(57)【要約】【課題】装置内への収納が困難となる大容量リアクタンスを用いることなく、高出力負荷への給電制御に際しても高調波の発生を抑制できる位相制御装置を提供する。【解決手段】交流電源１から負荷２への給電回路に設けた双方向サイリスタ３を点弧する位相制御装置２０は、負荷２へ供給する目標電力に応じて点弧角設定手段２１により点弧角を設定し、この設定点弧角が、位相制御で発生する高調波が問題となる不使用位相角範囲に含まれているか否かを不使用点弧角判定手段２２で判定し、不使用点弧角範囲に含まれていなければ、この設定点弧角でトリガ信号出力手段２５が双方向サイリスタ３を点弧し、不使用点弧角範囲に含まれていれば、組合せ点弧角選択手段２４が組合せ点弧角記憶手段２３から不使用点弧角範囲に含まれていない第１〜第４制御点弧角からなる組合せ点弧角を選択し、組合せ点弧角でサイクリックに双方向サイリスタ３を点弧する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から負荷に供給する電力が目標値となるように、給電路に設けたゲート制御式スイッチ素子を交流波のゼロクロス点からゼロクロス点までの半波区間における適宜な位相角で導通させるトリガ信号を出力する位相制御装置において、
電力の目標値である目標電力を負荷に供給するためにゲート制御式スイッチ素子にトリガ信号を出力する位相角を設定する位相角設定手段と、
前記位相角設定手段によって設定された設定位相角が、交流波における半波区間の中央角を含む任意の範囲として予め定めた不使用位相角範囲に含まれるか否かを判定する不使用位相角判定手段と、
予め定めた任意数である周期構成数だけ半波区間が連続する期間を制御基準周期と定め、前記不使用位相角に含まれない使用可能位相角の範囲から選定した周期構成数分の位相角の組合せである組合せ位相角を用いて半波区間毎にゲート制御式スイッチ素子を導通制御したときに制御基準周期中に得られる総電力量を周期構成数で除することにより、制御基準周期の半波区間における平均電力として得られる組合せ電力とし、前記組合せ位相角と前記組合せ電力とを紐付けて複数記憶する組合せ位相角記憶手段と、
前記不使用位相角判定手段によって、設定位相角が不使用位相角範囲に含まれると判定された場合、設定位相角によってゲート制御式スイッチ素子を制御することで負荷へ供給する目標電力に代替できる組合せ電力を、前記組合せ位相角記憶手段に記憶されている組合せ電力の中から選択し、選択した組合せ電力に対応する組合せ位相角を周期構成数分の位相角として選択する組合せ位相角選択手段と、
前記不使用位相角判定手段によって設定位相角が不使用位相角範囲に含まれていないと判定された場合には、当該設定位相角によるトリガ信号の出力を制御基準周期の間続けるように位相制御し、前記不使用位相角判定手段によって設定位相角が不使用位相角範囲に含まれていると判定された場合には、前記組合せ位相角選択手段によって選択された組合せ位相角によるトリガ信号の出力を制御基準周期の各半波区間毎に行うように位相制御するスイッチ素子制御手段と、
を備えることを特徴とする位相制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源から負荷に供給する電力が目標値となるように、給電路に設けたゲート制御式スイッチ素子を交流波のゼロクロス点からゼロクロス点までの半波区間における適宜な位相角で導通させるトリガ信号を出力する位相制御装置に関し、特に、ゲート制御式スイッチ素子の位相制御によって発生する高調波を抑制するための改良技術である。
【背景技術】
【０００２】
交流電源に接続される機器の負荷制御としては、一般的に位相制御方式が広く用いられている。この位相制御方式とは、交流電源と負荷を含む給電路中にゲート制御式スイッチ素子として双方向サイリスタを直列に接続し、前記負荷に印加される電圧を制御して目標とする電力が負荷へ供給されるように、前記双方向サイリスタを所定の位相角（点弧角）で点弧するものである。
【０００３】
