JPH11167976A - 電気炉の電力制御方法およびその装置 - Google Patents
電気炉の電力制御方法およびその装置Info
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- JPH11167976A JPH11167976A JP33549897A JP33549897A JPH11167976A JP H11167976 A JPH11167976 A JP H11167976A JP 33549897 A JP33549897 A JP 33549897A JP 33549897 A JP33549897 A JP 33549897A JP H11167976 A JPH11167976 A JP H11167976A
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- Japan
- Prior art keywords
- cycle
- energization
- cycles
- resistance heating
- heating element
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- Control Of Electrical Variables (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 電気炉設備へ供給する電力をサイクル制御す
る方法、およびこの方法を実施する装置を提供する。 【解決手段】 交流電源の同相に並列接続された定格発
熱量ＲＰh を有する総数Ｈの抵抗発熱体Ｒh （ｈ＝１〜
Ｈ）に対してそれぞれ希望発熱率Ｓh を実現するよう
に、基本制御周期に相当するサイクル数Ｎ中の各サイク
ル位置Ｉで各抵抗発熱体Ｒh の通電・非通電を決定して
電力をサイクル制御する方法にあって、サイクル位置Ｉ
で１からｎ番目までの抵抗発熱体により消費される電力
を積算した積算電力ＴＡ(I, n)の電力レベルが、抵抗発
熱体１から始めて抵抗発熱体Ｈまで逐次積算する都度、
サイクル数Ｎにわたりできる限り一様になるように、各
抵抗発熱体Ｒh の通電・非通電を各基本制御周期で決定
し、次の基本制御周期でこの決定に従って全ての抵抗発
熱体の通電・非通電を実行する。
る方法、およびこの方法を実施する装置を提供する。 【解決手段】 交流電源の同相に並列接続された定格発
熱量ＲＰh を有する総数Ｈの抵抗発熱体Ｒh （ｈ＝１〜
Ｈ）に対してそれぞれ希望発熱率Ｓh を実現するよう
に、基本制御周期に相当するサイクル数Ｎ中の各サイク
ル位置Ｉで各抵抗発熱体Ｒh の通電・非通電を決定して
電力をサイクル制御する方法にあって、サイクル位置Ｉ
で１からｎ番目までの抵抗発熱体により消費される電力
を積算した積算電力ＴＡ(I, n)の電力レベルが、抵抗発
熱体１から始めて抵抗発熱体Ｈまで逐次積算する都度、
サイクル数Ｎにわたりできる限り一様になるように、各
抵抗発熱体Ｒh の通電・非通電を各基本制御周期で決定
し、次の基本制御周期でこの決定に従って全ての抵抗発
熱体の通電・非通電を実行する。
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、一つまたはそれ
以上の電気炉内にある複数の抵抗発熱体が電源の同相に
並列に接続されている場合の電気炉設備の電力を制御す
る方法およびこの方法を実施する装置に関する。
以上の電気炉内にある複数の抵抗発熱体が電源の同相に
並列に接続されている場合の電気炉設備の電力を制御す
る方法およびこの方法を実施する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、上記のような電気炉で発
生する熱量は、電源から半導体スイッチング素子を介し
て抵抗発熱体に供給される電力の値に応じて調整され
る。その場合、供給電力は半導体スイッチング素子の導
通・非導通の割合に応じて定まる。この半導体スイッチ
ング素子としては通常サイリスタが使用されている。サ
イリスタの制御には、通電位相角を制御する位相制御法
と、電源の１サイクル毎に通電・非通電を行うサイクル
制御法の二種がある。前者の方法では、通電位相角を可
変して発熱量を調節するので、微細な発熱調整をするの
適している。しかし、抵抗発熱体に加わる電圧が相当大
きい位相角でスイッチング素子の導通と遮断が行われる
ことが多いため、電源線路に対して望ましくない高い周
波数の擾乱電圧やそれに伴う擾乱電流を発生したり、電
気炉や電源線路の周囲にある電子機器に対して望ましく
ない擾乱電波を発生する。後者の方法では、スイッチン
グ素子の導通および遮断が電源電位の零クロス点で行わ
れるため、発生する外乱要因の作用は極めて弱く、周囲
の電子機器に対して望ましい。しかしながら、発熱量を
微細に調整するには、前者の位相制御法に比べて、後者
のサイクル制御法は制御出力が離散的であるため簡単で
はない。
生する熱量は、電源から半導体スイッチング素子を介し
て抵抗発熱体に供給される電力の値に応じて調整され
る。その場合、供給電力は半導体スイッチング素子の導
通・非導通の割合に応じて定まる。この半導体スイッチ
ング素子としては通常サイリスタが使用されている。サ
イリスタの制御には、通電位相角を制御する位相制御法
と、電源の１サイクル毎に通電・非通電を行うサイクル
制御法の二種がある。前者の方法では、通電位相角を可
変して発熱量を調節するので、微細な発熱調整をするの
適している。しかし、抵抗発熱体に加わる電圧が相当大
きい位相角でスイッチング素子の導通と遮断が行われる
ことが多いため、電源線路に対して望ましくない高い周
波数の擾乱電圧やそれに伴う擾乱電流を発生したり、電
気炉や電源線路の周囲にある電子機器に対して望ましく
ない擾乱電波を発生する。後者の方法では、スイッチン
グ素子の導通および遮断が電源電位の零クロス点で行わ
れるため、発生する外乱要因の作用は極めて弱く、周囲
の電子機器に対して望ましい。しかしながら、発熱量を
微細に調整するには、前者の位相制御法に比べて、後者
のサイクル制御法は制御出力が離散的であるため簡単で
はない。
【０００３】このような観点から、本出願人は外乱の発
生を少なくできるサイクル制御法に基づき電気炉の電力
を制御することを特開昭６３−４４２１４号公報に提示
した。この場合、商用電源の電圧が正と負となる互いに
隣接した半波の一対を一サイクルとして、抵抗発熱体に
通電するサイクルと非通電するサイクルが時間軸にわた
って見てできる限り均等に配分される状態で電気炉の発
熱量を制御することを提案した。
生を少なくできるサイクル制御法に基づき電気炉の電力
を制御することを特開昭６３−４４２１４号公報に提示
した。この場合、商用電源の電圧が正と負となる互いに
隣接した半波の一対を一サイクルとして、抵抗発熱体に
通電するサイクルと非通電するサイクルが時間軸にわた
って見てできる限り均等に配分される状態で電気炉の発
熱量を制御することを提案した。
【０００４】大型の電気炉では多数の抵抗発熱体が使用
され、これ等の抵抗発熱体が３相のうちの各三つの単相
の間にほぼ均等な負荷分布となるように配分して接続さ
れている。そのため、通常各相には２個あるいはそれ以
上の個数の抵抗発熱体が互いに並列に接続されている。
このような抵抗発熱体へ全く無関係に均等に配分された
導通サイクルで通電するだけでは、共通の入力電源から
見て、できる限り均等な電流強度の通電が必ずしも達成
できない。何故なら、例えば二つの抵抗発熱体への通電
出力レートが 50 ％である、つまり１サイクルの間、電
圧が印加され、それに続く次のサイクルの間には電圧が
印加されない繰り返しが継続する場合には、印加電圧の
波形が同一、つまり両方の発熱体に同じ位相の同じ波形
の電圧が印加する場合と、両者への印加電圧が互いに一
サイクルずれて通電される場合がある。前者の場合、共
通の電源から見て、共通電源に流れる電流は単一負荷の
場合の電流の二倍が最初のサイクルに流れ、次のサイク
ルには電流が流れない（この場合、説明を容易にするた
め回路のインダクタンス成分がないと仮定し、印加電圧
に対して発生する電流の遅れがないとする）。これに反
して、後者の場合には単一負荷に流れる電流が全てのサ
イクルにわたり連続して流れる。それ故、同じ消費電力
であっても、通電サイクルの相互位相位置を適切に選択
すれば、通電時の不平衡を防止できる。
され、これ等の抵抗発熱体が３相のうちの各三つの単相
の間にほぼ均等な負荷分布となるように配分して接続さ
れている。そのため、通常各相には２個あるいはそれ以
上の個数の抵抗発熱体が互いに並列に接続されている。
このような抵抗発熱体へ全く無関係に均等に配分された
導通サイクルで通電するだけでは、共通の入力電源から
見て、できる限り均等な電流強度の通電が必ずしも達成
できない。何故なら、例えば二つの抵抗発熱体への通電
出力レートが 50 ％である、つまり１サイクルの間、電
圧が印加され、それに続く次のサイクルの間には電圧が
印加されない繰り返しが継続する場合には、印加電圧の
波形が同一、つまり両方の発熱体に同じ位相の同じ波形
の電圧が印加する場合と、両者への印加電圧が互いに一
サイクルずれて通電される場合がある。前者の場合、共
通の電源から見て、共通電源に流れる電流は単一負荷の
場合の電流の二倍が最初のサイクルに流れ、次のサイク
ルには電流が流れない（この場合、説明を容易にするた
め回路のインダクタンス成分がないと仮定し、印加電圧
に対して発生する電流の遅れがないとする）。これに反
して、後者の場合には単一負荷に流れる電流が全てのサ
イクルにわたり連続して流れる。それ故、同じ消費電力
であっても、通電サイクルの相互位相位置を適切に選択
すれば、通電時の不平衡を防止できる。
【０００５】このように共通電源から見て等しく配分さ
れた負荷電流が流れると、当該線路を流れる電流のアン
バランスを防止でき、負荷電力の力率の改善できる。こ
のような観点から、本出願人は効率の良い電力制御方法
およびこの方法を実施するのに有利な装置を特願平９−
９２２５４号明細書で提案した。
