(57)【要約】【課題】電力変換装置を制御してオゾナイザなどの放電管へ電力供給を行う場合に、所定電力領域において放電管の電力効率を最大限に上げるように変換器を制御することを目的とする。【解決手段】電力変換装置の出力電力が大きい場合は、電力変換装置の出力周波数のみを変化させて、電力変換装置の出力電圧振幅値を一定とし、電力変換装置の出力電力が小さい場合は、前記電力変換装置の出力周波数を一定として出力電圧振幅値を変化させるか、あるいは、出力電圧振幅値を変化させずに運転時間調節により出力パルス数を変化させる。【選択図】      図１
2004364476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換装置により放電管に交流電力を供給するにあたり、前記電力変換装置の出力電力が所定値より大きい場合は、前記電力変換装置の出力周波数を変化させ、且つ前記電力変換装置の出力電圧振幅値を一定として制御し、
前記電力変換装置の出力電力が所定値より小さい場合は、前記電力変換装置の出力周波数を一定とし、且つ前記電力変換装置の出力電圧振幅値を変化させて制御することを特徴とする電力変換装置の制御方法。
【請求項２】
電力変換装置により放電管に交流電力を供給するにあたり、
前記電力変換装置の出力電力が所定値より大きい場合は、前記電力変換装置の出力周波数を変化させ、且つ前記電力変換装置の出力電圧振幅値を一定として制御し、
前記電力変換装置の出力電力が所定値より小さい場合は、前記電力変換装置の出力電圧振幅値を一定とし、且つ運転時間調節により出力パルス数を変化させて制御することを特徴とする電力変換装置の制御方法。
【請求項３】
前記所定値を、前記電力変換装置の出力周波数の下限値に基づいた値としたことを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置の制御方法。
【請求項４】
前記所定値を、前記電力変換装置の出力周波数の下限値及び電圧振幅の上限値に基づいた値としたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置の制御方法。
【請求項５】
前記所定値を、前記電力変換装置の出力周波数の下限値及び出力パルス数の上限値に基づいた値としたことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置の制御方法。
【請求項６】
前記放電管はオゾン発生管であることを特徴とする請求項１ないし５に記載の電力変換装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、オゾン発生管等の放電管に交流電力を供給する電力変換装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】以下にオゾン発生管などの放電管に交流電力を供給する電力変換装置の制御方法の従来技術を説明する。
電力変換装置により交流電力を発生させ、オゾン発生管等の放電管に電力供給するシステムは特許文献１に記載されるようによく知られている。すなわち特許文献１の図１においては、電力変換器１を用いて直流電力を所望の交流電力に変換し、トランス２を介して２次側のオゾン発生管３に電力を供給している。
ところで、本出願人は特願２００２−０１２５５２号にて、入力電流脈動の低減と放電管制御の不安定現象回避を図るべく、放電管に印加する電圧を可変させ、さらに出力パルス数を増減させる技術について特許出願をしている。ここでこの当社先願の技術内容を図４乃至図７を参照しながら説明する。ここで図４は従来技術の主回路と制御ブロック、図５乃至図７はその波形図である。
【０００３】
交流電源１は電力変換装置２の入力に接続されている。電力変換装置２は入力に交流電源１を接続する交流−直流変換器３とコンデンサ４を介して接続される直流−交流変換器５とから構成されている。電力変換装置２の出力（直流−交流変換器５の出力）は昇圧トランス６を介してオゾン発生管などの放電管７に接続される。
放電管電力指令Ｐ＊と放電管電力実際値Ｐとの照合を行い、一致するように電力調節器８は動作する。電力調節器８の出力が下限リミッタ１１の設定値より大きいときは、放電管電圧指令Ｖｐ＊が変化し、その値に放電管電圧Ｖｐを一致させるよう電圧調節器１０が動作することにより放電管電力を制御する。図５と図６にこのときの出力電流Ｉｏと入力電流Ｉｉｎの波形を示す。
【０００４】
図５のＰ＊＝１００％電力から図６のＰ＊＝５０％電力に放電管電力を変化させるとき、Ｖｐの変化に伴い、Ｉｏの振幅が小さくなり、またＩｉｎの振幅が小さくなっている。