上記のような位相制御方式で負荷への給電制御を行う場合、スイッチ素子を点弧する点弧角によって多様な高調波が発生することが知られている。目標電力を一定に保持する場合など、同じ点弧角でスイッチ素子への点弧制御を続けることとなり、点弧角に応じて生成される高調波成分も偏り、結果として大きな高調波の発生に繋がる。特に、位相角が９０゜の時に生成される高調波が（特に奇数次周波数において）最大となることは、広く知られている。
【０００４】
このように位相制御によって発生する高調波を抑制する対策として、給電路にリアクタンスを設けて電源波形を改善する方法がある。
【０００５】
また、リアクタンス付加に依らない高調波歪みの改善策として、給電制御用のサイリスタより前段へ補償電流供給回路から補償電流を供給することで、サイリスタの位相制御によって生ずる生じる高調波成分を打ち消し、交流電源装置における交流入力電流の波形を改善するものが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３４８５６２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、より高出力の負荷に対する給電制御で発生する高調波を抑えるためには、大容量のリアクタンスが必要となるため、近年小型化が著しい電化機器（例えば、瞬間式小型電気温水器）においては大容量のリアクタンスの収納が問題となる。
【０００８】
また、特許文献１に記載された発明においては、大容量リアクタンスを設ける場合に比べてコンパクトに補償電流供給回路を構成できる可能性はあるものの、従来装置にはない補償電流供給回路を設ける事によるコスト増は否めず、装置全体としての低廉化を阻害する。加えて、特許文献１に記載された発明では、発生した高調波による歪みを事後的に補償するものでしかなく、装置の稼働中はサイリスタの位相制御によって生じた高調波による歪みを補償し続けなければならない。
【０００９】
そこで、本発明は、装置内への収納が困難となる大容量リアクタンスを用いることなく、高出力負荷への給電制御に際しても高調波の発生を抑制でき、スイッチ素子への位相制御で生じた高調波を事後的に補償するような機能を別途設ける必要もない位相制御装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、交流電源から負荷に供給する電力が目標値となるように、給電路に設けたゲート制御式スイッチ素子を交流波のゼロクロス点からゼロクロス点までの半波区間における適宜な位相角で導通させるトリガ信号を出力する位相制御装置において、電力の目標値である目標電力を負荷に供給するためにゲート制御式スイッチ素子にトリガ信号を出力する位相角を設定する位相角設定手段と、前記位相角設定手段によって設定された設定位相角が、交流波における半波区間の中央角を含む任意の範囲として予め定めた不使用位相角範囲に含まれるか否かを判定する不使用位相角判定手段と、予め定めた任意数である周期構成数だけ半波区間が連続する期間を制御基準周期と定め、前記不使用位相角に含まれない使用可能位相角の範囲から選定した周期構成数分の位相角の組合せである組合せ位相角を用いて半波区間毎にゲート制御式スイッチ素子を導通制御したときに制御基準周期中に得られる総電力量を周期構成数で除することにより、制御基準周期の半波区間における平均電力として得られる組合せ電力とし、前記組合せ位相角と前記組合せ電力とを紐付けて複数記憶する組合せ位相角記憶手段と、前記不使用位相角判定手段によって、設定位相角が不使用位相角範囲に含まれると判定された場合、設定位相角によってゲート制御式スイッチ素子を制御することで負荷へ供給する目標電力に代替できる組合せ電力を、前記組合せ位相角記憶手段に記憶されている組合せ電力の中から選択し、選択した組合せ電力に対応する組合せ位相角を周期構成数分の位相角として選択する組合せ位相角選択手段と、前記不使用位相角判定手段によって設定位相角が不使用位相角範囲に含まれていないと判定された場合には、当該設定位相角によるトリガ信号の出力を制御基準周期の間続けるように位相制御し、前記不使用位相角判定手段によって設定位相角が不使用位相角範囲に含まれていると判定された場合には、前記組合せ位相角選択手段によって選択された組合せ位相角によるトリガ信号の出力を制御基準周期の各半波区間毎に行うように位相制御するスイッチ素子制御手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る発明によれば、位相制御で発生する高調波が最大となる半波区間の中央角を含む不使用位相角範囲から位相制御用の位相角を使わずに、目標電力に代替できる組合せ電力を負荷に供給できる。