(57)【要約】【課題】従来のサイクル制御による電力制御の制御精度を高めると共に制御の応答性を改善する。【解決手段】交流電源のゼロ電圧時に合わせて電力の開閉を行い、交流電源の所定サイクル数に占める電力供給サイクル数の比率を変えて負荷への供給電力を制御するサイクル制御方法において、１サイクル未満の端数サイクルに相当する電力供給を一つのサイクルを位相制御することによって行ない、所定サイクル数期間中に負荷に供給する平均電力を目標値に一致させる。【選択図】図４
2006164047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源のゼロ電圧時に合わせて電力の開閉を行い、交流電源の所定サイクル数に占める電力供給サイクル数の比率を変えて負荷への供給電力を制御するサイクル制御方法において、
１サイクル未満の端数サイクルに相当する電力供給を一つのサイクルを位相制御することによって行ない、前記所定サイクル数期間中の平均電力を目標値に一致させるように制御することを特徴とする電力制御方法。
【請求項２】
交流電源を開閉して負荷への供給電力を制御する電力制御装置であって、交流電源のゼロ電圧時に合わせて電力の開閉を行い、交流電源の所定サイクル数に占める電力供給サイクル数の比率を変えて負荷への供給電力を変えるサイクル制御により電力制御を行なうように構成した上で、１サイクル未満の端数サイクルに相当する電力供給を一つのサイクルを位相制御することによって行ない、前記所定サイクル数期間中の平均電力を目標値に一致させるように制御することを特徴とする電力制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電力制御装置において、前記位相制御を行なう一つのサイクルは連続して電力供給を行なうサイクルの次のサイクルとしたことを特徴とする電力制御装置。
【請求項４】
請求項２に記載の電力制御装置において、電力制御装置に抵抗負荷を接続した場合における前記所定サイクル数の期間中の許容平均電流歪率をＡ％とするとき、前記所定サイクル数である整数値Ｎの値を次の式を満足するように定めたことを特徴とする電力制御装置。
Ｎ≧４０／Ａ
【請求項５】
請求項２に記載の電力制御装置において、前記所定サイクル数期間を１制御周期とする平均電力の制御中に平均電力を増加させる要求があり、要求された平均電力値が制御中の平均電力値よりも所定値以上大きい場合には、直近のゼロ電圧時に合わせて実行中の制御周期を中止し、直ちに該要求された平均電力値に合わせた新たな制御周期に移行することを特徴とする電力制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電力制御装置において、前記新たな制御周期への移行は、実行中の制御周期の平均電力値が所定値以下であり、且つ新たに要求された平均電力値が実行中の制御周期の平均電力値よりも所定値以上大きい場合に行なうことを特徴とする電力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷に供給する交流電力の制御技術に関し、特にサイリスタ、トライアック等を用いた従来のサイクル制御で問題とされた制御精度、出力応答性を改善する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒータやランプ等への供給電力を制御する電力制御装置には、交流電源と負荷との間にサイリスタやトライアック等のスイッチング素子を接続し、その導通／非導通を制御する方式が多く採用されている。この場合におけるスイッチング素子の導通／非導通の制御方式の代表的なものとして位相制御とサイクル制御がある。
【０００３】
位相制御は、スイッチング素子の点弧角を電源周波数の半サイクル毎に制御して負荷への供給電力を制御する方式である。この制御方式は、点弧角の制御を半サイクル毎に行なうために制御の応答性に優れ、点弧角制御の分解能を高くすることで供給電力の制御精度を高くすることもできる。反面、負荷電流の歪が大きいため高周波雑音を発生したり、同じ電源系統に接続された他の電気機器に悪影響を与えたりする問題がある。
