JPH089778Y2 - 負荷制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 技術分野 本考案は、負荷制御装置に関し、さらに詳しくは位相
制御用半導体スイツチング素子を用いた主制御器と、こ
れより遠隔の場所に、操作用スイツチを設けた副制御器
を配置し、主制御器と副制御器間を２線で結び、副制御
器側で操作スイツチを操作することによつて主制御器側
に制御信号を送出し、これによつて負荷電力を制御する
ことのできる負荷制御装置に関する。

背景技術 このような負荷制御装置は、主制御器と副制御器との
間の配線数が２本で副制御器側からのリモートコントロ
ールができることから、照明の調光装置やモータの速度
調節などに利用され、或る提案された技術は、たとえば
第８図に示されるような構成となつている。交流電源AC
と、負荷（たとえば白熱電灯）Ｌの直列回路は、電力ラ
イン1,l2を介して主制御器１に接続され、他方副制御
器２は、伝送ラインl3,l4を介して主制御器１に接続さ
れている。副制御器２には、操作用スイツチS1,S2,S3が
設けられ、操作用スイツチS1が押圧されると負荷Ｌに対
する主制御器１からの電力付勢が強められ、操作用スイ
ツチS2が押圧されると負荷Ｌに対する電力付勢が弱めら
れ、操作用スイツチS3が押圧されると負荷Ｌに対し電力
が付勢あるいは消勢される。このような或る提案された
技術ではたとえば操作スイツチS1を押圧して負荷Ｌに対
する電力付勢を強めようと望んだにもかかわらず逆に消
勢されるといつた動作不安定が発生し、このため動作の
安定な負荷制御装置が所望されていた。したがつて本件
発明者は以下に述べるような或る提案された技術につい
ての検討と、不安定動作の発生する原因について推論を
行なつた。

第５図は、或る提案された技術の負荷制御装置の基本
的な構成を示す電気回路図であり、交流電源ACと、負荷
（たとえば白熱電灯）Ｌと、主制御器（以下親機と呼
ぶ）１と、副制御器（以下子機と呼ぶ）２とから構成さ
れている。親機１と子機２とは、端子T3,T5および端子T
4,T6間が伝送ラインl3,l4を介して接続され、交流電源A
Cと負荷Ｌの直列回路は電力ライン1,l2を介して端子T
1,T2によつて親機１に接続されている。親機１では、端
子T1,T2間に位相制御用スイツチング素子（以下トライ
アツクと呼ぶ）TAが接続され、トライアツクTAを介して
電源ACと負荷Ｌの電力回路が形成される。トライアツク
TAのゲートＧはラインl8を介してマイクロプロセツサな
どによつて実現される制御回路３の制御出力端子ｇに接
続されている。

親機１の端子T1にはさらにホトカプラなどによつて実
現される信号検出手段４の一方の端子ａが接続され、他
方の端子ｂは端子T3から一方の伝送ラインl3を介して子
機２の端子T5に接続される。親機１内で端子T2と接続さ
れている端子T4は、他方の伝送ラインl4を介して子機２
の端子T6に接続される。検出手段４の出力端子e1,e2お
よびe0と制御回路３の入力端子f1,f2およびf0とはそれ
ぞれラインl5,l6およびl7によつて相互に接続されてい
る。

子機２内では、操作スイツチS1,S2,S3の一方の端子が
ともに端子T5に接続され、操作スイツチS1の他方の端子
にはダイオードD1のアノード側に、操作スイツチS2の他
方の端子にはダイオードD2のカソード側にそれぞれ接続
されている。ダイオードD1のカソード側と、ダイオード
D2のアノード側および操作スイツチS3の他方の端子は、
ともに子機２のもう一方の端子T6に接続されている。