れた負荷電流が流れると、当該線路を流れる電流のアン
バランスを防止でき、負荷電力の力率の改善できる。こ
のような観点から、本出願人は効率の良い電力制御方法
およびこの方法を実施するのに有利な装置を特願平９−
９２２５４号明細書で提案した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、上
記の方法とは異なる技術思想に基づき、同相に接続され
た複数の負荷に通電する場合、共通の電源から見てでき
る限り均等な電流が流れ、同時に個別の抵抗発熱体へ通
電するサイクルと通電しないサイクルが時間軸にわたっ
て見て一様となるように、個々の負荷に流れる電流を制
御して、この共通電源に対する力率を改善できる、電気
炉設備へ供給する電力をサイクル制御する方法、および
この方法を実施する装置を提供することにある。
記の方法とは異なる技術思想に基づき、同相に接続され
た複数の負荷に通電する場合、共通の電源から見てでき
る限り均等な電流が流れ、同時に個別の抵抗発熱体へ通
電するサイクルと通電しないサイクルが時間軸にわたっ
て見て一様となるように、個々の負荷に流れる電流を制
御して、この共通電源に対する力率を改善できる、電気
炉設備へ供給する電力をサイクル制御する方法、および
この方法を実施する装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、交流電源の同相に並列接続された定格発熱量Ｒ
Ｐh を有する総数Ｈの抵抗発熱体Ｒh （ｈ＝１〜Ｈ）に
対してそれぞれ希望発熱率Ｓh を実現するように、基本
制御周期に相当するサイクル数Ｎ中の各サイクル位置Ｉ
で各抵抗発熱体Ｒh の通電・非通電を決定して電力をサ
イクル制御する方法にあって、サイクル位置Ｉで１から
ｎ番目までの抵抗発熱体により消費される電力を積算し
た積算電力ＴＡ(I, n)の電力レベルが、抵抗発熱体１か
ら始めて抵抗発熱体Ｈまで逐次積算する都度、サイクル
数Ｎにわたりできる限り一様になるように、各抵抗発熱
体Ｒh の通電・非通電を各基本制御周期で決定し、次の
基本制御周期でこの決定に従って全ての抵抗発熱体の通
電・非通電を実行することによって解決されている。
により、交流電源の同相に並列接続された定格発熱量Ｒ
Ｐh を有する総数Ｈの抵抗発熱体Ｒh （ｈ＝１〜Ｈ）に
対してそれぞれ希望発熱率Ｓh を実現するように、基本
制御周期に相当するサイクル数Ｎ中の各サイクル位置Ｉ
で各抵抗発熱体Ｒh の通電・非通電を決定して電力をサ
イクル制御する方法にあって、サイクル位置Ｉで１から
ｎ番目までの抵抗発熱体により消費される電力を積算し
た積算電力ＴＡ(I, n)の電力レベルが、抵抗発熱体１か
ら始めて抵抗発熱体Ｈまで逐次積算する都度、サイクル
数Ｎにわたりできる限り一様になるように、各抵抗発熱
体Ｒh の通電・非通電を各基本制御周期で決定し、次の
基本制御周期でこの決定に従って全ての抵抗発熱体の通
電・非通電を実行することによって解決されている。
【０００８】更に、上記の課題は、この発明により、交
流電源の同相に並列にスイッチング・ユニットＳＷh を
介して抵抗発熱体Ｒh を接続し、加熱目的物に対応した
感熱素子ＴＣh と、感熱素子ＴＣh の温度検出信号と、
加熱目的物の目標温度とからＰＩＤ演算により抵抗発熱
体Ｒh の希望発熱量信号を形成する温度調節器ＴＲhと
を備えた電気炉設備で、温度調整器ＴＲh から供給され
る希望発熱量信号に応じてスイッチング・ユニットＳＷ
h の通電・非通電を決定するトリガ信号を出力する共通
制御装置ＣＴＲにあって、前記共通制御装置ＣＴＲが、
電源の正・負の零クロス点ｔ+,ｔ- を指定するトリガ信
号を発生する零クロス点発生回路ＺＣ，温度調整器ＴＲ
h の希望発熱量信号を受入れ、デジタル信号として出力
するアナログ・デジタル変換器Ａ／Ｄ，記憶器ＲＯＭ，
ＲＡＭ，インターフェース，割込管理ユニットおよび中
央演算処理部を含むマイクロプロセッサ・ユニットＭＰ
およびこのマイクロプロセッサ・ユニットからの出力制
御信号を電気絶縁して一定幅のパルス信号にして各スイ
ッチング・ユニットＳＷh へ個々に開閉制御信号を出力
する個別絶縁回路ＩＳＯで構成されていて、前記マイク
ロプロセッサ・ユニットＭＰの記憶器ＲＯＭには上記の
方法により各抵抗発熱体の通電・非通電を決定するプロ
グラムおよび零クロス点の割込信号に応じて、各スイッ
チング・ユニットＳＷh へ開閉制御信号を送信するプロ
グラムが格納されていることによって解決されている。
流電源の同相に並列にスイッチング・ユニットＳＷh を
介して抵抗発熱体Ｒh を接続し、加熱目的物に対応した
感熱素子ＴＣh と、感熱素子ＴＣh の温度検出信号と、
加熱目的物の目標温度とからＰＩＤ演算により抵抗発熱
体Ｒh の希望発熱量信号を形成する温度調節器ＴＲhと
を備えた電気炉設備で、温度調整器ＴＲh から供給され
る希望発熱量信号に応じてスイッチング・ユニットＳＷ
h の通電・非通電を決定するトリガ信号を出力する共通
制御装置ＣＴＲにあって、前記共通制御装置ＣＴＲが、
電源の正・負の零クロス点ｔ+,ｔ- を指定するトリガ信
号を発生する零クロス点発生回路ＺＣ，温度調整器ＴＲ
h の希望発熱量信号を受入れ、デジタル信号として出力
するアナログ・デジタル変換器Ａ／Ｄ，記憶器ＲＯＭ，
ＲＡＭ，インターフェース，割込管理ユニットおよび中
央演算処理部を含むマイクロプロセッサ・ユニットＭＰ
およびこのマイクロプロセッサ・ユニットからの出力制
御信号を電気絶縁して一定幅のパルス信号にして各スイ
ッチング・ユニットＳＷh へ個々に開閉制御信号を出力
する個別絶縁回路ＩＳＯで構成されていて、前記マイク
ロプロセッサ・ユニットＭＰの記憶器ＲＯＭには上記の
方法により各抵抗発熱体の通電・非通電を決定するプロ
グラムおよび零クロス点の割込信号に応じて、各スイッ
チング・ユニットＳＷh へ開閉制御信号を送信するプロ
グラムが格納されていることによって解決されている。
【０００９】この発明による他の有利な構成は、特許請
求の範囲の従属請求項に記載されている。
求の範囲の従属請求項に記載されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して好適実施例
に基づきこの発明をより詳しく説明する。図１には、こ
の発明による電気炉設備の配置が示してある。この電気
炉設備は、例えば熱処理すべき品物を抵抗発熱体Ｒ1 〜
Ｒ4 から成る一定に調整された種々の温度の電気炉Ｆ1
〜Ｆ4 の中を通すためのものである。このような電気炉
は三相電源の各相Ｒ，Ｓ，Ｔの間に適当に配分されてい
る。図１の場合では、ＳＴ相の間に電気炉Ｆ1 〜Ｆ4 中
の抵抗発熱体Ｒ1 〜Ｒ4 が並列に接続されている。これ
等の抵抗発熱体Ｒ1 〜Ｒ4 には対応するスイッチング・
ユニットＳＷ1 〜ＳＷ4 を介してＳＴ相から電力が導入
される。各電気炉Ｆ1 〜Ｆ4 内の温度は感熱素子ＴＣ1
〜ＴＣ4 により検出され、検出された温度信号はそれぞ
れ対応する温度調節器ＴＲ1 〜ＴＲ4 に導入され、その
中に保管されている他のパラメータ、例えば目標温度、
温度勾配、持続時間等および実測された温度信号から、
プログラムされている計算式に基づき計算された設定温
度を与えるため温度制御信号を発生し、この温度制御信
号をそれぞれ導線ＬＳ1 〜ＬＳ4 を介して一つの共通の
制御装置ＣＴＲに送る。この発明によれば、この共通の
制御装置ＣＴＲは、後で詳しく説明するように、受け取
った温度制御信号に基づき各負荷Ｒ1 〜Ｒ4 の通電・非
通電を適当なサイクル位置で行うため、導線ＬＣ1 〜Ｌ
Ｃ4 を介して対応するスイッチング・ユニットＳＷ1 〜
ＳＷ4 に対してそれぞれ一つの開閉制御信号を送る。各
負荷回路には、通常変圧器がスイッチング・ユニットＳ
Ｗ1 〜ＳＷ 4 の前または後に設けてあるが、この発明に
直接関係がないのでそれ等は省略し、ただ電圧と電流を
検知する電圧計（所謂ＰＴ）Ｖ1 〜Ｖ4 と電流計（所謂
ＣＴ）Ａ1 〜Ａ4 のみを暗示的に示す。
に基づきこの発明をより詳しく説明する。図１には、こ
の発明による電気炉設備の配置が示してある。この電気
炉設備は、例えば熱処理すべき品物を抵抗発熱体Ｒ1 〜
Ｒ4 から成る一定に調整された種々の温度の電気炉Ｆ1
〜Ｆ4 の中を通すためのものである。このような電気炉
は三相電源の各相Ｒ，Ｓ，Ｔの間に適当に配分されてい
る。図１の場合では、ＳＴ相の間に電気炉Ｆ1 〜Ｆ4 中
の抵抗発熱体Ｒ1 〜Ｒ4 が並列に接続されている。これ
等の抵抗発熱体Ｒ1 〜Ｒ4 には対応するスイッチング・
ユニットＳＷ1 〜ＳＷ4 を介してＳＴ相から電力が導入
される。各電気炉Ｆ1 〜Ｆ4 内の温度は感熱素子ＴＣ1
〜ＴＣ4 により検出され、検出された温度信号はそれぞ
れ対応する温度調節器ＴＲ1 〜ＴＲ4 に導入され、その
中に保管されている他のパラメータ、例えば目標温度、
温度勾配、持続時間等および実測された温度信号から、
プログラムされている計算式に基づき計算された設定温
度を与えるため温度制御信号を発生し、この温度制御信
号をそれぞれ導線ＬＳ1 〜ＬＳ4 を介して一つの共通の
制御装置ＣＴＲに送る。この発明によれば、この共通の
制御装置ＣＴＲは、後で詳しく説明するように、受け取
った温度制御信号に基づき各負荷Ｒ1 〜Ｒ4 の通電・非
通電を適当なサイクル位置で行うため、導線ＬＣ1 〜Ｌ
Ｃ4 を介して対応するスイッチング・ユニットＳＷ1 〜
ＳＷ4 に対してそれぞれ一つの開閉制御信号を送る。各
負荷回路には、通常変圧器がスイッチング・ユニットＳ
Ｗ1 〜ＳＷ 4 の前または後に設けてあるが、この発明に
直接関係がないのでそれ等は省略し、ただ電圧と電流を
検知する電圧計（所謂ＰＴ）Ｖ1 〜Ｖ4 と電流計（所謂
ＣＴ）Ａ1 〜Ａ4 のみを暗示的に示す。
【００１１】スイッチング・ユニットＳＷは、図２a に
示すように、入力端子ＴI1と出力端子ＴO1の間に逆並列
に接続された２つのスイッチング素子ＴＨ1,ＴＨ2 およ
び入力端子ＴI2と出力端子ＴO2の間を直通する導線とで
構成されている。この場合、スイッチング素子ＴＨ1,Ｔ
Ｈ2 は通常サイリスタ素子で構成されている。各サイリ