次に電力調節器８の出力が下限リミッタ１１の設定値より小さいときであるが、Ｖｐ＊は一定となるので、Ｖｐも一定となるように電圧調節器１０は動作する。またこのときは運転時間制御回路１２により出力パルス数の増減を行い、放電管電力を制御する。図７にそのときのＩｏとＩｉｎの波形を示す。図６のＰ＊＝５０％電力から図７のＰ＊＝２５％電力に変化させるとき、Ｖｐは一定であるのでＩｏの振幅は一定であるが、出力パルス数を１／２（ｔ／Ｔ）にしているので放電管電力を５０％の１／２である２５％に制御することができる。また、ＩｉｎもＩｏに伴い断続している。
【０００５】
以上のような制御では、下記を目的としている。
・放電管電力が大きいときは出力パルス数を運転時間調節により変化させず、Ｖｐを変化させることにより放電管電力を制御することによってＩｉｎの脈動をなくす。
・放電管電力が小さいときはＶｐを一定電圧値以上とし、放電管の効率を低くすることを避ける。そして、Ｉｏの出力パルス数を増減させることにより放電管電力を制御する方法を電力が小さいときに限って行うことで、Ｉｉｎの脈動を小さく抑える。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−２５１９４４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】近年、放電管の特性によっては効率の良い条件で運転させるため放電管電圧を一定にしつつ放電管電力を制御することが要求されるようになってきた。従来技術では最も頻繁に使用される１００％電力〜５０％電力あたりにおいて、放電管の電圧振幅を可変して電力を制御するため、オゾン発生効率に若干の低下が生じることがわかってきている。
一方、放電管電圧を一定にし、パルス数を増減させて放電管電力を制御する方法は、特に電力が大きいときに入力電流の脈動が大きくなってしまう。すなわち、電力が大きいときは当然電圧振幅も大きくなるので、ここで運転時間調節によりパルスを断続させると、入力電流脈動もこの電圧振幅に比例して大きくなってしまう。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このような課題を鑑みて本願発明では、電力変換装置により放電管に交流電力を供給するにあたり、前記電力変換装置の出力電力が所定値より大きい場合、前記電力変換装置の出力周波数を変化させ、且つ前記電力変換装置の出力電圧振幅値を一定として制御し、前記電力変換装置の出力電力が所定値より小さい場合、前記電力変換装置の出力周波数を一定とし、且つ前記電力変換装置の出力電圧振幅値を変化させて制御する。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図１及び図３、図４の波形図を基にして説明する。ここで図１は本発明の制御方式を示すブロック、図３は放電管電力指令を１００％電力から５０％電力に変化させる場合の各電気量の波形、図４は放電管電力指令を５０％電力から０％電力に変化させる場合の各電気量の波形、をそれぞれ示している。
まず、放電管電力Ｐ、オゾン発生管電圧Ｖｐ、周波数ｆの関係は次の数１のように表されることが知られている。
【００１０】
【数１】
2004364476.tif 000003
この数１の関係を基にして、通常最も使用される頻度が高い放電管電力である１００％電力〜５０％電力の電力領域、すなわち放電管電力指令が大きいときは、図３に示すように、オゾン発生効率が良い条件で運転することを考慮して放電管電圧振幅Ｖｐを一定値とし、周波数ｆを変化させて放電管電力Ｐを制御する。
また、５０％電力付近より小さい電力領域、すなわち放電管電力指令が小さいときは、図４に示すように、周波数ｆを一定値として放電管電圧振幅Ｖｐを変化させて放電管電力Ｐを制御する。前述したように、電圧振幅値を変化させるとオゾン発生効率が下がってしまうものの、この電力領域での運転頻度はそれほど高くなく、電力も小さくオゾン発生量自体も少ないためこの発生効率の低下はそれほど大きな影響を及ぼさない。
【００１１】
むしろ上記した放電管電力が大きいときの制御方法を電力指令が小さいときにも適用してしまえば、周波数ｆが０付近まで低下し続けてしまい、結果昇圧トランスが大型化してしまうといった深刻な事態が想定される。このため、上記のように周波数ｆを所定値で固定すればその心配はなくなる。
なお、図３に図示した電力指令が大きい場合の電力変換器出力電流Ｉｏの波形、図４に図示した電力指令が小さい場合のＩｏの波形から分かるように、この場合においては、出力パルスの断続が無いため、結果入力電流Ｉｉｎの脈動は発生しないことが分かる。