次に第５図を参照しつつ、或る提案された技術の電気
回路についてその動作を説明する。いま子機２側で操作
スイツチS2が押圧されると、トライアツクTAの両端の電
圧波形が検出手段４を介して子機２の端子T5,T6間に印
加され、ダイオードD1の弁作用によつて、参照符Ｐで示
される方向の電流が、操作スイツチS1が押圧されている
期間中、トライアツクTAの両端の電圧波形の一方の半サ
イクルについて流れる。このときの電流の向き（第６図
参照符Ｐの方向）を正とする。次に操作スイツチS2が押
圧されると、ダイオードD2の弁作用によつて、参照符ｑ
で示される方向の電流がトライアツクTAの両端の電圧波
形の負の半サイクルについて流れる。また操作スイツチ
S3が押圧されると、その押圧されている間、親機１と子
機２間には正負の電流が交互に流れる。これによつて検
出手段４は、子機２側の操作スイツチS1〜S3の操作態様
を、前記電流の向きと、その流過時間によつて定まる信
号（たとえばパルス）として、ラインl5,l6およびl7を
介して制御回路３に導出し、制御回路３はこれによる判
断および演算を行なつて、負荷Ｌに対し必要な導通角を
算出し、その結果を出力端子ｇからラインl8を介してト
ライアツクTAのゲートＧにトリガ信号として印加する。
したがつてトライアツクＡは、導通角に相当する期間O
N、非導通期間OFFのスイツチング操作を、交流電源ACの
正負各半サイクル毎に繰返し、このようにして負荷制御
が行なわれる。たとえば負荷Ｌを白熱電灯とし、操作ス
イツチS1に「明」、S2に「暗」、S3に「点・滅」の表示
を与えれば、操作スイツチS1を押圧している間電灯は明
るくなり、S2を押圧すれば暗くなり、S3を押圧すれば電
灯が点灯しているときは消灯し、消灯しているときは点
灯する。

しかしながらこのような或る提案された技術では、た
とえば操作スイツチS1を押圧して照明をより明るくしよ
うと望んだにもかかわらず消灯してしまつたり、操作ス
イツチS2を押圧したにもかかわらず逆に明るくなつたり
する動作不安定状態がしばしば発生し、このため動作の
安定な負荷制御装置が所望されていた。

本件考案者は、上述の動作不安定が発生することにつ
いて、その原因を（１）トライアツク両端の波形、
（２）親機−子機間の伝送ラインに存在する浮遊容量
（ストレーキヤパシテイ）によるものと推論した。

第６図は、或る提案された技術による前記回路の各部
の波形を示す図である。それぞれの図は、いずれも縦軸
に電圧レベルを示し、横軸に時間をとつている。なお時
間軸には対応する位相角を弧度法（π＝180°）で併記
している。第５図を併せて参照しつつ以下第６図の各波
形につき説明する。

第６図（１）は、交流電源ACの電圧波形を示す。第６
図（２）は、導通角＝θのときのトライアツクTAの両端
の電圧波形である。トライアツクTAが導通角θで位相制
御されると、時刻t1〜t2,t3〜t4,t6〜t7,…の期間トラ
イアツクTAはON状態となるため、上記期間すなわち第６
図（２）のハツチングを施した部分の電圧波形が負荷Ｌ
に印加され、残余の時刻t0〜t1,t2〜t3,t4〜t6,…の期
間の波形がトライアツクTAの両端の電圧波形となる。第
６図（３）は、このときの負荷Ｌに印加される電圧波形
を、第６図（４）は、このときのトライアツクTAの両端
の電圧波形を示している。前述のごとくこの第６図
（４）の電圧波形が信号波形として子機２側に導出され
る。いま子機２側で操作スイツチS1が押圧されると、第
６図（４）の信号波形の正の半サイクルの期間に対応し
て、検出手段４の検出素子（たとえばホトカプラ、ただ
し図示していない）には第６図（５）に示すような電流
が流れ、これによつて検出手段４は第６図（６）に示す
ように、レベル「０」「Ｈ」の交番波形を一方の出力端
子e1,e0間に導出し、制御回路３の入力端子に印加す
る。第６図（７）は、このときの検出手段４のもう一方
の出力端子e2,e0間の波形を示しており、そのレベルは
一定である。したがつて制御回路３は、前記第６図
（６）の波形を入力として判断し、トライアツクTAに必
要なトリガを出力する。第６図（８），（９）の波形に
ついては後述する。

このようにして、トライアツクTAの両端の電圧波形、
したがつて子機２に与えられる信号波形は、第６図
（４）に示されるように、導通角θによつて定まる時刻
t1,t3,t6,…において遮断されるので、多量の高調波成
分を含んだサージ電圧が発生する。しかもこのサージ電
圧のレベルは、導通角θが90°のときに最大となり、前
記波形の正負いずれのサイクルにおいても発生する。