よって、装置内への収納が困難となる大容量リアクタンスを用いることなく、高出力負荷への給電制御に際しても高調波の発生を抑制でき、スイッチ素子への位相制御で生じた高調波を事後的に補償するような機能を別途設ける必要もない位相制御装置の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る位相制御装置を含む給湯システムの概略構成図である。
【図２】点弧制御する点弧角と負荷への供給電力との対応関係の一例を示す特性図である。
【図３】（ａ）は、目標電力を負荷へ供給できる設定点弧角１１０゜で双方向サイリスタを点弧制御した場合の給電状況説明図である。（ｂ）は、目標電力に代替できる組合せ電力を負荷へ供給できる第１〜第４制御点弧角で双方向サイリスタを点弧制御した場合の給電状況説明図である。
【図４】制御基準周期分の点弧角の組合せと組合せ点弧角を紐付けして記憶する組合せ点弧角データテーブルの概略説明図である。
【図５】本発明に係る位相制御装置により行う給電制御処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、添付図面に基づいて、本発明に係る位相制御装置の実施形態を詳細に説明する。なお、本実施形態においては、瞬間式小型電気温水器のような電気ヒータを加熱源として用いる給湯システムに適用した例を示す。
【００１４】
図１に示すように、交流電源１から加熱源としての負荷２へ給電する給電回路中には、交流の双方向スイッチングが可能なゲート式スイッチ素子として双方向サイリスタ（トライアック）３を設けてあり、トリガ信号の入力タイミングで交流回路を導通させて負荷２への給電を開始させ、交流波のゼロクロス点で交流回路を開いて負荷２への給電を終了させる。すなわち、交流波のゼロクロス点からゼロクロス点までの半波区間（０゜〜１８０゜）における適宜な位相角でトリガ信号が入力されて双方向サイリスタ３がオンしてから次のゼロクロス点に達するまでの間だけ負荷２に給電されることとなるので、小さい位相角（０゜に近い角度）で双方向サイリスタ３を作動させれば半波区間内で大きな電力を負荷２へ供給でき、逆に大きい位相角（１８０゜に近い角度）で双方向サイリスタ３を作動させれば半波区間内で小さい電力を負荷２へ供給できる。
【００１５】
また、給電回路中には適宜な値のリアクタンス４を設けてあり、双方向サイリスタ３のスイッチングに起因して生ずる高調波に起因する波形歪みを抑制する。さらに、負荷２によって加熱される水の温度を検出する温度センサ５や送出される水の流量を検出する流量センサ６等も設けてあり、給湯システムを統括的に制御する給湯コントローラ１０に各種情報が入力される。
【００１６】
給湯コントローラ１０は位相制御装置２０としての機能を含んでおり、この位相制御装置２０から双方向サイリスタ３のゲートに適宜な点弧角でトリガ信号を入力する（点弧する）ことで、負荷２への供給電力を調整する。なお、交流電源１から負荷２へ供給する電力は、利用者によって設定された湯温を達成するために必要な熱量から目標電力として目標電力設定手段１１により設定され、この目標電力の設定情報が位相制御装置２０に提供されることで、位相制御装置２０が適宜な点弧角を選定して双方向サイリスタ３を点弧し、目標電力が負荷２へ供給される。また、給湯動作中のフィードバック制御による熱量の加減が必要になっても、これに応じた目標電力値を目標電力設定手段１１が設定変更することで、新たな目標電力となるように位相制御装置２０が適宜な点弧角を選定し直して双方向サイリスタ３を点弧し、新たな目標電力が負荷２へ供給される。
【００１７】
