JPS5842952B2 - ソフトスタ−ト回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はサイリスクを用いて電気炉等を位相制御する回
路の電源のスタート時及び入力信号の急な変動時におい
て制御位相を除々にシフトさせるソフトスタート回路に
関するものである。

電気炉の発熱体として一般に用いられているケイ化モリ
ブデン（ＭｏＳ ｌ ２ ）系の発熱体は第２図の比抵
抗（、Ｒ−ＣｒｒＬ）一温度（℃）グラフに示すように
低温時における比抵抗が非常に小さいので電気炉の起動
時において過大な電圧が加えられるとその発熱体には定
常使用電流の十数倍の電流が流れることになり、発熱体
の劣化を招くと共に、発熱体をコントロールしているサ
イリスク素子を破壊する虞れがある。

またフィードバック制御をしている炉における電源のス
タート時においては炉は低温であるからフィードバック
による信号は最大値を示すことになり、そのままでは発
熱体及びサイリスク素子に過大な電流を流してしまう危
険がある。

こうした発熱体及びサイリスク素子を保護するために、
電源のスタート時においてサイリスク素子の制御位相を
除々にシフトさせるソフトスタート回路が用いられてい
るが、従来のソフトスタート回路では、運転中に調節温
度を急に変更操作した際に生ずる入力信号の急な変動に
対しては作動しないという問題があり、また、ソフトス
タート機能が通常の制御時の応答性に悪影響を与えると
いう問題があった。

本発明は以上の点に鑑みてなしたものであり、温度調節
計の調節温度などを急に変更操作した際に生ずる入力信
号の急な変動に対してもソフトスタート機能が得られ、
且つ通常の制御時においてはその制御に対して側らの影
響を与えることなく応答性が悪化するおそれのないソフ
トスタート回路を提供することを目的とするものである
。

以下に電気炉のフィードバック制御に対して本発明に係
る回路を応用した図示の実施例について説明する。

図中１は電気炉でこの電気炉１内には第２図に示す温度
〜比抵抗特性を有するケイ化モリブデン系の発熱体２と
熱電体等による温度検出器３が取り付けられている。

上記発熱体２は炉外に設置されるサイリスク回路４を介
して電源５に接続されており、上記温度検出器３からの
検出信号は温度調節計６を介してソフトスタート回路を
有するパルス発生装置７にインプットされている。

更にこのパルス発生装置７には電源５からの同期信号が
同期回路８を介してインプットされており、該パルス発
生装置７により作られるトリガパルスは前記サイリスク
回路４にインプットされている。

上記パルス発生装置７は第３図に示す回路構成とされて
おり、図において９は駆動電源正端子、１０は温度調節
計６と接続される入力信号正端子、１１は９，１０に対
する共通負端子、１２は入力信号を増幅する増幅器、Ｐ
はＰＵＴ、Ｌはリレー１３は該リレーの常閉接点、Ｔｒ
はトランジスタ、Ｒは抵抗、Ｃはコンデンサ、Ｄはコイ
ルの誘導電流を短絡させるダイオード、１４．１５は同
期回路８と接続される電源同期端子、１６，１７はＰＵ
Ｔからの出力端子でパルストランス等を介してサイリス
ク回路のゲートに接続されている。

この回路の動作を説明するとまず端子９に＋Ｖｃｃが加
えられている状態においてトランジスタＴｒ１は通常Ｏ
ＦＦ状態とされているのでトランジスタＴｒ２のベース
に抵抗Ｒ１を介して電流が流れておりトランジスタＴｒ
２はＯＮ状態となっている。

従ってリレーＬには抵抗Ｒ２を介して電流が流されてい
るので該リレーＬの常閉接点１３は開となっており、コ
ンデンサＣ１には抵抗Ｒ３，Ｒ４を介して十分に充電が
成されている。

このコンデンサＣ１によりトランジスタＴｒ３のベース
電圧は飽和領域まで高められているので該トランジスタ
Ｔ ｒ ３はＯＮ状態とされており、このトランジスタ
Ｔｒ３で制御されるトランジスタＴｒ４のベースには十
分な電流が流れているので該トランジスタＴ ｒ ４は
ＯＮ状態となっている。

従って増幅器１２で増幅された入力はトランジスタＴｒ
４及び時定数回路の抵抗Ｒ６，Ｒ７を通ってコンデンサ
Ｃ２に充電され、このコンデンサＣ２の充電により電位
が上昇せしめられるＡ点の電位、即ちＰＵＴのアノード
電位が抵抗Ｒ８，Ｒ９により分圧されたＧ点の電位、即
ちＰＵＴのゲート電位を越えた時にＰＵＴの、アノード
・カソード間がＯＮになり、コンデンサＣ２に充電され
た電荷は抵抗Ｒ１ｏを通って放電せしめられ、この放電
電流により抵抗Ｒ１ｏの両端には電位が発生する。

