とヒータ４との間に介装されたＳＳＲ（ソリッドステートリレー）やサイリスタ等の電力開閉手段７を少なくとも交流電源の半周期（半サイクル）以上の期間に亘ってオンさせるサイクル制御パルスを発生するサイクル制御パルス発生手段８と、ＰＬＣ５から与えられる制御切換え指令に応じて、位相制御パルス発生手段６からの位相制御パルスまたはサイクル制御パルス発生手段８からのサイクル制御パルスのいずれかの制御パルスを切換選択する制御パルス選択手段９とを備えており、この制御パルス選択手段９によって選択された制御パルスをトリガ信号として電力開閉手段７のオンオフを制御している。
【００２９】
図２は、図１の電力制御装置の詳細構成を示すブロック図であり、図１に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００３０】
位相制御パルス発生手段６は、温度調節器２からの制御量指令が与えられるマイクロコンピュータ１０と、このマイクロコンピュータ１０の出力に基づいて、交流電源３のゼロクロスを基準として制御量に応じた位相角において半サイクル毎に位相制御パルスを発生する位相制御パルス発生回路１１とを備えている。この位相制御パルス発生回路１１は、位相制御タイマデータ発生回路１２と、タイマ１３と、カウントアップクロック発生回路１４とを備えており、位相角に対応したカウント値をタイマ１３にセットするとともに、カウントアップクロックをカウントし、カウント値がセットされたカウント値に一致するとタイマ１３のＣＰ端子より位相制御パルスを出力するものである。
【００３１】
サイクル制御パルス発生手段８は、温度調節器２から制御量指令が与えられる上述のマイクロコンピュータ１０と、このマイクロコンピュータ１０の出力に基づいて、一定周期におけるオンオフ比率が制御量に応じたサイクル制御パルスを発生するサイクル制御パルス発生回路１５とを備えている。
【００３２】
制御パルス選択手段９は、ＰＬＣ５からの制御切換信号が入力されるインバータ１６と、ＰＬＣ５からの制御切換指令信号および位相制御パルスが入力される第１のアンドゲート１７と、インバータ１６の出力およびサイクル制御パルスが入力される第２のアンドゲート１８と、両アンドゲート１７，１８の出力が与えられるオアゲート１９とを備えており、このオアゲート１９の出力が、電力開閉手段７を構成するＳＳＲ２０をオンさせるトリガ信号となる。
【００３３】
次に上記構成を有する電力制御装置１の動作を、図３のタイムチャートに基づいて説明する。この図３では、サイクル制御から位相制御への切換えの例を示している。
【００３４】
同図において、（ａ）は位相制御パルス発生手段６から出力される位相制御パルス、（ｂ）はサイクル制御パルス発生手段８から出力されるサイクル制御パルス、（ｃ）は制御切換指令信号、（ｄ）は制御パルス選択手段９の出力であるトリガ信号、（ｅ）はＳＳＲ２０の出力である。
【００３５】
位相制御パルス発生手段６およびサイクル制御パルス発生手段８は、温度調節器２からの制御指令に応じて、（ａ）および（ｂ）に示される位相制御パルスおよびサイクル制御パルスをそれぞれ出力する。
【００３６】
（ｃ）に示されるＰＬＣ５からの制御切換指令信号が、サイクル制御を指令するローレベルであるときには、（ｂ）のサイクル制御パルスが、（ｄ）に示されるようにトリガ信号としてＳＳＲ２０に出力されて（ｅ）に示されるように、サイクル制御が行われる。
【００３７】
また、ＰＬＣ５からの制御切換指令信号が、サイクル制御を指令するローレベルから位相制御を指令するハイレベルに切り換わると、（ａ）の位相制御パルスが（ｄ）に示されるトリガ信号としてＳＳＲに出力されて（ｅ）に示されるように位相制御に切り換わる。
【００３８】
ここで、ＰＬＣ５からの制御切換指令信号は、ゼロクロスのタイミングで切換えることが好ましい。この場合には、交流電源３のゼロクロスを検出してゼロクロスパルスをＰＬＣ５に与え、ＰＬＣ５でゼロクロスのタイミングで制御切換指令信号のレベルを変化させるようにすればよい。なお、制御切換指令信号は、ユーザの切換操作によって出力されるようにしてもよいのは勿論である。
【００３９】
また、サイクル制御パルスも、ゼロクロスのタイミングでレベルが変化するのが好ましいが、中間のタイミングで切換えても差し支えない。
【００４０】
なお、位相制御からサイクル制御への切換えも同様に行われる。
【００４１】
このようにして、位相制御とサイクル制御とを自由に切換えることができるので、通常時は、低ノイズのサイクル制御を行い、ランプヒータなどの負荷への通電開始時や制御量が小さいときには、位相制御を行ってピーク電圧を抑制して負荷電流を小さくするといったことが可能となり、結果的に省エネを図ることができる。
【００４２】
また、位相制御パルス発生手段６からの位相制御パルスおよびサイクル制御パルス発生手段８からのサイクル制御パルスは、いずれの制御が指令されているかに拘わらず、独立して制御量に応じた位相制御パルスおよびサイクル制御パルスを発生するので、これら制御パルスを他の制御に用いることもできる。
【００４３】
この参考例では、電力開閉手段としてＳＳＲを用いたけれども、サイリスタやトライアックなどの電力開閉素子を用いてもよく、また、自己消弧型、非自己消弧型のいずれを用いてもよい。
【００４４】
（実施の形態１）
図４は、本発明の実施の形態に係る電力制御装置を備える温度制御システムの概略構成を示す機能ブロック図であり、上述の図１に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００４５】
この実施の形態の電力制御装置１−１では、上述の参考例のように、制御パルス選択手段９で選択された制御パルスをトリガ信号とするのではなく、交流電源３のゼロクロスタイミングでゼロクロスパルスを発生させるゼロクロスパルス発生手段２１と、このゼロクロスパルス発生手段２１からのゼロクロスパルスおよび制御パルス選択手段９で選択された制御パルスに基づいて、トリガ信号を発生するトリガ信号発生手段２２とを設け、このトリガ信号発生手段２２からのトリガ信号によって電力開閉手段７のオンオフを制御するようにしており、これによって、より高精度な制御の切換えを行えるようにしている。
【００４６】
図５は、図４の電力制御装置１−１の詳細構成を示すブロック図であり、上述の図２に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００４７】
ゼロクロスパルス発生手段２１は、フォトトライアックカプラ２３を有し、交流電源３のゼロクロスを検出してゼロクロスパルスを出力する。
【００４８】
トリガ信号発生手段２２は、制御パルス選択手段９からの制御パルスがセット入力に与えられるとともに、ゼロクロスパルス発生手段からのゼロクロスパルスがリセット入力に与えられ、Ｑ出力からトリガ信号を出力するＲＳフリップフロップ２４を備えている。
【００４９】
