(57)【要約】【課題】低損失で、電源と負荷の間に直列接続して電流位相を遅らせることができる交流電流制御装置を提供する。【解決手段】交流電流制御装置１は、フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００と制御手段３００とからなり、誘導性負荷と交流電源の間に直列に接続することで使用される。フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００は、４つの逆導通型半導体スイッチＳＷ１乃至４から構成されるブリッジ回路で、直流端子間にコンデンサＣＭが接続される。制御手段３００は、交流電圧の半サイクル毎に、逆導通型半導体スイッチＳＷ２と逆導通型半導体スイッチＳＷ３のＯＮ・ＯＦＦを切り替える。交流電流制御装置１は、逆導通型半導体スイッチＳＷ１と逆導通型半導体スイッチＳＷ３のＯＮ・ＯＦＦを交互に切り替えることで、交流電流の位相を遅らせる。【選択図】図１
2011044036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と誘導性負荷の間に直列に挿入され、第１の交流端子には第１のダイオードのアノードと第２のダイオードのカソードが接続され、前記第１のダイオードのカソードには第３のダイオードのカソードとコンデンサの正極が接続され、前記第２のダイオードのアノードには第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの負極が接続され、前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが第２の交流端子に接続され、前記第１のダイオードに第１の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第２のダイオードに第２の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第３のダイオードに第３の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第４のダイオードに第４の自己消弧型素子が並列に接続され、各前記自己消弧型素子のＯＮ・ＯＦＦが切り替わることによって、前記誘導性負荷のリアクタンスに蓄えられた磁気エネルギーを前記コンデンサで静電エネルギーとして蓄積・回生する磁気エネルギー回生スイッチと、
各前記自己消弧型素子のＯＮ・ＯＦＦを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、４つの前記自己消弧型素子のうち、２つの前記自己消弧型素子を常にＯＦＦにし、かつ、他の２つの前記自己消弧型素子のＯＮ・ＯＦＦを、一方がＯＮの時は他方はＯＦＦになるように、前記交流電源の電圧がゼロ交差するタイミングより遅いタイミングで制御する、
ことを特徴とする交流電流制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第１と前記第２の自己消弧型素子を常にＯＦＦにし、前記第３と前記第４の自己消弧型素子のＯＮ・ＯＦＦを、一方がＯＮの時は他方はＯＦＦになるように、前記交流電源の電圧がゼロ交差するタイミングより遅いタイミングで制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の交流電流制御装置。
【請求項３】
前記タイミングを設定するタイミング設定手段を更に備え、
前記制御手段は、前記タイミング設定手段で設定された前記タイミングで、前記自己消弧型素子のＯＮ・ＯＦＦを制御する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の交流電流制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、更に、
前記交流電源の電圧がゼロ交差するタイミングより、早いタイミングで前記自己消弧型素子のＯＮ・ＯＦＦを切り替え、
前記早いタイミングで前記自己消弧型素子を切り替える場合は、前記第１の自己消弧型素子と前記第４の自己消弧型素子がＯＮの時は、前記第２の自己消弧型素子と前記第３の自己消弧型素子をＯＦＦするように制御し、かつ、前記第２の自己消弧型素子と前記第３の自己消弧型素子がＯＮの時は、前記第１の自己消弧型素子と第４の自己消弧型素子をＯＦＦするように制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の交流電流制御装置。
【請求項５】
前記交流電源の力率を計測し、計測した力率を出力する力率計測手段を更に備え、
前記制御手段は、前記力率計測手段が出力する前記力率をフィードバックして、前記力率が所望の値になるように前記自己消弧型素子のＯＮ・ＯＦＦを制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の交流電流制御装置。
【請求項６】
各前記ダイオードは、並列に接続される前記自己消弧型素子に内蔵される寄生ダイオードである、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の交流電流制御装置。
【請求項７】
交流電源と誘導性負荷の間に直列に挿入され、第１の交流端子には第１のダイオードのアノードと第２のダイオードのカソードが接続され、前記第１のダイオードのカソードには第３のダイオードのカソードとコンデンサの正極が接続され、前記第２のダイオードのアノードには第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの負極が接続され、前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが第２の交流端子に接続され、前記第１のダイオードに第１の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第２のダイオードに第２の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第３のダイオードに第３の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第４のダイオードに第４の自己消弧型素子が並列に接続され、各前記自己消弧型素子のＯＮ・ＯＦＦが切り替わることによって、前記誘導性負荷のリアクタンスに蓄えられた磁気エネルギーを前記コンデンサで静電エネルギーとして蓄積・回生する磁気エネルギー回生スイッチにおいて、