スタＴＨ1,ＴＨ2 のカソードと対応するゲートＧ1,Ｇ2
との間に所定のゲート信号ＳＧ1,ＳＧ2 が図２b の上部
に示すように通電されると、サイリスタＴＨ1,ＴＨ2 が
導通して図２b の下部に示すようにそれぞれ正と負の半
波が流れる。即ち、ゲート信号ＳＧ1 は正の半波の零ク
ロス点ｔ+ の時点に導通信号を一方のサイリスタ、例え
ばＴＨ1 のゲート・カソード間に与え、このサイリスタ
ＴＨ1 を導通させる。また、ゲート信号ＳＧ2 は負の半
波の零クロス点ｔ- の時点に導通信号をサイリスタＴＨ
2 のゲート・カソード間に与え、このサイリスタＴＨ2
を導通させる。この発明では正の半波と次に続く負の半
波の一対を１サイクルとしてを必ず導通させ、時間当た
りにサイリスタを導通させるサイクル（図２b の中央に
示すＣ1 とＣ3 のサイクル）と、サイリスタを遮断、つ
まり休止させるサイクル（図２b の中央に示すＣ2 のサ
イクル）の割合を調節して発熱体に投入する電力を決定
している。このような制御がこの発明で採用するサイク
ル制御である。なお、図２b に示したゲート信号ＳＧ1,
ＳＧ2 が比較的長い時間間隔ｔs を保有するのは、回路
中のイダクタンス成分によるサイリスタ電流の遅れに追
従できるように半サイクルの時間の 60 ％程度にされて
いる。
示すように、入力端子ＴI1と出力端子ＴO1の間に逆並列
に接続された２つのスイッチング素子ＴＨ1,ＴＨ2 およ
び入力端子ＴI2と出力端子ＴO2の間を直通する導線とで
構成されている。この場合、スイッチング素子ＴＨ1,Ｔ
Ｈ2 は通常サイリスタ素子で構成されている。各サイリ
スタＴＨ1,ＴＨ2 のカソードと対応するゲートＧ1,Ｇ2
との間に所定のゲート信号ＳＧ1,ＳＧ2 が図２b の上部
に示すように通電されると、サイリスタＴＨ1,ＴＨ2 が
導通して図２b の下部に示すようにそれぞれ正と負の半
波が流れる。即ち、ゲート信号ＳＧ1 は正の半波の零ク
ロス点ｔ+ の時点に導通信号を一方のサイリスタ、例え
ばＴＨ1 のゲート・カソード間に与え、このサイリスタ
ＴＨ1 を導通させる。また、ゲート信号ＳＧ2 は負の半
波の零クロス点ｔ- の時点に導通信号をサイリスタＴＨ
2 のゲート・カソード間に与え、このサイリスタＴＨ2
を導通させる。この発明では正の半波と次に続く負の半
波の一対を１サイクルとしてを必ず導通させ、時間当た
りにサイリスタを導通させるサイクル（図２b の中央に
示すＣ1 とＣ3 のサイクル）と、サイリスタを遮断、つ
まり休止させるサイクル（図２b の中央に示すＣ2 のサ
イクル）の割合を調節して発熱体に投入する電力を決定
している。このような制御がこの発明で採用するサイク
ル制御である。なお、図２b に示したゲート信号ＳＧ1,
ＳＧ2 が比較的長い時間間隔ｔs を保有するのは、回路
中のイダクタンス成分によるサイリスタ電流の遅れに追
従できるように半サイクルの時間の 60 ％程度にされて
いる。
【００１２】図３は図１に使用されている制御装置ＣＴ
Ｒの内容を示す。温度調節器ＴＲ1〜ＴＲ4 から供給さ
れた温度制御信号ＬＳ1 〜ＬＳ4 は先ず対応するアナロ
グ・デジタル変換器Ａ／Ｄ1 〜Ａ／Ｄ4 に供給され、そ
こで温度制御信号に相当するデジタル制御信号が形成さ
れる。これ等の制御信号をマイクロプロセッサ・ユニッ
トＭＰに導入する。また、使用している負荷Ｒ1 〜Ｒ4
の電源、図１の場合ＳＴ間の交流電源の電圧信号を零ク
ロス点発生回路ＺＳに導入して、正および負の零クロス
点に対応する割込信号ＳZ+，ＳZ-を形成し、これ等の割
込信号もマイクロプロセッサ・ユニットＭＰに導入す
る。マイクロプロセッサ・ユニットＭＰはＲＯＭ，ＲＡ
Ｍ，インターフェース、同期制御部、割込管理ユニッ
ト、演算処理部等を含む大規模集積回路、例えば日立製
の HD 643180である。マイクロプロセッサ・ユニットＭ
Ｐには使用するパラメータ、既に説明した負荷である抵
抗発熱体ｈの基本制御周期Ｎh , 各負荷の定格容量ＲＰ
h および演算処理に必要なプログラムが予め対応する記
憶器ＲＯＭに格納されている。この演算処理は上に説明
した第一判定条件と第二判定条件を調べ、負荷つまり抵
抗発熱体へ最適なサイクル通電させる。即ち、各サイク
ルＩh −1 の期間中に次のサイクルＩh で通電させるべ
き負荷とさせない負荷を決定し、これに応じて正負一対
のサイクルの初めの零クロス点ｔ+,ｔ- で適当な時間幅
ｔs の開閉制御信号ＳＧ1,ＳＧ2 （図２を参照）を発生
し、各負荷Ｒ1 〜Ｒ4 に対応する絶縁回路ＩＳＯ1 〜Ｉ
ＳＯ4 へこれ等の開閉制御信号ＳＧ1,ＳＧ2 を供給す
る。前記絶縁回路ＩＳＯ1 〜ＩＳＯ4は、例えば発光ダ
イオードとフォトトランジスタおよび交流電源と整流回
路で構成され、一次側に発光ダイオードが、また二次側
にフォトトランジスタが配置されている。この外、単に
パルストランスを用いた絶縁結合回路も考えられる。絶
縁回路ＩＳＯ1 〜ＩＳＯ4 の二次側から各負荷Ｒ1 〜Ｒ
4 に対するスイッチング・ユニットＳＷ1 〜ＳＷ4 へ点
弧用の開閉制御信号が出力される。この制御信号に応じ
て各負荷ｈが通電・非通電にされる。
Ｒの内容を示す。温度調節器ＴＲ1〜ＴＲ4 から供給さ
れた温度制御信号ＬＳ1 〜ＬＳ4 は先ず対応するアナロ
グ・デジタル変換器Ａ／Ｄ1 〜Ａ／Ｄ4 に供給され、そ
こで温度制御信号に相当するデジタル制御信号が形成さ
れる。これ等の制御信号をマイクロプロセッサ・ユニッ
トＭＰに導入する。また、使用している負荷Ｒ1 〜Ｒ4
の電源、図１の場合ＳＴ間の交流電源の電圧信号を零ク
ロス点発生回路ＺＳに導入して、正および負の零クロス
点に対応する割込信号ＳZ+，ＳZ-を形成し、これ等の割
込信号もマイクロプロセッサ・ユニットＭＰに導入す
る。マイクロプロセッサ・ユニットＭＰはＲＯＭ，ＲＡ
Ｍ，インターフェース、同期制御部、割込管理ユニッ
ト、演算処理部等を含む大規模集積回路、例えば日立製
の HD 643180である。マイクロプロセッサ・ユニットＭ
Ｐには使用するパラメータ、既に説明した負荷である抵
抗発熱体ｈの基本制御周期Ｎh , 各負荷の定格容量ＲＰ
h および演算処理に必要なプログラムが予め対応する記
憶器ＲＯＭに格納されている。この演算処理は上に説明
した第一判定条件と第二判定条件を調べ、負荷つまり抵
抗発熱体へ最適なサイクル通電させる。即ち、各サイク
ルＩh −1 の期間中に次のサイクルＩh で通電させるべ
き負荷とさせない負荷を決定し、これに応じて正負一対
のサイクルの初めの零クロス点ｔ+,ｔ- で適当な時間幅
ｔs の開閉制御信号ＳＧ1,ＳＧ2 （図２を参照）を発生
し、各負荷Ｒ1 〜Ｒ4 に対応する絶縁回路ＩＳＯ1 〜Ｉ
ＳＯ4 へこれ等の開閉制御信号ＳＧ1,ＳＧ2 を供給す
る。前記絶縁回路ＩＳＯ1 〜ＩＳＯ4は、例えば発光ダ
イオードとフォトトランジスタおよび交流電源と整流回
路で構成され、一次側に発光ダイオードが、また二次側
にフォトトランジスタが配置されている。この外、単に
パルストランスを用いた絶縁結合回路も考えられる。絶
縁回路ＩＳＯ1 〜ＩＳＯ4 の二次側から各負荷Ｒ1 〜Ｒ
4 に対するスイッチング・ユニットＳＷ1 〜ＳＷ4 へ点
弧用の開閉制御信号が出力される。この制御信号に応じ
て各負荷ｈが通電・非通電にされる。
【００１３】図１の電気炉設備を更に拡張して、同相間
に互いに並列に接続された総数がＨ個の抵抗発熱体ｈ
（ｈ＝１〜Ｈ）に付いてこの発明による電力制御方法を
説明する。先ず、全ての抵抗発熱体に対して共通の基本
制御周期あるいは基本制御サイクル数Ｎs を定める。こ
れを制御時間ｔs に換算すると、 ｔs ＝ｔ0・Ｎs (1) となる。ここでｔ0 は電源の１サイクルの間の時間であ
り、電源周波数が例えば50 Hzの場合、20 msec であ
る。
に互いに並列に接続された総数がＨ個の抵抗発熱体ｈ
（ｈ＝１〜Ｈ）に付いてこの発明による電力制御方法を
説明する。先ず、全ての抵抗発熱体に対して共通の基本
制御周期あるいは基本制御サイクル数Ｎs を定める。こ
れを制御時間ｔs に換算すると、 ｔs ＝ｔ0・Ｎs (1) となる。ここでｔ0 は電源の１サイクルの間の時間であ
り、電源周波数が例えば50 Hzの場合、20 msec であ
る。
【００１４】更に、各抵抗発熱体ｈが１サイクルの間に
通電して発生する発熱量をその抵抗発熱体ｈの定格容量
ＰＲh とする。そして、この抵抗発熱体ｈが発生すべき
熱量の定格容量ＰＲh に対する割合を希望発熱率Ｓh (0
≦Ｓh ≦1.0)と表す。基本周期Ｎs の初めからＩ番目ま
でのサイクル位置の間に通電されたサイクル数の積算値
をＪh（Ｉ) と表す。
通電して発生する発熱量をその抵抗発熱体ｈの定格容量
ＰＲh とする。そして、この抵抗発熱体ｈが発生すべき
熱量の定格容量ＰＲh に対する割合を希望発熱率Ｓh (0
≦Ｓh ≦1.0)と表す。基本周期Ｎs の初めからＩ番目ま
でのサイクル位置の間に通電されたサイクル数の積算値
をＪh（Ｉ) と表す。
【００１５】次に、或る基本制御周期Ｎs の間で抵抗発
熱体ｈが通電すべきサイクル数ＳＴ h を目標通電サイク
ル数とすると、 ＳＴh ＝ [Ｎs Ｓh] (2) と表せる。ここで [Ｘ] は実数Ｘの整数部分を意味す
る。つまり、上の条件は基本周期Ｎs の間に目標通電サ
イクル数ＳＴh ほど通電サイクルを設ければよいことを
示す。
熱体ｈが通電すべきサイクル数ＳＴ h を目標通電サイク
ル数とすると、 ＳＴh ＝ [Ｎs Ｓh] (2) と表せる。ここで [Ｘ] は実数Ｘの整数部分を意味す
る。つまり、上の条件は基本周期Ｎs の間に目標通電サ
イクル数ＳＴh ほど通電サイクルを設ければよいことを
示す。
【００１６】この発明によれば、各抵抗発熱体ｈ自体の
通電サイクルと非通電サイクルの配分をできる限り均等
にする条件下で、共通の電源に流れる電流も電源の全て
のサイクルにわたり一様な電流、つまりほぼ一定の電流
が流れるように全ての抵抗発熱体ｈ（ｈ＝１〜Ｈ）の通
電・非通電を決定する。第一の条件、つまり各抵抗発熱
体ｈ自体の通電サイクルと非通電サイクルの配分をでき
る限り均等にするには、以下のようにする。ここで、説