このＲＳフリップフロップ２４は、レベル入力型であり、リセット（Ｒ）入力がローレベルのときは、セット（Ｓ）入力がハイレベルになったときにＱ出力がハイレベルにセットされる。また、リセット入力がハイレベルのときは、セット入力のレベルに拘わらず、Ｑ出力は、ローレベルにリセットされる。つまり、ゼロクロスパルスの立ち上がりで一旦クリアされるが、制御パルスがハイレベルであれば、ゼロクロスパルスが立ち下がるとすぐに、セット入力がハイレベルとなるので、半サイクル毎に立ち上がることになる。
その他の構成は、上述の参考例と同様である。
【００５０】
図６は、この実施の形態の電力制御装置１−１の動作説明に供するタイムチートであり、上述の図３に対応する図である。
【００５１】
同図において、（ａ）は位相制御パルス発生手段６から出力される位相制御パルス、（ｂ）はサイクル制御パルス発生手段８から出力されるサイクル制御パルス、（ｃ）は制御切換指令信号、（ｄ）はゼロクロスパルス発生手段２１から出力されるゼロクロスパルス、（ｅ）はトリガ信号発生手段２２の出力であるトリガ信号、（ｆ）はＳＳＲ２０の出力である。
【００５２】
ゼロクロスパルス発生手段２１は、交流電源３のゼロクロスを検出してそのタイミングで（ｄ）に示されるゼロクロスパルスを発生する。
【００５３】
トリガ信号発生手段２２は、このゼロクロスパルスと制御パルス選択手段９からの制御パルスとに基づいて（ｅ）に示されるように、ゼロクロスパルスが入力されている間はオフとなる制御パルスを、トリガ信号として出力するものである。
【００５４】
すなわち、この実施の形態では、半サイクル毎のゼロクロスパルスによってトリガ信号をクリアするようにしている。
【００５５】
ゼロクロスパルスとトリガ信号との関係を更に説明すると、ゼロクロスパルスがある間（ハイレベルの間）は、トリガ信号は出力されず、サイクル制御が選択され、かつ、サイクル制御パルスがハイレベルのときは、ゼロクロスパルスの立下りのタイミングでトリガ信号が出力され、また、位相制御が選択されたときは、位相制御パルスの立ち上がりのタイミングでトリガ信号が出力され、さらに、サイクル制御が選択され、かつ、サイクル制御パルスがローレベルのときは、トリガ信号は、出力されない。
【００５６】
ここで、ゼロクロスパルスの好ましいパルス幅は、例えば、０．４ｍｓ程度であるのが好ましい。
【００５７】
すなわち、ＳＳＲは、一般的に、定格負荷電圧実効値の１０％程度の電圧になると、オンするので、例えば、２００Ｖ用のＳＳＲだと、２０Ｖでオンすることになる。つまり、ＳＳＲの負荷側の電圧が２０Ｖになるまでトリガ信号が入ると、誤点弧することになる。
【００５８】
ここで、負荷側電圧が、ゼロクロスタイミングから２０Ｖになるまでの時間ｔは、電源周期が、２０ｍｓ（５０Ｈｚ）の場合、次式により計算される。即ち、
負荷電源波高値×ｓｉｎ（２πｔ／電源周期）＝２０〔Ｖ〕より、
√２×２００×ｓｉｎ（２πｔ／２０）＝２０〔Ｖ〕
これより、ｔ＝０．２３ｍｓとなるので、ゼロクロスパルスのパルス幅は、この２倍、即ち上述のように約０．４ｍｓとなる。
【００５９】
なお、ゼロクロスパルスの幅を広くしすぎると、ゼロクロススイッチングとならず、ノイズが大きくなってしまう。
【００６０】
（ｅ）に示されるトリガ信号は、ゼロクロスパルスが出力されている期間は、上述のようにオフするのであるが、ゼロクロスパルスは、上述のようなパルス幅であるので、サイクル制御におけるＳＳＲ２０の出力は、（ｆ）に示されるように上述の参考例と同様である。
【００６１】
この実施の形態の電力制御装置１−１では、上述の参考例に比べて、電力開閉手段７のＳＳＲ２０の誤点弧を防止して高精度な制御の切換えを行える。
【００６２】
以下、これについて詳細に説明する。
【００６３】
図７および図８は、上述の参考例とこの実施の形態のタイムチャートであり、これらの図は、サイクル制御から位相制御への切換え時において、サイクル制御パルスがハイレベル（ＳＳＲオン指令）であって、制御切換指令信号の立ち上がりがゼロクロスタイミングよりも遅れた場合を示している。なお、これらの図において、縦の破線は、ゼロクロスタイミングＴｚを示している。
【００６４】
図７においては、ゼロクロスパルスによって（ｄ）のトリガ信号を半サイクル毎にクリアしていないので、（ｃ）に示されるように、制御切換指令信号が、サイクル制御の指令（ローレベル）から位相制御への指令（ハイレベル）に切り換わるタイミングが、ゼロクロスタイミングよりも遅れると、（ｂ）のサイクル制御パルスが有効となって（ｄ）に示されるように、一瞬トリガ信号が出力されることになり、これによって、（ｅ）の矢符Ａに示されるように、誤点弧することになる。
【００６５】
これに対して、図８に示されるこの実施の形態では、（ｄ）のゼロクロスパルスによって、（ｅ）に示されるように、トリガ信号を半サイクル毎にクリアしている、すなわち、ゼロクロスタイミングでは、トリガ信号の出力を禁止しているので、（ｃ）に示されるように、制御切換指令信号が、サイクル制御の指令（ローレベル）から位相制御への指令（ハイレベル）に切り換わるタイミングが、ゼロクロスタイミングよりも遅れても、ゼロクロスパルスの立ち下がりよりも早ければ、トリガ信号が出力されることはなく、（ｆ）に示されるように、誤点弧することがない。
【００６６】
図９および図１０は、上述の参考例とこの実施の形態のタイムチャートであり、これらの図は、サイクル制御において、サイクル制御パルスの立下りが、ゼロクロスタイミングよりも遅れた場合を示している。
【００６７】
図９においては、サイクル制御時に、（ｂ）のサイクル制御パルスの立下りのタイミングが、ゼロクロスタイミングよりも遅いために、（ｄ）に示される ように、一瞬トリガ信号が出力されることになり、これによって、（ｅ）の矢符Ｂに示されるように、誤点弧することになる。
【００６８】
これに対して、図１０に示されるこの実施の形態では、（ｄ）のゼロクロスパルスによって、（ｅ）に示されるように、トリガ信号を半サイクル毎にクリアしている、すなわち、ゼロクロスタイミングでは、トリガ信号の出力を禁止しているので、（ｃ）に示されるように、サイクル制御パルスが立ち下がるタイミングが、ゼロクロスタイミングよりも遅れても、ゼロクロスパルスの立ち下がりよりも早ければ、トリガ信号が出力されることはなく、（ｆ）に示されるように、誤点弧することがない。
【００６９】
このように、この実施の形態では、半サイクルの切換えを高精度に行ってＳＳＲ２０の誤点弧を防止し、精度の高い温度制御が可能となる。
【００７０】
（実施の形態２）
図１１は、本発明の他の実施の形態の機能ブロック図であり、上述の図４に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００７１】