【０００４】
一方、サイクル制御は、交流電源のゼロ電圧時に合わせてスイッチング素子を導通させ、導通サイクル数と非道通サイクル数との比率を変えることにより負荷への平均供給電力を制御する方式である。通常、制御周期を一定とするために１制御周期中の導通サイクル数と非道通サイクル数との和を一定（例えば１００サイクル）とし、その中での導通サイクル数を変化させて１制御周期（１００サイクル期間）中の平均供給電力を制御する。
【０００５】
このサイクル制御においては、交流電源のゼロ電圧時にスイッチング素子を導通開始させ、導通期間は電源サイクルの整数倍とされる。このため負荷電流の波形は正弦波で電流歪率はゼロ％となるため高周波雑音の発生は防止される。反面、平均電力の制御が１制御周期単位で行なわれるため制御の応答性が悪く、また導通サイクル数の変更は整数単位となるため供給電力の分解能が低くて制御精度にも問題がある。
【特許文献１】特開昭５４−１２９３５０号公報
【特許文献２】特開２００１−２６５４４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その課題は、従来のサイクル制御による電力制御の制御精度を高めると共に制御の応答性を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、交流電源のゼロ電圧時に合わせて電力の開閉を行い、交流電源の所定サイクル数に占める電力供給サイクル数の比率を変えて負荷への供給電力を制御するサイクル制御方法において、１サイクル未満の端数サイクルに相当する電力供給を一つのサイクルを位相制御することによって行ない、前記所定サイクル数期間中の平均電力を目標値に一致させるように制御することを特徴とする電力制御方法である。
【０００８】
このような電力制御方法によれば、サイクル制御方法による１サイクル未満の端数サイクルに相当する電力供給を一つのサイクルを位相制御することによって行なうため、所定サイクル数期間中の平均電力を目標値に正確に一致させることができる。このため制御精度が向上する効果を奏する。また、制御精度が向上するため所定サイクル数を従来のサイクル制御方法による場合よりも少なく設定することが可能となる。従って、制御の応答性も改善される。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、交流電源を開閉して負荷への供給電力を制御する電力制御装置であって、交流電源のゼロ電圧時に合わせて電力の開閉を行い、交流電源の所定サイクル数に占める電力供給サイクル数の比率を変えて負荷への供給電力を変えるサイクル制御により電力制御を行なうように構成した上で、１サイクル未満の端数サイクルに相当する電力供給を一つのサイクルを位相制御することによって行ない、前記所定サイクル数期間中の平均電力を目標値に一致させるように制御することを特徴とする電力制御装置である。
【００１０】
このような電力制御装置は、請求項１に記載の発明と同様の効果を奏する。
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電力制御装置において、前記位相制御を行なう一つのサイクルは連続して電力供給を行なうサイクルの次のサイクルとしたことを特徴とする。
このように位相制御を行なうサイクルを決めておけば、制御回路の設計が容易となる効果を奏する。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の電力制御装置において、電力制御装置に抵抗負荷を接続した場合における前記所定サイクル数の期間中の許容平均電流歪率をＡ％とするとき、前記所定サイクル数である整数値Ｎの値を次の式を満足するように定めたことを特徴とする。
Ｎ≧４０／Ａ
【００１２】