４つの前記自己消弧型素子のうち、２つの前記自己消弧型素子を常にＯＦＦにし、かつ、他の２つの前記自己消弧型素子のＯＮ・ＯＦＦを、一方がＯＮの時は他方はＯＦＦになるように、前記交流電源の電圧がゼロ交差するタイミングより遅いタイミングで制御する、
ことを特徴とする交流電流制御方法。
【請求項８】
交流電源と誘導性負荷の間に直列に挿入され、第１の交流端子には第１のダイオードのアノードと第２のダイオードのカソードが接続され、前記第１のダイオードのカソードには第３のダイオードのカソードとコンデンサの正極が接続され、前記第２のダイオードのアノードには第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの負極が接続され、前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが第２の交流端子に接続され、前記第１のダイオードに第１の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第２のダイオードに第２の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第３のダイオードに第３の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第４のダイオードに第４の自己消弧型素子が並列に接続され、各前記自己消弧型素子のＯＮ・ＯＦＦが切り替わることによって、前記誘導性負荷のリアクタンスに蓄えられた磁気エネルギーを前記コンデンサで静電エネルギーとして蓄積・回生する磁気エネルギー回生スイッチの前記第１乃至４の自己消弧型素子のＯＮ・ＯＦＦを制御するためのプログラムであって、
コンピュータに、
４つの前記自己消弧型素子のうち、２つの前記自己消弧型素子を常にＯＦＦにし、かつ、他の２つの前記自己消弧型素子のＯＮ・ＯＦＦを、一方がＯＮの時は他方はＯＦＦになるように、前記交流電源の電圧がゼロ交差するタイミングより遅いタイミングで制御する制御機能、
を実現させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電流制御装置、交流電流制御方法、及び、プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
導通する電流の位相を制御する装置として、フルブリッジ型の磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｓｗｉｔｃｈ）（以下、「フルブリッジ型ＭＥＲＳ」と呼称する。）が知られている。
【０００３】
フルブリッジ型ＭＥＲＳは、４つの逆導通型半導体スイッチと1つのコンデンサで構成される。フルブリッジ型ＭＥＲＳは、簡単な制御によって電流を制御することが可能である。
【０００４】
特許文献１には、フルブリッジ型ＭＥＲＳを用いて交流電源の電流位相を進めて、誘導性負荷に印加される交流電圧を制御する交流電圧制御装置が開示されている。
この交流電圧制御装置は、交流電源と誘導性負荷の間に直列に接続される。
また、この交流電圧制御装置は、フルブリッジ型ＭＥＲＳのブリッジ回路の対角線上に配置される２つの逆導通型半導体スイッチを1組のペアとし、２組のペアの逆導通型半導体スイッチのＯＮ・ＯＦＦを切り替える。逆導通型半導体スイッチのＯＮ・ＯＦＦの切り替えは、交流電源の電圧の位相に同期して行われる。
ただし、逆導通型半導体スイッチのＯＮ・ＯＦＦを切り替えるタイミングは、交流電源の出力電圧の正負が切り替わるゼロ交差のタイミングより早めることができる。
これによって、特許文献１に記載の交流電圧制御装置は、電流位相を進めることができる。
また、交流電源の電流位相が進められるので、誘導性負荷の抵抗に印加される交流電圧の位相が進められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−０５８６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の交流電圧制御装置で、負荷に供給する電流の位相を遅らせると、不要な電力損失が生じてしまう問題があった。
特許文献１に記載の交流電圧制御装置において、交流電源の電圧がゼロ交差するタイミングより遅いタイミングでフルブリッジ型ＭＥＲＳの逆導通型半導体スイッチを切り替えると、導通する電流の位相を遅らせることができる。しかし、交流電源の電圧がゼロ交差するタイミングより遅いタイミングでフルブリッジ型ＭＥＲＳの逆導通型半導体スイッチを切り替えると、フルブリッジ型ＭＥＲＳのコンデンサが短絡される。コンデンサが短絡されると、コンデンサに蓄積された電荷が放電され、交流電圧制御装置は電力を損失する。
【０００７】
従って、この交流電圧制御装置のフルブリッジ型ＭＥＲＳを導通する電流の位相を、不要な電力損失なく遅らせるには、コンデンサに電荷がある状態で短絡しないように、フルブリッジ型ＭＥＲＳの逆導通型半導体スイッチを制御する必要がある。