この放電時においてはコンデンサＣ２の電荷がまだ完全
に放電されていないのでＰＵＴのＯＮ状態は続いており
、この状態は後述する電源同期回路８によりコンデンサ
Ｃ２の電荷が完全に放電せしめられるまで続いている。

然して上記抵抗Ｒ６，Ｒ７との間には電源同期回路から
の信号が加えられており、この同期回路８は第４図に示
すように電源５の交流を全波整流するブリッジ１８と、
この全波整流された波形を分圧する抵抗Ｒ１１１Ｒ１２
１Ｒ１３と、２個のトランジスタＴｒ５＋ Ｔｒ６とを
具備し、トランジスタＴｒ５は第５図の波形図Ｉに示す
整流波形Ｗ１のｖＢ点点上上ＯＮとなるように設定され
ている。

従ってこのトランジスタＴｒ５はｖＢ点以下、即ち波形
の零電位附近でＯＦＦ状態となり、このトランジスタＴ
ｒ５で制御されているトランジスタＴ ｒ ６にはトラ
ンジスタＴｒ５のＯＦＦ状態のときに抵抗Ｒ１４を通し
て電流が加えられるのでＯＮ状態となる。

このトランジスタＴｒ６のエミッタ端子とコレクタ端子
は前記パルス発生装置７の電源同期端子１４．１５の夫
々に接続されており、トランジスタＴｒ６のＯＮ状態、
即ち電源波形の零電位附近でコンデンサＣ２の電荷は抵
抗Ｒ７を介して完全に放電せしめられる。

これでコンデンサＣ２の電荷がなくなり、ふたたびトラ
ンジスタＴｒ５及び抵抗Ｒ６゜Ｒ７を通して充電され、
上記の繰り返しにより出力端子１６．１７から連続した
パルス波Ｗ２が得られる。

又、コンデンサＣ２の充電は常に電源波形が零電位附近
を通過した時点を起点として行われるので、出力端子１
６．１７から得られるパルス波Ｗ２は電源５の交流波形
に同期した形となっている。

上記の動作を第５図の波形図Ｉ −Ｖで簡単に説明する
と、まず同期回路８のトランジスタＴｒ６の導通範囲ｔ
１点からコンデンサＣ２は充電が開始され、トランジス
タＴ ｒ ４は低抵抗状態にあるのでＡ点の電位■Ａは
波形図■に示すようにコンデンサＣ２及び抵抗Ｒ６，Ｒ
７の時定数Ｔ１による傾斜角度を描いて充電される。

この充電が進んでｖＡがＶＧ点を越える点ｔ２でコンデ
ンサＣ１はＰＵＴにより放電されてＡ点の電位は急激に
降下し、更にトランジスタＴｒ６の導通範囲ｔ１に至っ
て完全に放電されて電荷が零の状態となり、ここからふ
たたび充電が繰り返される。

上記ｔ１における放電電流により出力端子１６．１７間
には波形図■に示すパルス波Ｗ２が得られ、このパルス
波Ｗ２はサイリスク回路のゲートをトリガして波形図■
に示すように炉１への電流Ｗ３の制御を行っている。

次に、電源が切られている状態から電源を入れた際にお
ける動作を説明すると、電源が切られた状態におけるリ
レーＬの常閉接点１３は閉となっているのでコンデンサ
Ｃ１は抵抗Ｒ１５を介して短絡されている状態にあり、
電源が入れられるとリレーＬにより常閉接点１３は開と
なってコンデンサＣ１には該コンデンサＣ１と抵抗Ｒ３
の時定数をもって充電される。

この充電はコンデンサＣ１が完全に放電されている状態
から始められるのでその充電当初（こおいてはトランジ
スタＴｒ３をＯＮさせる電圧を有しておらず、該トラン
ジスタＴｒ３はＯＦＦ状態となっている。

従ってこのトランジスタＴｒ３で制御されているトラン
ジスタＴｒ４のエミッタ・コレクタ間は高抵抗状態とな
っているので増幅器１２からの入力はほとんどコンデン
サＣ２に充電されず、又少量充電された電荷はＰＵＴを
動作する前に同期信号により放電せしめられるのでパル
ス出力がなく、従って炉１の発熱体２における電流も流
れていない。

更に、上記コンデンサＣ１の充電が進みトランジスタＴ
ｒ３のベース電圧が高くなり該トランジスタＴｒ３が活
性領域（こ進むとベース電圧に応じたコレクタ電流が流
れ、これによりトランジスタＴｒ４のベース電流が流れ
るので該トランジスタＴｒ４のエミッタコレクタ間の抵
抗が低くなり、該トランジスタＴｒ４の抵抗値を含めた
時定数Ｔ２でコンデンサＣ２に充電が行われる。

