(57)【要約】【課題】位相制御において発生する電源高調波の大きさをＪＩＳ  Ｃ６１００−３−２の限度値―高調波電流発生限度値に定める限度値以下に低減させ、且つ大きな負荷の制御を可能とする【解決手段】位相制御により電力制御をおこなう機器において、設定部４の設定値とセンサー部５の値を比較して最適な基準電力を得る点弧角を出力する点弧角制御部７の点弧信号を、少なくとも１つの半波の点弧位相が他の半波と異なる半波で構成される奇数個の半波から基準電力を得るように点弧角を変化させる奇数波制御部１０により偏移させた点弧信号を用いて制御することで、高調波の分布を分散させながら低減させ、制御可能な負荷を大きくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源の位相制御により電力制御をおこなう機器において、基準電力を奇数個の半波から得るようにし、前記奇数個の半波のうち、少なくとも１つの半波の点弧位相が他の半波と異なる半波で構成される奇数個の半波から基準電力を得るように点弧角を変化させる電力制御装置。
【請求項２】
基準電力を得る半波の個数を３個とした請求項１記載の電力制御装置。
【請求項３】
基準電力を得る３個の半波の点弧角は、２半波を同一値とし、残りの１半波は前記２半波の点弧角と異ならせる請求項２記載の電力制御装置。
【請求項４】
基準電力を得る３個の半波のそれぞれの点弧角の大きさをそれぞれ異ならせて、大、中、小の関係をもたせたことを特徴とする請求項２記載の電力制御装置。
【請求項５】
基準電力を得る奇数個の半波の平均値が所定電力となるようにした請求項１から４のいずれか１項記載の電力制御装置。
【請求項６】
位相角９０度近辺を避けて点弧角を変化させる請求項１〜５のいずれか１項記載の電力制御装置。
【請求項７】
点弧角にゆらぎ変化させる請求項１から請求項５のいずれか１項記載の電力制御装置。
【請求項８】
点弧角のゆらぎ変化は、最長系列符号を用いて発生させた擬似乱数に基づいて変化をさせる請求項７記載の電力制御装置。
【請求項９】
交流電源の位相制御により電力制御をおこなう制御方法において、基準電力を得る奇数個の半波をカウントするステップと、前記奇数個の半波のうち、少なくとも１つの半波の点弧位相が他の半波と異なるように点弧角を算出するステップとを有する電力制御方法。
【請求項１０】
点弧角をゆらぎ変化させるステップを備えた請求項９記載の電力制御方法。
【請求項１１】
請求項１０または１１に記載の電力制御方法の全てもしくは一部をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気ヒーターの発熱量や温度の制御、モーターの回転数制御などに用いる電力の位相制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の制御は、図１０に示すように、交流電源１へ電気ヒーターあるいはモーター等の負荷２とトライアック３とを直列に接続し、設定部４に設定した温度、回転数などの制御の目標値と、センサー部５で検出した負荷の温度や回転数とを点弧角制御部７で比較し、目標とする温度や回転数に到達させるために、あるいは現在の温度や回転数を維持するために負荷に供給すべき電力を基準電力と定め、この基準電力を得る点弧角を算出する。
【０００３】
さらに、点弧角制御部７はゼロクロス点検出部６で検出した交流電源電圧波形のゼロクロス時点を交流電源サイクルの正または負半波の開始点とし、この開始点から時間計測を始め、上述した制御に必要な基準電力を得る点弧角の時点に至ったときにトライアックを導通させるための点弧信号をトリガー部８へ出力する。
【０００４】
トリガー部８はパルス状の点弧信号を発生してトライアック３に加え、トライアック３を導通（点弧）させる。
【０００５】
このように交流電圧波形の各半波の途中から負荷に電圧を印加するという位相制御方式により負荷に印加する実効電圧を増減し、所望の温度あるいは、回転数を得るように制御していた。
【０００６】