【０００８】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたもので、フルブリッジ型ＭＥＲＳのコンデンサに電荷がある状態で短絡させることなく、フルブリッジ型ＭＥＲＳを導通する電流の位相を遅らせることのできる、交流電流制御装置、制御方法、及び、プログラム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】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の第一の観点に係る交流電流制御装置は、
交流電源と誘導性負荷の間に直列に挿入され、第１の交流端子には第１のダイオードのアノードと第２のダイオードのカソードが接続され、前記第１のダイオードのカソードには第３のダイオードのカソードとコンデンサの正極が接続され、前記第２のダイオードのアノードには第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの負極が接続され、前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが第２の交流端子に接続され、前記第１のダイオードに第１の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第２のダイオードに第２の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第３のダイオードに第３の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第４のダイオードに第４の自己消弧型素子が並列に接続され、各前記自己消弧型素子のＯＮ・ＯＦＦが切り替わることによって、前記誘導性負荷のリアクタンスに蓄えられた磁気エネルギーを前記コンデンサで静電エネルギーとして蓄積・回生する磁気エネルギー回生スイッチと、
各前記自己消弧型素子のＯＮ・ＯＦＦを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、４つの前記自己消弧型素子のうち、２つの前記自己消弧型素子を常にＯＦＦにし、かつ、他の２つの前記自己消弧型素子のＯＮ・ＯＦＦを、一方がＯＮの時は他方はＯＦＦになるように、前記交流電源の電圧がゼロ交差するタイミングより遅いタイミングで制御する、
ことを特徴とする。
【００１０】
例えば、前記制御手段は、前記第１と前記第２の自己消弧型素子を常にＯＦＦにし、前記第３と前記第４の自己消弧型素子のＯＮ・ＯＦＦを、一方がＯＮの時は他方はＯＦＦになるように、前記交流電源の電圧がゼロ交差するタイミングより遅いタイミングで制御してもよい。
【００１１】
例えば、前記タイミングを設定するタイミング設定手段を更に備え、
前記制御手段は、前記タイミング設定手段で設定された前記タイミングで、前記自己消弧型素子のＯＮ・ＯＦＦを制御してもよい。
【００１２】
更に、前記制御手段は、
前記交流電源の電圧がゼロ交差するタイミングより、早いタイミングで前記自己消弧型素子のＯＮ・ＯＦＦを切り替え、
前記早いタイミングで前記自己消弧型素子を切り替える場合は、前記第１の自己消弧型素子と前記第４の自己消弧型素子がＯＮの時は、前記第２の自己消弧型素子と前記第３の自己消弧型素子をＯＦＦするように制御し、かつ、前記第２の自己消弧型素子と前記第３の自己消弧型素子がＯＮの時は、前記第１の自己消弧型素子と第４の自己消弧型素子をＯＦＦするように制御してもよい。
【００１３】
前記交流電源の力率を計測し、計測した力率を出力する力率計測手段を更に備え、
前記制御手段は、前記力率計測手段が出力する前記力率をフィードバックして、前記力率が所望の値になるように前記自己消弧型素子のＯＮ・ＯＦＦを制御してもよい。
【００１４】
例えば、各前記ダイオードは、並列に接続される前記自己消弧型素子に内蔵される寄生ダイオードであってもよい。
【００１５】
また、本発明の第二の観点に係る交流電流制御方法は、
交流電源と誘導性負荷の間に直列に挿入され、第１の交流端子には第１のダイオードのアノードと第２のダイオードのカソードが接続され、前記第１のダイオードのカソードには第３のダイオードのカソードとコンデンサの正極が接続され、前記第２のダイオードのアノードには第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの負極が接続され、前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが第２の交流端子に接続され、前記第１のダイオードに第１の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第２のダイオードに第２の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第３のダイオードに第３の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第４のダイオードに第４の自己消弧型素子が並列に接続され、各前記自己消弧型素子のＯＮ・ＯＦＦが切り替わることによって、前記誘導性負荷のリアクタンスに蓄えられた磁気エネルギーを前記コンデンサで静電エネルギーとして蓄積・回生する磁気エネルギー回生スイッチにおいて、
４つの前記自己消弧型素子のうち、２つの前記自己消弧型素子を常にＯＦＦにし、かつ、他の２つの前記自己消弧型素子のＯＮ・ＯＦＦを、一方がＯＮの時は他方はＯＦＦになるように、前記交流電源の電圧がゼロ交差するタイミングより遅いタイミングで制御する、
ことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の第三の観点に係るプログラムは、