抵抗負荷に対する位相制御の場合、電流歪率が最も高くなるのは点弧角が９０°の場合で、その時の電流歪率は約４０％である。所定のＮサイクル期間中に１サイクルのみ点弧角９０°の位相制御を行なった場合の平均電流歪率は約４０／Ｎ％となる。許容平均電流歪率Ａ％を満たすためには、４０／Ｎ≦Ａ  の関係が成立すればよい。従って、本発明のようにＮの値を決めれば、Ｎサイクル期間中の平均電流歪率を許容値Ａ％以下に抑えることができる効果を奏する。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の電力制御装置において、前記所定サイクル数期間を１制御周期とする平均電力の制御中に平均電力を増加させる要求があり、要求された平均電力値が制御中の平均電力値よりも所定値以上大きい場合には、直近のゼロ電圧時に合わせて実行中の制御周期を中止し、直ちに該要求された平均電力値に合わせた新たな制御周期に移行することを特徴とする。
【００１４】
所定サイクル数期間を１制御周期とする電力制御を実行中に平均電力を増加させる要求があったとしても、通常であればその要求は実行中の制御周期が終わった後の次の制御周期にしか反映されない。本発明の構成のように、増加要求の値が実行中の制御周期の平均電力より所定値以上に大きかった場合には実行中の制御周期を中止して新たな要求に合わせた制御周期に移行すれば、平均電力を増加させる要求に対する制御の応答性が高まる効果を奏する。
【００１５】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の電力制御装置において、前記新たな制御周期への移行は、実行中の制御周期の平均電力値が所定値以下であり、且つ新たに要求された平均電力値が実行中の制御周期の平均電力値よりも所定値以上大きい場合に行なうことを特徴とする。
【００１６】
実行中の制御周期の目標平均電力値が低い場合には、非通電サイクルの割合が高い。従って、非通電サイクルの始めの時期に平均電力値を増加させる要求があった場合には、その要求を反映した次の制御周期に移るまでの時間が長くなって制御の応答が遅れる。実行中の制御周期の平均電力値が高い場合は非通電サイクルの割合が低く次の制御周期に移るまでの時間が短いので、制御の応答遅れは短い。従って、本発明の構成のように実行中の制御周期の平均電力値が低い場合に限って制御周期を中止して新たな要求電力に合わせた制御周期に移行すれば、平均電力値が低い場合における増加要求に対する応答性が高まる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る電力制御方法、及び電力制御装置の一実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。図１は、本実施形態の電力制御装置１の構成をブロック図で示したものである。電力制御装置１は、交流電源２から負荷３に流れる電流の通電時間と非通電時間の比率を制御することにより負荷３に供給される平均電力を制御する電力制御装置である。
【００１８】
電力制御装置１は、図に示すようにスイッチング回路４、ゼロクロス検出回路５、点弧角演算回路６、点弧パルス生成回路７、点弧角レジスタ８、点弧要求フラグ９を備えて構成される。スイッチング回路４は、サイリスタを逆並列に接続した回路である。サイリスタは、そのアノードとカソードとの間に順方向電圧が加えられている時に点弧パルスがゲートに加えられると導通して順方向に電流を流す。その後、アノードとカソード間の電圧が逆方向となり、順方向電流がゼロとなった時点で非導通となる。
【００１９】
アノード−カソード間電圧がゼロとなってから点弧パルスが加えられるまでの時間を、１サイクルを２πラジアン（３６０°）とした角度で表わした数値は点弧角と呼ばれる。点弧角θを変えると負荷３に流れる電流の通電時間と非通電時間の比率が変化し、負荷３に供給する平均電力を変化させることができる。
【００２０】