この場合、商用電源から負荷に流れ込む電流波形は正弦波ではないため、多くの高調波を含む歪んだ波形になる。一般に正半波（上半波）と負半波（下半波）が同じ点弧角で位相制御された場合、負荷に流れ込む電流は電源周波数の奇数倍の高調波（奇数次高調波）電流を持つようになる。例えば電源周波数が６０Ｈｚの場合、位相制御されると１８０Ｈｚ、３００Ｈｚ、４２０Ｈｚというような６０Ｈｚの奇数倍の周波数をもった高調波電流が現れる。そして、正弦波半波の中央付近で点弧する場合が一番、発生する高調波電流のレベルが高い。
【０００７】
このため他の従来の技術では、高レベルの高調波電流が発生する点弧角を避けて点弧する位相制御方法もある（特許文献１参照）。
【０００８】
さらに他の従来の技術では、電源高調波電流が奇数次高調波に集中しないように、複数の全波間の点弧角において非対称性を生成することで偶数次高調波を増加させ奇数次高調波を減らすような例もある。例えば目標の供給電力を与える基準点弧角αに対して、実際はαよりも大きい点弧角α’で最初の全波を点弧し、基準点弧角αよりも小さい点弧角α”で次の全波を点弧し、これを繰り返すことで時間平均的に見た場合、負荷に目標の電力を与える方法である。この結果、電源高調波電流において偶数次高調波が生まれ、代わりに奇数次高調波の低減を実現している（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平８−２５５０２７号公報
【特許文献２】特開平１０−２７１８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記のような位相制御方法でも、まだ、電源周波数の整数倍（奇数次及び偶数次）の周波数において、高いレベルの高調波電流が発生しやすく、同じ商用電源系統につながる他の機器に悪影響を与える場合がある。
【００１０】
具体的な悪影響としては、次のようなことがあげられる。
【００１１】
高調波電流が多い機器は力率が低い。このため、実際に消費される電力より皮相電力が大きくなるため入力電流が多く流れる。従って電力設備に余裕が必要になる。
【００１２】
また電源は発電所から送電線や変電所・柱上トランスなどを通って各家庭に接続されているが、その電源ラインにはインピーダンスが存在している。そして高調波電流が流れるとそのインピーダンスにより電圧降下が発生し、結果として電源電圧波形が高調波を含んだ波形になる。商用電源に接続して使用される機器は、普通は商用周波数での使用を前提に作られているので、高調波が重畳された電圧波形が印加されると思わぬ不具合につながることがある。
【００１３】
高調波が重畳された電圧波形により電源ラインに接続された機器や配電設備で悪影響を受けた例としては、進相コンデンサに高調波電流が流れて発熱したり、トランスがうなったり、電圧のピーク値が下がってスイッチング電源が正常動作しなくなったりした事例がある。
【００１４】
また、上にも述べたが、電源ラインにはインピーダンスが存在しているため、負荷に供給する電力を増減すると、電圧降下量も変化し、同じ電力線系統の他の機器に印加される電圧も増減する。増減の頻度が多いと他の機器が照明機器である場合には、いわゆるフリッカ現象が起き、照明のちらつきによる不快感を人に与えることになる。人がちらつき感を覚えるのは、明るさの変化度合いにもよるが、明るさの変化頻度がだいたい１秒間に６０回以下になった場合である。
【００１５】
このように、負荷に供給する電力値を変えるため位相制御の点弧角を変化させる場合には、電源高調波電流とフリッカの２点について考慮する必要があった。
【００１６】
上述の従来の構成例の特許文献１は高調波電流レベルを下げることを目的とするものであるが、大きな高調波を発生する点弧角を避けて位相制御するため、点弧角が急激に変化する点が生じて急激な電力変化や回転数変化が起き、実用化できない場合や使用感が悪くなる場合がある。
【００１７】
また、上述の従来の構成の特許文献２も高調波電流レベルを下げることを目的とするものであるが、電源高調波電流が奇数次高調波に集中しないように、複数の全波間の点弧角において非対称性を生成することで偶数次高調波を増加させ奇数次高調波を減らしたとしても、電源周波数の偶数次の周波数に高調波電流が集中してくるため、高いレベルの高調波電流の周波数が偶数次の他の周波数に移動するだけとなり、依然、高いレベルの高調波電流が存在する場合もある。