交流電源と誘導性負荷の間に直列に挿入され、第１の交流端子には第１のダイオードのアノードと第２のダイオードのカソードが接続され、前記第１のダイオードのカソードには第３のダイオードのカソードとコンデンサの正極が接続され、前記第２のダイオードのアノードには第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの負極が接続され、前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが第２の交流端子に接続され、前記第１のダイオードに第１の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第２のダイオードに第２の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第３のダイオードに第３の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第４のダイオードに第４の自己消弧型素子が並列に接続され、各前記自己消弧型素子のＯＮ・ＯＦＦが切り替わることによって、前記誘導性負荷のリアクタンスに蓄えられた磁気エネルギーを前記コンデンサで静電エネルギーとして蓄積・回生する磁気エネルギー回生スイッチの前記第１乃至４の自己消弧型素子のＯＮ・ＯＦＦを制御するためのプログラムであって、
コンピュータに、
４つの前記自己消弧型素子のうち、２つの前記自己消弧型素子を常にＯＦＦにし、かつ、他の２つの前記自己消弧型素子のＯＮ・ＯＦＦを、一方がＯＮの時は他方はＯＦＦになるように、前記交流電源の電圧がゼロ交差するタイミングより遅いタイミングで制御する制御機能、
を実現させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、交流電源と負荷との間に直列接続したフルブリッジ型ＭＥＲＳ回路において、負荷に供給する電流の位相を進ませるばかりでなく、遅らせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る交流電流制御装置の構成を示す回路図である。
【図２】図１に示す交流電流制御装置の制御手段の例を示す図である。
【図３】図１に示す交流電流制御装置を交流電源と負荷の間に直列に接続した状態を示す回路図である。
【図４】図３に示すスイッチング装置が行うスイッチング動作に伴うスイッチのＯＮ・ＯＦＦの対応を示す図である。
【図５】電流位相を進める制御を行った際の交流電流制御装置の動作を示す図である。
【図６】図３に示す回路図について、電流位相を進める制御した場合の、時間推移に伴う電源電圧と負荷電流の関係を示す図である。
【図７】電流位相を遅らせる制御を行った際の交流電流制御装置の動作を示す図である。
【図８】電流が電源側から負荷側へ流れる場合の、スイッチの切り替えに伴う交流電流制御装置の動作を示す図である。
【図９】電流が負荷側から電源側へ流れる場合の、スイッチの切り替えに伴う交流電流制御装置の動作を示す図である。
【図１０】時間推移に伴う電流の流れ方の遷移を示す図である。
【図１１】図３に示す回路図について、電流位相を遅らせる制御した場合の、時間推移に伴う電源電圧と負荷電流の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態に係る交流電流制御装置を、図面を参照して説明する。
【００２０】
図１を参照して、本発明の実施形態に係る交流電流制御装置１を説明する。
交流電流制御装置１は、フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００と力率計２００と制御手段３００と、端子１０１と端子１０２と、から構成される。
【００２１】
フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００は、４つの逆導通型半導体スイッチＳＷ１乃至ＳＷ４と、コンデンサＣＭと、交流端子ＡＣ１，ＡＣ２（ＡＣ：Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）と、直流端子ＤＣＰ，ＤＣＮ（ＤＣ：Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）と、から構成されるブリッジ回路である。
交流端子ＡＣ１には力率計２００が接続され、交流端子ＡＣ２側には、端子１０２が配置される。
【００２２】
逆導通型半導体スイッチＳＷ１は、順方向の電流の点弧・消弧を切り替えるスイッチ部ＳＳＷ１と、スイッチ部ＳＳＷ１と並列に接続されたダイオード部ＤＳＷ１とから構成される、Ｎチャンネル型シリコンＭＯＳＦＥＴ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。
スイッチ部ＳＳＷ１は、ゲートＧＳＷ１を備え、ゲートＧＳＷ１にＯＮ信号が入力されると点弧されて導通状態になり、ゲートＧＳＷ１にＯＦＦ信号が入力されると消弧されて開放状態になる。
【００２３】
同様に、逆導通型半導体スイッチＳＷ２はスイッチ部ＳＳＷ２とダイオード部ＤＳＷ２とから、逆導通型半導体スイッチＳＷ３はスイッチ部ＳＳＷ３とダイオード部ＤＳＷ３とから、逆導通型半導体スイッチＳＷ４はスイッチ部ＳＳＷ４とダイオード部ＤＳＷ４とから、構成され、それぞれのスイッチ部は、ゲートＧＳＷ２，ＧＳＷ３，ＧＳＷ４に入力される信号によって、ＯＮ・ＯＦＦが切り替わる。
【００２４】
交流端子ＡＣ１は、ダイオード部ＤＳＷ１のアノードとダイオード部ＤＳＷ２のカソードとが接続される。
直流端子ＤＣＰは、ダイオード部ＤＳＷ１のカソードとダイオード部ＤＳＷ３のカソードとコンデンサＣＭの正極とが接続される。
直流端子ＤＣＮは、ダイオード部ＤＳＷ２のアノードとダイオード部ＤＳＷ４のアノードとコンデンサＣＭの負極とが接続される。
交流端子ＡＣ２は、ダイオード部ＤＳＷ３のアノードとダイオード部ＤＳＷ４のカソードとが接続される。
【００２５】
コンデンサＣＭは、回路内のリアクタンスに蓄えられた磁気エネルギーを静電エネルギーとして蓄える。コンデンサＣＭは、例えば、極性を持つ電解コンデンサから構成される。
コンデンサＣＭはフルブリッジ型ＭＥＲＳ１００の直流端子ＤＣＰ−ＤＣＮ間に接続される。
【００２６】
なお、コンデンサＣＭと回路内のリアクタンスとの直列共振の共振周波数が、交流電源５００の出力の周波数より高いほうが好ましい。