明を簡単にするため、必要な場合を除き、個々の抵抗発
熱体の区別を省き、ｈの記号を省略する。また、目標通
電サイクル数ＳＴをＭとし、基本制御周期Ｎs をＫと表
す。即ち、第一の条件はＫの間にＭ個のサイクルを通電
し、Ｋ−Ｍ個のサイクルを非通電とし、Ｍ個のサイクル
位置を基本周期Ｋ内でできる限り均等に配分することで
ある。この均等配分を決定する方法を図４に示すような
Ｋ＝10, Ｍ＝6 の場合に付いて説明する。電源の各サイ
クル位置Ｉを横軸とし、この抵抗発熱体に通電された積
算通電サイクルＪを縦軸にしたグラフ表示で、原点Ｏ
（0, 0）とＫ＝10, Ｍ＝6 で決まる四角形の記号で示す
点 (10, 6)の間に直線（ＰＱ）を引き、この直線ＰＱを
−α（αは適当な実数）ほどずらした直線ＰＰ， Ｊ＝Ｍ/Ｋ・Ｉ−α (3) を描き、各サイクル位置Ｉでこの直線ＰＰに最も近い縦
軸の整数値Ｊ（Ｉ）を調べる。そして、この整数値Ｊ
（Ｉ）が直線ＰＰより上にある場合を白丸○で示し、下
にある場合を黒丸●で示す。このようにして決めた白丸
○が非通電位置で、黒丸●が通電位置であるとする。な
お、整数値Ｊ（Ｉ）が直線ＰＰに載っている場合にはい
ずれか一方、つまり非通電位置か、あるいは通電位置と
予め決定しておく。図４から明らかなように、黒丸●の
通電サイクルは基本制御周期Ｋの中にＭ個存在し、非通
電と通電の横軸に見た配分はほぼ一様である。図４には
参考までに全出力運転、つまり全てのサイクル位置で通
電する場合の関係式ＦＰも示してある。もちろん、どの
サイクル位置でも通電を行わない場合は横軸（Ｊ＝０）
自体である。
通電サイクルと非通電サイクルの配分をできる限り均等
にする条件下で、共通の電源に流れる電流も電源の全て
のサイクルにわたり一様な電流、つまりほぼ一定の電流
が流れるように全ての抵抗発熱体ｈ（ｈ＝１〜Ｈ）の通
電・非通電を決定する。第一の条件、つまり各抵抗発熱
体ｈ自体の通電サイクルと非通電サイクルの配分をでき
る限り均等にするには、以下のようにする。ここで、説
明を簡単にするため、必要な場合を除き、個々の抵抗発
熱体の区別を省き、ｈの記号を省略する。また、目標通
電サイクル数ＳＴをＭとし、基本制御周期Ｎs をＫと表
す。即ち、第一の条件はＫの間にＭ個のサイクルを通電
し、Ｋ−Ｍ個のサイクルを非通電とし、Ｍ個のサイクル
位置を基本周期Ｋ内でできる限り均等に配分することで
ある。この均等配分を決定する方法を図４に示すような
Ｋ＝10, Ｍ＝6 の場合に付いて説明する。電源の各サイ
クル位置Ｉを横軸とし、この抵抗発熱体に通電された積
算通電サイクルＪを縦軸にしたグラフ表示で、原点Ｏ
（0, 0）とＫ＝10, Ｍ＝6 で決まる四角形の記号で示す
点 (10, 6)の間に直線（ＰＱ）を引き、この直線ＰＱを
−α（αは適当な実数）ほどずらした直線ＰＰ， Ｊ＝Ｍ/Ｋ・Ｉ−α (3) を描き、各サイクル位置Ｉでこの直線ＰＰに最も近い縦
軸の整数値Ｊ（Ｉ）を調べる。そして、この整数値Ｊ
（Ｉ）が直線ＰＰより上にある場合を白丸○で示し、下
にある場合を黒丸●で示す。このようにして決めた白丸
○が非通電位置で、黒丸●が通電位置であるとする。な
お、整数値Ｊ（Ｉ）が直線ＰＰに載っている場合にはい
ずれか一方、つまり非通電位置か、あるいは通電位置と
予め決定しておく。図４から明らかなように、黒丸●の
通電サイクルは基本制御周期Ｋの中にＭ個存在し、非通
電と通電の横軸に見た配分はほぼ一様である。図４には
参考までに全出力運転、つまり全てのサイクル位置で通
電する場合の関係式ＦＰも示してある。もちろん、どの
サイクル位置でも通電を行わない場合は横軸（Ｊ＝０）
自体である。
【００１７】このように決定された通電・非通電のサイ
クル位置を示すパターンをＫ＝ 2〜10 に付いてＭの可
能な値に対して図５に示す。この場合、自明である全出
力（Ｍ＝Ｋ）と無出力（Ｍ＝０）は図面から省いてあ
る。図５のパターンでは白丸○が通電を、また横棒−が
非通電を示す。通電・非通電サイクル位置のパターン決
定には種々の変更、改良が考えられる。例えば、基本制
御周期Ｋが比較的短い場合、本来の目標発熱量Ｋ・Ｓで
あるが、許されるサイクルは正の整数であるため、式
(2)のような丸めを行った。この差分、即ち一つ前の基
本制御周期での目標発熱量Ｋ・Ｓとその整数値Ｍとの差
分Δγ＝Ｋ・Ｓ− [Ｋ・Ｓ] ＝Ｋ・Ｓ−Ｍを次の目標発
熱量に繰り入れる、つまり次の基本制御周期でのＭをＭ
＝Ｍ＋Δγと置き換えると制御精度が高まる。しかし、
基本制御周期Ｋが相当長いなら、例えばＫ≧ 15 であれ
ば、そのような修正の効果は極めて微弱である。また、
式 (3)のαは計算が容易なように 0〜1.0 の適当な数値
を用いると有利である。
クル位置を示すパターンをＫ＝ 2〜10 に付いてＭの可
能な値に対して図５に示す。この場合、自明である全出
力（Ｍ＝Ｋ）と無出力（Ｍ＝０）は図面から省いてあ
る。図５のパターンでは白丸○が通電を、また横棒−が
非通電を示す。通電・非通電サイクル位置のパターン決
定には種々の変更、改良が考えられる。例えば、基本制
御周期Ｋが比較的短い場合、本来の目標発熱量Ｋ・Ｓで
あるが、許されるサイクルは正の整数であるため、式
(2)のような丸めを行った。この差分、即ち一つ前の基
本制御周期での目標発熱量Ｋ・Ｓとその整数値Ｍとの差
分Δγ＝Ｋ・Ｓ− [Ｋ・Ｓ] ＝Ｋ・Ｓ−Ｍを次の目標発
熱量に繰り入れる、つまり次の基本制御周期でのＭをＭ
＝Ｍ＋Δγと置き換えると制御精度が高まる。しかし、
基本制御周期Ｋが相当長いなら、例えばＫ≧ 15 であれ
ば、そのような修正の効果は極めて微弱である。また、
式 (3)のαは計算が容易なように 0〜1.0 の適当な数値
を用いると有利である。
【００１８】他の変形種としては、通電・非通電サイク
ル位置のパターンを計算でなく目視で全て経験的に決定
することもできる。その際、基本制御周期Ｋの間に通電
させるべきサイクル数Ｍを均等に配分するものでよい。
例えば、図５のＫ＝ 0, Ｍ＝8に関しては、式 (3)の計
算で、 ○○−○○○−○○○ と決定されるが、これを経験的に ○○○○−○○○○− と決定することもできる。このように経験的に決定した
パターンを、図５と同じように、必要な全てのＫとＭに
付いて予め用意してこの発明による電力制御方法を実現
できる。
ル位置のパターンを計算でなく目視で全て経験的に決定
することもできる。その際、基本制御周期Ｋの間に通電
させるべきサイクル数Ｍを均等に配分するものでよい。
例えば、図５のＫ＝ 0, Ｍ＝8に関しては、式 (3)の計
算で、 ○○−○○○−○○○ と決定されるが、これを経験的に ○○○○−○○○○− と決定することもできる。このように経験的に決定した
パターンを、図５と同じように、必要な全てのＫとＭに
付いて予め用意してこの発明による電力制御方法を実現
できる。
【００１９】次に、第二の条件、つまり各抵抗発熱体の
通電・非通電サイクル位置のパターンをできる限り均等
にする条件の下で、更に共通の電源に流れる電流も電源
の全てのサイクルにわたり一様な電流が流れるように全
ての抵抗発熱体の通電・非通電を決定するには、以下の
ような手順を踏む。説明を簡単にするため、一具体例と
して図６のように基本制御周期Ｋが 10 サイクルで、同
相に並列接続された負荷、つまり抵抗発熱体が５個（ｈ
＝１〜５）で、図示のように各負荷の定格発熱量ＰＲh
がそれぞれ 10, 9, 8, 7, 6 の比率とする。そして、通
電すべきサイクル数Ｍをそれぞれ 7, 5, 4, 5, 6とす
る。そして、定格発熱量の大きい順に通電・非通電サイ
クルを配分することにする。
通電・非通電サイクル位置のパターンをできる限り均等
にする条件の下で、更に共通の電源に流れる電流も電源
の全てのサイクルにわたり一様な電流が流れるように全
ての抵抗発熱体の通電・非通電を決定するには、以下の
ような手順を踏む。説明を簡単にするため、一具体例と
して図６のように基本制御周期Ｋが 10 サイクルで、同
相に並列接続された負荷、つまり抵抗発熱体が５個（ｈ
＝１〜５）で、図示のように各負荷の定格発熱量ＰＲh
がそれぞれ 10, 9, 8, 7, 6 の比率とする。そして、通
電すべきサイクル数Ｍをそれぞれ 7, 5, 4, 5, 6とす
る。そして、定格発熱量の大きい順に通電・非通電サイ
クルを配分することにする。
【００２０】最初にステップ (I)として、Ｋ＝ 10 のサ
イクルに対してＭ＝ 7を均等配分するには、図５のＫ＝
10 のパターンのＭ＝ 7の列の配置を適用する。つま
り、非通電サイクル位置はＩ＝ 2, 6, 9であり、通電サ
イクル位置Ｉ＝ 1, 3, 4, 5, 7, 8, 10 である。なお、
縦方向の長さは発熱量の大きさに比例するように表示さ
れている。
イクルに対してＭ＝ 7を均等配分するには、図５のＫ＝
10 のパターンのＭ＝ 7の列の配置を適用する。つま
り、非通電サイクル位置はＩ＝ 2, 6, 9であり、通電サ
イクル位置Ｉ＝ 1, 3, 4, 5, 7, 8, 10 である。なお、
縦方向の長さは発熱量の大きさに比例するように表示さ
れている。
【００２１】次に、ステップ (II) では、Ｍ＝ 5である
から、通電されていないサイクル位置Ｉ＝ 2, 6, 9でこ
の負荷の通電を行う。更にこれ以外に 2サイクル通電を
行う必要がある。この通電を均等配分状態で行うには、
先に埋め合わせた、Ｉ＝ 2,6, 9のサイクル位置を除
き、Ｉ＝ 1, 3, 4, 5, 7, 8, 10 のサイクルで２サイク
ルほど通電させる必要がある。つまり、基本制御周期Ｋ
は上記可能性のあるサイクルをＫ＝ 7と見なし、 Ｉ＝ 1, 3, 4, 5, 7, 8, 10 を新たに Ｉ＝ 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 のサイクルと見なす。この配置に対して２サイクルを均
等配分する。これには、図５のＫ＝ 7のパターンのＭ＝
2の列のパターンを適用する。このパターンによれば、 −○−−−○− の分布であるから、Ｉ＝ 2, 6 のサイクル位置で通電さ
れ、他の５つのサイクル位置で非通電となる。通電サイ
