JPH02300907A - 電力制御回路 - 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】 産業上の利用分野 本発明は電力制御回路に関するものである。

従来の技術 従来より、例えば電動機等に送る電力を制御するための
電力制御回路がある。

以下、従来の電力制御装置の一例について説明する。第
３図において、１および２は電源ｍｌ半、３は電動機、
４は電動機３に送る電力を制御するための電力制御回路
である。電力制御回路４において、抵抗器５，６、可変
抵抗器７、及びコンデンサ８，９によって時定数回路が
形成されている。１０は電流の断続を行うためのトライ
アッり、１１はトライアック１０にトリガパルスを与え
るためのダイアックであり、一端はトライアック１０の
ゲート、また他端は可変抵抗器７とコンデンサ９との接
点に接続されている。

第４図（イ）（ロ）（ハ）（ニ）はそれぞれ各部の動作
時の電圧波形である。すなわち第４図（イ）は電源端子
１，２の両端の電圧波形、第４図（ロ）はダイアック１
１の両端の電圧波形、第４図（ハ）はトライアックへ送
られるトリガパルスの波形、第４図（ニ）はトライアッ
ク１０に流れる電流の波形である。ＴＤはトライアック
が導通する時間すなわち導通時間である。

以上のように構成されたものにおいて、電力の制御は次
のように行う。すなわち、可変抵抗器７の抵抗値を変え
ると、上記時定数回路の時定数が変化する。例えば時定
数が大きくなると、トリガパルスのタイミングすなわち
トリガタイミングが遅れ、トライアックの導通時間ＴＤ
が短くなる。

また、その反対に上記時定数が小さくなると、トリガタ
イミングが早まり、トライアックの導通時間ＴＤが長く
なる。

また本装置は周波数が異なった場合でも、例えば５０Ｈ
ｚの時でも６０Ｈ７の時でも使用可能である。第４図に
おいて、実線は電源が５０Ｈｚの場合の波形であり、破
線は６０Ｈｚの場合の波形である。また第５図（イ）（
ロ）はダイアック１１の両端電圧の変化を詳細に示した
ものであり、第５図（イ）の場合と第５図（ロ）の場合
とでは時定数が異なり、第５図（イ）の場合は第５図（
ロ）の場合より時定数は小さい。また双方の場合におい
て、５０Ｈｚの場合と６０　Ｈｚの場合を重ねて記載す
るとともに、（イ〉の場合も（ロ）の場合も同時すなわ
ちｔｌにて入力電圧が開始されたとする。例えば５０Ｈ
ｚの場合、（イ）においてダイアック１１の両端電圧が
上記しきい値に達した時をｔ２、（ロ）において上記し
きい値に達した時をｔ３とする。そして、導通時間ＴＤ
は、ｔ２と次のゼロタイミグまでの時間差あるいはｔ３
と次のゼロタイミグまでの時間差によって決定される。

本回路はこのようにして電力制御が可能てあり、そして
外部からの電力制御用信号によって可変抵抗器２２の抵
抗値を変え、時定数回路の時定数を変える事によって電
動機３へ送る電力を変える事が出来る。

発明が解決しようとする課題 しかしながらこのような構成ては以下のような問題があ
る。すなわち、ダイアック１１はその両端電圧があるし
きい値に達した時にトリガパルスを発生するが、入力交
流電圧の周期が異なった場合でも立ち上がりタイミング
は等しく、第５図（イ）においてはｔ４とｔ２とが、ま
た（口）においてはｔ５とｔ３とがほぼ一致する傾向に
ある。

ところが導通時間ＴＤはトリガパルス発生時から次のゼ
ロタイミング迄の時間によって決定される≧てあり、コ
ンデンサ８，９が充電を開始してからトリガパルスが発
生するまでの時間が入力交流電圧の周期にかかわりな（
一定であると、入力交流電圧の周期が変わった場合に導
通時間ＴＤが必要以上に大きかったり、また小さかった
りする。従って、入力交流電圧の周波数が異なるとたと
え外部からの電力制御用信号が変わらなくても供給電力
が変化してしまい、送り出す電力量が変わってしまって
いた。