上記目標電力設定手段１１によって設定された目標電力が負荷２へ供給されるように、点弧角を自律的に選定して双方向サイリスタ３に対する点弧を行う位相制御装置２０は、少なくとも以下の機能を備える。
【００１８】
点弧角設定手段２１は、上記目標電力設定手段１１により設定された目標電力を負荷２に供給するために双方向サイリスタ３にトリガ信号を出力する点弧角を設定するものである。設定点弧角と、その点弧角で双方向サイリスタ３を点弧したときに負荷２へ供給できる電力との関係は、図２に示すように、点弧角が０゜の時に最大電力を供給でき、以下、点弧角が大きくなるにつれて負荷２への供給電力が小さくなる。なお、図２に示す例では、位相制御装置２０により制御可能な点弧角は１０゜毎であるが、これに限らず、より細かい角度毎に点弧可能としても良いし、より大雑把に２０゜、３０゜毎に点弧するように構成しても良い。
【００１９】
不使用点弧角判定手段２２は、前記点弧角設定手段２１によって設定された設定点弧角が、交流波における半波区間の中央角（９０゜）を含む任意の範囲として予め定めた不使用点弧角範囲に含まれるか否かを判定するものである。この不使用点弧角の範囲の選定基準は特に問わないが、例えば、給電回路に設けたリアクタンス４によって抑制できない大きな障害要因となる高調波が生ずる範囲として、７０゜〜１１０゜の範囲に設定した。このように、不使用点弧角範囲を設定すると、目標電力が２４２．４２Ｗ（点弧角１２０゜での供給電力）より大で９９７．５８Ｗ（点弧角６０゜での供給電力）より小である範囲に設定された場合、点弧角として７０゜，８０゜，９０゜，１００゜，１１０゜を用いることができない。具体的な点弧制御については後述するが、不使用点弧角範囲の点弧角を使わず、使用可能点弧角範囲（０゜〜６０゜、１２０゜〜１８０゜）から所定数の点弧角を組合せて選択し、半波区間が所定数連続する期間を制御基準の１サイクルとし、選択した所定数の点弧角で順次双方向サイリスタ３を点弧することで１サイクル分の位相制御を基準単位とし、その１サイクル間における半波区間の平均電力が目標電力と近似するように負荷２へ電力供給するのである。
【００２０】
組合せ点弧角記憶手段２３は、予め定めた任意数である周期構成数（例えば、４）だけ半波区間が連続する期間（電源交流の２周期分）を制御基準周期と定め、不使用点弧角に含まれない使用可能点弧角の範囲から選定した周期構成数分の点弧角の組合せである組合せ点弧角を用いて半波区間毎に双方向サイリスタ３を導通制御したときに制御基準周期中に得られる総電力量を周期構成数で除することにより、制御基準周期の半波区間における平均電力として得られる組合せ電力とし、前記組合せ点弧角と前記組合せ電力とを紐付けて複数記憶するものである。
【００２１】
例えば、図３（ａ）に示すように、半波区間の目標電力が３５０Ｗ程度であった場合、負荷２への供給電力が３５５．３７Ｗである点弧角１１０゜を設定点弧角として用いる事で、目標電力相当の電力（図中に斜線で示す領域の積分値）を半波区間毎に負荷２へ供給できる。しかしながら、点弧角１１０゜は、上述した不使用点弧角範囲に含まれており、点弧角１１０゜で双方向サイリスタ３を点弧することにより生ずる高調波の悪影響が問題となる。
【００２２】
そこで、図３（ｂ）に示すように、４連続分の半波区間を制御基準周期と設定し、この制御基準周期における最初の半波区間である第１半波区間では第１制御点弧角として４０゜を用い、後続の第２〜第４半波区間では第２〜性４制御点弧角として１４０゜を用いる。かくすれば、第１半波区間において負荷２へ供給される電力は１１５８．８０Ｗ、第２〜第４半波区間の夫々において負荷２へ供給される電力は８１．２０Ｗとなり、第１〜第４半波区間の連なりである制御基準周期の間に負荷２へ供給される総電力量は１４０２．４０Ｗであるから、制御基準周期における各半波区間の平均電力は３５０．６０Ｗとなり、目標電力３５０Ｗ程度を実現するために、点弧角１１０゜を代替できる。
【００２３】