クル位置を元のサイクル位置に換算すれば、両方のサイ
クル位置はそれぞれＩ＝ 3, 8 である（図６の下から二
番目の通電分布を参照されたい）。
から、通電されていないサイクル位置Ｉ＝ 2, 6, 9でこ
の負荷の通電を行う。更にこれ以外に 2サイクル通電を
行う必要がある。この通電を均等配分状態で行うには、
先に埋め合わせた、Ｉ＝ 2,6, 9のサイクル位置を除
き、Ｉ＝ 1, 3, 4, 5, 7, 8, 10 のサイクルで２サイク
ルほど通電させる必要がある。つまり、基本制御周期Ｋ
は上記可能性のあるサイクルをＫ＝ 7と見なし、 Ｉ＝ 1, 3, 4, 5, 7, 8, 10 を新たに Ｉ＝ 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 のサイクルと見なす。この配置に対して２サイクルを均
等配分する。これには、図５のＫ＝ 7のパターンのＭ＝
2の列のパターンを適用する。このパターンによれば、 −○−−−○− の分布であるから、Ｉ＝ 2, 6 のサイクル位置で通電さ
れ、他の５つのサイクル位置で非通電となる。通電サイ
クル位置を元のサイクル位置に換算すれば、両方のサイ
クル位置はそれぞれＩ＝ 3, 8 である（図６の下から二
番目の通電分布を参照されたい）。
【００２２】次に、ステップ (III)では、ステップ (I
I) の通電分布の上に３番目の電力比率 8の４個を均等
配分して積み重ねることになる。ステップ (II) が終了
した後の通電電力には、３種の積算電力のグループに分
割できる。即ち、３つのサイクル位置 2，6, 9で通電さ
れる電力比率 9の第一グループ、５つのサイクル位置
1, 4, 5, 7, 10 で通電される電力比率 10 の第二グル
ープ、および２つのサイクル位置 3, 8 で通電される電
力比率 19 の第三グループから成る３種のグループに分
割される。電力比率 8の４つのサイクルのうち３つを先
ず第一グループのサイクル位置、つまりＩ＝ 2, 6, 9に
配分する。残りの一つのサイクルを第二グループのサイ
クル位置Ｉ＝ 1, 4, 5, 7, 10 の中に割り振る。これに
は、図５のＫ＝５のＭ＝１の分布を採用する。つまり、
通電サイクル位置はＩ＝ 3であり、この位置は元のサイ
クル位置に換算するとＩ＝ 5に相当する。従って、ステ
ップ (III)の終了時点では、Ｉ＝ 2, 5, 6, 9 のサイク
ル位置に電力比率３のものが通電される（図６の中央の
通電分布を参照されたい）。
I) の通電分布の上に３番目の電力比率 8の４個を均等
配分して積み重ねることになる。ステップ (II) が終了
した後の通電電力には、３種の積算電力のグループに分
割できる。即ち、３つのサイクル位置 2，6, 9で通電さ
れる電力比率 9の第一グループ、５つのサイクル位置
1, 4, 5, 7, 10 で通電される電力比率 10 の第二グル
ープ、および２つのサイクル位置 3, 8 で通電される電
力比率 19 の第三グループから成る３種のグループに分
割される。電力比率 8の４つのサイクルのうち３つを先
ず第一グループのサイクル位置、つまりＩ＝ 2, 6, 9に
配分する。残りの一つのサイクルを第二グループのサイ
クル位置Ｉ＝ 1, 4, 5, 7, 10 の中に割り振る。これに
は、図５のＫ＝５のＭ＝１の分布を採用する。つまり、
通電サイクル位置はＩ＝ 3であり、この位置は元のサイ
クル位置に換算するとＩ＝ 5に相当する。従って、ステ
ップ (III)の終了時点では、Ｉ＝ 2, 5, 6, 9 のサイク
ル位置に電力比率３のものが通電される（図６の中央の
通電分布を参照されたい）。
【００２３】同様な手順でステップ (IV) および (V)を
実行できる。最終のステップ (V)では図６の最上段に示
すように積算電力は均一化されてくる。つまり、かりに
サイクル位置Ｉ＝ 8でたまたま全ての負荷ｈ＝ 1〜5 が
通電したとすれば、図６に破線で示す電力レベルＰ
0 （電力比率で 40 に相当する）のような飛び抜けて大
きな電力消費となる。また、このサイクル位置で全負荷
が通電することは、他のサイクル位置で全ての負荷が全
く通電しない、あるいは平均レベルより著しく低い電力
消費を行う可能性も存在する。このようは不規則な電力
消費は当然力率の低下を与える。しかし、この発明によ
る電力制御方法ではこのような望ましくない通電電力の
配分を完全に防止でき、基本制御周期の全サイクル位置
にわたりほぼ均一は電力消費分布を与えることができ
る。
実行できる。最終のステップ (V)では図６の最上段に示
すように積算電力は均一化されてくる。つまり、かりに
サイクル位置Ｉ＝ 8でたまたま全ての負荷ｈ＝ 1〜5 が
通電したとすれば、図６に破線で示す電力レベルＰ
0 （電力比率で 40 に相当する）のような飛び抜けて大
きな電力消費となる。また、このサイクル位置で全負荷
が通電することは、他のサイクル位置で全ての負荷が全
く通電しない、あるいは平均レベルより著しく低い電力
消費を行う可能性も存在する。このようは不規則な電力
消費は当然力率の低下を与える。しかし、この発明によ
る電力制御方法ではこのような望ましくない通電電力の
配分を完全に防止でき、基本制御周期の全サイクル位置
にわたりほぼ均一は電力消費分布を与えることができ
る。
【００２４】上記の手順を数式を用いてプログラム化す
るため下記の量を導入する。先ず、全ての負荷ｈに順番
を付ける。この順番は特に規定するものではないが、例
えば定格発熱量ＲＰの大きい順、あるいはその逆であっ
てもよい。基本制御周期Ｋ中のＩ番目のサイクル位置で
第１負荷から第ｈ負荷が通電により出力した積算電力を
ＴＡ(I, h)とすると、 ＴＡ(I, h)＝Σk=1,h ＲＰk ε(I, k) (4) なる。ここでε(I, k)はＩサイクル位置でｋ番目の負荷
が通電されたか否かにより変わる。即ち、
るため下記の量を導入する。先ず、全ての負荷ｈに順番
を付ける。この順番は特に規定するものではないが、例
えば定格発熱量ＲＰの大きい順、あるいはその逆であっ
てもよい。基本制御周期Ｋ中のＩ番目のサイクル位置で
第１負荷から第ｈ負荷が通電により出力した積算電力を
ＴＡ(I, h)とすると、 ＴＡ(I, h)＝Σk=1,h ＲＰk ε(I, k) (4) なる。ここでε(I, k)はＩサイクル位置でｋ番目の負荷
が通電されたか否かにより変わる。即ち、
【００２５】
【外１】 である。更に、ＴＡ(I, h)の大きさの等しいものを小さ
いものから大きいものに順次グループ分けする。各グル
ープを符号ｇで区別し、グループｇの総数をＧＮ(g) と
表す。グループｇにおいて総数Ｋのサイクル数のうちＭ
個のサイクルを通電するパターンをＧＮＴ(g; K/M)と表
す。実際には、Ｋはグループｇの総数ＧＮ(g) に一致
し、ＧＮＴ(g; K/M)はＫ＝ＧＮ(g) でＭの列に相当す
る。
いものから大きいものに順次グループ分けする。各グル
ープを符号ｇで区別し、グループｇの総数をＧＮ(g) と
表す。グループｇにおいて総数Ｋのサイクル数のうちＭ
個のサイクルを通電するパターンをＧＮＴ(g; K/M)と表
す。実際には、Ｋはグループｇの総数ＧＮ(g) に一致
し、ＧＮＴ(g; K/M)はＫ＝ＧＮ(g) でＭの列に相当す
る。
【００２６】このような準備の下で各サイクル位置Ｉに
対して負荷の通電・非通電を決定する手順のプログラム
を図７のフローチャートに従って説明する。ステップＳ
0 で負荷のない状態ｈ＝ 0をセットする（図６のステッ
プＩの前の状態にする）。次いで、ステップＳ1 でこの
時のＴＡ(I, h)を求める。この場合は当然全てのステッ
プ位置で電力は０である。グループの総数はただ一つで
あり、ＧＮＴ(g;K/M)は、図６の条件下ではＫ＝ 10 で
Ｍ＝ 0である。この条件下での演算は単純であるから省
略して、更に進んだ状態の h＞1 の場合に付いて説明す
る。
対して負荷の通電・非通電を決定する手順のプログラム
を図７のフローチャートに従って説明する。ステップＳ
0 で負荷のない状態ｈ＝ 0をセットする（図６のステッ
プＩの前の状態にする）。次いで、ステップＳ1 でこの
時のＴＡ(I, h)を求める。この場合は当然全てのステッ
プ位置で電力は０である。グループの総数はただ一つで
あり、ＧＮＴ(g;K/M)は、図６の条件下ではＫ＝ 10 で
Ｍ＝ 0である。この条件下での演算は単純であるから省
略して、更に進んだ状態の h＞1 の場合に付いて説明す
る。
【００２７】ステップＳ3 では、先に説明した式(2) に
より次の負荷で発熱すべき量に相当するサイクル数Ｍを
求め、ステップＳ4 でこれをＫ＝第一番目のグループの
数ＧＮ(1) と比較する。ＭがＫより小さければ、ステッ
プＳ5 でＫ個のサイクルにＭ個のサイクルを全て割り振
ることができる。Ｋの基本周期に対してＭ個のサイクル
を割り振る予め用意された図５のようなパターンをルッ
クアップすることにより均等配分できる。あるいは、式
(3) の基準線を利用して通電、非通電のパターンを決定
することもできる。Ｓ6 でこのパターンのサイクル位置
をこれに対応する実際のサイクル位置へ変換する。
より次の負荷で発熱すべき量に相当するサイクル数Ｍを
求め、ステップＳ4 でこれをＫ＝第一番目のグループの
数ＧＮ(1) と比較する。ＭがＫより小さければ、ステッ
プＳ5 でＫ個のサイクルにＭ個のサイクルを全て割り振
ることができる。Ｋの基本周期に対してＭ個のサイクル
を割り振る予め用意された図５のようなパターンをルッ
クアップすることにより均等配分できる。あるいは、式
(3) の基準線を利用して通電、非通電のパターンを決定
することもできる。Ｓ6 でこのパターンのサイクル位置
をこれに対応する実際のサイクル位置へ変換する。
【００２８】ＭがＫより大きければ、ステップＳ7 でこ
の時のＫ個のサイクルを全て通電にし、ＭＭ＝Ｍ−Ｋ個
のサイクルと次のグループの総数ＫＫ＝ＧＮ(2) を求
め、ステップＳ8 で両者を比較し、ＭＭ≦ＫＫであれ
ば、ステップＳ9 で表Ｋ＝ＫＫでＭ＝ＭＭの列のパター
ンを求め、ステップＳ10で対応するサイクル位置を元の
サイクル位置に変換する。また、ＭＭ＞ＫＫであれば、