本発明は以上の課題に鑑みてなされたものであり、たと
え外部電源の周波数が変わっても、送出電力が周波数に
左右される事のない電力制御回路を提供する事を目的と
する。

課題を解決するための手段 本発明は以上の課題を解決するため、入力交流電圧の制
御しようとするある半波電圧期間に先立って所定の電気
角のタイミングにて上昇開始信号を発生させる制御信号
発生手段と、上記制御信号発生手段からの上昇開始信号
に従って出力電圧の上昇を開始するとともに上記半波電
圧期間中にその出力電圧が上昇し続けるのこぎり波状電
圧発生手段と、外部から与えられる電力制御情報からタ
イミング設定電圧を生成するタイミング設定電圧生成手
段とを設け、上記のこぎり波状電圧発生手段の出力電圧
と上記タイミング設定電圧生成手段から受けたタイミン
グ設定電圧とを比較し、上記のこぎり波状電圧発生手段
の出力電圧が上記タイミング設定電圧と一致した時にス
イッチ手段ヘトリガパルスを送るようにした。

作　　用 以上のように構成した事により、上昇開始信号は制御し
ようとする半波電圧の一つ前の半波電圧期間中に発生す
る事となり、しかも入力電圧のゼロタイミングに対する
積分開始タイミングの電気角は入力交流電圧の周期にか
かわらずその電気角が一定となる。

つまり、積分開始タイミングとゼロタイミングの時間の
ずれは入力交流電圧の周期に依存し、入力交流電圧の周
期が大きいとそれだけ積分開始タイミングとその直後の
ゼロタイミングとの時間差は太き（なり、入力交流電圧
の周期が小さいとそれだけ同時間差は小さくなる。

そして仮にタイミング設定電圧を固定して考えた場合、
積分開始タイミングから上記のこぎり波状電圧発生手段
の出力電圧が上記タイミング設定電圧と一致するトリガ
タイミング迄の時間は常に一定であるので、入力交流電
圧のゼロタイミングに対する上記トリガタイミングの電
気角も入力交流電圧の周期にかかわらずほぼ一定となる
。

実施例 以下、本発明における電力制御回路の実施例として、家
庭用電気掃除機の出力を制御するための制御回路につい
て説明する。第１図は本実施例における電力制御回路の
回路図である。第１図において、１５および１６は電源
端子、１７は上記電気掃除機の電動機である。

電力制御回路において、１８はトランスである。１９は
直流電圧発生回路であり、直流電圧発生回路１９におい
て、２０は全波整流器、２１は平滑用コンデンサ、２２
および２３は電圧固定用の抵抗器およびツェナーダイオ
ードである。２４はトランス１８の二次側に発生した交
流電圧の波形をクリップする事によって半サイクル分づ
つ取り出す為のクリップ回路であり、クリップ回路２４
内の節点２５および節点２６に第２図（ロ）に示す波形
の電圧が生じる。２７および２８はクリップのためのダ
イオードおよび抵抗器であり、また２９および３０もク
リップのためのダイオードおよび抵抗器である。

３１および３２は同期信号を生成するための比較器であ
り、入力として節点２５および節点２６に生じる電圧を
受け、その入力電圧と基準電圧と比較する。そして、そ
の出力電圧は入力電圧が上記基準電圧を割り込んだとき
に「Ｈ」レベルとなる。このようにして生成された信号
は入力交流信号に同期した方形波となり、以下この信号
を同期方形波信号と呼ぶ。

３３は比較器３１．３２のそれぞれに基準電圧を与える
ための基準電圧発生部、３４はその基準電圧の微調整を
行うための可変抵抗器である。

３５は積分回路であり、この積分回路がこぎり波状電圧
発生手段として作用する。積分回路３５において、抵抗
器３６．３７とコンデンサ３８は比較器３１の出力電圧
を積分するためのものであり、一方抵抗器３９．４０と
コンデンサ４１は比較器３２の出力電圧を積分するため
のものである。４２はトリガタイミング設定回路であり
、抵抗器４３と可変抵抗器４４から成る。抵抗器４３と
可変抵抗器４４は前記直流電圧発生回路１９から得た電
圧を分圧し、可変抵抗器４４の変化によって抵抗器４３
と可変抵抗器４４とによって分圧され電圧値が変化し、
その電圧をタイミング設定電圧として使用する。なお、
可変抵抗器４４の可動接片は本例の電気掃除機の圧力検
出器によ′って動かされ、可変抵抗器４４の抵抗値は上
記圧力検出器が検出した圧力に左右される事となる。