この充電によりＡ点の電位ｖＡがｖＧ点に到達する時刻
ｔ３は第５図の波形図■に示すように時定数Ｔ２により
決定される。

この時定数Ｔ２はトランジスタＴｒ４の抵抗弁が含まれ
ているので前述の該トランジスタＴｒ４が完全な導通状
態とされている時の時定数Ｔ１より大となっており、そ
の時定数に比例した時間だけ遅れてパルス波Ｗ２が発振
せしめられる。

更に、コンデンサＣ１の充電が進むに連れてトランジス
タＴｒ４の抵抗値は低くなるのでパルス発生時刻が早ま
り、遂にコンデンサＣ１が完全に充電された際にはトラ
ンジスタＴｒ４は完全な導通状態となるので前述した状
態、即ち抵抗Ｒ６，Ｒ７による一定の時定数Ｔ１で発振
が行なわれ、以後は入力信号の大小に応じて発振時刻が
決定される。

次に、温度調節計６の調節温度を急に変更操作した場合
の回路動作を説明する。

入力信号端子１０．１１にその調節温度の変更によるス
テップ状の入力が加えられると、コンデンサＣ３と抵抗
Ｒ１６による微分回路によりそのステップに応じたトリ
ガパルスが作られる。

このトリガパルスは抵抗Ｒ１□を介してトランジスタＴ
ｒ、のベースに加えられており、このパルスにより該ト
ランジスタＴｒ１は瞬間的にＯＮ状態となる。

このトランジスタＴｒ１がＯＮ状態の時にトランジスタ
Ｔｒ２はＯＦＦ状態となるのでリレーＬの常閉接点１３
は瞬間的に閉じられてコンデンサＣ０の電荷は抵抗Ｒ１
５を通して放電せしめられる。

こうしてコンデンサＣ１が放電せしめられた後の回路動
作は前記電源が切られている状態から電源を入れた際番
こおける動作と同様となる。

尚、この実施例においてはコンデンサＣ１の電荷を放電
させる方法としてリレーＬが用いられているがこのリレ
ーＬ（こ換えてＦＥＴ１ トランジスタ等のスイッチン
グ素子を用いた回路構成としてもよい。

以上説明したように本発明０こよれば、入力信号の急な
変動を検出する微分回路と、微分回路の出力によりリレ
ーを介して短絡操作されるコンデンサと、該コンデンサ
の電圧上昇に従い、抵抗値が除々に低くなるように設定
されているトランジスタを設け、そのトランジスタをサ
イリスタが動作せしめられるトリガパルスの位相を決定
する時定数回路の抵抗として用いた構成としたので、調
節計の調節温度を変更操作した場合など、入力信号が急
に変動した際においてもソフトスタート機能が働き、発
熱体の劣化及びサイリスク素子の破壊が防止されるとい
う効果がある。

また、そのソフトスタート機能は通常の制御時、即ち入
力信号の大小に応じて位相を制御させている時にはその
制御に対して伺らの影響を与えることなく、応答性が悪
化するというおそれがない効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る回路を具備する炉の制御系を示す
ブロック図、第２図は炉に用いられている発熱体の温度
−比抵抗特性を示すグラフ図、第３図は本発明に係るソ
フトスタート回路を有するパルス発生装置の回路図、 第５図は波形図である。 ７・・・・・・パルス発生装置、 第４図は同期回路図、 １０．１１・・・・・・入力信 号端子、 Ｒ・・・・・・抵抗、 Ｃ・・・・・・コンデンサ、 Ｔｒ・・・ ・・・トランジスタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 交流電源と炉ヒータ間に接続されるサイリスクを、
   上記交流電源からの同期信号と炉の温度検出信号に基づ
   いて０Ｎ−ＯＦＦ操作するパルス発生装置に用いられる
   ソフトスタート回路であって入力信号端子１０．１１に
   ステップ状の入力信号が加えられた際にトリガパルスを
   発生する微分回路Ｃ３，Ｒ１６と、該微分回路の出力に
   よりＯＮ・ＯＦＦ操作されるリレーＬと、このリレーＬ
   により短絡操作されるコンデンサＣ１と、前記サイリス
   クを動作せしめるトリガパルスの位相を決定する時定数
   回路Ｒ６，Ｒ７，Ｃ２と前記入力端子１０゜１１との間
   に接続され、上記コンデンサＣ１の電圧上昇に従い、抵
   抗値が除々に低くなるように設定されているトランジス
   タＴｒ４と、を具備する構成とされたことを特徴とする
   ソフトスタート回路。