すなわち、不使用点弧角範囲の点弧角で双方向サイリスタ３を点弧して負荷２へ供給できる電力を、制御基準周期の間に使用可能な点弧角から選定して組み合わせた第１〜第４制御点弧角（以下、組合せ点弧角という）で双方向サイリスタ３を点弧して負荷２へ供給する総電力量の半波区間における平均電力（以下、組合せ電力という）として代替すれば、高調波の発生が問題となる点弧角で双方向サイリスタ３を点弧せずに、目標電力を負荷２へ供給することができる。しかも、悪影響のある高調波を発生させる点弧角を使用しないので、発生した高調波の影響を事後的に補償する手法よりも効率的であるし、補償回路を別途必要としない点で低コスト化・コンパクト化に有利である。
【００２４】
図４に、制御基準周期分の点弧角の組合せと組合せ点弧角を紐付けして記憶する組合せ点弧角データテーブルの一例を示す。この組合せ点弧角データテーブルは、使用可能点弧角である６０゜を第１〜第４制御点弧角とした場合の組合せ電力（９９７．５８Ｗ）よりも小さく、使用可能点弧角である１２０゜を第１〜第４制御点弧角とした場合の組合せ電力（６９６．６８Ｗ）よりも大きい範囲を実現するために選定可能な第１〜第４制御点弧角の組合せを組合せ電力の降順にソートして配置したものであり、目標電力に最も近い組合せ電力となる欄を見つければ、これに対応する第１〜第４制御点弧角を組合せ点弧角として選定できる。
【００２５】
なお、使用可能点弧角範囲にある点弧角を使って実現できる組合せ電力を網羅した組合せ点弧角データテーブルとする必要はなく、最低限、不使用点弧角範囲に含まれる点弧角（７０゜，８０゜，９０゜，１００゜，１１０゜）による負荷２への供給電力に代替できる組合せ電力を記憶していれば十分であり、記憶可能なＲＯＭ容量や組合せ電力のサーチ処理能力に応じて、組合せ点弧角データテーブルを作成すればよい。
【００２６】
同じく、制御基準周期を構成する半波区間の数である制御基準周期構成数も特に限定されるものではなく、記憶可能なＲＯＭ容量や組合せ電力のサーチ処理能力に応じて設定すれば良い。しかしながら、制御基準周期構成数が小さい（最低数値である「２」に近い）と、実現できる組合せ電力のバリエーションが少なくなって目標電力に代替できる組合せ電力の選定が困難になるケースが懸念される。逆に、制御基準周期構成数が大き過ぎると制御基準周期が長くなり、点弧による電力供給タイミングに偏りが生じるような組合せ点弧角での組合せ電力が制御基準周期の平均電力と看做し難いケースでは、組合せ電力を目標電力に代替できない。そこで、制御基準周期構成数を４〜８程度（電源交流の２〜４周期程度）とすれば、多様な目標電力に代替できる組合せ電力の選定ができると共に、制御基準周期の平均電力と看做し得る組合せ電力として目標電力に代替できる。
【００２７】
また、目標電力に近似する組合せ電力が複数あるとき、電力値として最も近似したものを組合せ電力としても良いし、その他の基準により選定しても良い。例えば、図３においては、点弧角１１０゜で供給できる電力（３５５．３７Ｗ）に対して、第１制御点弧角４０゜＋第２制御点弧角１４０゜＋第３制御点弧角１４０゜＋第４制御点弧角１４０゜で供給できる組合せ電力（３５０．６０Ｗ）を用いたが、他の組合せ点弧角として、第１制御点弧角４０゜＋第２制御点弧角１２０゜＋第３制御点弧角１６０゜＋第４制御点弧角１６０゜を選定すれば組合せ電力（３５５．７６５Ｗ）が実現でき、点弧角１１０゜で供給できる電力（３５５．３７Ｗ）に近づけることができるものの、第２制御点弧角１２０゜は不使用点弧角の範囲に近接しており、軽微ながらも悪影響のある高調波の発生要因になることが懸念されるし、第３，第４制御点弧角１６０゜は半波区間終了のゼロクロス点に近い（位相制御の基準となったゼロクロス点検出時からの経過時間が長い）ため位相制御タイミングのズレが供給電力の誤差を大きくするので、組合せ点弧角として第１制御点弧角４０゜＋第２〜第４制御点弧角１４０゜を選定することは、高調波の抑制および精度の高い給電制御という観点から意味がある。
【００２８】