【００１８】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、過大な高調波が発生しないようトライアックの点弧位相角を制御し、高調波の大きさを所定の範囲内（以下許容限度値という）におさめることができ、また、フリッカ現象の発生も抑えることができる電力制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の電力制御装置は、連続する奇数個の半波のうち少なくとも１つの半波の点弧角を他の半波の点弧角とは異なるような点弧角を設定し、この連続する奇数個の半波から得られる平均電力が目標とする基準電力になるように制御するものである。
【００２０】
これによって、電源周波数の整数倍以外の周波数成分にも電源高調波電流が分散することを実現し、また基準電力を得る為の点弧角の多様性を増加させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の電力制御装置は交流電源の半波の奇数個を１単位とし、その１単位内の少なくとも１つの半波の点弧角を他の半波の点弧角と変えることにより、許容される高調波の発生レベル内において、電力の制御範囲を広げることができ、またより大きな消費電力の負荷を位相制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
第１の発明は、交流電源の位相制御により電力制御をおこなう機器において、少なくとも１つの半波の点弧位相が他の半波と異なる半波で構成される奇数個の半波から基準電力を得るように点弧角を変化させる電力制御装置を備えたことで、高調波の発生レベルを限度値以下に低下させた状態で高ワットの負荷を広い電力範囲にわたって円滑に制御することができる。
【００２３】
第２の発明は、特に第１の発明の電力制御装置を、基準電力を得る半波の奇数個を１単位当たり３個としたので、平均電力を得るに要する時間が短時間となり円滑な電力制御ができる。
【００２４】
第３の発明は、特に第２の発明の電力制御装置を、基準電力を得る３半波の点弧角が２半波と１半波の２種類の変化としたので、正負のサイクルにおける導通角の差は１半波分と成り、連続する次の１単位の３半波の内の１半波が逆位相と成るので、正負のサイクルの導通角の差が打ち消され、電源の正負の電圧の違いを速やかに除去できる。
【００２５】
このときの２種類の点弧角は、基準電力を得るための基準点弧角に対して、１種類が大きいものであれば、ほかの１種類は小さいものにする。
【００２６】
第４の発明は、特に第１と第２の発明の電力制御装置を、基準電力を得る半波の点弧角が大、中、小の３種類の変化としたので、発生する高調波の分布パターンが３種類となり、その合成された高調波分布が分散されて全体的に大きさが低減され、電力の変化巾を広げる事が出来る。
【００２７】
第５の発明は、特に第１の発明の電力制御装置を、基準電力を得る奇数個の半波の平均値が所定電力となるように位相点弧角を変化させたので、絶えず基準電力で制御できる。
第６の発明は、特に第１の発明の電力制御装置を、大きなレベルの高調波が発生することが予め算出できる位相角９０度近辺を避けて位相を変化させたので、過大な高調波の発生を防ぐことができる。
【００２８】
第７の発明は、特に第１の発明の電力制御装置を、基準電力を得るように変化させた点弧角をさらにゆらぎ変化させたので、全ての点弧角において、（すなわち、９０度近辺の位相角を避けることなく、）高調波成分を分散化させることが可能で、過大な高調波の発生を防ぐことができる。
【００２９】
第８の発明は、特に第７の発明の各半波の点弧角を所定値に対してゆらがせるための乱数を最長系列符号から生成することとしたので、制御処理を行うマイクロコンピュータ内部において乱数テーブルを持たなくてもシフトレジスタを基本とする処理で簡単に乱数を生成できる。
【００３０】
第９の発明は、交流電源の位相制御により電力制御をおこなう制御方法において、基準電力を得る奇数個の半波をカウントするステップと、前記奇数個の半波のうち、少なくとも１つの半波の点弧位相が他の半波と異なるように点弧角を算出するステップとを有する電力制御方法である。この制御方法による電力制御により、高調波電流を低減して、フリッカ現象を防止でき、一般的に使用される家庭用電気機器の電力をより効率よく使用し、最適化することができる。