ステップＳ11でグループ２の全てのサイクル位置を通電
とし、残りのＭＭ−ＫＫ個のサイクルを次のグループ３
に均等に割り振る。その際、先のステップＳ4 やＳ8 と
同じように、グループ３のサイクル数ＧＮ(3) が残りの
ＭＭ−ＫＫ個のサイクルを全て収納するか否かをステッ
プＳ12で調べる。このような演算処理を繰り返すサブル
ーチンを逐次実行し、最終的に基本制御周期内の全ての
サイクル位置で全ての負荷ｈの通電・非通電を決定でき
る。
の時のＫ個のサイクルを全て通電にし、ＭＭ＝Ｍ−Ｋ個
のサイクルと次のグループの総数ＫＫ＝ＧＮ(2) を求
め、ステップＳ8 で両者を比較し、ＭＭ≦ＫＫであれ
ば、ステップＳ9 で表Ｋ＝ＫＫでＭ＝ＭＭの列のパター
ンを求め、ステップＳ10で対応するサイクル位置を元の
サイクル位置に変換する。また、ＭＭ＞ＫＫであれば、
ステップＳ11でグループ２の全てのサイクル位置を通電
とし、残りのＭＭ−ＫＫ個のサイクルを次のグループ３
に均等に割り振る。その際、先のステップＳ4 やＳ8 と
同じように、グループ３のサイクル数ＧＮ(3) が残りの
ＭＭ−ＫＫ個のサイクルを全て収納するか否かをステッ
プＳ12で調べる。このような演算処理を繰り返すサブル
ーチンを逐次実行し、最終的に基本制御周期内の全ての
サイクル位置で全ての負荷ｈの通電・非通電を決定でき
る。
【００２９】ステップＳ13で次の負荷ｈ＋1 に対する計
算にして元のステップＳ1 に帰り、全てのサイクル位置
での負荷ｈの通電・非通電が決定する。全ての負荷ｈ＝
Ｈまでこの計算が実行されたか否かをステップＳ14で調
べ、計算が完了したら通電・非通電のパターンが決定さ
れ、共通の電源から見た負荷電力あるいは対応する電流
は図６の最上段のようなパターンＴＡ(I, H) (I ＝ 1,
K)となる。
算にして元のステップＳ1 に帰り、全てのサイクル位置
での負荷ｈの通電・非通電が決定する。全ての負荷ｈ＝
Ｈまでこの計算が実行されたか否かをステップＳ14で調
べ、計算が完了したら通電・非通電のパターンが決定さ
れ、共通の電源から見た負荷電力あるいは対応する電流
は図６の最上段のようなパターンＴＡ(I, H) (I ＝ 1,
K)となる。
【００３０】実際に上記の演算処理を行うマイクロプロ
セッサＭＰ（図３）内のＲＯＭ記憶器のプログラムの詳
細をここで説明する。今まで説明した符号以外に、プロ
グラムに使用する主要変数あるいは状態記号の内容を以
下に列記する。 Ｎ：基本制御周期あるいはサイクルを意味し、今までＫ
としたもの。 Ｈ：負荷の通し番号、今までｈとしたもの。
セッサＭＰ（図３）内のＲＯＭ記憶器のプログラムの詳
細をここで説明する。今まで説明した符号以外に、プロ
グラムに使用する主要変数あるいは状態記号の内容を以
下に列記する。 Ｎ：基本制御周期あるいはサイクルを意味し、今までＫ
としたもの。 Ｈ：負荷の通し番号、今までｈとしたもの。
【００３１】ＳＴＳ：立ち上げ状態を指定するもので、
＝０のとき最初の計算完了を待っている状態、＝１のと
き結果が存在している状態を表す。 ＣＥＮＤ：計算完了通知を指定するもので、＝１のと
き、プログラムレベルで基本制御周期のＮサイクル分の
通電位置の計算が完了したことをｔ+ 零点の割込プログ
ラムに通知する。ｔ+ 零点の割込プログラムは現在出力
中の基本制御周期のＮサイクルの出力が完了し、次の基
本制御周期の最初のサイクルの出力を行うタイミングで
ＣＥＮＤ＝１であることを確認し、計算結果ＯＵＴ(H,
N)をＭＯＵＴ(H, N)に書き写し、ＣＥＮＤ＝０とする。
＝０のとき最初の計算完了を待っている状態、＝１のと
き結果が存在している状態を表す。 ＣＥＮＤ：計算完了通知を指定するもので、＝１のと
き、プログラムレベルで基本制御周期のＮサイクル分の
通電位置の計算が完了したことをｔ+ 零点の割込プログ
ラムに通知する。ｔ+ 零点の割込プログラムは現在出力
中の基本制御周期のＮサイクルの出力が完了し、次の基
本制御周期の最初のサイクルの出力を行うタイミングで
ＣＥＮＤ＝１であることを確認し、計算結果ＯＵＴ(H,
N)をＭＯＵＴ(H, N)に書き写し、ＣＥＮＤ＝０とする。
【００３２】Ｓ(H) ：希望発熱率である。 ΔＳ(H) ：基本制御周期内で発生可能な発熱率は 0.0,
1/N, 2/N, ・・・1.0 と離散しているので、基本制御サ
イクル内での目標発熱率と実現される発熱率との差が生
じる。 ΔＳ(H) ＝目標発熱率−実現発熱率、 であり、基本制御サイクルの目標発熱率はＳ(H) ＋直前
のΔＳ(H) となる。 ＯＵＴ(H,N) ：プログラムレベルでの計算結果で、式
(4)に使用する因子（式(5))に相当する量の記号で、０
または１の値である。 ＭＯＵＴ(H,N) ：割込レベルでサイリスタを制御するた
めの保管値で、Ｎサイクルに１回、ＯＵＴ(H, N)から写
し換えられる。ＯＵＴ(H, N)はＭＯＵＴ(H, N)に写し換
えられた後は、次の基本制御周期の計算結果を格納す
る。
1/N, 2/N, ・・・1.0 と離散しているので、基本制御サ
イクル内での目標発熱率と実現される発熱率との差が生
じる。 ΔＳ(H) ＝目標発熱率−実現発熱率、 であり、基本制御サイクルの目標発熱率はＳ(H) ＋直前
のΔＳ(H) となる。 ＯＵＴ(H,N) ：プログラムレベルでの計算結果で、式
(4)に使用する因子（式(5))に相当する量の記号で、０
または１の値である。 ＭＯＵＴ(H,N) ：割込レベルでサイリスタを制御するた
めの保管値で、Ｎサイクルに１回、ＯＵＴ(H, N)から写
し換えられる。ＯＵＴ(H, N)はＭＯＵＴ(H, N)に写し換
えられた後は、次の基本制御周期の計算結果を格納す
る。
【００３３】ＣＹ：１〜Ｎの値を有し、ＭＯＵＴ(H, N)
のうち何サイクル目を対象としてサイリスタに出力する
かを表す。 Ｍ：１つの負荷に付いて基本制御周期内で通電すべきサ
イクル数（ 0≦Ｍ≦Ｎ）。初期値はＮ×（Ｓ(h) ＋直前
の基本制御周期のΔＳ(h))であり、複数回のＤＣルーチ
ンと最大１回のＤＢサブルーチンでＭ個の通電サイクル
位置が決定する（ＤＣとＤＢのサブルーチンは後で説明
する）。 ＴＡ(N) ：負荷の通電サイクル位置を定格容量の大きい
順に決定し往く途中の段階で、それまでに決定した負荷
の発熱量（電流値と考えてもよい）の合計値を基本制御
周期内のサイクル位置毎に合計した値である。式 (4)の
ＴＡ(I, h)に相当するものであるが、ＩとＨに付いてＤ
Ｏループ内の指数を直接使用しないため、これ等の値は
省略されている。ｈ個の負荷の通電サイクル位置が決定
した段階ではＮ個のＴＡの値は最大でも（h ＋ 1) 種の
値しか取り得ない。
のうち何サイクル目を対象としてサイリスタに出力する
かを表す。 Ｍ：１つの負荷に付いて基本制御周期内で通電すべきサ
イクル数（ 0≦Ｍ≦Ｎ）。初期値はＮ×（Ｓ(h) ＋直前
の基本制御周期のΔＳ(h))であり、複数回のＤＣルーチ
ンと最大１回のＤＢサブルーチンでＭ個の通電サイクル
位置が決定する（ＤＣとＤＢのサブルーチンは後で説明
する）。 ＴＡ(N) ：負荷の通電サイクル位置を定格容量の大きい
順に決定し往く途中の段階で、それまでに決定した負荷
の発熱量（電流値と考えてもよい）の合計値を基本制御
周期内のサイクル位置毎に合計した値である。式 (4)の
ＴＡ(I, h)に相当するものであるが、ＩとＨに付いてＤ
Ｏループ内の指数を直接使用しないため、これ等の値は
省略されている。ｈ個の負荷の通電サイクル位置が決定
した段階ではＮ個のＴＡの値は最大でも（h ＋ 1) 種の
値しか取り得ない。
【００３４】ｇ：ＴＡから決定されたグループを指定す
る記号である。 Ｇ：グループｇの総数である。 ＧＮ(g) ：グループｇに属するサイクル位置の総数であ
る。 ＧＮＴ(G, GN(G))：グループｇに属するサイクル位置が
格納される。 ＦＬＧ(N) ：＝0 でｉ番目のサイクル位置はグループ分
けが完了していず、＝ 1でグループ分けが完了している
ことを意味する。
る記号である。 Ｇ：グループｇの総数である。 ＧＮ(g) ：グループｇに属するサイクル位置の総数であ
る。 ＧＮＴ(G, GN(G))：グループｇに属するサイクル位置が
格納される。 ＦＬＧ(N) ：＝0 でｉ番目のサイクル位置はグループ分
けが完了していず、＝ 1でグループ分けが完了している
ことを意味する。
【００３５】ＣＮＴ：グループ分けが完了したグループ
の合計サイクル位置数を意味する。次に、図７に示した
フローチャートの演算を以下の条件、 (1) 希望発熱率Ｓ(h) として一つ前の差発熱率ΔＳ(h)
を加えたより正確なものを使用する。 (2) 図５に対応する通電・非通電パターンを式 (3)の基
準線から決定する。
の合計サイクル位置数を意味する。次に、図７に示した
フローチャートの演算を以下の条件、 (1) 希望発熱率Ｓ(h) として一つ前の差発熱率ΔＳ(h)
を加えたより正確なものを使用する。 (2) 図５に対応する通電・非通電パターンを式 (3)の基
準線から決定する。
【００３６】(3) 積算発熱量を抵抗発熱体ｈの定格電力
値の大きいものから小さいもの付いて行う。 の下で実行するプログラムを図８〜１０に示す。ここで
は、この発明の原理的な手順を図７で既に詳しく説明し
たので、プログラムの詳細な説明は省略するが、以下の
ような主要部で構成されている。 ＦＣ1 〜ＦＣ3 ： 演算処理の準備段階 ＦＣ3B ： 温度調整器からの希望発熱量を読み
込む ＦＣ4 ： 積算電力ＴＡおよび通電・非通電を
表現する因子の初期化 ＦＣ6 ： 目標サイクル数Ｍの決定 ＦＣ7 （ＤＡ）： グループ分けと対応する通電パター
ンの配置を決定するサブルーチン ＦＣ9 ： 目標サイクル数Ｍをグループのサイ
クル数で埋め尽くせる否かの判定 ＦＣ10（ＤＢ）： 通電サイクル位置を均等配分するサ
ブルーチン ＦＣ11（ＤＣ）： グループｇの通電サイクル位置を決
定するサブルーチン ＦＣ12 ： グループｇで処理できなかったサイ
クル数を算出 ＦＣ13 ： グループ (ｇ＋１) への移行準備 これ等のうちのサブルーチンＤＡ，ＤＢ，ＤＣの処理内
容を図９と図１０に示す。個々のステップの処理内容