従って、上記圧力検出器が検出した圧力によってタイミ
ング設定電圧が左右される事となる。

４５および４６はトリガパルスを発生させる前段階とし
てそのタイミング信号を生成するための比較器である。

比較器４５は入力として積分回路内の節点４７に生じた
積分電圧を受け、その電圧と前記トリガタイミング設定
回路から受けたタイミング設定電圧とを比較する。そし
て、上記積分電圧が上記タイミング設定電圧を越えた時
にｒ　ＨＪレベルの電圧を出力する。また比較器４６も
同様であり、入力として積分回路内の節点４８に生じた
積分電圧を受け、その電圧と前記トリガタイミング設定
回路から受けたタイミング設定電圧とを比較する。そし
てその出力電圧は、上記積分電圧が上記タイミング設定
電圧を割り込んだ時に「Ｈ」レベル、上記積分電圧が上
記タイミング設定電圧を越えた時に「Ｌ」レベルとなる
。そしてその出力電圧がｒＨ，レベルから「Ｌ」へ反転
したタイミングがトリガタイミングとなる。

４つは比較器４５．４６の出力からトリガパルスを生成
するための微分回路である。微分回路４９において、抵
抗器５０とコンデンサ５１は比較器４５の出力電圧を微
分し、一方抵抗器５２とコンデンサ５３は比較器４６の
出力電圧を微分する。そして、それぞれの微分パルスは
節点５４にて一本の信号線に乗せられる。

５５は電動機１７に流れる電流の断続を行うためのトラ
イアックであり、トライアック５５のゲートに節点５４
の微分パルスがトリガパルスとして送られる。

第２図（イ）（ロ）（ハ）（ニ）（ホ）（へ）（ト）は
それぞれ各部の動作時の電圧波形である。すなわち第２
図（イ）は電源端子１５．１６の両端の電圧波形、第２
図（ロ）は節点２５の電圧、第２図（ハ）は比較器３１
の出力電圧、第２図（ニ）は積分回路３５の節点４７の
電圧、第２図（ホ）は比較機４５の出力電圧、第２図（
へ）は微分回路４９の節点５４の電圧、第２図（へ）は
トライアック５５に流れる電流の波形である。ＴＩ）は
トライアック５５が導通する時間すなわち導通時間であ
る。

以下、動作を説明する。まずクリップ回路２４と比較機
３１．３２によって第２図（イ）に示す交流電圧の波形
から、第２図くイ）に示す信号すなわち同期方形波信号
を生成する。そして、積分回路３５がその同期方形波信
号を積分し、第２図（ニ）に示す積分波を生成する。こ
こで本実施例でも異なった周波数で使用出来る。第２図
において、実線は電源が５０七の場合、破線は６０Ｈｚ
の場合の波形である。なお第２図（ハ）および第２図（
ホ）において、「Ｈ」レベル及び「Ｌ」レベルの電圧値
は５〇七の場合も６０Ｈｚの場合も等しいが、見易くす
るために実線と破線を上下にずらして描いている。

可変抵抗器４４の抵抗値が変わると、タイミング設定電
圧が変化する。例えば可変抵抗器４４の抵抗値が大きく
なると、タイミング設定電圧が高（なる。すると、比較
器４５．４６の出力電圧がｒＨ」レベルからｒｌ」へ反
転するタイミングが遅れ、従ってトリガタイミングが遅
れ、トライアック５５が導通する時間ＴＤが短くなる。

また、その反対に可変抵抗器４４の抵抗値が小さくなる
と、タイミング設定電圧も低くなり、比較器４５．４６
の出力電圧がｒＨ」レベルから「Ｌ」へ反転するタイミ
ングが早まり、トライアック５５が導通ずる時間ＴＤが
長くなる。