この実施の形態では、制御出力としてサイクル制御パルスを出力する温度調節器が多いことから、上述の実施の形態のサイクル制御パルス発生手段８を温度調節器２５に置き換えたものである。この実施の形態では、位相制御パルス発生手段６は、ＰＬＣ５からの制御指令が与えられ、この制御指令に応じて、位相制御パルスを発生する。その他の構成は、図４の構成と同様である。
【００７２】
この実施の形態では、温度調節器２５と組み合わせ、定常時は、温度調節器２５によってサイクル制御を行い、必要に応じて位相制御を行うことが可能となる。
【００７３】
（実施の形態３）
図１２は、本発明の更に他の実施の形態の機能ブロック図であり、図１１に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００７４】
この実施の形態では、ＰＬＣ５からスタート信号およびタイマ設定値が与えられ、これらに基づいて、制御切換指令信号を出力するソフトスタートタイマ回路２６を設けている。
【００７５】
このソフトスタートタイマ回路２６は、ＰＬＣ５からスタート信号が入力された後、予め設定された時間（タイマ設定値）は、位相制御を行い、その後サイクル制御を行うような制御切換指令信号を出力するものである。
【００７６】
この実施の形態では、例えば、１日の運転開始時などヒータ４が冷えている場合は、図１３に示されるように、一定時間は、電圧を低減させた位相制御を行うことで、ヒータ４の突入電流を小さくし、その後は、サイクル制御を行い、低ノイズの制御を行うものである。
【００７７】
（その他の実施の形態）
なお、本発明の他の実施の形態として、図１４のフローチャートに示されるソフトスタートを行うようにしてもよい。
【００７８】
この実施の形態では、負荷に流れる負荷電流を検出する負荷電流検出手段（図示せず）を設け、負荷電流を検出しながら位相制御の制御量を調整するものである。
【００７９】
すなわち、検出した電流が、予め設定した設定電流値より小さい時のみ位相角を一定ステップだけ大きくし、位相角（導通位相角）が９０°となった時点でサイクル制御に切換えることで、突入電流を任意の値に抑制し、かつ位相制御の期間を短くするものである。
【００８０】
位相制御の制御量が小さい時は、ヒータ４の温度がいつまでも高くならず、ヒータインピーダンスが大きくならないため、位相角がいつまでも大きくならないことがあり得る。したがって、検出した電流値が、一定時間以上同じ電流値を示す（同じ位相角でも電流が減少してこない）場合には、強制的に一定量だけ位相角を増加させることで、ヒータ４の立ち上がり時の不具合を防止するものである。
【００８１】
図１４のフローチャートに基づいて、詳細に説明すると、先ず、ユーザが設定した電流制限設定値を読み込む（ステップｎ１）。この電流制限設定値とは、ユーザが、突入電流を制限したい設定値であり、例えば、突入電流を、１０Ａ以内に設定したい場合には、１０Ａが設定されることになる。次に、上述の一定時間を計測するための導通位相角同一カウンタをクリアし（ステップｎ２）、導通位相角を、予め設定されている導通位相角初期値に設定し（ステップｎ３）、半波毎のピーク電流を検出し（ステップｎ４）、ピーク電流が電流制限設定値より小さいか否かを判断し（ステップｎ５）、小さいときには、導通位相角を一定ステップ増加し（ステップｎ６）、導通位相角同一カウンタをクリアし（ステップｎ７）、導通位相角が９０°以上であるか否かを判断し（ステップｎ８）、９０°以上でないときには、ステップｎ４に戻る。
【００８２】
ステップｎ５において、ピーク電流が、電流制限設定値より小さくないときには、導通位相角同一カウンタをインクリメントし（ステップｎ９）、導通位相角同一カウンタのカウント値が、１０以上になったか否か、すなわち、ピーク電流が電流制限設定値以上である状態が一定時間以上継続したか否かを判断し（ステップｎ１０）、１０以上になったときには、一定時間継続したとしてステップｎ６に移って、導通位相角を強制的に一定ステップ増加させ、１０以上になっていないときには、ステップｎ８に移る。
【００８３】
また、ステップｎ８において、導通位相角が９０°以上であるときには、サイクル制御に移行する。
【００８４】
また、本発明の更に他の実施の形態として、次のようにしてもよい。
【００８５】
すなわち、制御量が小さいときには、ヒータ４の発熱量が小さいためヒータインピーダンスが小さくなり、サイクル制御では、図１５に示されるように、通電時のピーク電流が大きくなる。
【００８６】
そこで、制御量が、予め定めた制御量、例えば、数％よりも小さいときには、図１６に示されるように、位相制御に切換えることで、ピーク電流を抑制するようにしてもよい。
【００８７】
上述の各実施の形態では、温度調節器およびＰＬＣによって電力制御装置を制御したけれども、本発明の他の実施の形態として、単一の制御装置、例えば、ＰＬＣで電力制御装置を制御するようにしてもよい。
【００８８】
また、サイクル制御は、ゼロクロス点で電力開閉手段をオンオフする交流の電力制御であり、本件出願人が、平成１２年３月１５日提出の「サイクル制御装置、電力調整装置、温度調節器および温度制御装置」（特願２０００−７１６４２号）において提案しているサイクル制御にも本発明は適用できるものである。
【００８９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、制御切換指令によって、位相制御パルスまたはサイクル制御パルスのいずれかの制御パルスを選択し、選択された制御パルスおよび前記交流電源のゼロクロスタイミングで発生するゼロクロスパルスに基づいて、前記電力開閉手段をオンさせるトリガ信号を発生させ、前記トリガ信号に基づいて、電力開閉手段のオンオフを制御するので、位相制御とサイクル制御とを自由に切換えることができ、通常時は、低ノイズのサイクル制御を行い、ランプヒータなどの負荷への通電開始時や制御量が小さいときには、位相制御を行ってピーク電圧を抑制するといったことが可能となる。
【００９０】
また、半サイクル毎のゼロクロスパルスのタイミングでは、トリガ信号の発生を禁止することで、誤点弧を防止して高精度の制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考例の電力制御装置を備える温度制御システムの機能ブロック図である。
【図２】 図１の電力制御装置の詳細構成を示すブロック図である。
【図３】 図１の参考例の動作説明に供するタイムチャートである。
【図４】 本発明の実施の形態に係る電力制御装置を備える温度制御システムの機能ブロック図である。
【図５】 図４の電力制御装置の詳細構成を示すブロック図である。
【図６】 図４の実施の形態の動作説明に供するタイムチャートである。
【図７】 図１の参考例の動作説明に供するタイムチャートである。
【図８】 図４の実施の形態の図７に対応するタイムチャートである。
【図９】 図１の参考例の動作説明に供するタイムチャートである。
【図１０】 図４の実施の形態の図９に対応するタイムチャートである。