は、既にその原理を上で説明したので、当該ステップの
枠内に暗示的に示す記号と数式から容易に理解できる。
それ故、ここではその詳細の説明を省略する。このＦＣ
フローで最終的にｉ番目のサイクル位置での抵抗発熱体
ｈの通電・非通電がＯＵＴ(h, i)として決定される。
値の大きいものから小さいもの付いて行う。 の下で実行するプログラムを図８〜１０に示す。ここで
は、この発明の原理的な手順を図７で既に詳しく説明し
たので、プログラムの詳細な説明は省略するが、以下の
ような主要部で構成されている。 ＦＣ1 〜ＦＣ3 ： 演算処理の準備段階 ＦＣ3B ： 温度調整器からの希望発熱量を読み
込む ＦＣ4 ： 積算電力ＴＡおよび通電・非通電を
表現する因子の初期化 ＦＣ6 ： 目標サイクル数Ｍの決定 ＦＣ7 （ＤＡ）： グループ分けと対応する通電パター
ンの配置を決定するサブルーチン ＦＣ9 ： 目標サイクル数Ｍをグループのサイ
クル数で埋め尽くせる否かの判定 ＦＣ10（ＤＢ）： 通電サイクル位置を均等配分するサ
ブルーチン ＦＣ11（ＤＣ）： グループｇの通電サイクル位置を決
定するサブルーチン ＦＣ12 ： グループｇで処理できなかったサイ
クル数を算出 ＦＣ13 ： グループ (ｇ＋１) への移行準備 これ等のうちのサブルーチンＤＡ，ＤＢ，ＤＣの処理内
容を図９と図１０に示す。個々のステップの処理内容
は、既にその原理を上で説明したので、当該ステップの
枠内に暗示的に示す記号と数式から容易に理解できる。
それ故、ここではその詳細の説明を省略する。このＦＣ
フローで最終的にｉ番目のサイクル位置での抵抗発熱体
ｈの通電・非通電がＯＵＴ(h, i)として決定される。
【００３７】次に、図１１では判定されたサイクル位置
ｉの抵抗発熱体ｈでの通電・非通電ＯＵＴ(h, i)と、零
クロス点信号発生器ＺＣ（図３）で検出された正負の零
クロス点ｔ+,ｔ- の時点とに基づき、１サイクルの正の
電圧部分と負の電圧部分の通電・非通電を行う。ＦＡの
フローは正の零クロス点ｔ+ に対して、またＦＢのフロ
ーは負の零クロス点ｔ- に対して実行されるプログラム
である。ＦＡとＦＢの両方のフローでは、ＦＣのフロー
で求めたＯＵＴ(h, i)をそれぞれＭＯＵＴ(h,i)に置き
換え、この通電・非通電の判定結果ＭＯＵＴ(h, i)を絶
縁回路ＩＳＯ（図３）を介してそれぞれ対応するサイリ
スタＴＨ1,ＴＨ2 （図２a ）のゲートにトリガー信号Ｓ
Ｇ1,ＳＧ2 として供給する。
ｉの抵抗発熱体ｈでの通電・非通電ＯＵＴ(h, i)と、零
クロス点信号発生器ＺＣ（図３）で検出された正負の零
クロス点ｔ+,ｔ- の時点とに基づき、１サイクルの正の
電圧部分と負の電圧部分の通電・非通電を行う。ＦＡの
フローは正の零クロス点ｔ+ に対して、またＦＢのフロ
ーは負の零クロス点ｔ- に対して実行されるプログラム
である。ＦＡとＦＢの両方のフローでは、ＦＣのフロー
で求めたＯＵＴ(h, i)をそれぞれＭＯＵＴ(h,i)に置き
換え、この通電・非通電の判定結果ＭＯＵＴ(h, i)を絶
縁回路ＩＳＯ（図３）を介してそれぞれ対応するサイリ
スタＴＨ1,ＴＨ2 （図２a ）のゲートにトリガー信号Ｓ
Ｇ1,ＳＧ2 として供給する。
【００３８】図１２はマイクロプロセッサ・ユニットＭ
Ｐ内で実行される図８〜１１に示した演算処理シーケン
スのタイミングチャートである。この場合、図面を見や
すくするため基本制御周期のサイクル数Ｎを５と短くし
てある。横軸の時間軸ｔに対してＦＣ，ＦＡ，ＦＢのフ
ローの時間経過が付属させてあり、時間軸の上に示す実
線の矢印αおよび破線の矢印βはそれぞれ正と負の零ク
ロス点を示す。
Ｐ内で実行される図８〜１１に示した演算処理シーケン
スのタイミングチャートである。この場合、図面を見や
すくするため基本制御周期のサイクル数Ｎを５と短くし
てある。横軸の時間軸ｔに対してＦＣ，ＦＡ，ＦＢのフ
ローの時間経過が付属させてあり、時間軸の上に示す実
線の矢印αおよび破線の矢印βはそれぞれ正と負の零ク
ロス点を示す。
【００３９】図示する最初の一制御周期では電源立ち上
げのため，ＣＹ＝ 0としてサイリスタを点弧しない。二
回目の制御周期から実際の制御が始まり、各サイクル毎
にＣＹが１つづ増加する。制御周期の終わりでは、今ま
でロウ（０）であった計算完了通知信号ＣＥＮＤがハイ
（１）となる。ＦＣの３A では時間調整待ちで、この期
間中はマイクロプロセッサ・ユニットＭＰは実質上計算
を実行していない。ＦＣの３B で各抵抗発熱体に付属す
る温度調節器ＴＲの制御出力信号を読み取り、これに続
くＦＣの４〜１７で全ての抵抗発熱体の通電・非通電を
均等配分する演算を行う。
げのため，ＣＹ＝ 0としてサイリスタを点弧しない。二
回目の制御周期から実際の制御が始まり、各サイクル毎
にＣＹが１つづ増加する。制御周期の終わりでは、今ま
でロウ（０）であった計算完了通知信号ＣＥＮＤがハイ
（１）となる。ＦＣの３A では時間調整待ちで、この期
間中はマイクロプロセッサ・ユニットＭＰは実質上計算
を実行していない。ＦＣの３B で各抵抗発熱体に付属す
る温度調節器ＴＲの制御出力信号を読み取り、これに続
くＦＣの４〜１７で全ての抵抗発熱体の通電・非通電を
均等配分する演算を行う。
【００４０】基本制御周期ＮS （またはＫ）は 20 サイ
クル程度に選ぶのが普通である。この値は電気炉の応答
速度に関連して決まるもので、通常の場合、市販の温度
調節器の制御出力信号はこの応答速度に合わせてＸＸＸ
msec毎に出力される。従って、希望発熱量Ｓh を受け取
るサンプリングレート（即ちＮS に相当する）はこの出
力周期、即ち 20 サイクル程度になるように選択すると
有利である。
クル程度に選ぶのが普通である。この値は電気炉の応答
速度に関連して決まるもので、通常の場合、市販の温度
調節器の制御出力信号はこの応答速度に合わせてＸＸＸ
msec毎に出力される。従って、希望発熱量Ｓh を受け取
るサンプリングレート（即ちＮS に相当する）はこの出
力周期、即ち 20 サイクル程度になるように選択すると
有利である。
【００４１】図７〜１１に示したプログラムはこの発明
による電力制御方法の一好適実施例を示すものである
が、種々の変形、改良が可能である。例えば基本制御周
期ＮS が上の述べたように 20 程度と長ければ、目標発
熱率Ｓh として一つ前の基本制御サイクルの発熱率の偏
差Δγ（＝ＮΔＳ(h) ; 図８のＦＣ 6）を次の基本制御
サイクルに組み入れない。つまりΔγを常時０と見なし
ても殆ど誤差が生じない。
による電力制御方法の一好適実施例を示すものである
が、種々の変形、改良が可能である。例えば基本制御周
期ＮS が上の述べたように 20 程度と長ければ、目標発
熱率Ｓh として一つ前の基本制御サイクルの発熱率の偏
差Δγ（＝ＮΔＳ(h) ; 図８のＦＣ 6）を次の基本制御
サイクルに組み入れない。つまりΔγを常時０と見なし
ても殆ど誤差が生じない。
【００４２】また、各抵抗発熱体の通電・非通電のサイ
クルパターンは式(3) に基づき決定するのでなく、経験
的に求めたパターンを使用し、ルックアップテーブル方
式で決定することもできる。しかし、何れにしても、特
許請求の範囲に規定する方法および装置であれば、全て
この発明の範疇に属することは言うまでもない。
クルパターンは式(3) に基づき決定するのでなく、経験
的に求めたパターンを使用し、ルックアップテーブル方
式で決定することもできる。しかし、何れにしても、特
許請求の範囲に規定する方法および装置であれば、全て
この発明の範疇に属することは言うまでもない。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の電力サ
イクル制御方法により、電源の同相に並列に接続された
個々の抵抗発熱体の通電・非通電を連続する所定の期間
にわたりできる限り均一にすると同時に、全抵抗発熱体
の消費する全電力あるいは全抵抗発熱体を流れる電流の
総計を連続する所定の期間にわたりほぼ一定に維持でき
る。従って、共通の電源に対する力率を改善できる。
イクル制御方法により、電源の同相に並列に接続された
個々の抵抗発熱体の通電・非通電を連続する所定の期間
にわたりできる限り均一にすると同時に、全抵抗発熱体
の消費する全電力あるいは全抵抗発熱体を流れる電流の
総計を連続する所定の期間にわたりほぼ一定に維持でき
る。従って、共通の電源に対する力率を改善できる。
【００４４】また、この発明による電力制御装置用の共
通制御装置は、サイクル制御方式であれ位相角制御方式
であれ、既存の電気炉設備に大幅な改造を加えることな
く簡単に導入することができる。そして、上記の電力方
法を多様な電気炉設備に適用できるプログラムをマイク
ロプロセッサ・ユニットのＲＯＭ記憶器に収納しておく
だけでこの発明による方法を実行できる。そして、何よ
りもこの発明で提唱する共通制御装置はその構造が単純
であるため低価格で作製でき、作業工数も通常の電気炉
設備に比べて著しく低減できる。
通制御装置は、サイクル制御方式であれ位相角制御方式
であれ、既存の電気炉設備に大幅な改造を加えることな
く簡単に導入することができる。そして、上記の電力方
法を多様な電気炉設備に適用できるプログラムをマイク
ロプロセッサ・ユニットのＲＯＭ記憶器に収納しておく
だけでこの発明による方法を実行できる。そして、何よ
りもこの発明で提唱する共通制御装置はその構造が単純
であるため低価格で作製でき、作業工数も通常の電気炉
設備に比べて著しく低減できる。
【００４５】この発明の電力サイクル制御方法は、零ク
ロス点でサイリスタを点弧するため、その本来の優れた
特性である、電源線路の乱れを最小に低減でき、周辺の
電子機器にも電波障害を与えることが極めて少ない点を
保持し、調整精度の高い電力制御を可能にしている。
ロス点でサイリスタを点弧するため、その本来の優れた
特性である、電源線路の乱れを最小に低減でき、周辺の
電子機器にも電波障害を与えることが極めて少ない点を
保持し、調整精度の高い電力制御を可能にしている。
【図１】 電気炉設備のブロック回路図、
【図２】 スイッチング・ユニットの結線（ａ），通電