共振周波数の方が高い場合、交流電源の出力電圧の半周期以内に、コンデンサＣＭの充放電が完了するので、電流位相を進める場合の制御が簡単になる。
【００２７】
力率計２００は、フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００の交流端子ＡＣ１と端子１０１の間に直列で接続される。力率計２００は、導通する電流の位相と電圧の位相から力率を計測し、計測した力率の情報を制御手段３００に出力する。
【００２８】
制御手段３００は、交流電源５００が出力する交流電圧に同期して逆導通型半導体ＳＷ１乃至４のスイッチ部ＳＳＷ１乃至４のＯＮ・ＯＦＦを制御する。制御手段３００は、交流電圧が印加されることによって動作する。
【００２９】
制御手段３００は、印加される交流電圧の位相を読み取り、読み取った交流電圧の位相を基に、スイッチ部ＳＳＷ１乃至４のＯＮ・ＯＦＦを切り替える。
【００３０】
制御手段３００は、ＯＮ信号またはＯＦＦ信号を、ゲートＧＳＷ１乃至４にそれぞれ出力する。
本実施例では、逆導通型半導体がＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴであるので、ＯＮ信号は閾値電圧以上の電圧、ＯＦＦ信号は閾値電圧未満の電圧である。
制御手段３００は、例えば、コンパレータ、フリップフロップ、タイマ等から構成され、コンパレータが入力される電圧の極性の変化を検出したときに、タイマによって位相をαずらして制御信号を出力する。
【００３１】
制御手段３００は、印加される交流電圧の１サイクルのうち、半サイクル毎に、スイッチ部ＳＳＷ１乃至４のＯＮ・ＯＦＦを制御する。
制御手段３００は、ＯＮ・ＯＦＦを制御するタイミングを決定するパラメータαを変化させることによって、ＯＮ・ＯＦＦのタイミングを制御する。
制御手段３００は、自動的にパラメータαを変化することによってスイッチのＯＮ・ＯＦＦするタイミングを制御する自動モードと、ユーザがパラメータαを変化させることによって、スイッチをＯＮ・ＯＦＦするタイミングを設定する手動モードがある。
【００３２】
自動モードで、制御手段３００は、印加された交流電圧と力率計２００から出力された力率を基に、スイッチング動作を行う。
なお、制御手段３００はメモリを備え、このメモリにユーザが所望する力率を記憶する。また、制御手段３００は、ユーザが所望する力率をメモリに記憶させる入力手段を備える。ユーザが入力手段に所望の力率を入力すると、入力された値は、メモリに記憶される。
自動モードの制御手段３００は、力率計２００から出力される力率がメモリに記憶している所望の力率になるように、力率計２００の出力する力率をフィードバックしてパラメータαを自動的に調整する。
【００３３】
手動モードで、制御手段３００は、ユーザによってスイッチ部ＳＳＷ１乃至４のＯＮ・ＯＦＦを切り替えるパラメータαを設定される。設定されたパラメータαはメモリに記憶される。制御手段３００は、設定されたパラメータαと、印加される交流電圧の位相に基づき、スイッチ部ＳＳＷ１乃至４のＯＮ・ＯＦＦを制御する。
【００３４】
制御手段３００は、例えば、図２に示すように、αを設定する手段としてダイヤル３１０を備えた装置である。
ダイヤル３１０を時計回り（ＣＷ：Ｃｌｏｃｋｗｉｓｅ）に回すことでパラメータαを進み方向に、反時計回り（ＣＣＷ：Ｃｏｕｎｔｅｒ  Ｃｌｏｃｋｗｉｓｅ）に回転させることによりパラメータαを遅れ方向に設定し、設定されたパラメータαに従って制御信号を、導線（図示せぬ）を介してゲートＧＳＷ１乃至４に入力する。
【００３５】
図１に示す交流電流制御装置１について、端子１０１に交流電源５００が、端子１０２に負荷４００が、接続された使用例を図３に示す。
【００３６】
交流電源５００は、１サイクルが２π（ｒａｄ）で、実効電圧が１００Ｖである。
また、制御手段３００は、交流電源５００に接続され、交流電源５００が出力する交流電圧が印加される。制御手段３００は、交流電源５００から印加された交流電圧を基に、スイッチング動作をする。
【００３７】
負荷４００は、端子１０２とグランド間に接続され、抵抗ＲとリアクタンスＬとからなる。
【００３８】
ここで、制御手段３００のスイッチング動作に伴う、スイッチ部ＳＳＷ１乃至４のＯＮ・ＯＦＦの対応図を、図４に示す。
【００３９】
αは、−π（ｒａｄ）からπ（ｒａｄ）までの値の角度で、制御手段３００が電流位相をずらすためのパラメータである。
つまり、αはスイッチングのオン・オフの切り換えの開始位相をあらわすものと言える。
また、θ（ｒａｄ）は、交流電源５００の出力する交流電圧の位相を示す値である。θは１サイクル２π（ｒａｄ）で、交流電源５００の出力する交流電圧の値が負から正になる時を基準位相とし、０（ｒａｄ）とする。
【００４０】
電流位相を進める制御をする場合、αを正に設定する。αの値が正であると、制御手段３００は、θが−αから−α＋πの時、スイッチ部ＳＳＷ２とスイッチ部ＳＳＷ３をＯＮにして、スイッチ部ＳＳＷ１とスイッチ部ＳＳＷ４をＯＦＦにする。
また、制御手段３００は、θが−α＋πから−α＋２πの時、スイッチ部ＳＳＷ１とスイッチ部ＳＳＷ４をＯＮにして、スイッチ部ＳＳＷ２とスイッチ部ＳＳＷ３をＯＦＦにする。
【００４１】
電流位相を遅らせる場合、αを負に設定する。αの値が負であると、制御手段３００は、θが−αから−α＋πの時、スイッチ部ＳＳＷ１をＯＮにして、スイッチ部ＳＳＷ２をＯＦＦにする。
また、制御手段３００は、θが−α＋πから−α＋２πの時、スイッチ部ＳＳＷ２をＯＮにして、スイッチ部ＳＳＷ１をＯＦＦにする。
なお、この場合では、スイッチ部ＳＳＷ３とスイッチ部ＳＳＷ４は、常にＯＦＦである。
【００４２】
次に、αが正の場合のスイッチング動作に伴う交流電流制御装置１の回路の遷移について図５を参照にして説明する。αが正の場合、交流電流制御装置１は、図５（ａ）と図５（ｂ）に示す状態を交互に繰り返す。