【００１２】
ここで図１の制御ブロックを説明する。
放電管電力指令を１００％電力から５０％電力へ変化させるとき、電力指令Ｐ＊と実際の放電管電力Ｐが一致するように電力調節器８が動作するが、次第にこの出力は小さくなる。ここで上下限リミッタには、周波数ｆの下限値及びＶｐの振幅値の上限値が設定され、これらの値は同値としている。つまり、周波数がｆの下限値であるときは電圧振幅値が上限値となるようになっている。そして、電力調節器８の出力が予め設定されたｆの下限設定値、つまりＶｐの上限値に到達するまでは上下限リミッタからはｆが出力され変換器５に指令として入力される。この間、放電管電圧振幅値を一定にして周波数ｆが徐々に低下してゆく。
【００１３】
次に放電管電力指令を５０％電力から０％電力に変化させるとき、同様にＰ＊と実際のＰが一致するように電力調節器８が動作するが、さらにこの出力は小さくなる。この出力が前述したｆの下限設定値、すなわちＶｐの上限値より小さくなった場合、その時点で周波数は下限設定値で一定値となり、上下限リミッタからはＶｐが出力され、この後放電管電圧振幅値を小さくしてゆく。
本実施例では、周波数下限値以下の電力領域において周波数下限値でホールドし電圧振幅値を変化させる形態を示したが、先願に記載されたような運転時間調節によるパルス数調節を行ってもよい。この場合、出力パルスの断続が生じ、結果入力電流Ｉｉｎの脈動が生じることになるものの、この電力領域での運転頻度はそれほど高くなく、電力も小さくオゾン発生量自体も少ないためそれほど大きな影響を及ぼさないうえ、前述したように電力が小さい範囲ではこの入力電流の脈動は電力が大きいときに比して影響が小さい。以下に運転時間調節を行った場合の説明を図２に記載のブロック図を用いて示す。
【００１４】
Ｐ＊＝１００％電力からＰ＊＝５０％電力に変化させる場合、電力調節器８の出力は次第に小さくなる。ここで電力調節器８の出力がｆの下限値を基に設定した上下限リミッタ９の設定値（上限値もこのｆの下限値と同値であって、運転時間制御回路に入力するパルス数１００％とする電力調節器８の出力）より大きいときは当然ｆの下限値以上であるから、電力調節器８の出力＝ｆとなる。すなわちｆが次第に小さくなってゆくが、運転時間制御回路に入力するパルス数上限値（１００％）より上であるからパルス数は１００％のままである。これにより、出力パルス数は１００％であって、Ｉｏ、Ｖｐともにｆが低下する。
【００１５】
次にＰ＊を５０％以下に放電電力を低下させるときについて説明する。電力調節器８の出力はさらに小さくなる。電力調節器８の出力が上下限リミッタ９の設定値より小さいときは、ｆの下限値以下であるのでここでｆはホールドされる。しかし運転時間制御回路に入力するパルス数上限値（１００％）以下であるから、電力調節器８の出力＝パルス数となり、出力パルス数は減少する。これにより、ｆは一定で、Ｉｏ、Ｖｐの出力パルス数は減少してゆく。
【００１６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、放電管電圧Ｖｐの振幅値を一定とするため、放電管電力が大きい場合に負荷の発生効率が良くなる。このとき、放電管電力が小さい場合においては、電圧振幅値を可変させるかあるいは電圧振幅値を固定して時間調節によりパルス数を増減させることで、昇圧トランスの大型化を回避することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１の実施形態の主回路及び制御ブロックを示す図
【図２】本発明第２の実施形態の主回路及び制御ブロックを示す図
【図３】図１の動作を表す波形図
【図４】図１の動作を表す波形図
【図５】従来技術の主回路及び制御ブロックを示す図
【図６】図５の動作を示す波形図
【図７】図５の動作を示す波形図
【図８】図５の動作を示す波形図
【符号の説明】
１…交流電源、２…電力変換装置、３…交流−直流変換器、４…コンデンサ、５…直流−交流変換器、６…昇圧トランス、７…放電管、８…電力調節器、９…上下限リミッタ、１０…電力調節器、１１…上下限リミッタ、１２…運転時間制御回路
【図１】
2004364476.tif 000004
【図２】
2004364476.tif 000005
【図３】
2004364476.tif 000006
【図４】
2004364476.tif 000007
【図５】
2004364476.tif 000008
【図６】
2004364476.tif 000009
【図７】
2004364476.tif 000010
【図８】
2004364476.tif 000011