【００３１】
第１０の発明は、第９の発明において、点弧角をゆらぎ変化させるステップを備えた請求項９記載の制御方法である。そして、点弧角がゆらぎ変化することにより、より高調波成分の効果的な分散が可能となる。
【００３２】
第１１の発明は、第９または第１０の発明の電力制御方法の全てもしくは一部をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
【００３３】
そして、プログラムであるので汎用コンピュータやサーバを用いて本発明の電力制御装置の一部あるいは全てを容易に実現することができる。また、記録媒体に記録したり通信回線を用いてプログラムを配信したりすることでプログラムの配布やインストール作業が簡単にできる。
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１実施の形態における電力制御装置の回路ブロック図を示すものである。本発明の第１実施の形態での電力制御装置は温度制御を行う装置として説明するが、回転数制御やワット制御の場合も同様である。
【００３６】
図１において、従来例を示す図１０と異なるところは奇数波制御部１０を新たに構成し、この奇数波制御部１０が点弧角制御部から点弧角信号を受け取り、ゼロクロス点検出部６からのゼロクロス信号をもとにトリガー部８へトライアック３を点弧させるトリガー信号を出力するようにした点である。
【００３７】
本発明では、設定部４の設定温度と、負荷２の温度を感知したセンサー部５の温度を点弧角制御部７で比較し、点弧角制御部７が設定温度を維持するに必要な電力（以下、基準電力という）を点弧角に置き換え、この点弧角を所定基準点弧角として奇数波制御部１０に渡している。奇数波制御部１０は、ゼロクロス点検出部６で検出した電源１の電圧波形のゼロボルト時点を半波の開始点とし、この開始点から時間計測を始め、点弧角制御部７から受け取った所定基準点弧角の前後の時点に至ったときにトライアックを導通させるための点弧信号をトリガー部３へ出力する。
【００３８】
所定基準点弧角を受けた奇数波制御部１０は、奇数の半波数を１単位として変化するトリガー信号へ変換してトリガー部８へ出力してトライアック３を点弧するが、この奇数波制御部１０の出力信号について図２本発明の電力制御装置の奇数波制御部の点弧角の図によりさらに詳しく述べる。
【００３９】
図２は、１単位を構成する奇数波の波数を３とした場合の点弧角を説明する図である。図２に於いて、点弧角制御部７からの入力信号の所定基準点弧角はαであり、奇数波制御部１０は最初の正負対の２半波の点弧角を点弧偏移角Δα１だけ進めて導通角を大きくし、残りの半波の点弧角を点弧偏移角Δα２だけ遅らせて、導通角を小さくする。
【００４０】
点弧角をΔα１だけ進め点弧角α１とした最初の２半波と、Δα２だけ遅らせて点弧角α２とした残りの１半波の発生する平均電力は、所定基準点弧角αでの基準電力と同一である。
【００４１】
次に、本発明による電力制御装置の高調波がＪＩＳ  Ｃ６１００−３−２の限度値―高調波電流発生限度値に定める限度値を満足するように点弧角を変化させて１２００Ｗの電熱負荷を制御した。
【００４２】
図２に於いて、正負対の半波の点弧角α１を２０度とした時、残りの半波の点弧角α２は１００度から１８０度までの範囲で高調波の発生は限度値を下回った。
【００４３】
次に正負対の半波の点弧角α１を３５度とした時、残りの半波の点弧角α２は１３５度から１８０度まで高調波の発生は限度値を下回った。また、正負対の半波の点弧角α１を１４５度とした時、残りの半波の点弧角α２は０度から８０度まで高調波の発生は限度値を下回った。尚、正負対の半波の点弧角α１が３５度から１４５度までの範囲では、残りの半波の点弧角α２に関係なく、高調波は限度値を上回った。
【００４４】