【図１１】 本発明の更に他の実施の形態に係る電力制御装置を備える温度制御システムの機能ブロック図である。
【図１２】 本発明の他の実施の形態に係る電力制御装置を備える温度制御システムの機能ブロック図である。
【図１３】 図１２の実施の形態の出力電圧の波形図である。
【図１４】 本発明の更に他の実施の形態の動作説明に供するフローチャートである。
【図１５】 制御量が小さい場合のサイクル制御の通電時のピーク電流を示す図である。
【図１６】 位相制御の場合の図１５に対応する図である。
【符号の説明】
１，１−１〜３ 電力制御装置
２，２５ 温度調節器
３ 交流電源
４ ヒータ
６ 位相制御パルス発生手段
７ 電力開閉手段
８ サイクル制御パルス発生手段
９ 制御パルス選択手段
５ ＰＬＣ
２０ ＳＳＲ
２１ ゼロクロスパルス発生手段
２２ トリガ信号発生手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電力を制御する電力制御装置および電力制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、ヒータなどの負荷に供給する電力を制御して温度制御を行う電力制御方法として、位相制御やサイクル制御などがある。
【０００３】
位相制御は、交流電流が流れる位相角を制御して負荷への電力を調整するものであり、サイリスタやトライアックなどの電力開閉素子を点弧させる瞬間の電源電圧が高いと、急激に電流が立ち上がるために高調波ノイズが発生しやすいという欠点を有するものの、高精度であり、また、電流を流す位相角を小さくすると、電圧を低減できるという利点を有する。
【０００４】
これに対して、サイクル制御は、交流電源のゼロクロスタイミングで電力開閉素子をオンオフさせて負荷への通電時間を制御して電力を調整するものであり、電圧を調整することができないという欠点を有するものの、ゼロクロスタイミングでスイッチングを行うので、高調波ノイズが小さいという利点を有する。
【０００５】
ところで、ランプヒータなどは、ヒータの電気インピーダンスが、ヒータ温度によって大きく変化するものが多く、このような負荷に対する電力をサイクル制御で調整して温度制御しようとすると、特にランプヒータが冷えている時には、過大な突入電流が流れ、電力開閉素子が故障したり、電源ラインにフリッカを生じる場合がある。
【０００６】
このため、例えば、ヒータへの通電開始時には、位相制御を行って突入電流を抑制し、定常状態では、サイクル制御を行って低ノイズで電力制御を行うようにしたものがある。（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特許第３３１３０４４号公報（第２―４頁、図２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１のような従来例では、ヒータの通電開始時に、小さな位相角から徐々に位相角を大きくしてサイクル制御に移行するものであり、例えば、任意の位相角の位相制御からサイクル制御へ、あるいは、サイクル制御から位相制御への切換えを自由に行うものではない。
【０００９】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、位相制御とサイクル制御とを自由に切換えることができる電力制御装置および電力制御方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【００１１】
すなわち、本発明の電力制御装置は、交流電源と負荷との間の電力開閉手段を制御して前記負荷に供給する電力を制御する装置であって、制御量に応じた位相角で半サイクル毎に位相制御パルスを発生させる位相制御パルス発生手段と、位相制御またはサイクル制御への切換えを指令する制御切換指令に応じて、前記位相制御パルスまたは制御量に対応したサイクル制御パルスのいずれかの制御パルスを選択する制御パルス選択手段と、前記交流電源のゼロクロスタイミングでゼロクロスパルスを発生させるゼロクロスパルス発生手段と、選択された前記制御パルスおよび前記ゼロクロスパルスに基づいて、前記電力開閉手段をオンさせるトリガ信号を発生させるトリガ信号発生手段とを備え、前記トリガ信号発生手段は、半サイクル毎の前記ゼロクロスパルスのタイミングでは、前記トリガ信号の発生を禁止するものであり、前記トリガ信号に基づいて、前記電力開閉手段のオンオフを制御するものである。
【００１２】
ここで、サイクル制御パルスは、交流電源のゼロクロスタイミングで電力開閉手段をオンオフさせて負荷への通電時間を制御するためのパルスをいう。
【００１３】
本発明によると、制御切換指令によって、位相制御パルスまたは入力されるサイクル制御パルスのいずれかの制御パルスを選択し、選択された制御パルスおよびゼロクロスパルスに基づいて、前記電力開閉手段をオンさせるトリガ信号を発生させ、このトリガ信号に基づいて電力開閉手段のオンオフを制御するので、位相制御とサイクル制御とを自由に切換えることができ、通常時は、低ノイズのサイクル制御を行い、ランプヒータなどの負荷への通電開始時や制御量が小さいときには、位相制御を行ってピーク電圧を抑制するといったことが可能となる。また、サイクル制御パルスとして、例えば、外部の温度調節器などから入力されるサイクル制御パルスを用いることができる。
【００１４】
更に、本発明によると、半サイクル毎のゼロクロスパルスのタイミングでは、トリガ信号の発生が禁止される、すなわち、トリガ信号が半サイクル毎にクリアされるので、例えば、制御切換指令の切換タイミングがゼロクロスタイミングからずれたような場合に、サイリスタなどの電力開閉手段が誤点弧するのが防止され、高精度の制御が可能となる。
【００１５】
本発明の他の実施態様においては、前記制御切換指令は、前記負荷への通電開始時には、位相制御を指令するとともに、その後サイクル制御への切換えを指令するものであり、前記位相制御パルス発生手段は、前記通電開始時の前記位相制御が指令されている期間においては、前記位相角を一定、あるいは、徐々に増加させるものである。
【００１６】
この実施態様によると、負荷への通電開始時の突入電流を抑制することができる。
【００１７】
本発明の好ましい実施態様においては、前記負荷に流れる負荷電流を検出する負荷電流検出手段を備え、前記位相制御パルス発生手段は、前記通電開始時の前記位相制御の指令においては、検出した負荷電流が予め設定された設定電流値よりも小さいときには、前記位相角を増加させ、検出した負荷電流が前記設定電流値よりも大きい状態が一定時間継続したときには、位相角を増加させるものである。
【００１８】
この実施態様によると、負荷電流が設定電流値よりも大きい状態が一定時間以上継続したときには、位相角が小さいために負荷のインピーダンスが大きくならないとして、強制的に位相角を増加させるので、通電開始時における位相制御からサイクル制御への円滑な移行が行える。
【００１９】