第７図は、或る提案された技術を示す電気回路図であ
る。第７図は第６図と同一の構成で、対応する部分には
同一の参照符を付す。第７図において検出手段４は、第
１検出素子のホトカプラP1、第２検出素子のホトカプラ
P2によつて構成されておりホトカプラP1,P2はいずれも
発光素子たる発光ダイオードLD1,LD2および受光素子た
るホトトランジスタQ1,Q2によつて成つている。交流電
源ACは商用電源の場所、その一端は通常接地されてい
る。伝送ラインl3,l4の相互間および対大地間には浮遊
容量（ストレーキヤパシテイ）SC1,SC2およびSC3が必然
的に存在しており、かつそれぞれの容量は伝送ラインl
3,l4が長距離となるに従つて増大する。したがつていま
子機２側で操作スイツチS1が押圧されたとすれば、検出
手段４内を参照符Ｐで示される方向の電流のみが流れ、
したがつて第１検出素子のホトカプラP1の発光ダイオー
ドLD1のみが発光し、それによつて端子e1,e0間のみに第
６図（６）で示す波形が出力として導出されるべきであ
るが、前述の如く、負の半サイクル期間内においてもサ
ージ電圧が発生するため、このサージ電圧波形は、前記
浮遊容量SC1,SC2等を介して参照符h,jあるいは参照符ｍ
で示す向きの迷走電流を発生させ、これらの電流は、負
の半サイクル期間において参照符Ｐで示す向きの電流と
は逆向きであり、これによつて第２検出素子P2の発光ダ
イオードLD2は第７図（８）に示されるようにΔΘの期
間、発光し、このため検出手段４は、第７図（９）で示
される出力波形を導出する。したがつて子機２側では操
作スイツチS1のみが押圧されたにもかかわらず、あたか
もS1,S2が同時に押圧されたと同じスイツチング態様と
なる。すなわちこの場合に検出手段４は、操作スイツチ
S3が押圧されたとみなすために、使用者の所望する状態
に反する結果を招来する。以上が本件考案者の或る提案
された技術の問題点に関して行なつた推論である。

以上の推論により、前記迷走電流の影響を排除するた
め、本件考案者は、第７図において、サージ電圧吸収用
コンデンサC1および迷走電流バイパス用コンデンサC2を
それぞれ図中点線で示される箇所に接続し、前述のよう
な動作不安定の解消を図り、所望の効果をあげたけれど
も、この場合のコンデンサC1,C2は、交流電源ACの電源
電圧に見合うべき高耐圧のものを必要とし、また前記サ
ージ電圧波形には多量の高調波成分が含まれているため
周波数特性の良好なコンデンサを選定する必要があつ
た。したがつてコンデンサの外形が大型化し、コストが
高価なものとなつた。

目的 したがつて本件考案の目的は、上述の技術的課題を解
決し、動作の安定な低コストで製作可能な負荷制御装置
を提供することである。

考案の構成 本考案は、（ａ）負荷Ｌと、位相制御用半導体スイツ
チング素子TAと、交流電源ACとを直列に接続して閉ルー
プを構成し、 （ｂ）半導体スイツチング素子TAの両端部に、第１およ
び第２抵抗r1,r2の各一端部をそれぞれ接続し、 第１および第２抵抗r1,r2の他端部間に、相互に逆極
性に直列または並列に接続した一対のツエナダイオード
Z1,Z2を接続し、 （ｃ）第１抵抗r1の前記他端部に、相互に逆極性に並列
接続された第１および第２発光ダイオードLD1,LD2を介
して、第１伝送ラインl3を接続し、 （ｄ）第２抵抗r2の前記他端部に、第２伝送ラインl4を
接続し、 （ｅ）第１および第２伝送ラインl3,l4間に、 第１ダイオードD1と第１操作スイツチS1とから成る第
１直列回路と、 第１ダイオードD1とは逆極性の第２ダイオードD2と第
２操作スイツチS2とから成る第２直列回路と、 第３操作スイツチS3とを、並列に接続し、 （ｆ）第１および第２発光ダイオードLD1,LD2からの光
を、各受光素子Q1,Q2によつてそれぞれ受光し、 （ｇ）各受光素子Q1,Q2の出力に応答して半導体スイツ
チング素子TAを制御し、 一方の受光素子Q1のみの受光によつて負荷Ｌの電力付
勢を強め、 他方の受光素子Q2のみの受光によつて負荷Ｌの電力付
勢を弱め、 両方の受光素子Q1,Q2の受光によつて負荷Ｌに対し電
力を付勢あるいは消勢する制御回路３を設けることを特
徴とする負荷制御装置である。