点弧角θの値は、点弧角演算回路６により計算される。点弧角演算回路６は次の半サイクルの点弧角θを点弧角レジスタ８にセットし、点弧要求フラグ９をＯＮにセットする。点弧パルス生成回路７は、点弧要求フラグ９がＯＮ状態の時に点弧角レジスタ８にセットされている点弧角θを読み取り、読み取った値で点弧パルスを生成してスイッチング回路４内の各サイリスタのゲートに加える。これによりサイリスタは導通状態とされる。点弧要求フラグ９は点弧パルスの生成後にＯＦＦ状態にリセットされる。
【００２１】
点弧パルス生成回路７が指示された点弧角θで点弧パルスを生成するためには、サイリスタのアノード−カソード間に加わる電圧がゼロとなる基準のタイミング、即ち、単相交流の場合には交流電源２の電源電圧がゼロとなるタイミングを知る必要がある。このゼロ電圧時のタイミングはゼロクロス検出回路５で検出される。ゼロクロス検出回路５はゼロ電圧時のタイミングを検出してパルス（以下、ゼロクロスパルスという。）を生成し、点弧パルス生成回路７に出力する。
【００２２】
次に、点弧パルス生成回路７と点弧角演算回路６の制御動作を図２、図３に示したフローを参照して更に詳しく説明する。図２は、点弧パルス生成回路７の制御フローを表わしたものである。点弧パルス生成回路７には前述のゼロクロスパルスが入力されており、そのパルスが入力される度に図２のフローが実行される。
【００２３】
最初のステップＳ１では点弧要求フラグ９の状態をチェックする。点弧要求フラグ９がＯＦＦ状態であった場合には何もしないで、即ち、点弧パルスを生成しないで直ちに終了する。点弧要求フラグ９がＯＦＦ状態であった場合はステップＳ２に移り、点弧角レジスタ８にセットされている点弧角θの値を読み取る。
【００２４】
続くステップＳ３では、読み取った点弧角θの値の正負をチェックする。値が負であった場合は点弧パルスを生成しないで直ちにステップＳ５に移り、点弧要求フラグ９をＯＦＦ状態に戻して終了する。後で説明するように次の半サイクルにサイリスタを導通させない場合には点弧角レジスタ８に負の値をセットした状態で点弧要求フラグ９がＯＮ状態とされる。ステップＳ３で点弧角θの値が負と判定されるのはその場合である。点弧パルスを生成せずにステップＳ５で点弧要求フラグ９をＯＦＦ状態に戻すのは、点弧要求フラグ９がＯＮにされた後にゼロクロスパルスの入力を受けたことを点弧角演算回路６に知らせるためである。
【００２５】
ステップＳ３で点弧角θの値がゼロ又は正と判定された場合はステップＳ４に移り、読み取った点弧角θのタイミングで点弧パルスを生成させる。生成タイミングは内部タイマを使用してとる。点弧パルスを生成させた後はステップＳ５に移り、点弧パルスを生成させたことを点弧角演算回路６に知らせるために点弧要求フラグ９をＯＦＦ状態に戻して終了する。
【００２６】
図３は、点弧角演算回路６の制御フローを表わしたものである。点弧角演算回路６は、外部から入力される電力指令値Ｗｓを読み取り、負荷３に供給される電力の平均値がその電力指令値に一致するように各サイクルの点弧角θを演算して点弧パルス生成回路７に指示する回路である。
【００２７】
この点弧角θを変化させて負荷３に供給する平均電力を制御する従来の方法には、位相制御による方法とサイクル制御による方法とがある。位相制御による電力制御では、各サイクルの点弧角θを調整して平均電力が制御される。サイクル制御の場合は、所定のサイクル数（例えば、１００サイクル）を１制御周期とし、その期間内でサイリスタが導通するサイクル数の占める比率を調整して平均電力が制御される。導通サイクル数は整数とされ、その導通サイクル期間中は正弦波の電圧が負荷３に印加される。導通サイクルの点弧角θはゼロとされ、非導通サイクルでは点弧は行なわれない。
【００２８】
サイクル制御はこのようにサイリスタが導通状態とされるサイクル数が整数であるため制御の分解能が大きくなり、制御精度に問題がある。また、１制御周期の時間が例えば１００サイクル期間と長いため制御の応答性にも問題がある。反面、負荷３には正弦波電圧が印加されるため負荷電流の歪が小さく、高周波ノイズの発生が少ないという利点がある。本実施形態の電力制御装置１の行なう制御は、この従来のサイクル制御の欠点を位相制御を取り入れることにより解決しようとするものである。