本発明の他の実施態様においては、前記制御切換指令は、サイクル制御を指令している期間中において、前記制御量が予め定めた制御量よりも小さいときには、位相制御への切換えを指令するものである。
【００２０】
この実施態様によると、制御量が小さく、ヒータなどの負荷のインピーダンスが小さく、このため、サイクル制御では、通電時のピーク電流が大きくなるような場合に、位相制御に切換えることで、ピーク電流を抑制することができる。
【００２１】
本発明の電力制御方法は、交流電源と負荷との間の電力開閉手段を制御して前記負荷に供給する電力を制御する方法であって、制御量に応じた位相角で半サイクル毎に位相制御パルスを発生させるとともに、制御量に対応したサイクル制御パルスを発生させ、位相制御またはサイクル制御への切換えを指令する制御切換指令に応じて、前記位相制御パルスまたは前記サイクル制御パルスのいずれかの制御パルスを切換選択し、選択された前記制御パルスおよび前記交流電源のゼロクロスタイミングで発生するゼロクロスパルスに基づいて、前記電力開閉手段をオンさせるトリガ信号を発生させ、前記トリガ信号に基づいて、前記電力開閉手段のオンオフを制御し、前記トリガ信号は、半サイクル毎の前記ゼロクロスパルスのタイミングでは、その発生が禁止されるものである。
【００２２】
本発明によると、制御切換指令によって、位相制御パルスまたはサイクル制御パルスのいずれかの制御パルスを選択し、選択された制御パルスおよびゼロクロスパルスに基づいて、前記電力開閉手段をオンさせるトリガ信号を発生させ、このトリガ信号に基づいて電力開閉手段のオンオフを制御するので、位相制御とサイクル制御とを自由に切換えることができ、通常時は、低ノイズのサイクル制御を行い、ランプヒータなどの負荷への通電開始時や制御量が小さいときには、位相制御を行ってピーク電圧を抑制するといったことが可能となる。
【００２３】
更に、本発明によると、半サイクル毎のゼロクロスパルスのタイミングでは、トリガ信号の発生が禁止される、すなわち、トリガ信号が半サイクル毎にクリアされるので、例えば、制御切換指令の切換タイミングがゼロクロスタイミングからずれたような場合に、サイリスタなどの電力開閉手段が誤点弧するのが防止され、高精度の制御が可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００２５】
（参考例）
ここで、実施の形態の説明に先立って、本発明と構成が類似する参考例について説明する。
【００２６】
図１は、参考例の電力制御装置を備える温度制御システムの概略構成を示す機能ブロック図である。
【００２７】
この参考例の電力制御装置１は、例えば、温度調節器２からの制御量指令（操作量）に応じて、交流電源３に接続された負荷としてのヒータ４に供給する電力を制御するものであって、さらに、例えば、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）５から与えられる制御切換え指令に応じて、位相制御とサイクル制御とを切換えて制御を行うものである。
【００２８】
この電力制御装置１は、温度調節器２からの制御量指令に応じて、位相制御パルスを発生する位相制御パルス発生手段６と、同じく温度調節器２からの制御量指令に応じて、交流電源３とヒータ４との間に介装されたＳＳＲ（ソリッドステートリレー）やサイリスタ等の電力開閉手段７を少なくとも交流電源の半周期（半サイクル）以上の期間に亘ってオンさせるサイクル制御パルスを発生するサイクル制御パルス発生手段８と、ＰＬＣ５から与えられる制御切換え指令に応じて、位相制御パルス発生手段６からの位相制御パルスまたはサイクル制御パルス発生手段８からのサイクル制御パルスのいずれかの制御パルスを切換選択する制御パルス選択手段９とを備えており、この制御パルス選択手段９によって選択された制御パルスをトリガ信号として電力開閉手段７のオンオフを制御している。
【００２９】
図２は、図１の電力制御装置の詳細構成を示すブロック図であり、図１に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００３０】
位相制御パルス発生手段６は、温度調節器２からの制御量指令が与えられるマイクロコンピュータ１０と、このマイクロコンピュータ１０の出力に基づいて、交流電源３のゼロクロスを基準として制御量に応じた位相角において半サイクル毎に位相制御パルスを発生する位相制御パルス発生回路１１とを備えている。この位相制御パルス発生回路１１は、位相制御タイマデータ発生回路１２と、タイマ１３と、カウントアップクロック発生回路１４とを備えており、位相角に対応したカウント値をタイマ１３にセットするとともに、カウントアップクロックをカウントし、カウント値がセットされたカウント値に一致するとタイマ１３のＣＰ端子より位相制御パルスを出力するものである。
【００３１】
サイクル制御パルス発生手段８は、温度調節器２から制御量指令が与えられる上述のマイクロコンピュータ１０と、このマイクロコンピュータ１０の出力に基づいて、一定周期におけるオンオフ比率が制御量に応じたサイクル制御パルスを発生するサイクル制御パルス発生回路１５とを備えている。
【００３２】
制御パルス選択手段９は、ＰＬＣ５からの制御切換信号が入力されるインバータ１６と、ＰＬＣ５からの制御切換指令信号および位相制御パルスが入力される第１のアンドゲート１７と、インバータ１６の出力およびサイクル制御パルスが入力される第２のアンドゲート１８と、両アンドゲート１７，１８の出力が与えられるオアゲート１９とを備えており、このオアゲート１９の出力が、電力開閉手段７を構成するＳＳＲ２０をオンさせるトリガ信号となる。
【００３３】
次に上記構成を有する電力制御装置１の動作を、図３のタイムチャートに基づいて説明する。この図３では、サイクル制御から位相制御への切換えの例を示している。
【００３４】
同図において、（ａ）は位相制御パルス発生手段６から出力される位相制御パルス、（ｂ）はサイクル制御パルス発生手段８から出力されるサイクル制御パルス、（ｃ）は制御切換指令信号、（ｄ）は制御パルス選択手段９の出力であるトリガ信号、（ｅ）はＳＳＲ２０の出力である。
【００３５】
位相制御パルス発生手段６およびサイクル制御パルス発生手段８は、温度調節器２からの制御指令に応じて、（ａ）および（ｂ）に示される位相制御パルスおよびサイクル制御パルスをそれぞれ出力する。
【００３６】
（ｃ）に示されるＰＬＣ５からの制御切換指令信号が、サイクル制御を指令するローレベルであるときには、（ｂ）のサイクル制御パルスが、（ｄ）に示されるようにトリガ信号としてＳＳＲ２０に出力されて（ｅ）に示されるように、サイクル制御が行われる。
【００３７】
また、ＰＬＣ５からの制御切換指令信号が、サイクル制御を指令するローレベルから位相制御を指令するハイレベルに切り換わると、（ａ）の位相制御パルスが（ｄ）に示されるトリガ信号としてＳＳＲに出力されて（ｅ）に示されるように位相制御に切り換わる。