実施例 第１図は本考案の一実施例の電気回路図である。第１
図の回路は第５図および第６図の回路における対応する
部分には同一の参照符を付す。注目すべきは、トライア
ツクTAの両端には抵抗r1,r2およびツエナダイオードZ1,
Z2による分圧手段５がトライアツクTAと並列に接続され
ており、その分圧電圧のレベルは検出素子４を構成する
第１発光ダイオードLD1および第２発光ダイオードLD2が
トライアツクTAの導通角Θが最大となつたときでも安定
に発光するレベルに設定されている。したがつて前記導
通角Θが90°のときでも前述の信号波形のレベルは分圧
手段５によつて設定されたレベルを越えず、一定レベル
以下に抑えられサージ波形も吸収される。すなわちツエ
ナダイオードZ1,Z2によつて信号波形は波形整形作用を
受け、信号波形は方形波〜方形波に近い波形の、低レベ
ル波形となる。ツエナダイオードZ1,Z2と並列に接続さ
れているコンデンサC1はこのようにして得られた信号波
形が方形波であることによつて生ずる高調波成分を除去
するためのフイルタであり、低圧，小容量のコンデンサ
でよく、本件考案者の実験によれば、省略しても装置自
体の動作に影響は生じなかつた。

第２図は、第１図の電気回路における各部の波形を示
す図である。第２図（１）は導通角＝Θのときのトライ
アツクTAの両端の電圧波形を示す。第２図（２）は、ツ
エナダイオードZ1,Z2によつて整形され、低レベルに変
換された信号波形を示す。第２図（３）は、コンデンサ
C1の付加により方形波に含まれる高調波成分が除かれ
て、その波形がなまされ、台形波的になつたことを示
す。第２図（４）は、子機２側で操作スイツチS1が押圧
されたとき検出手段４の第１検出素子であるホトカプラ
P1の出力波形を示す。第２図（５）は、このときの第２
検出素子であるホトカプラP2の出力波形を示す。信号波
形が前述したように低レベル化された結果、トライアツ
クTAの負のスイツチング期間t3〜t4,t7〜t8,…において
も前述のようなサージ波形の影響は受けず、そのレベル
は一定であることが示されている。

再び第１図を参照して、検出手段４は子機２側の操作
スイツチS1〜S3のスイツチング態様に対応する出力をラ
インl5,l6およびl7を介して制御回路３に出力し、制御
回路３はこれによつて判断・演算を行ない、必要な導通
角に相当するトリガ信号をラインl8を介してトライアツ
クTAのゲートＧに印加し、これによつて負荷Ｌに対する
電力付勢が制御される。なお上述の実施例においてはツ
エナダイオードZ1,Z2を逆直列接続として示したけれど
も、第３図（１）および第３図（２）に示すような構成
もまた、実施され得る。

第５図は、前述の制御回路３を駆動するための安定化
電源PSの電気回路図である。安定化電源PSの入力端子u,
vは、端子T1,T2に接続され、トライアツクTA（図示せ
ず）の両端の電圧波形が印加されている。トライアツク
TAで制御される導通角Θは、それが最大に設定された場
合でもなおΘ＜πとなるように設定され、いいかえれば
負荷Ｌに対し最大通電時間が設定されてもなおΔ（た
とえば30°）の非通電期間を残存するように設定され
る。したがつて安定化電源PSは負荷電力が最大となつた
場合でもなお上記Δに相当する電力によつて付勢され
る。安定化電源PSに加えられた上記電力はコンデンサC
2,抵抗r3を介してダイオードブリツジDBに印加されて全
波整流され、コンデンサC3によつて平滑されてトランジ
スタQ3のコレクタに加えられ、他方では抵抗r4,ツエナ
ダイオードZ3による定電圧回路によつて分圧されトラン
ジスタQ3のベースに与えられ、これらによつてトランジ
スタQ3のコレクタにあらわれる出力電圧VC,VSは前記入
力電圧の変動にかかわらず一定となつて制御回路３に印
加され、制御回路３を駆動する。なお本実施例では安定
化電源回路PSの構成要件として、前記トランジスタQ3お
よびツエナダイオードZ3を用いたけれども、これらに代
つて３端子レギユレータの如き電圧安定素子を用いても
よい。