組合せ点弧角選択手段２４は、不使用点弧角判定手段２２によって設定点弧角が不使用点弧角範囲に含まれると判定された場合、設定点弧角によって双方向サイリスタ３を制御することで負荷へ供給する目標電力に代替できる組合せ電力を、組合せ点弧角記憶手段２３に記憶されている組合せ電力の中から選択し、選択した組合せ電力に対応する組合せ点弧角（第１〜第４制御点弧角）を４つの半波交流区間分の点弧角として選択する。すなわち、この組合せ点弧角選択手段２４が組合せ点弧角記憶手段２３の組合せ点弧角データテーブルを参照して、設定点弧角により双方向サイリスタ３を点弧した場合の供給電力に代替できる組合せ電力をサーチし、抽出した組合せ電力と紐付けられた第１〜第４制御点弧角を組合せ点弧角として選択するのである。
【００２９】
双方向サイリスタ３を点弧するスイッチ素子制御手段であるトリガ信号出力手段２５は、不使用点弧角判定手段２２によって設定点弧角が不使用点弧角範囲に含まれていないと判定された場合には、当該設定点弧角での点弧（点弧角タイミングでのトリガ信号出力）を制御基準周期（４つの半価交流区間分）の間続けるように位相制御し、一方、不使用点弧角判定手段２２によって設定点弧角が不使用点弧角範囲に含まれていると判定された場合には、組合せ点弧角選択手段２４によって選択された第１〜第４制御点弧角での点弧を制御基準周期の各半波区間毎に行うように位相制御する。なお、ゲート信号の出力タイミングの基準となるゼロクロス点（半波交流区間の開始点）を給電回路の交流波形から検知する機能は、給湯コントローラ１０が備えるものとし、そのゼロクロス点検知情報がトリガ信号出力手段２５へ供給されることで、双方向サイリスタ３を任意の点弧角で点弧できる。
【００３０】
次に、上述した位相制御装置１０が双方向サイリスタ３を点弧することで目標電力を負荷２へ供給する給電制御の流れを図５に示す給電制御処理のフローチャートに基づき説明する。
【００３１】
給湯排出の要求があった場合や導水管内の湯温を調整する必要がある場合には、加温に必要な熱量から負荷２への供給電力が決定され、これが目標電力として提示される。そこで、先ずは目標電力の設定値が０より大であるか否かを判定し（ステップＳ１）、設定値が０であれば、負荷２への電力供給が要望されていないことを意味するので、そのまま給電制御処理を終了する。一方、上記ステップＳ１にて目標電力の設定値が０より大であれば、この設定目標電力を達成可能な点弧角を演算あるいはデータテーブルから求め、これを双方向サイリスタ３の点弧に用いる点弧角に設定する（ステップＳ２）。ここで設定する点弧角は、仮の設定値である。
【００３２】
次いで、上記ステップＳ２で仮設定された点弧角が、予め設定されている不使用点弧角範囲に含まれているか否かを判定し（ステップＳ３）、不使用点弧角範囲に含まれていないと判定されれば、仮設定とした点弧角を正式な設定値とし、この設定点弧角で双方向サイリスタ３を点弧する（ステップＳ４）。この位相制御は電源交流の半波区間毎に行うもので、双方向サイリスタ３を点弧した後は目標電力の設定値が変更されているか否かを判定し（ステップＳ５）、目標電力が変更されていなければ上記ステップＳ４へ戻り、同じ設定点弧角で双方向サイリスタ３を点弧する。
【００３３】
一方、上記ステップＳ５で目標電力が変更されていると判定された場合には、上記ステップＳ１へ戻る。すなわち、新たな目標電力が０であれば、負荷２への給電の必要が無くなったことを意味するので、給電制御処理を終了し、新たな目標電力が０より大であれば、新たな目標電力を達成可能は点弧角を求めて仮設定し（ステップＳ２）、この仮設定した点弧角が不使用点弧角範囲に含まれるか否かを判定する（ステップＳ３）。
【００３４】
上記ステップＳ３において、仮に設定した点弧角が不使用点弧角範囲に含まれていると判定された場合には、目標電力を達成可能な組合せ電力をデータテーブルから選択し、組合せ電力に紐付けされた第１〜第４制御点弧角を制御基準周期（半波区間４連続分）の間に使う組合せ点弧角に決定する（ステップＳ６）。なお、組合せ電力の選定に用いた組合せ電力と本来の目標電力との誤差が大きかった場合、負荷２への供給電力が目標電力よりも多すぎたり少なすぎたりして、目標の湯温よりも熱かったり冷たかったりする場合もあるが、温度センサ５からの検出温度情報に基づくフィードバック制御を行っていれば、目標電力が適宜変更されることで、点弧角が再設定され、何れは目標温度に近づけるので、目標電力から求めた本来の点弧角を組合せ点弧角にて代替することが大きな問題となることはない。