【００３８】
ここで、ＰＬＣ５からの制御切換指令信号は、ゼロクロスのタイミングで切換えることが好ましい。この場合には、交流電源３のゼロクロスを検出してゼロクロスパルスをＰＬＣ５に与え、ＰＬＣ５でゼロクロスのタイミングで制御切換指令信号のレベルを変化させるようにすればよい。なお、制御切換指令信号は、ユーザの切換操作によって出力されるようにしてもよいのは勿論である。
【００３９】
また、サイクル制御パルスも、ゼロクロスのタイミングでレベルが変化するのが好ましいが、中間のタイミングで切換えても差し支えない。
【００４０】
なお、位相制御からサイクル制御への切換えも同様に行われる。
【００４１】
このようにして、位相制御とサイクル制御とを自由に切換えることができるので、通常時は、低ノイズのサイクル制御を行い、ランプヒータなどの負荷への通電開始時や制御量が小さいときには、位相制御を行ってピーク電圧を抑制して負荷電流を小さくするといったことが可能となり、結果的に省エネを図ることができる。
【００４２】
また、位相制御パルス発生手段６からの位相制御パルスおよびサイクル制御パルス発生手段８からのサイクル制御パルスは、いずれの制御が指令されているかに拘わらず、独立して制御量に応じた位相制御パルスおよびサイクル制御パルスを発生するので、これら制御パルスを他の制御に用いることもできる。
【００４３】
この参考例では、電力開閉手段としてＳＳＲを用いたけれども、サイリスタやトライアックなどの電力開閉素子を用いてもよく、また、自己消弧型、非自己消弧型のいずれを用いてもよい。
【００４４】
（実施の形態１）
図４は、本発明の実施の形態に係る電力制御装置を備える温度制御システムの概略構成を示す機能ブロック図であり、上述の図１に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００４５】
この実施の形態の電力制御装置１−１では、上述の参考例のように、制御パルス選択手段９で選択された制御パルスをトリガ信号とするのではなく、交流電源３のゼロクロスタイミングでゼロクロスパルスを発生させるゼロクロスパルス発生手段２１と、このゼロクロスパルス発生手段２１からのゼロクロスパルスおよび制御パルス選択手段９で選択された制御パルスに基づいて、トリガ信号を発生するトリガ信号発生手段２２とを設け、このトリガ信号発生手段２２からのトリガ信号によって電力開閉手段７のオンオフを制御するようにしており、これによって、より高精度な制御の切換えを行えるようにしている。
【００４６】
図５は、図４の電力制御装置１−１の詳細構成を示すブロック図であり、上述の図２に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００４７】
ゼロクロスパルス発生手段２１は、フォトトライアックカプラ２３を有し、交流電源３のゼロクロスを検出してゼロクロスパルスを出力する。
【００４８】
トリガ信号発生手段２２は、制御パルス選択手段９からの制御パルスがセット入力に与えられるとともに、ゼロクロスパルス発生手段からのゼロクロスパルスがリセット入力に与えられ、Ｑ出力からトリガ信号を出力するＲＳフリップフロップ２４を備えている。
【００４９】
このＲＳフリップフロップ２４は、レベル入力型であり、リセット（Ｒ）入力がローレベルのときは、セット（Ｓ）入力がハイレベルになったときにＱ出力がハイレベルにセットされる。また、リセット入力がハイレベルのときは、セット入力のレベルに拘わらず、Ｑ出力は、ローレベルにリセットされる。つまり、ゼロクロスパルスの立ち上がりで一旦クリアされるが、制御パルスがハイレベルであれば、ゼロクロスパルスが立ち下がるとすぐに、セット入力がハイレベルとなるので、半サイクル毎に立ち上がることになる。
その他の構成は、上述の参考例と同様である。
【００５０】
図６は、この実施の形態の電力制御装置１−１の動作説明に供するタイムチートであり、上述の図３に対応する図である。
【００５１】
同図において、（ａ）は位相制御パルス発生手段６から出力される位相制御パルス、（ｂ）はサイクル制御パルス発生手段８から出力されるサイクル制御パルス、（ｃ）は制御切換指令信号、（ｄ）はゼロクロスパルス発生手段２１から出力されるゼロクロスパルス、（ｅ）はトリガ信号発生手段２２の出力であるトリガ信号、（ｆ）はＳＳＲ２０の出力である。
【００５２】
ゼロクロスパルス発生手段２１は、交流電源３のゼロクロスを検出してそのタイミングで（ｄ）に示されるゼロクロスパルスを発生する。
【００５３】
トリガ信号発生手段２２は、このゼロクロスパルスと制御パルス選択手段９からの制御パルスとに基づいて（ｅ）に示されるように、ゼロクロスパルスが入力されている間はオフとなる制御パルスを、トリガ信号として出力するものである。
【００５４】
すなわち、この実施の形態では、半サイクル毎のゼロクロスパルスによってトリガ信号をクリアするようにしている。
【００５５】
ゼロクロスパルスとトリガ信号との関係を更に説明すると、ゼロクロスパルスがある間（ハイレベルの間）は、トリガ信号は出力されず、サイクル制御が選択され、かつ、サイクル制御パルスがハイレベルのときは、ゼロクロスパルスの立下りのタイミングでトリガ信号が出力され、また、位相制御が選択されたときは、位相制御パルスの立ち上がりのタイミングでトリガ信号が出力され、さらに、サイクル制御が選択され、かつ、サイクル制御パルスがローレベルのときは、トリガ信号は、出力されない。
【００５６】
ここで、ゼロクロスパルスの好ましいパルス幅は、例えば、０．４ｍｓ程度であるのが好ましい。
【００５７】
すなわち、ＳＳＲは、一般的に、定格負荷電圧実効値の１０％程度の電圧になると、オンするので、例えば、２００Ｖ用のＳＳＲだと、２０Ｖでオンすることになる。つまり、ＳＳＲの負荷側の電圧が２０Ｖになるまでトリガ信号が入ると、誤点弧することになる。
【００５８】
ここで、負荷側電圧が、ゼロクロスタイミングから２０Ｖになるまでの時間ｔは、電源周期が、２０ｍｓ（５０Ｈｚ）の場合、次式により計算される。即ち、
負荷電源波高値×ｓｉｎ（２πｔ／電源周期）＝２０〔Ｖ〕より、
√２×２００×ｓｉｎ（２πｔ／２０）＝２０〔Ｖ〕
これより、ｔ＝０．２３ｍｓとなるので、ゼロクロスパルスのパルス幅は、この２倍、即ち上述のように約０．４ｍｓとなる。
【００５９】
なお、ゼロクロスパルスの幅を広くしすぎると、ゼロクロススイッチングとならず、ノイズが大きくなってしまう。
【００６０】
（ｅ）に示されるトリガ信号は、ゼロクロスパルスが出力されている期間は、上述のようにオフするのであるが、ゼロクロスパルスは、上述のようなパルス幅であるので、サイクル制御におけるＳＳＲ２０の出力は、（ｆ）に示されるように上述の参考例と同様である。
【００６１】
この実施の形態の電力制御装置１−１では、上述の参考例に比べて、電力開閉手段７のＳＳＲ２０の誤点弧を防止して高精度な制御の切換えを行える。
【００６２】