効果 本考案によれば、位相制御用半導体スイツチング素子
TAの両端部に、第１および第２抵抗r1,r2の各一端部を
それぞれ接続し、これらの第１および第２抵抗r1,r2の
他端部間に、相互に逆極性に直列または並列に接続した
一対のツエナダイオードZ1,Z2を接続することによつ
て、第１および第２伝送ラインl3,l4間の電圧を常に一
定値に保つことができる。これによつて第１〜第３操作
スイツチS1〜S3の操作時に、第１および第２発光ダイオ
ードLD1,LD2を確実に発光させて、制御を確実に行うこ
とができ、これによつて誤動作を防ぐことができる。ま
た第１および第２伝送ラインl3,l4間の電圧を低くし、
ノイズの発生を防ぐことができる。これによつて動作を
安定化させることが可能である。

このような第１および第２伝送ラインl3,l4間に流れ
る電流は微弱でよいので、それらのラインl3,l4を細く
することができ、したがつて配線作業が容易になるとい
う効果もある。

さらに本考案によれば、これらの第１および第２伝送
ラインl3,l4に３つの操作スイツチS1〜S3を接続して、
負荷の電力付勢を強め、弱め、あるいはまた付勢／消勢
を行うようにし、簡単な配線作業で、負荷Ｌの上述の制
御を行うことができ、構成が簡単であるという効果が達
成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の一実施例の電気回路図、第２図は、
第１図示の電気回路の各部の波形図、第３図はツエナダ
イオードZ1,Z2の接続方法を示す図、第４図は本考案の
一実施例における安定化電源PSの電気回路図、第５図は
或る提案された技術を示す電気回路図、第６図は第５図
に示される電気回路の各部の波形を示す図、第７図は或
る提案された技術について本件考案者の推論を加えた電
気回路図、第８図は或る提案された技術の構成を示す図
である。 １…主制御器、２…副制御器、３…制御回路、４…検出
手段、５…分圧手段、P1,P2…ホトカプラ、TA…位相制
御用スイツチング素子、S1〜S3…操作スイツチ、PS…安
定化電源、Ｌ…負荷、AC…交流電源、1,l2…電力ライ
ン、l3,l4…伝送ライン

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）負荷Ｌと、位相制御用半導体スイツ
   チング素子TAと、交流電源ACとを直列に接続して閉ルー
   プを構成し、 （ｂ）半導体スイツチング素子TAの両端部に、第１およ
   び第２抵抗r1,r2の各一端部をそれぞれ接続し、 第１および第２抵抗r1,r2の他端部間に、相互に逆極性
   に直列または並列に接続した一対のツエナダイオードZ
   1,Z2を接続し、 （ｃ）第１抵抗r1の前記他端部に、相互に逆極性に並列
   接続された第１および第２発光ダイオードLD1,LD2を介
   して、第１伝送ラインl3を接続し、 （ｄ）第２抵抗r2の前記他端部に、第２伝送ラインl4を
   接続し、 （ｅ）第１および第２伝送ラインl3,l4間に、 第１ダイオードD1と第１操作スイツチS1とから成る第１
   直列回路と、 第１ダイオードD1とは逆極性の第２ダイオードD2と第２
   操作スイツチS2とから成る第２直列回路と、 第３操作スイツチS3とを、並列に接続し、 （ｆ）第１および第２発光ダイオードLD1,LD2からの光
   を、各受光素子Q1,Q2によつてそれぞれ受光し、 （ｇ）各受光素子Q1,Q2の出力に応答して半導体スイツ
   チング素子TAを制御し、 一方の受光素子Q1のみの受光によつて負荷Ｌの電力付勢
   を強め、 他方の受光素子Q2のみの受光によつて負荷Ｌの電力付勢
   を弱め、 両方の受光素子Q1,Q2の受光によつて負荷Ｌに対し電力
   を付勢あるいは消勢する制御回路３を設けることを特徴
   とする負荷制御装置。