【００２９】
図３の最初のステップＴ１では、負荷３に供給する電力の平均値である電力指令値Ｗｓを読み込む。ステップＴ２では、その電力指令値Ｗｓに一致されための各サイクルの点弧角θを算出する。
【００３０】
本実施形態では前述したようにサイクル制御を基本とし、その一部に位相制御を取り入れた制御により負荷３への供給電力を制御する。図４は、その制御の考え方を説明するために負荷３に供給される電圧の波形を図にしたものである。従来のサイクル制御と同じくＮサイクルを１制御周期とし、１制御周期中の平均電力が電力指令値Ｗｓに一致するような制御を行なう。従来のサイクル制御よりも制御精度を高めるための工夫として、図４に示すように１制御周期をＮサイクル期間と定め、その内のｎサイクルは従来のサイクル制御と同様に正弦波電圧を供給し、続く１サイクルは位相制御を行ない、残りのサイクルは電圧供給を停止する。このように１サイクルだけの位相制御を加えることにより１制御周期中の平均電力を電力指令値Ｗｓに精度良く一致させる。
【００３１】
１制御周期を通してサイリスタを通電状態とした場合の供給電力、即ち、負荷３への供給可能な最大電力をＷｍ〔Ｗ〕とする。平均電力を電力指令値Ｗｓ〔Ｗ〕に一致させるために必要な正弦波電圧のサイクル数ｎの値は次の式により求まる。
（ｎ＋Δｎ）／Ｎ＝Ｗｓ／Ｗｍ                                        （１）式
ここで、ｎは整数、Δｎは１未満の端数である。即ち、（１）式によりｎとΔｎの値を求め、Ｎサイクルの内の最初のｎサイクルは正弦波電圧で電力供給し、（ｎ＋１）番目の１サイクルについては位相制御を行なってΔｎサイクル分の電力を供給する。残りの（Ｎ−ｎ−１）サイクル期間は電力供給を停止する。そうすれば、Ｎサイクル期間（１制御周期）中の平均電力を電力指令値Ｗｓ〔Ｗ〕に一致させることができる。
【００３２】
負荷３が抵抗負荷でその抵抗値Ｒ〔Ω〕が判明している場合には、このΔｎサイクル分の電力を供給するための位相制御の点弧角αは次のようにして計算できる。即ち、交流電源２の周波数をｆとするとΔｎサイクル分の電力は（Δｎ・Ｗｍ／ｆ）〔Ｗ〕である。また、交流電源２の電圧の振幅をＶｍ〔Ｖ〕とすると瞬時電力は（Ｖｍ・sin（2πｆｔ））2／Ｒ〔Ｗ〕で表わされる。これらより位相制御の点弧角αは、2πｆｔ＝θ と置き換えた次の式を満足する値として求まる。
【数１】
2006164047.tif 000003
この（２）式を満足するΔｎとαとの関係は予め十分な精度で計算して表又は近似式の形で記憶させておくとよい。このようにしてｎとαの値を求めたならば次のステップＴ３に移り１制御周期の制御を開始する。
【００３３】
ステップＴ３では、ソフトウェアカウンタｍを設けその値を１にする。カウンタｍは、次に制御する半サイクルの１制御周期の最初から数えた番号ｍを保持するカウンタである。続くステップＴ４からＴ１０までは、１制御周期の最初から数えてｍ番目の半サイクルについての点弧角θを点弧角レジスタ８にセットし、点弧要求フラグ９をＯＮ状態として点弧パルス生成回路７に点弧パルスの生成を要求するフローである。カウンタｍの計数値ｍは、その要求を発した後のステップＴ１１において＋１される。
【００３４】
ステップＴ４では点弧要求フラグ９がＯＦＦ状態か否かをチェックする。ＯＦＦ状態となっていない場合は再びステップＴ４に戻る。点弧要求フラグ９は点弧角演算回路６によってステップＴ１０でＯＮ状態にセットされ、その後に点弧パルス生成回路７が図２のステップＳ５でＯＦＦ状態に戻す。従って、点弧要求フラグ９がＯＮ状態であることは、点弧角演算回路６からの点弧要求に対して点弧パルス生成回路７がまだその要求に応えていないことを意味する。ステップＴ４では、指示通りの点弧パルスが生成され点弧要求フラグ９がＯＦＦ状態に戻される（点弧パルスを生成しないで点弧要求フラグ９がＯＦＦ状態とされる場合もある。）まで待機する動作を行なう。