なお、以降の図において、スイッチがＯＮなのかＯＦＦなのかを、それぞれのスイッチのゲートに示している。
また、スイッチがＯＮの場合は、スイッチを実線にしてダイオードを点線に、スイッチがＯＦＦの場合は、スイッチを点線にしてダイオードを実線にして表記している。
【００４３】
スイッチ部ＳＳＷ２とスイッチ部ＳＳＷ３のペアと、スイッチ部ＳＳＷ１とスイッチ部ＳＳＷ４のペアは、半サイクル毎に、ＯＮ・ＯＦＦを繰り返す。図５（ａ）に示すように、θが−αから−α＋πの場合、スイッチ部ＳＳＷ２とスイッチ部ＳＳＷ３はＯＮで、スイッチ部ＳＳＷ１とスイッチ部ＳＳＷ４はＯＦＦである。また、図５（ｂ）に示すように、θが−α＋πから−α＋２πの場合、スイッチ部ＳＳＷ２とスイッチ部ＳＳＷ３がＯＦＦで、スイッチ部ＳＳＷ１とスイッチ部ＳＳＷ４はＯＮである。
【００４４】
実際に、図３の回路において、α＝２π／３（ｒａｄ）、つまり、α＝１２０（°）で、制御手段３００を制御した場合の電源電圧と負荷電流の関係を図６に示す。
なお、負荷４００は、遅れ力率０．７として調整されている。
【００４５】
図６は、負荷電流と、電源電圧と、スイッチ部ＳＳＷ１乃至４のＯＮ・ＯＦＦの時間推移による変化を表した図である。
図６（ａ）には、電源電圧（Ｖ）を０．１倍した値と、負荷電流（Ａ）の値が、時間（ｍｓ）の推移に対してプロットされている。
図６（ｂ）には、スイッチ部ＳＳＷ１乃至４のＯＮ・ＯＦＦを、時間の推移に対してプロットしてある。
横軸のｔｉｍｅは共通である。なお、１目盛り１２．５ｍｓである。
【００４６】
電源電圧の値が負から正に変わるＴ０より、１２０（°）早いＴ１において、制御手段３００はスイッチ部ＳＳＷ２とスイッチ部ＳＳＷ３のペアと、スイッチ部ＳＳＷ１とスイッチ部ＳＳＷ４のペアの、ＯＮ・ＯＦＦを切り替える。
なお、スイッチ部ＳＳＷ１乃至Ｓ４の全てがＯＮになることを防ぐために、スイッチ部をＯＮするタイミングは、スイッチ部をＯＦＦするタイミングより遅く制御している。
図６（ａ）の電源電圧と負荷電流に着目すると、負荷電流の位相が電源電圧の位相より進んでいることがわかる。よって、負荷４００は遅れ力率０．７に調整してあることから、交流電流制御装置１により、力率が進み方向に変化したことがわかる。
【００４７】
次に、αが負の場合のスイッチング動作に伴う交流電流制御装置１の状態の遷移について図７を参照にして説明する。αが負の場合、交流電流制御装置１は、図７（ａ）と図７（ｂ）に示す状態を交互に繰り返す。
なお、スイッチ部がＯＮの場合は、スイッチ部を実線にしてダイオード部を点線に、スイッチ部がＯＦＦの場合は、スイッチ部を点線にしてダイオード部を実線にして表記している。
【００４８】
制御手段３００は、スイッチ部ＳＳＷ２とスイッチ部ＳＳＷ３を常にＯＦＦにしつつ、半サイクル毎にスイッチ部ＳＳＷ１とスイッチ部ＳＳＷ２のＯＮ・ＯＦＦを繰り返す。
図７（ａ）に示すように、θが−αから−α＋πの場合、スイッチ部ＳＳＷ１がＯＮで、他のスイッチはＯＮとなる。
図７（ｂ）に示すように、θが−α＋πから−α＋２πの場合、スイッチ部ＳＳＷ２がＯＮで、他のスイッチはＯＦＦとなる。
交流電流制御装置１は、図７（ａ）と図７（ｂ）に示す状態を交互に繰り返す。
【００４９】
次に、図７に示す回路を基に、電流が電源側から負荷側へ流れる場合と、電流が負荷側から電源側へ流れる場合との、スイッチング動作に伴う電流の流れ方をそれぞれ図８、図９に示す。
なお、図８，図９において、電流の流れ方をわかりやすくするため、電流が流れる素子と線路を実線で、流れない素子と回路を点線で表示している。
【００５０】
まず、図８を参照して、αが負のスイッチング動作に伴う、電源側から負荷側への電流の流れ方を、定性的に説明する。
【００５１】
スイッチ部ＳＳＷ２がＯＮの時、図８（ａ）に示すように、電流が電源側から負荷側に導通する（フェイズＰＲ１）。電流は、スイッチ部ＳＳＷ２を通り、ダイオード部ＤＳＷ４を通る。
【００５２】
スイッチ部ＳＳＷ１がＯＮの時、電源電圧がコンデンサＣＭの電圧より高い場合、図８（ｂ）が示すように、コンデンサＣＭに電荷が蓄積される（フェイズＰＲ２）。電源側から流れる電流は、スイッチ部ＳＳＷ１を通り、コンデンサＣＭの正極に流れこむ。コンデンサＣＭには電荷が蓄積され、コンデンサＣＭの負極から流れ出す電流はダイオード部ＤＳＷ４を通り、負荷４００を流れる。
しかし、コンデンサＣＭの電圧が電源電圧以上になると、図８（ｃ）が示すように、コンデンサＣＭに電荷は蓄積されず、電流は遮断される（フェイズＰＲ３）。
【００５３】
次に、図９を参照して、αが負のスイッチング動作に伴う負荷側から電源側への電流の流れ方を、定性的に説明する。
【００５４】
スイッチ部ＳＳＷ１がＯＮの時、図９（ａ）に示すように、電流が負荷側から電源側に流れる（フェイズＰＬ１）。電流は、ダイオード部ＤＳＷ２を通り、スイッチ部ＳＳＷ１を通る。
【００５５】
スイッチ部ＳＳＷ２がＯＮの時、電源電圧の絶対値が、コンデンサＣＭの電圧より高い場合、図９（ｂ）に示すように、コンデンサＣＭに電荷が蓄積される（フェイズＰＬ２）。負荷側から流れる電流はダイオード部ＤＳＷ３を通り、コンデンサＣＭの正極に流れこむ。コンデンサＣＭに電荷が蓄積され、コンデンサＣＭの負極から流れ出す電流は、スイッチ部ＳＳＷ２を通り、電源５００を流れる。
しかし、コンデンサＣＭの電圧の値が電源電圧の絶対値以上になると、図９（ｃ）に示すように、コンデンサＣＭに電荷は蓄積されず、電流は遮断される（フェイズＰＬ３）。
【００５６】
なお、実際には、電荷が蓄積される状態（フェイズＰＲ２，フェイズＰＬ２）への推移は、数回しか起きない。
コンデンサＣＭに蓄積された電荷は放電される事がないので、コンデンサＣＭの電圧は電源電圧の最大値と実質的に一致することになる。よって、電源電圧がコンデンサＣＭの電圧を上回ることはなくなるので、電荷が蓄積される状態（フェイズＰＲ２，フェイズＰＬ２）にはならなくなる。