次に、外部電源の周波数が異なった場合について説明す
る。

第２図（イ）（ロ）（ハ）に示す波形処理の過程では、
源交流電圧と同期方形波信号との電気角は５〇七（実、
線）の場合でも６０Ｈｚ（破線）の場合でも殆ど変わす
、しかもそのｒＨ」レベル期間に源交流電圧の片手波が
納まるようになっている。以降、この片手波の期間を電
力制御しようとする期間すなわち電力制御期間と呼ぶ。

そして、この同期方形波信号を導通時間ＴＤを決定する
ための基準信号として用いる事となる。

そして第２図（ニ）において５０Ｈｚの場合の波形と６
０　Ｈ７の場合の波形とを比較すると、当然のことなが
ら全体の周期は互いに異なっているものの、立ち上がり
時のカーブ即ち傾き度合いはほぼ一致している。これは
、積分回路３５の回路定数が固定されているからである
。

例えば５０Ｈｚの場合において、ｔ６は第２図（ハ）の
同期方形波信号の立ち上がりタイミングすなわち「Ｌ」
レベルからｒＨ」へ反転するタイミングである。第２図
（ニ）の積分電圧は上記同期方形波信号の立ち上がりタ
イミングｔ６から増加し始める。そして同期方形波信号
の「Ｈ」レベルからｒｌ。

へ反転するタイミングをｔ７とした場合に、積分電圧は
その反転タイミングｔ７まで所定のカーブに沿って増加
して行く。そしてその過程において積分電圧がタイミン
グ設定電圧に一致した時すなわちｔ８にて比較器４５．
４６の出力電圧がｒＨ。

レベルから「Ｌ」へ反転し、その時にトリガパルスが発
生する。また６０Ｈｚの場合も同様であり、第２図（ニ
）の積分電圧は同期方形波信号の立ち上がりタイミング
ｔ９から増加し始める。同期方形波信号の「Ｈ」レベル
から「Ｌ」へ反転するタイミングをｔｌｏとすると、積
分電圧はその反転タイミングｊｌＯまで増加して行き、
その間のタイミング設定電圧と一致した時すなわちｉ＋
＋にで比較器４５゜４６の出力電圧が「Ｈ」レベルから
「Ｌ」へ反転し、トリガパルスが発生する。

以上のように本実施例では、同期方形波信号の立ち上が
りが上昇開始信号となり、電力制御期間の一つ前の半波
期間の電圧によってこの上昇開始信号が作成される事と
なる。そして、この上昇開始信号は電力制御期間の初端
のゼロタイミングｔ１２、を口よりもいくらか早いタイ
ミングで発生する。この時、５０Ｈｚにおけるｔ６と源
交流電圧のゼロタイミングｊ１２との時間差と６０Ｈｚ
におけるｔ９と源交流電圧のゼロタイミングｊ１４との
時間差はそれぞれの周期によって決定され、５０Ｈｚに
おける上記時間差に対して６０Ｈｚにおける上記時間差
は短くなっている。

ところで従来のものは、入力交流電圧のゼロタイミング
から積分が開始され、ゼロタイミングと上昇開始タイミ
ングがかならず一致した構成であったが、本実施例のも
のは上昇開始タイミングがゼロタイミングよりもいくら
か早＜、シかもその時間差は入力交流電圧の周期に依存
しているので、ある時入力交流電圧の周期変わっても、
その周期に合わせて自動的に上昇開始タイミングがシフ
トする事が可能であり、そして上昇開始タイミングがシ
フトした分だけ第２図（ニ）ののこぎり波状電圧発生手
段の出力電圧がタイミング設定電圧と一致するタイミン
グもシフトする事となり、トリガパルスをその時の入力
交流電圧との電気角を所定の量に保って正確なタイミン
グで発生させる事が可能になる。

また、積分電圧の傾きがほぼ固定され、ているので、あ
る制御半波におけるトリガタイミングから後端ゼロタイ
ミング（ＵＳ）迄の時間差および導通時間ＴＤはほぼ同
様にタイミング設定電圧のみに依存する事となる。