【００３５】
点弧要求フラグ９がＯＦＦ状態と判定された場合にはステップＴ５に移る。ステップＴ５では、カウンタｍの計数値ｍが２ｎ以下であるか否かをチェックする。図４で判るように１制御周期の最初から数えて２ｎ番目の半サイクルまでは正弦波電圧を負荷３に供給するので、この間の点弧角θはゼロとする必要がある。従って、カウンタｍの計数値ｍが２ｎ以下と判定された場合にはステップＴ６に移って点弧角レジスタ８にゼロをセットする。そしてステップＴ１０に移って点弧要求フラグ９をＯＮ状態とする。これにより次のｍ番目の半サイクルは点弧角θをゼロとして点弧パルスを生成するように点弧パルス生成回路７に要求を発したことになる。
【００３６】
その後はステップＴ１１でカウンタｍの計数値ｍを＋１する。続くステップＴ１２では、＋１した後のカウンタｍの計数値ｍが２Ｎを超えているか否かをチェックする。２Ｎ以下の場合はまだＮサイクル（１制御周期）分の制御が終了していないのでステップＴ４に戻り、点弧パルス生成回路７によって点弧要求フラグ９がＯＦＦ状態とされるまで待機する。
【００３７】
以上のような動作が、カウンタｍの計数値ｍが２ｎに達するまで繰り返される。その間の全ての半サイクルの点弧角θはゼロとされる。カウンタｍの計数値ｍが２ｎを超えると、ステップＴ５からステップＴ７に移る。カウンタｍの計数値ｍが２ｎを超えたことは、ｎサイクル目まで（２ｎ番目の半サイクルまで）の制御が終了したことを意味する。
【００３８】
ステップＴ７では、カウンタｍの計数値ｍが２（ｎ＋１）以下か否かをチェックする。計数値ｍが（２ｎ＋１）、又は２（ｎ＋１）の場合にＹＥＳと判定される。（２ｎ＋１）番目と２（ｎ＋１）番目の半サイクルは、図４で判るように位相制御を行なう半サイクルである。従って、ＹＥＳと判定された場合にはステップＴ８に移り、ステップＴ２にて計算した点弧角αの値を点弧角レジスタ８にセットする。そして前と同様にステップＴ１０にて点弧要求フラグ９をＯＮ状態として点弧要求を発し、ステップＴ１１でカウンタｍの計数値ｍを＋１し、ステップＴ１２の判定を経てステップＴ４に戻る。
【００３９】
ステップＴ７にてカウンタｍの計数値ｍが２（ｎ＋１）を超えていると判定された場合にはステップＴ９に移る。計数値ｍが２（ｎ＋１）を超えていることは、（ｎ＋１）番目のサイクルまでの制御を終了し、次の半サイクルは（ｎ＋２）番目からＮ番目までの範囲にあるサイクルであることを意味する。（ｎ＋２）番目からＮ番目までのサイクルは負荷３に電圧を供給しない。即ち、サイリスタの点弧は行なわない。従って、ステップＴ９では点弧を行なわない指示を意味する（−１）の値を点弧角レジスタ８にセットする。そして、前と同様にステップＴ１０で点弧要求フラグ９をＯＮ状態として点弧要求を発し、ステップＴ１１でカウンタｍの計数値ｍを＋１し、ステップＴ１２の判定を経てステップＴ４に戻る。このような動作をステップＴ１２にて計数値ｍが２Ｎを超えたと判定されるまで繰り返す。その間、サイリスタの点弧は行なわれない。
【００４０】
ステップＴ１２にて計数値ｍが２Ｎを超えたと判定されるのは、Ｎサイクル目までの制御が終了した時点、即ち、１制御周期の制御が終了した時である。従って、２Ｎを超えた場合にはステップＴ１に戻る。そして、改めて次の制御周期のための電力指令値Ｗｓを読み込み（ステップＴ１）、各サイクルの点弧角θを計算し（ステップＴ２）、カウンタｍの値を１に戻して（ステップＴ３）、再びステップＴ４から各半サイクルの点弧角の制御に移る。
【００４１】
このような制御により負荷３には、１制御周期であるＮサイクルの内の最初のｎサイクルについては正弦波電圧により電力が供給され、（ｎ＋１）番目の正、負の半サイクルは位相制御されてΔｎサイクル分の電力が供給される。（ｎ＋２）番目からＮ番目のサイクルでは電力は供給されない。この場合におけるｎとΔｎの値は前述の（１）式により求められた値である。従って、１制御周期であるＮサイクル期間における平均電力は、電力指令値Ｗｓに一致することになる。