図３は本発明の実施の形態１における制御方法を説明するフローチャートであり、繰り返し行なわれる主ループに関してのみ記述している。図３においてＳＴＥＰ１は電源１の電圧波形を観測し電圧がゼロボルトになるゼロクロス点を検出するもので、検出できた場合にはＳＴＥＰ２へ、できなかった場合にはＳＴＥＰ１１へ分岐する。
【００４５】
ＳＴＥＰ２からＳＴＥＰ１０まではゼロクロス点を検出した直後に処理が行なわれるもので、まずＳＴＥＰ２ではタイマーをリセットする。このタイマーはマイクロコンピュータの中のハードウェアで構成されたものであり、プログラムの実行とは独立して一定時間ごと（例えば１マイクロ秒ごと）に計数していくものである。プログラムからはＴｉｍという変数を通じてこのタイマー値を読み出したり、値を設定したりすることができる。
【００４６】
ＳＴＥＰ３はプログラムの中で設定した３進カウンタ変数Ｃｎｔをインクリメントする。このカウンタは交流電源の半波が何番目の半波かをカウントするためのもので、本実施の形態１では３半波単位で目標とする基準電力を負荷に供給するため、３進カウンタとしている。つまり計数値は０、１、２の３通りで、２までカウントアップすると次は０に戻る。
【００４７】
ＳＴＥＰ４は使用者が設定した設定温度などを設定部４を通じて読み出すものである。使用者が頻繁に設定を変更してもすぐに追従できるように、ゼロクロス点を検知するたびに設定値を読み出すようにしている。
【００４８】
ＳＴＥＰ５はセンサー部５の温度センサーの値を読み出し、設定温度値に対して現在の温度はどの程度高いのか、低いのかを判断する。
【００４９】
ＳＴＥＰ６はＳＴＥＰ５で判断した結果から負荷２へ供給すべき電力を算出する。たとえば、動作開始直後で設定温度に対し現在の温度がかなり低ければ定格電力値を算出する。また、たとえば設定温度に対し現在の温度はまだ低いが徐々に近づきつつあるときには定格の７５％の電力値を算出するなどというように、現状温度と設定値との温度差に基づいて電力値を決定するようにしている。
【００５０】
ＳＴＥＰ７はＳＴＥＰ６で算出した電力値から基準点弧角を算出する。例えば定格の７５％の電力が必要な場合は基準点弧角を６０度とする。この計算はプログラム中で三角関数演算を行なってもできるし、所望電力値に点弧角を対応させた表をプログラムで参照するようにしてもできる。
【００５１】
ＳＴＥＰ８とＳＴＥＰ９は予めプログラム中に構成されている基準点弧角αから偏移角Δα１とΔα２を取り出せる表からΔα１とΔα２を求めている。
【００５２】
ＳＴＥＰ１０は基準点弧角αに偏移角Δα１を加算した点弧角α１に相当する電源電圧波形のゼロクロス点からの時間値τ１を算出し、さらに同様に基準点弧角αに偏移角Δα２を加算した点弧角α２に相当する電源電圧波形のゼロクロス点からの遅延時間値τ２を算出する。その後ＳＴＥＰ１に戻る。
【００５３】
ここで、点弧角から遅延時間値τを算出する場合、日本においては電源周波数が５０Ｈｚの場合と６０Ｈｚの場合があるため、予め電源周波数がどちらなのかを設定しておく必要があるが、電源投入直後に一回行なえば良い極めて一般的な処理であるため、繰り返し行なわれる主ループに関してのみ説明する本フローチャートではこの電源周波数の判定処理の記述を省略している。
【００５４】
一方、ＳＴＥＰ１においてゼロクロス点をできなかった場合にはＳＴＥＰ１１へ分岐し、３進カウンタＣｎｔの値に応じ、Ｃｎｔが０または１の場合つまり３半波中の最初の２半波の時はＳＴＥＰ１２へ分岐し、タイマーＴｉｍの値を調べる。ここで、Ｔｉｍの値がτ１と等しければ、ゼロクロス点から点弧角α１に相当する時間が経過しているということでＳＴＥＰ１４へ進む。
【００５５】
また、同様にＳＴＥＰ１１において３進カウンタＣｎｔの値が２の場合つまり３半波中の最後の１半波の時はＳＴＥＰ１３へ分岐し、タイマーＴｉｍの値を調べる。ここで、Ｔｉｍの値がτ２と等しければ、ゼロクロス点から点弧角α２に相当する時間が経過しているということでＳＴＥＰ１４へ進む。
【００５６】
また、ＳＴＥＰ１２あるいはＳＴＥＰ１３においてタイマーＴｉｍの値がτ１あるいはτ２に等しくない場合はＳＴＥＰ１へ戻る。
【００５７】