よって、スイッチ部ＳＳＷ１がＯＮの時は電源側から負荷側へ流れる電流は遮断され（フェイズＰＲ３）、スイッチ部ＳＳＷ２がＯＮの時は負荷側から電源側へ流れる電流は遮断される（フェイズＰＬ３）。
【００５７】
以上、図８，図９を参照して、αが負の場合の、スイッチング動作に伴う電流の流れ方について説明した。
次に、図８，図９を参照して説明したスイッチング動作に伴う電流の流れ方を参考に、αが負の場合の、時間経過に伴う電流の流れ方の推移を、図１０に示す。
ただし、コンデンサＣＭの電圧が電源電圧の最大値に一致しているとする。よって、電荷蓄積状態（フェイズＰＲ２，フェイズＰＬ２）は考慮しない。
なお、図１０（ａ）に示す電流導通状態（フェイズＰＲ１）は、図８（ａ）に示す電流導通状態（フェイズＰＲ１）に対応している。
また、図１０（ｂ）に示す電流遮断状態（フェイズＰＬ３）は、図９（ｃ）に示す電流遮断状態（フェイズＰＬ３）対応している。
また、図１０（ｃ）に示す電流導通状態（フェイズＰＬ１）は、図９（ａ）に示す電流導通状態（フェイズＰＬ１）に対応している。
また、図１０（ｄ）に示す電流遮断状態（フェイズＰＲ３）は、図８（ｃ）に示す電流遮断状態（フェイズＰＲ３）対応している。
【００５８】
αの値が−π（ｒａｄ）から０（ｒａｄ）なので、スイッチ部ＳＳＷ２がＯＮされる時、電源電圧は正である。よって、スイッチ部ＳＳＷ２がＯＮされると、電源電圧が正なので、電流が電源側から負荷側へ流れる（フェイズＰＲ１）。
【００５９】
電源電圧の変化に伴い電流の値は減少し、次第に電流が負荷側から電源側へ流れようとする。しかし、スイッチ部ＳＳＷ２がＯＮの時は、負荷側から電源側へ電流は流れないので、電流は遮断される（フェイズＰＬ３）。
【００６０】
遮断状態（フェイズＰＬ３）が継続し、次に、スイッチ部ＳＳＷ２がＯＦＦされスイッチ部ＳＳＷ１がＯＮされる。αの値は−π（ｒａｄ）から０（ｒａｄ）なので、スイッチ部ＳＳＷ１がＯＮされる時は、電源電圧は負である。よって、スイッチ部ＳＳＷ１がＯＮされると、電源電圧が負なので、電流が負荷側から電源側へ流れる（フェイズＰＬ１）。
【００６１】
電流は負荷側から電源側へ流れ、電源電圧の変化に伴い、電流はしだいに電源側から負荷側へ流れようとする。しかし、スイッチ部ＳＳＷ１がＯＮの時は、電源側から負荷側へ電流は流れないので、電流は遮断される（フェイズＰＲ３）。
【００６２】
再び、スイッチ部ＳＳＷ２がＯＮされて電源側から負荷側への導通状態になり（フェイズＰＲ１）、負荷側から電源側への電流は遮断され（フェイズＰＬ３）、スイッチ部ＳＳＷ１がＯＮされて負荷側から電源側への導通状態となり（フェイズＰＬ１）、電源側から負荷側への電流は遮断される（フェイズＰＲ３）
【００６３】
このように、フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００に流れる電流は、電源側から負荷側への導通（フェイズＰＲ１）→負荷側から電源側への電流遮断（フェイズＰＬ３）→負荷側から電源側への導通（フェイズＰＬ１）→電源側から負荷側への電流遮断（フェイズＰＲ３）→電源側から負荷側への導通（フェイズＰＲ１）→・・・というように状態の推移を繰り返すことになる。
【００６４】
実際に、図３に示す回路において、α＝−２π／３（ｒａｄ）、つまり、α＝−１２０（°）で、スイッチング動作を制御した場合の電源電圧と負荷電流の関係を図１１に示す。
ただし、負荷４００は、遅れ力率０．７に調整してある。
【００６５】
図１１（ａ）は、負荷電流（Ａ）の値と、電源電圧（Ｖ）の０．１倍の値とを時間の推移に対してプロットしたグラフである。
図１１（ｂ）は、スイッチ部ＳＳＷ１のＯＮ・ＯＦＦと、スイッチ部ＳＳＷ２のＯＮ・ＯＦＦと、を時間の推移に対してプロットしたグラフである。
図１１（ｃ）は、コンデンサＣＭの電圧の時間推移による変化を表したグラフである。
横軸のｔｉｍｅ（ｍｓ）は共通である。
なお、制御手段３００は、図１１（ａ）に示すように、電源電圧が負から正になる時点Ｔ０より１２０（°）遅い時点Ｔ１で、図１１（ｂ）に示すようにスイッチ部ＳＳＷ１とスイッチ部ＳＳＷ２のＯＮ・ＯＦＦを切り替える。
【００６６】
図１１（ｂ）のスイッチのＯＮ・ＯＦＦと、図１１（ａ）の負荷電流に着目すると、図１０を参照して説明したように、スイッチを切り替える毎に、電流が導通し始め、次第に電流が遮断状態になることがわかる。
また、負荷４００の遅れ力率０．７（およそ４５°）に対し、電流位相が１２０（°）以上遅れていることから、力率が遅れ方向に変化しているのがわかる。
【００６７】
また、コンデンサＣＭは放電を行っていないことがわかる。図８，図９を参照して説明した通り、コンデンサＣＭの電圧が、実効値１００Ｖの交流電圧の最大値であるおよそ１４１Ｖ付近を保っている。
つまり、コンデンサＣＭは、放電することがないので、コンデンサＣＭが短絡することにより電力を損失することはない。
【００６８】
以上説明したように、本実施形態によれば、フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００を用いた交流電流制御装置１において、コンデンサＣＭを短絡することなく、電流位相の遅れ制御を行えるようにした。
【００６９】
従って、フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００を用いて、コンデンサＣＭが短絡することによる電力損失を防ぎつつ、電流位相を進ませる制御と、遅らせる制御ができる。
【００７０】
尚、本発明を実施するにあたっては、種々の形態が考えられ、上記実施形態に限られるものではない。
【００７１】