【００４２】
従来のサイクル制御では、１サイクルに満たないΔｎサイクル分の電力は切り捨てるか切り上げて供給されるため制御精度に問題があった。これに対して本実施形態の電力制御装置１では、１サイクルに満たないΔｎサイクル分の電力を位相制御により供給するため高い制御精度が得られる。
【００４３】
また、従来のサイクル制御では、制御の分解能が１サイクル単位と粗い。このため制御精度を上げるためには１制御周期のサイクル数Ｎの値を大きくする必要があったが、Ｎの値を大きくすると今度は制御の応答性が悪化する問題を生じた。これに対して本実施形態の電力制御装置１では、１制御周期のサイクル数Ｎの値を小さくしても制御精度は確保される。従って、Ｎの値を小さくして制御の応答性を高めることができるという利点も有する。
【００４４】
次に、負荷電流の電流歪率に制限がある場合における所定サイクル数Ｎの決め方について説明する。前記電力制御装置１から負荷２に印加される電圧波形は図４に示したものである。負荷２が抵抗負荷の場合には、負荷電流の波形は電圧波形と同じとなる。図４において、１〜ｎ番目のサイクルでは正弦波電流が流れるためその間の電流歪率はゼロである。また、（ｎ＋２）〜Ｎ番目のサイクルでは電流がゼロのため電流歪率はゼロである。
【００４５】
負荷電流の波形が歪むのは、位相制御される（ｎ＋１）番目のサイクルのみである。この位相制御される（ｎ＋１）番目のサイクルの電流歪率が最も高くなるのは点弧角θの値がπ／４（９０°）の場合であり、その時の電流歪率は約４０％となる。この時、１制御周期であるＮサイクル期間の平均電流歪率は４０／Ｎ％となる。
従って、許容される平均電流歪率がＡ％と決められている場合には、次の式が満足されるようにＮの値を決めれば平均電流歪率を許容値以下に抑えることができる。
Ｎ≧４０／Ａ                                                        （３）式
【００４６】
従来の位相制御で平均電力Ｗｓを最大電力Ｗｍの５０％にする場合には、全サイクルの点弧角θをπ／２（９０°）とする必要があり、その場合の平均電流歪率は約４０％となる。これに対して本実施形態の電力制御装置１では１サイクルのみがπ／２（９０°）の点弧角で位相制御されるので平均電流歪率は４０／Ｎ％と小さくなり、従来の位相制御に比べて平均電流歪率を大幅に減少させることができる。
【００４７】
（変形実施形態）
次に、前述した電力制御装置１の変形実施形態について説明する。本実施形態は、制御の途中で電力指令値Ｗｓが大きな値に設定変更された場合の応答時間を短くしようとするものである。図５は、本実施形態の制御の考え方を説明する波形図である。
【００４８】
図５の（１）に示すように、最初にＷ１であった電力指令値Ｗｓが時刻ｔ２において大きな値のＷ２に設定変更された場合を説明する。この場合、負荷３への供給電圧ＶＬの波形は図５の（２）に示すようになる。時刻ｔ１から始まる１制御周期の間は平均電力を電力指令値Ｗ１に一致させるような制御が行なわれ、時刻ｔ４から始まる次の１制御周期は平均電力を変更された電力指令値Ｗ２に一致させるような制御が行なわれる。
【００４９】
即ち、時刻ｔ２において電力指令値ＷｓがＷ２に変更されたにも関わらず、平均電力をＷ２とする制御は時刻ｔ４から開始され、時刻ｔ２からｔ４までの時間遅れが生ずる。Ｗ２の値がＷ１の値よりも大きい場合、負荷の種類によってはこの時間遅れが問題となる。この時間遅れは、Ｗ１の値が小さくて非通電サイクル数が多い場合に大きく現れ易い。
【００５０】
本実施形態では、１制御周期の途中で電力指令値Ｗｓがそれまでの値から一定値以上高い値に変更された場合には、実行中の制御周期の残りサイクルの制御を中止する。そして、次のゼロクロスパルスが出力された瞬間から変更された電力指令値Ｗｓに一致させるような制御周期を開始させる。図５の（３）はこのような制御を行なった場合の負荷３への供給電圧ＶＬ’の波形を示している。