ＳＴＥＰ１４はトリガーパルスを出力してトライアック３をオンさせ負荷２に通電を開始する。トライアック３は一度導通すると電流がゼロにならない限り初期のオフ状態には戻らないためマイクロコンピュータからオフの制御はできないが、交流電源電圧がゼロクロス点になるとトライアック３を流れる電流もゼロになるためこのゼロクロス点でトライアック３もオフとなり初期状態に戻る。
【００５８】
以上のような交流電源の半波の周期に同期して処理が行なわれるプログラム構成により３半波による基準電力制御を容易に行なうことができる。
【００５９】
図４は、上記実験結果に基づく正負対の２半波の点弧角と制御可能な３半波での平均通電率の関係を表すグラフであり、Ａは正負対の２半波の点弧角α１を２０度とし、残りの半波の点弧角α２を１００度とした時の通電率７８％の点、Ｂは正負対の２半波の点弧角α１を３５度とし、残りの半波の点弧角α２を１３５度とした時の通電率６６％の点、Ｃは正負対の２半波の点弧角α１を１４５度とし、残りの半波の点弧角α２を４７度とした時の通電率３４％の点を示す。
【００６０】
また通電率１００％からＢ点までとＣ点から０％までの間はリニヤーな電力制御を行なうことが出来るが、Ｂ点からＣ点までの間、即ち正負対の２半波の点弧角α１が９０度±５５度の範囲は残りの半波の点弧角に無関係に高調波が限度値を越えるので禁止帯となることを表している。
【００６１】
点Ｂから下方へ下がっているバーは残りの半波の点弧角を変化させた時の通電率の変化を示す。即ちＢ点から下に下がるバーの下端のＤ点は、正負対の２半波の点弧角を３５度に固定し、残りの半波の点弧角を１８０度（点弧させない）としたときの通電率を示し６１％となる。また正負対の２半波の点弧角を１８０度（点弧させない）とした状態で、残りの半波の点弧角減少させることでＣ点から通電率０まで制御できる。
【００６２】
図５は従来のリニヤーな位相制御を本発明と同様に１２００Ｗの電熱負荷に対して実施した時の高調波が限度値以下である範囲を示すグラフであり、点弧角０度から３３度及び点弧角１５０度から１８０度までの範囲で高調波が限度値以下であることを示し、通電率に換算すると点Ｅで９２％であり、点Ｆでは７％である。Ｅ点からＦ点までの範囲では高調波が限度値を越えるので点弧角として選ぶことが出来ない禁止帯となる。
【００６３】
従ってこの間は点弧角３３度と１５０度を交互に繰り返す点弧角大小オンオフ制御により、所望の電力を得ることになる。これは１２００Ｗの負荷の場合は１１０４Ｗと８４Ｗの切換となり、その差１０２０Ｗをサイクル毎に切換えると電源電圧が上下し、他の照明にちらつきを与えるフリッカの発生原因となる。
【００６４】
しかしながら、本発明では図４の点弧角３５度のＤ点と１４５度のＣ点の切換となるが、通電率では６１％と３４％の点弧角大小オンオフ制御であり、１２００Ｗの負荷の場合は７３２Ｗと４０８Ｗとなる。この差は３２４Ｗとなり、従来の方式に比べて点弧角大小オンオ制御時の電力変化は３０％に減少し電源電圧の変動が少なくなる。  
【００６５】
点弧角大小オンオフ制御時の変化幅を３２４Ｗとした時の従来の方法での最大電力は３８４Ｗとなるので、本発明の電力制御装置は、大きな負荷の制御を可能としている。
【００６６】
図６は所定基準点弧角と正負対の２半波と残りの半波に与える偏移角Δα１とΔα２の関係を示す図である。
【００６７】
図６の横軸は所定基準点弧角を示し、縦軸は３半波平均の通電率である。
【００６８】
本発明に於いて、点弧角制御部７から出力する基準電力を得るための所定基準点弧角αは全波位相制御時の点弧角と通電率の関係に基づき、通電率７８％、６６％、３４％の所定点弧角度αは夫々５６度、７２度、１０９度となり、これら所定基準点弧角αから変化させる点弧偏移角Δα１は正負対の２半波に対して所定基準点弧角α＝５６度では−３６度、同じくα＝７２度では−３７度、点弧角９０度付近の禁止帯を越えたα＝１０９度では＋３６度となる。また残りの半波に与える偏移角Δα２は所定基準点弧角α＝５６度では＋４４度、α＝７２度では＋６３度、点弧角９０度付近の禁止帯を越えたα＝１０９度では−６２度となる。これらの角度の偏移は、マイコンやメモリーで構成する奇数波制御部１０でプログラムにより演算若しくはメモリーから呼び出して実施出来る。
【００６９】