される一対のサイクルと対応するスイッチング素子のト
リガー信号 (ｂの上) および実際に流れる電流波形 (ｂ
の下) ,
される一対のサイクルと対応するスイッチング素子のト
リガー信号 (ｂの上) および実際に流れる電流波形 (ｂ
の下) ,
【図３】 共通制御回路の要部のブロック回路図、
【図４】 各サイクルで通電・非通電を決定する関係式
を示すグラフ、
を示すグラフ、
【図５】 種々の制御周期Ｋおよび通電率Ｍに対する通
電・非通電の均等配分サイクルパターン、
電・非通電の均等配分サイクルパターン、
【図６】 抵抗発熱体の逐次励起による各サイクル位置
での積算電力の分布を示すダイヤグラム、
での積算電力の分布を示すダイヤグラム、
【図７】 通電・非通電の均等配分を演算処理するフロ
ーチャート、
ーチャート、
【図８】 図７を更に詳しくしたフローチャート、
【図９】 グループ分けのＤＡサブルーチンの詳細なフ
ローチャート、
ローチャート、
【図１０】 均等配分のＤＢサブルーチンおよびサイク
ル位置変換のＤＣサブルーチンの詳細なフローチャー
ト、
ル位置変換のＤＣサブルーチンの詳細なフローチャー
ト、
【図１１】 零クロス点ｔ+ とｔ- で点弧信号を発生す
るサブルーチン、
るサブルーチン、
【図１２】 制御の流れを示すタイミングチャート。
Ｆ1-4 電気炉 Ｒ1-4 抵抗発熱体（負荷） ｈ 個々の抵抗発熱体を指定する指数 ＴＲ1-4 温度調節器 ＴＣ1-4 感熱素子（熱電対） ＳＷ1-4 スイッチング・ユニット ＴＨ1,ＴＨ2 サイリスタ素子 ＣＴＲ 制御装置 ＭＰ マイクロプロセッサ・ユニット ＺＣ 零クロス点信号発生器 Ａ／Ｄ1-4 アナログ・デジタル変換器 ＩＳＯ1-4 絶縁回路
Claims (8)
- 【請求項１】 交流電源の同相に並列接続された定格発
熱量ＲＰh を有する総数Ｈの抵抗発熱体（Ｒh ；ｈ＝１
〜Ｈ）に対してそれぞれ希望発熱率Ｓh を実現するよう
に、基本制御周期に相当するサイクル数Ｎ中の各サイク
ル位置Ｉで各抵抗発熱体（Ｒh ）の通電・非通電を決定
して電力をサイクル制御する方法において、 サイクル位置Ｉで１からｎ番目までの抵抗発熱体により
消費される電力を積算した積算電力ＴＡ(I, n)の電力レ
ベルが、抵抗発熱体１から始めて抵抗発熱体Ｈまで逐次
積算する都度、サイクル数Ｎにわたりできる限り一様に
なるように、各抵抗発熱体（Ｒh ）の通電・非通電を各
基本制御周期で決定し、次の基本制御周期でこの決定に
従って全ての抵抗発熱体の通電・非通電を実行すること
を特徴とする電力制御方法。 - 【請求項２】 抵抗発熱体（Ｒh ）の希望発熱率Ｓh を
実現するためサイクル数Ｎ中でＭh 個のサイクル位置を
通電とする場合、各積算ステップｎで一つ前のステップ
ｎ−１での積算通電電力ＴＡ(I, n-1)を電力レベルの大
きさに応じて分類し、電力レベルの低いグループから始
めて、 (a) 通電すべきサイクル数Ｍh が当該電力レベルのグル
ープｇの数より小さい場合には、このグループｇのサイ
クル位置に対して通電サイクル位置ができる限り一様と
なるように均等配分して割り振り、 (b) 通電すべきサイクル数Ｍh が当該電力レベルのグル
ープの数より大きい場合には、全てのサイクル位置を通
電とし、 (c) 余りのサイクル数が次の電力レベルのグループｇ＋
１のサイクル位置の数より小さいなら、グループｇをグ
ループｇ＋１に変えて配分手順 (a)を実行し、 (d) 余りのサイクル数が次の電力レベルのグループｇ＋
１のサイクル位置の数より大きいなら、グループｇをグ
ループｇ＋１に変えて配分処理 (c)を実行し、全てのサ
イクル数Ｍh が埋め尽くされるまで上記の配分手順 (a)
〜 (d)を実行することを特徴とする請求項１に記載の方
法。 - 【請求項３】 連続するＫ個のサイクル数に関してＫ＝
ＮからＫ＝２までの各々に対して通電サイクル数がｍで
あり、通電サイクル位置が均等な配置を示すパターンを
可能な全てのｍ（１〜Ｋ）に付いて予め経験的に求めて
用意しおき、Ｋとｍを指定して、その場合の通電サイク
ル位置の最適配置を見出すことを特徴とする請求項２に
記載の方法。 - 【請求項４】 連続するＫ個のサイクル数に対して通電
サイクル数がｍとなる場合、通電サイクル位置の均等な
配置は、横軸をサイクル位置Ｉ，縦軸を積算サイクル数
Ｊとして、 Ｊ＝ｍ/Ｋ・Ｉ−α の式で表される直線にサイクル位置Ｉで最も近い整数値
がＪより大きいか等しいとき、非通電とし、小さいとき
通電とすることにより決定し、この場合αは 0〜1.0 の
実数であることを特徴とする請求項２に記載の方法。 - 【請求項５】 抵抗発熱体（Ｒh ）の希望発熱率Ｓh を
実現するサイクル位置の数Ｍh は、定格発熱量ＲＰh と
基本制御周期に相当する全サイクル数Ｎの積の値の整数
値あるいはこの値に１を加えたものであることを特徴と
する請求項２〜４の何れか１項に記載の方法。 - 【請求項６】 抵抗発熱体（Ｒh ）の希望発熱率Ｓh を
実現するサイクル位置の数Ｍh は、当該基本制御周期の
一つの前の基本制御周期の定格発熱量ＲＰhと基本制御
周期に相当する全サイクル数Ｎの積からこの積の整数値
あるいはこの整数値に１を加えたものを引き算し、引き
算した値を当該基本制御周期の定格発熱量ＲＰh と基本
制御周期に相当する全サイクル数Ｎの積に加算した値の
整数値あるいはこの整数値に１を加えたものであること
を特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載の方法。 - 【請求項７】 積算通電電力ＴＡ(I, n)を求めるには、
定格発熱量ＲＰh の大きい順に選んだ抵抗発熱体ｈの組
を使用することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項
に記載の方法。 - 【請求項８】 交流電源の同相に並列にスイッチング・
ユニット（ＳＷh ）を介して抵抗発熱体（Ｒh ）を接続
し、加熱目的物に対応した感熱素子（ＴＣh）と、感熱
素子（ＴＣh ）の温度検出信号と、加熱目的物の目標温
度とからＰＩＤ演算により抵抗発熱体（Ｒh ）の希望発
熱量信号を形成する温度調節器（ＴＲ h ）とを備えた電
気炉設備で、温度調整器（ＴＲh ）から供給される希望
発熱量信号に応じてスイッチング・ユニット（ＳＷh ）
の通電・非通電を決定するトリガ信号を出力する共通制
御装置（ＣＴＲ）において、 前記共通制御装置（ＣＴＲ）が、電源の正・負の零クロ
ス点（ｔ+,ｔ- ）を指定するトリガ信号を発生する零ク
ロス点発生回路（ＺＣ），温度調整器（ＴＲh）の希望
発熱量信号を受入れ、デジタル信号として出力するアナ
ログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ），記憶器ＲＯＭ，ＲＡ
Ｍ，インターフェース，割込管理ユニットおよび中央演
算処理部を含むマイクロプロセッサ・ユニット（Ｍ
Ｐ），およびこのマイクロプロセッサ・ユニットからの
出力制御信号を電気絶縁して一定幅のパルス信号にして
各スイッチング・ユニット（ＳＷh ）へ個々に開閉制御
信号を出力する個別絶縁回路（ＩＳＯ）で構成されてい
て、 前記マイクロプロセッサ・ユニット（ＭＰ）の記憶器Ｒ
ＯＭには請求項１〜７の何れか１項の方法により各抵抗
発熱体の通電・非通電を決定するプログラムおよび零ク
ロス点の割込信号に応じて、各スイッチング・ユニット
（ＳＷh ）へ開閉制御信号を送信するプログラムが格納
されていることを特徴とする共通制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33549897A JPH11167976A (ja) | 1997-12-05 | 1997-12-05 | 電気炉の電力制御方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33549897A JPH11167976A (ja) | 1997-12-05 | 1997-12-05 | 電気炉の電力制御方法およびその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11167976A true JPH11167976A (ja) | 1999-06-22 |
Family
ID=18289256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33549897A Withdrawn JPH11167976A (ja) | 1997-12-05 | 1997-12-05 | 電気炉の電力制御方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11167976A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001273040A (ja) * | 2000-03-27 | 2001-10-05 | Tokyo Electron Ltd | 電力制御装置、電力制御方法及び熱処理装置 |
| JP2012212361A (ja) * | 2011-03-31 | 2012-11-01 | Iwate Univ | パルス変換装置、制御システム、及び制御方法 |
-
1997
- 1997-12-05 JP JP33549897A patent/JPH11167976A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001273040A (ja) * | 2000-03-27 | 2001-10-05 | Tokyo Electron Ltd | 電力制御装置、電力制御方法及び熱処理装置 |
| JP2012212361A (ja) * | 2011-03-31 | 2012-11-01 | Iwate Univ | パルス変換装置、制御システム、及び制御方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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