発明の効果 以上のように本発明は、入力交流電圧の制御しようとす
るある半波電圧期間に先立って所定の電気角のタイミン
グにて上昇開始信号を発生させる制御信号発生手段と、
上記制御信号発生手段からの上昇開始信号に従って出力
電圧の上昇を開始するとともに上記半波電圧期間中にそ
の出力電圧が上昇し続けるのこぎり波状電圧発生手段と
、外部から与えられる電力制御情報からタイミング設定
電圧を生成するタイミング設定電圧生成手段とを設け、
上記のこぎり波状電圧１発生手段の出力電圧と上記タイ
ミング設定電圧生成手段から受けたタイミング設定電圧
とを比較し、上記のこぎり波状電圧発生手段の出力電圧
が上記タイミング設定電圧と一致した蒔にスイッチ手段
ヘトリガパルスを送るように構成した事により、上昇開
始信号を、制御しようとする半波電圧の一つ前の半波電
圧期間中に発生させる事が可能となり、しかも入力電圧
のゼロタイミングに対する上昇開始タイミングの電気角
は入力交流電圧の周期にかかわらずその電気角が一定と
なり、さらに上昇開始タイミングから上記のこぎり波状
電圧発生手段の出力電圧が上記タイミング設定電圧と一
致するトリガタイミング迄の時間は常に一定であるので
、入力交流電圧のゼロタイミングに対する上記トリガタ
イミングの電気角も入力交流電圧の周期にかかわらずほ
ぼ一定となり、従って、入力交流電圧とトリガパルスと
の電気角は電力制御情報のみによって決定され、負荷に
供給される電力は周波数とは無関係となって電力制御情
報のみに依存する事となり、たとえ入力交流電圧の周波
数が変わっても負荷へ供給される電力が変化する事がな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における電力制御回路の回路図
、第２図（イ）（ロ）（ハ）（ニ）（ホ）（へ）（ト）
はそれぞれ同電力制御回路の各部の動作時の電圧波形図
、第３図は従来の電力制御回路の回路図、第４図（イ）
（ロ）（ハ）（ニ）はそれぞれ同電力制御回路の各部の
動作時の電圧波形図、第５図（イ）（ロ）はそれぞれ同
電力制御回路のダイアックの両端電圧の変化を示す波形
図である。 １７・・・・電動機　　　　　１８・・・・トランス１
９・・・・直流電圧発生回路 ２４・・・・クリップ回路 ３１．３２・・・・比較器 ３３・・・・基準電圧発生部　３４・・・・可変抵抗器
３５・・・・積分回路 ４２・・・・トリガタイミング設定回路４４・・・・可
変抵抗器　４５．４６・・・・比較器４９・・・・微分
回路　　　５５・・・・トライアック代理人の氏名　弁
理士　粟野重孝　ほか１名第２図 （へ） 破Ｎ６０Ｈｚ　　　　　−一一− Ｔ＾ 第３図 破線６０Ｈｚ 第５図 ↑− １１゛

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　交流電圧源からの入力交流電圧の所定の電気角のタイ
   ミングにて上昇開始信号を発生し、他の電気角のタイミ
   ングにて低下信号を発生する制御信号発生手段と、 上記上昇開始信号が発してから低下信号が発するまでの
   間直線的に出力電圧を上昇させ続けるとともに同低下信
   号に従って元の値まで出力電圧を低下させるように構成
   されたのこぎり波状電圧発生手段を設け、 外部から与えられる電力制御情報を基にタイミング設定
   電圧を生成するタイミング設定電圧生成手段と、 上記のこぎり波状電圧発生手段の出力電圧と上記タイミ
   ング設定電圧生成手段から受けたタイミング設定電圧と
   を比較し、その電圧上昇期間中における上記のこぎり波
   状電圧発生手段の出力電圧が上記タイミング設定電圧と
   一致した時にトリガパルスを発生するトリガパルス発生
   手段と、交流電圧源と負荷との間の電力供給路に直列に
   接続され、上記トリガパルスによって導通するとともに
   入力交流電圧の次のゼロタイミングまで導通を維持する
   スイッチ手段とを有する事を特徴とする電力制御回路。