以上のように、本実施例の形態に於いては、奇数波制御部１０で奇数の半波を１単位として正負対の２半波と残りの半波にわけて位相制御の所定基準点弧角を偏移させたので、高調波を分散させて限度値以下に出来る通電率範囲を拡大すると共に、点弧角大小オンオ制御時のワット変化の大きさを減少させて電源の電圧変動を少なくする事が出来る。更に本実施の形態の電力制御方法で制御される電器機器が家庭内などで使用される場合、商用電源の配電盤から分岐された屋内配線の末端で並列に、または隣接して接続される電気機器に照明器具が含まれる場合、その照明器具へのフリッカ現象の発生が防止されるので、照明器具のちらつき発生を無くして人の使用に際する不快感を生じさせない事が出来る。
【００７０】
また、本実施例の形態の奇数波制御部１０で、１単位を構成する半波を正負対の２半波と残りの半波との３個の半波で構成した例を述べたが、正負対の２半波の数を増加させることも可能である。
【００７１】
また、本実施例の形態の奇数波制御部１０で、奇数個の半波を２種類の偏移角Δα１とΔα２で変化させたが、点弧角９０度近辺の禁止帯を避けて偏移角Δαを３段階に変化させても高調波を限度値以下に保つことが出来、且つ、電力のより円滑な制御が可能となる。
【００７２】
また、本実施の形態の奇数波制御部１０で、奇数個の半波に関して２種類の点弧角α１とα２を設定したが、９０度近辺の禁止帯を避けて点弧角を３種類に設定しても高調波を限度値以下に保つことが出来、且つ、電力のより円滑な制御が可能となる。
【００７３】
例えば負荷が定格１２００Ｗのとき、この負荷に供給する平均電力を９００Ｗにしたい場合、基準点弧角αは６０度となる。ここで３つの点弧角α１、α２及びα３を設定し、それぞれを０度、２６度、１１４度とすれば各半波毎の電力は１２００Ｗ、１１４０Ｗ、３６０Ｗとなり、これらの３半波による平均電力は所望の９００Ｗとすることができる。
【００７４】
本実施の形態の電力制御装置は交流電源の半波の奇数個を１単位とし、その１単位内の少なくとも１つの半波の点弧角を他の半波の点弧角と変えることにより、許容される高調波の発生レベル内において、電力の制御範囲を広げることができ、またより大きな消費電力の負荷を位相制御することが可能となる。
【００７５】
従って電熱器具においては加熱電力の高ワット化による瞬間加熱制御が可能となり従来の予熱に要する時間の短縮、予熱中の放熱ロスの削減が可能となる。またモーターに於いても円滑な回転制御が可能となる。
【００７６】
また１単位の半波の個数を奇数としたので、１単位内で生じた正負半波の点弧角のアンバランスは直流成分となるが、次の１単位では逆符号の直流成分となる事で打ち消される。この結果負荷に供給される電流に直流成分は発生せず、他の機器のトランスやコンデンサなどに悪影響を与えることはない。
【００７７】
（実施の形態２）
図７は本発明の実施形態２の回路ブロック図である。
【００７８】
図７に於いて、図２に示す本発明の実施形態１に、更にゆらぎ制御部１１を加えた以上のように構成された電力制御装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００７９】
ゆらぎ制御部１１は奇数波制御部１０で作った偏移済みの点弧角信号にゆらぎを加える働きを行う。（表１）はゆらぎの内容を示す表であり、点弧信号の番号は出力点弧信号に加えられる順番を示し、１５番まであり、以後繰り返す。ゆらぎの角度αｙはゆらぎの大きさを現す角度で±３．４度を最大値として０．４９度の間隔で１５段階をランダムに割り当ててある。
【００８０】
即ち、奇数波制御部１０で偏移された点弧信号は、ゆらぎ制御部１１で最初の半波の点弧信号を３．４度遅らし、次の半波の点弧信号は０．４９度進める。以下順に１５個の半波を１セットとしてゆらぎを与える。
【００８１】
【表１】
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【００８２】
図８はこのようにゆらぎを追加した点弧信号により位相制御した正負対の２半波の点弧角と通電率の結果を示す。図８において、Ｇは正負対の２半波の点弧角が４７度で残りの半波の点弧角１４５度の点を示し、５９％の通電率を得て高調波は限度値以下であった。
【００８３】