例えば、上記実施形態では、逆導通型半導体スイッチＳＷ１乃至ＳＷ４は、スイッチとダイオードからなるＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴとして説明した。しかし、逆導通型半導体スイッチＳＷ１乃至４は、逆導電型のスイッチであればよく、電界効果トランジスタや、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や、ゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ：Ｇａｔｅ  Ｔｕｒｎ−Ｏｆｆ  ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）や、ダイオードとスイッチの組み合わせでもよい。
【００７２】
また、上記実施形態では、電流位相を遅らせる場合、スイッチ部ＳＳＷ３とスイッチ２を交互にＯＮ・ＯＦＦしたが、スイッチ部ＳＳＷ１とスイッチ部ＳＳＷ２を交互にＯＮ・ＯＦＦしてもよい。
【００７３】
また、コンデンサＣＭは、極性を持つ電解コンデンサであるとして説明した。しかし、コンデンサＣＭは、磁気エネルギーを吸収する容量を持てばよく、極性を持たなくとも良い。例えば、コンデンサＣＭは、セラミックコンデンサであったり、プラスチックフィルムコンデンサであったりしてもよい。
【００７４】
また、負荷４００は、抵抗ＲとリアクタンスＬを含む誘導性負荷であるとして説明したが、負荷４００は、白熱電灯やモータであってもよい。
【００７５】
負荷４００が白熱電灯であれば、電流位相を遅らせることによって明るさを調光することができる。調光することによって消費電力を抑えることが可能である。多数の白熱電灯が設置されておる場合、位相を進めて調光する電球と位相を遅らせて調光する電球の数を適宜調整にすれば、あわせて常に力率を１付近で調光することなどができる。
この場合、上記手動モードで調光することも可能であるし、自動モードで、調光を行ってもよい。
特に自動モードで調光をする場合は、照度を計測する照度計即手段を更に設け、制御手段３００のメモリに目標力率と照度との関係を記憶させ、計測された照度をフィードバックし、目的の照度になるように、制御手段３００が電源の出力位相を変更してもよい。
【００７６】
また、負荷４００が複数のモータ群であれば、電流位相を進ませるモータと遅らせるモータを適宜、選択することによってどちらの方法でも電流を減少させて、回転トルクを制御することができる。多様な負荷状態で運転される誘導モータを前述の調光の場合のように手動、または自動で力率や電流を制御することが可能である。特に、始動に多大なラッシュ電流を必要とするモータに効果的である。モータの使用を中断する際、モータの回転を止めずに本発明の交流電流制御装置によって回転トルクを落としてモータの使用を中断すれば、次回使用開始時のモータの始動に必要な電力が削減される。
【００７７】
また、交流電流制御装置１が接続される交流電源５００の電圧の実効値が、１００Ｖであるとして説明したが、電圧の実効値に制限はない。例えば、交流電流制御装置１は、実効値が４００Ｖの工業用電源に接続されてもよい。
また、例えば三相交流電源システムで利用したい場合は、本装置をそれぞれ各相に設置することで対処できる。
【００７８】
また、制御手段３００は、上述した制御をする回路として説明したが、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶手段を備えたマイクロコンコントローラ（以下、「マイコン」と呼称する。）などのコンピュータであってもよい。
特に、制御手段３００がマイコンである場合、マイコンの出力する１と０の信号に対して逆導通型半導体スイッチがＯＮ・ＯＦＦするように、逆導通型半導体スイッチとマイコンを組み合わせれば、マイコンの出力で逆導通型半導体スイッチのＯＮ・ＯＦＦを切り替えられるので、部品数が少なく済む。
この場合は、例えば、上述したゲート信号を出力するようなプログラムを、予めマイコンに記憶させればよい。
【００７９】
また、コンピュータに上述の制御を実行させるためのプログラムを、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ  Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）、ＭＯ（Ｍａｇｎｅｔ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｉｓｋ）などのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布し、これを別のコンピュータにインストールし、上述の手段として動作させ、あるいは、上述の工程を実行させてもよい。
【００８０】
さらに、インターネット上のサーバ装置が有する外部記憶装置等にプログラムを格納しておき、例えば、搬送波に重畳させて、コンピュータにダウンロード等するものとしてもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１  交流電流制御装置
１００  フルブリッジ型ＭＥＲＳ
２００  力率計
３００  制御手段
３１０  ダイヤル
４００  負荷
５００  交流電源
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４  逆導通型半導体スイッチ
ＤＳＷ１，ＤＳＷ２，ＤＳＷ３，ＤＳＷ４  ダイオード部
ＳＳＷ１，ＳＳＷ２，ＳＳＷ３，ＳＳＷ４  スイッチ部
ＧＳＷ１，ＧＳＷ２，ＧＳＷ３，ＧＳＷ４  ゲート
ＣＭ  コンデンサ
【図１】
2011044036.tif 000003
【図２】
2011044036.tif 000004
【図３】
2011044036.tif 000005
【図４】
2011044036.tif 000006
【図５】
2011044036.tif 000007
【図６】
2011044036.tif 000008
【図７】
2011044036.tif 000009
【図８】
2011044036.tif 000010
【図９】
2011044036.tif 000011
【図１０】
2011044036.tif 000012
【図１１】
2011044036.tif 000013