【００３５】
次いで、上記ステップＳ６で設定された組合せ点弧角である第１〜第４制御点弧角で半波区間毎に双方向サイリスタ３を点弧することで、制御基準周期の間の位相制御を続ける（ステップＳ７）。制御基準周期の位相制御が終了すると、目標電力の設定値が変更されているか否かを判定し（ステップＳ８）、目標電力が変更されていなければ上記ステップＳ７へ戻り、同じ組合せ点弧角で半波区間毎に双方向サイリスタ３を点弧し、制御基準周期の間の位相制御を続ける。一方、上記ステップＳ５で目標電力が変更されていると判定された場合には、上記ステップＳ１へ戻り、新たな目標電力に応じた制御処理を行う。
【００３６】
以上のように、本実施形態に係る位相制御装置２０は、電源波形に悪影響のある高調波を発生させる点弧角を含む範囲として不使用点弧角範囲を７０゜〜１１０゜に予め設定し、目標電力を達成するために電源交流の半波区間毎に双方向サイリスタ３を点弧する点弧角が不使用点弧角範囲に含まれていない場合には、その点弧角で双方向サイリスタ３を点弧して負荷２へ目標電力を供給し、目標電力を達成するために電源交流の半波区間毎に双方向サイリスタ３を点弧する点弧角が不使用点弧角範囲に含まれていた場合には、半波区間が４連続する期間として定めた制御基準周期の間に、使用可能点弧角範囲から選定して組み合わせた第１〜第４制御点弧角よりなる組合せ点弧角で半波区間毎に双方向サイリスタ３を点弧したとき、負荷２へ供給できる総電力量の各半波区間における平均電力が目標電力となるように組合せ点弧角を選定し、制御基準周期を位相制御の基準単位として組合せ点弧角で双方向サイリスタ３を点弧する。これにより、不使用点弧角範囲に含まれる点弧角で双方向サイリスタ３を点弧した場合に制御基準周期で負荷２へ供給できる総電力量と、不使用点弧角範囲に含まれない組合せ点弧角で双方向サイリスタ３を点弧した場合に制御基準周期で負荷２へ供給できる総電力量とを近似させられるので、不使用点弧角範囲に含まれる点弧角で双方向サイリスタ３を点弧することにより負荷２へ供給できる電力を、不使用点弧角範囲に含まれない組合せ点弧角で双方向サイリスタ３を点弧することにより負荷２へ供給できる総電力量の半波区間当たりの平均値である組合せ電力で代替すれば、高調波の発生が問題となる点弧角で双方向サイリスタ３を点弧せずに、目標電力を負荷２へ供給することができる。
【００３７】
なお、組合せ点弧角を選定する手法は、予め用意しておいた組合せ点弧角データテーブルから抽出するものに限らず、例えば、トリガ信号出力手段２５が双方向サイリスタ３を点弧可能な点弧角のうち不使用点弧角範囲に含まれない使用可能点弧角の組合せで目標電力に近似した組合せ電力を得られるものを演算により選定するようにしても良い。
【００３８】
以上、本発明に係る位相制御装置の実施形態を添付図面に基づいて説明したが、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の構成を変更しない範囲で、公知既存の等価な技術手段を転用することにより実施しても構わない。
【符号の説明】
【００３９】
１    交流電源
２    負荷
３    双方向サイリスタ
４    リアクタンス
５    温度センサ
６    流量センサ
１０    給湯コントローラ
１１    目標電力設定手段
２０    位相制御装置
２１    点弧角設定手段
２２    不使用点弧角判定手段
２３    組合せ点弧角記憶手段
２４    組合せ点弧角選択手段
２５    トリガ信号出力手段
【図１】
2014155232.tif 000003
【図２】
2014155232.tif 000004
【図３】
2014155232.tif 000005
【図４】
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【図５】
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