次に、Ｈは正負対の２半波の点弧角が７１度で残りの半波の点弧角１４５度の点を示し、４７％の通電率を得て高調波は限度値以下であった。
【００８４】
更に、Ｉは正負対の２半波の点弧角が１３３度で残りの半波の点弧角３５度の点を示し、４１％の通電率を得て高調波は限度値以下であった。
【００８５】
即ち、前記図４のグラフの禁止帯である３５度から１４５度内の点弧角４７度、７１度、１３３度の点弧角で正負対の２半波にゆらぎを加えた状態で制御した結果、高調波を限度値以下に押さえながら、円滑な通電率変化を得る事が出来た。
【００８６】
図９はＪＩＳ  Ｃ６１０００−３−２限度値―高調波電流発生限度値に基づく高調波の限度値に基づく高調波の分布データを表すグラフであり、横軸に４０次までの高調波を示し、縦軸に高調波電流値を示す。白いバーは高調波電流の許容限度値であり、黒いバーは本発明の実施の形態２に基づいておこなった正負対の２半波の点弧角が７１度で残りの半波の点弧角１４５度（図８の点Ｈ）で制御した時の実測値であり、全ての高次高調波で限度値以下となり、良好な結果が得られた。
【００８７】
なお、本実施の形態では半波ごとの点弧角に揺らぎ変化をもたせたが、実施の形態１で説明したような、３個の半波を基準電力を発生させる１単位とし、２個の半波についてはΔα１の点弧角、残りの１個の半波についてはΔα２の点弧角とした場合、Δα１のみ、またはΔα２の点弧角についてのみ、ゆらぎ変化をもたせるように制御してもよい。
【００８８】
以上のように、本実施の形態においては、位相制御で必要な基準電力を生ずるに必要な所定基準点弧角を、同一の点弧角を有する正負の半波と、異なる点弧角を有する半波とに、その平均電力が等しくなる様に転移させ、更に最大±３．４度で１５段階のゆらぎをランダムに加える事により、実施の形態１のように禁止帯を設けることなく高調波を所定の限度値以下に減少させることとなり、高ワットの電熱負荷、モーターなどを円滑に制御する事が出来る。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
以上のように、本発明にかかる電力制御装置は、１単位を構成する奇数の半波の内の少なくとも１つの半波を他とは異なる点弧角で位相制御する事により、高調波のは発生レベルを低減させ、電熱、モーターなどの負荷の制御可能な電気容量を大きくすることができる。したがって、短時間で所望の温度の温風、温水等が得られ、また円滑なモーターの回転数制御をおこなう事が可能となるので、電気瞬間湯沸し器、温水洗浄便座、電気洗濯機、食器洗い機等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施形態１における電力制御装置の回路ブロック図
【図２】同電力制御装置の奇数波制御部の点弧角の図
【図３】同電力制御装置における制御方法を説明するフローチャート
【図４】同電力制御装置の高調波を限度値内に維持できる正負対の２半波の点弧角と通電率の図
【図５】従来の電力制御装置の高調波が限度値内にある点弧角と通電率の図
【図６】本発明の実施形態１における所定基準点弧角と半波の導通角の関係を示す図
【図７】本発明の実施の形態２の電力制御装置の回路ブロック図
【図８】同実施の形態２の電力制御装置の高調波が限度値内にある正負対の２半波の点弧角と通電率の図
【図９】同実施の形態２の電力制御装置の高調波の分布図
【図１０】従来の位相制御による電力制御装置の回路ブロック図
【符号の説明】
【００９１】
１  電源
２  負荷
３  トライアック
４  設定部
５  センサー部
６  ゼロクロス点検知部
７  点弧角制御部
８  トリガー部
１０  奇数波制御部
１１  ゆらぎ制御部
【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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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図９】
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