以下、これについて詳細に説明する。
【００６３】
図７および図８は、上述の参考例とこの実施の形態のタイムチャートであり、これらの図は、サイクル制御から位相制御への切換え時において、サイクル制御パルスがハイレベル（ＳＳＲオン指令）であって、制御切換指令信号の立ち上がりがゼロクロスタイミングよりも遅れた場合を示している。なお、これらの図において、縦の破線は、ゼロクロスタイミングＴｚを示している。
【００６４】
図７においては、ゼロクロスパルスによって（ｄ）のトリガ信号を半サイクル毎にクリアしていないので、（ｃ）に示されるように、制御切換指令信号が、サイクル制御の指令（ローレベル）から位相制御への指令（ハイレベル）に切り換わるタイミングが、ゼロクロスタイミングよりも遅れると、（ｂ）のサイクル制御パルスが有効となって（ｄ）に示されるように、一瞬トリガ信号が出力されることになり、これによって、（ｅ）の矢符Ａに示されるように、誤点弧することになる。
【００６５】
これに対して、図８に示されるこの実施の形態では、（ｄ）のゼロクロスパルスによって、（ｅ）に示されるように、トリガ信号を半サイクル毎にクリアしている、すなわち、ゼロクロスタイミングでは、トリガ信号の出力を禁止しているので、（ｃ）に示されるように、制御切換指令信号が、サイクル制御の指令（ローレベル）から位相制御への指令（ハイレベル）に切り換わるタイミングが、ゼロクロスタイミングよりも遅れても、ゼロクロスパルスの立ち下がりよりも早ければ、トリガ信号が出力されることはなく、（ｆ）に示されるように、誤点弧することがない。
【００６６】
図９および図１０は、上述の参考例とこの実施の形態のタイムチャートであり、これらの図は、サイクル制御において、サイクル制御パルスの立下りが、ゼロクロスタイミングよりも遅れた場合を示している。
【００６７】
図９においては、サイクル制御時に、（ｂ）のサイクル制御パルスの立下りのタイミングが、ゼロクロスタイミングよりも遅いために、（ｄ）に示される ように、一瞬トリガ信号が出力されることになり、これによって、（ｅ）の矢符Ｂに示されるように、誤点弧することになる。
【００６８】
これに対して、図１０に示されるこの実施の形態では、（ｄ）のゼロクロスパルスによって、（ｅ）に示されるように、トリガ信号を半サイクル毎にクリアしている、すなわち、ゼロクロスタイミングでは、トリガ信号の出力を禁止しているので、（ｃ）に示されるように、サイクル制御パルスが立ち下がるタイミングが、ゼロクロスタイミングよりも遅れても、ゼロクロスパルスの立ち下がりよりも早ければ、トリガ信号が出力されることはなく、（ｆ）に示されるように、誤点弧することがない。
【００６９】
このように、この実施の形態では、半サイクルの切換えを高精度に行ってＳＳＲ２０の誤点弧を防止し、精度の高い温度制御が可能となる。
【００７０】
（実施の形態２）
図１１は、本発明の他の実施の形態の機能ブロック図であり、上述の図４に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００７１】
この実施の形態では、制御出力としてサイクル制御パルスを出力する温度調節器が多いことから、上述の実施の形態のサイクル制御パルス発生手段８を温度調節器２５に置き換えたものである。この実施の形態では、位相制御パルス発生手段６は、ＰＬＣ５からの制御指令が与えられ、この制御指令に応じて、位相制御パルスを発生する。その他の構成は、図４の構成と同様である。
【００７２】
この実施の形態では、温度調節器２５と組み合わせ、定常時は、温度調節器２５によってサイクル制御を行い、必要に応じて位相制御を行うことが可能となる。
【００７３】
（実施の形態３）
図１２は、本発明の更に他の実施の形態の機能ブロック図であり、図１１に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００７４】
この実施の形態では、ＰＬＣ５からスタート信号およびタイマ設定値が与えられ、これらに基づいて、制御切換指令信号を出力するソフトスタートタイマ回路２６を設けている。
【００７５】
このソフトスタートタイマ回路２６は、ＰＬＣ５からスタート信号が入力された後、予め設定された時間（タイマ設定値）は、位相制御を行い、その後サイクル制御を行うような制御切換指令信号を出力するものである。
【００７６】
この実施の形態では、例えば、１日の運転開始時などヒータ４が冷えている場合は、図１３に示されるように、一定時間は、電圧を低減させた位相制御を行うことで、ヒータ４の突入電流を小さくし、その後は、サイクル制御を行い、低ノイズの制御を行うものである。
【００７７】
（その他の実施の形態）
なお、本発明の他の実施の形態として、図１４のフローチャートに示されるソフトスタートを行うようにしてもよい。
【００７８】
この実施の形態では、負荷に流れる負荷電流を検出する負荷電流検出手段（図示せず）を設け、負荷電流を検出しながら位相制御の制御量を調整するものである。
【００７９】
すなわち、検出した電流が、予め設定した設定電流値より小さい時のみ位相角を一定ステップだけ大きくし、位相角（導通位相角）が９０°となった時点でサイクル制御に切換えることで、突入電流を任意の値に抑制し、かつ位相制御の期間を短くするものである。
【００８０】
位相制御の制御量が小さい時は、ヒータ４の温度がいつまでも高くならず、ヒータインピーダンスが大きくならないため、位相角がいつまでも大きくならないことがあり得る。したがって、検出した電流値が、一定時間以上同じ電流値を示す（同じ位相角でも電流が減少してこない）場合には、強制的に一定量だけ位相角を増加させることで、ヒータ４の立ち上がり時の不具合を防止するものである。
【００８１】
図１４のフローチャートに基づいて、詳細に説明すると、先ず、ユーザが設定した電流制限設定値を読み込む（ステップｎ１）。この電流制限設定値とは、ユーザが、突入電流を制限したい設定値であり、例えば、突入電流を、１０Ａ以内に設定したい場合には、１０Ａが設定されることになる。次に、上述の一定時間を計測するための導通位相角同一カウンタをクリアし（ステップｎ２）、導通位相角を、予め設定されている導通位相角初期値に設定し（ステップｎ３）、半波毎のピーク電流を検出し（ステップｎ４）、ピーク電流が電流制限設定値より小さいか否かを判断し（ステップｎ５）、小さいときには、導通位相角を一定ステップ増加し（ステップｎ６）、導通位相角同一カウンタをクリアし（ステップｎ７）、導通位相角が９０°以上であるか否かを判断し（ステップｎ８）、９０°以上でないときには、ステップｎ４に戻る。
【００８２】
ステップｎ５において、ピーク電流が、電流制限設定値より小さくないときには、導通位相角同一カウンタをインクリメントし（ステップｎ９）、導通位相角同一カウンタのカウント値が、１０以上になったか否か、すなわち、ピーク電流が電流制限設定値以上である状態が一定時間以上継続したか否かを判断し（ステップｎ１０）、１０以上になったときには、一定時間継続したとしてステップｎ６に移って、導通位相角を強制的に一定ステップ増加させ、１０以上になっていないときには、ステップｎ８に移る。