【００５１】
電力指令値ＷｓがＷ２に変更になった時刻ｔ２の後で最初にゼロクロスパルスが出力される時刻ｔ３から、直ちに平均電力をＷ２に一致させるような新たな制御周期を開始させる。従って、負荷３への供給電力の増加は電力指令値Ｗｓの変更から半サイクル以内に開始され、応答遅れが解消される。
【００５２】
図６は、上記のような制御を行なうための点弧角演算回路６の制御フローを表わしたものである。図中のステップＴ１〜Ｔ１２のフローは前に説明した図３のフローと同じである。ステップＴ１３〜Ｔ１５が新たに追加したフローである。
【００５３】
ステップＴ１２でカウンタｍの計数値ｍを１制御周期の半サイクルの数である２Ｎと比較し、２Ｎ未満であった場合にはステップＴ４に戻るのではなくステップＴ１３に移る。２Ｎ未満であることは、実行中の１制御周期の制御がまだ終わっていないことを意味する。ステップＴ１３では、実行中の制御周期の電力指令値Ｗ１の値を所定の値Ｋ１と比較する。Ｗ１の値がＫ１を超えていた場合には直ちにステップＴ４に戻り、以前の電力指令値Ｗ１に従った制御を継続する。
【００５４】
ステップＴ１３で電力指令値Ｗ１がＫ１以下であった場合には、ステップＴ１４に移る。このステップＴ１３の判定を入れたのは、図５の（３）に示したような制御を行なうのは実行中の制御周期の電力指令値Ｗ１が小さい場合のみとするためである。なお、このステップＴ１３の条件は不要であれば削除してもよい。
【００５５】
ステップＴ１４では、電力指令値Ｗｓを読み込みその値をＷ２とする。続くステップＴ１５では、読み込んだ値Ｗ２と実行中の制御周期の電力指令値Ｗ１との差（Ｗ２−Ｗ１）の値が所定値Ｋ２より大きいか否かを判定する。所定値Ｋ２以下の場合にはステップＴ４に戻り、以前の電力指令値Ｗ１に従った制御を継続する。
【００５６】
差（Ｗ２−Ｗ１）の値が所定値Ｋ２より大きかった場合にはステップＴ４には戻らず、ステップＴ２に戻る。そして、新たな電力指令値Ｗ２に平均電力を等しくするためのサイクル数ｎと位相制御の点弧角αの値を計算し（ステップＴ２）、カウンタｍの値を１にセットしてステップＴ４に移る。これにより、以前の電力指令値Ｗ１に従った制御周期は中止され、平均電力を新たな電力指令値Ｗ２に一致させるための新たな制御周期が開始されることになる。
【００５７】
このように本実施形態では、制御周期の途中で電力指令値Ｗｓの値が大幅に増加させられた場合には実行中制御周期の終了を待つことなく、新たな電力指令値Ｗ２に基づく制御周期を開始させる。従って、電力指令値Ｗｓが大きな値に変更された場合の応答性が改善される効果を奏する。
【００５８】
なお、これまでの説明では交流電源２を単相交流電源とし、スイッチング回路４を単相のスイッチング回路として説明してきたが、交流電源２を三相の交流電源としてスイッチング回路４に三相のスイッチング回路を使用してもよい。また、スイッチング回路４のスイッチング素子としてはサイリスタに代えてトライアックを使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】電力制御装置１の構成を示すブロック図である。
【図２】点弧パルス生成回路７の制御フローである。
【図３】点弧角演算回路６の制御フローである。
【図４】本発明の制御の考え方を説明する波形図である。
【図５】変形実施形態の制御の考え方を説明する波形図である。
【図６】変形実施形態の制御を実行するための点弧角演算回路６の制御フローである。
【符号の説明】
【００６０】
図面中、１は電力制御装置、２は交流電源、３は負荷、４はスイッチング回路、５はゼロクロス検出回路、６は点弧角演算回路、７は点弧パルス生成回路、８は点弧角レジスタ、９は点弧要求フラグを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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