【００８３】
また、ステップｎ８において、導通位相角が９０°以上であるときには、サイクル制御に移行する。
【００８４】
また、本発明の更に他の実施の形態として、次のようにしてもよい。
【００８５】
すなわち、制御量が小さいときには、ヒータ４の発熱量が小さいためヒータインピーダンスが小さくなり、サイクル制御では、図１５に示されるように、通電時のピーク電流が大きくなる。
【００８６】
そこで、制御量が、予め定めた制御量、例えば、数％よりも小さいときには、図１６に示されるように、位相制御に切換えることで、ピーク電流を抑制するようにしてもよい。
【００８７】
上述の各実施の形態では、温度調節器およびＰＬＣによって電力制御装置を制御したけれども、本発明の他の実施の形態として、単一の制御装置、例えば、ＰＬＣで電力制御装置を制御するようにしてもよい。
【００８８】
また、サイクル制御は、ゼロクロス点で電力開閉手段をオンオフする交流の電力制御であり、本件出願人が、平成１２年３月１５日提出の「サイクル制御装置、電力調整装置、温度調節器および温度制御装置」（特願２０００−７１６４２号）において提案しているサイクル制御にも本発明は適用できるものである。
【００８９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、制御切換指令によって、位相制御パルスまたはサイクル制御パルスのいずれかの制御パルスを選択し、選択された制御パルスおよび前記交流電源のゼロクロスタイミングで発生するゼロクロスパルスに基づいて、前記電力開閉手段をオンさせるトリガ信号を発生させ、前記トリガ信号に基づいて、電力開閉手段のオンオフを制御するので、位相制御とサイクル制御とを自由に切換えることができ、通常時は、低ノイズのサイクル制御を行い、ランプヒータなどの負荷への通電開始時や制御量が小さいときには、位相制御を行ってピーク電圧を抑制するといったことが可能となる。
【００９０】
また、半サイクル毎のゼロクロスパルスのタイミングでは、トリガ信号の発生を禁止することで、誤点弧を防止して高精度の制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考例の電力制御装置を備える温度制御システムの機能ブロック図である。
【図２】 図１の電力制御装置の詳細構成を示すブロック図である。
【図３】 図１の参考例の動作説明に供するタイムチャートである。
【図４】 本発明の実施の形態に係る電力制御装置を備える温度制御システムの機能ブロック図である。
【図５】 図４の電力制御装置の詳細構成を示すブロック図である。
【図６】 図４の実施の形態の動作説明に供するタイムチャートである。
【図７】 図１の参考例の動作説明に供するタイムチャートである。
【図８】 図４の実施の形態の図７に対応するタイムチャートである。
【図９】 図１の参考例の動作説明に供するタイムチャートである。
【図１０】 図４の実施の形態の図９に対応するタイムチャートである。
【図１１】 本発明の更に他の実施の形態に係る電力制御装置を備える温度制御システムの機能ブロック図である。
【図１２】 本発明の他の実施の形態に係る電力制御装置を備える温度制御システムの機能ブロック図である。
【図１３】 図１２の実施の形態の出力電圧の波形図である。
【図１４】 本発明の更に他の実施の形態の動作説明に供するフローチャートである。
【図１５】 制御量が小さい場合のサイクル制御の通電時のピーク電流を示す図である。
【図１６】 位相制御の場合の図１５に対応する図である。
【符号の説明】
１，１−１〜３ 電力制御装置
２，２５ 温度調節器
３ 交流電源
４ ヒータ
６ 位相制御パルス発生手段
７ 電力開閉手段
８ サイクル制御パルス発生手段
９ 制御パルス選択手段
５ ＰＬＣ
２０ ＳＳＲ
２１ ゼロクロスパルス発生手段
２２ トリガ信号発生手段
Claims (5)
- 交流電源と負荷との間の電力開閉手段を制御して前記負荷に供給する電力を制御する装置であって、
制御量に応じた位相角で半サイクル毎に位相制御パルスを発生させる位相制御パルス発生手段と、
位相制御またはサイクル制御への切換えを指令する制御切換指令に応じて、前記位相制御パルスまたは制御量に対応したサイクル制御パルスのいずれかの制御パルスを選択する制御パルス選択手段と、
前記交流電源のゼロクロスタイミングでゼロクロスパルスを発生させるゼロクロスパルス発生手段と、
選択された前記制御パルスおよび前記ゼロクロスパルスに基づいて、前記電力開閉手段をオンさせるトリガ信号を発生させるトリガ信号発生手段とを備え、
前記トリガ信号発生手段は、半サイクル毎の前記ゼロクロスパルスのタイミングでは、前記トリガ信号の発生を禁止するものであり、
前記トリガ信号に基づいて、前記電力開閉手段のオンオフを制御することを特徴とする電力制御装置。 - 前記制御切換指令は、前記負荷への通電開始時には、位相制御を指令するとともに、その後サイクル制御への切換えを指令するものであり、
前記位相制御パルス発生手段は、前記通電開始時の前記位相制御が指令されている期間においては、前記位相角を一定、あるいは、徐々に増加させるものである請求項１に記載の電力制御装置。 - 前記負荷に流れる負荷電流を検出する負荷電流検出手段を備え、
前記位相制御パルス発生手段は、前記通電開始時の前記位相制御の指令においては、検出した負荷電流が予め設定された設定電流値よりも小さいときには、前記位相角を増加させ、検出した負荷電流が前記設定電流値よりも大きい状態が一定時間継続したときには、位相角を増加させる請求項２に記載の電力制御装置。 - 前記制御切換指令は、サイクル制御を指令している期間中において、前記制御量が予め定めた制御量よりも小さいときには、位相制御への切換えを指令するものである請求項１〜３のいずれかに記載の電力制御装置。
- 交流電源と負荷との間の電力開閉手段を制御して前記負荷に供給する電力を制御する方法であって、
制御量に応じた位相角で半サイクル毎に位相制御パルスを発生させるとともに、制御量に対応したサイクル制御パルスを発生させ、
位相制御またはサイクル制御への切換えを指令する制御切換指令に応じて、前記位相制御パルスまたは前記サイクル制御パルスのいずれかの制御パルスを切換選択し、
選択された前記制御パルスおよび前記交流電源のゼロクロスタイミングで発生するゼロクロスパルスに基づいて、前記電力開閉手段をオンさせるトリガ信号を発生させ、前記トリガ信号に基づいて、前記電力開閉手段のオンオフを制御し、
前記トリガ信号は、半サイクル毎の前記ゼロクロスパルスのタイミングでは、その発生が禁止されることを特徴とする電力制御方法。
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