(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電源の入力端と負荷との間に接続され、位相制御を行うサイリスタ制御部と、
前記負荷に加わる電力に応じた検出電圧を得る電圧検出回路と、
前記電圧検出回路で検出された電圧を分圧し、前記負荷に加わる交流電圧レベルを任意に設定する設定部と、
共通のエミッタ抵抗を有する一対のトランジスタからなる差動増幅回路を有し、一方のトランジスタのベースには前記設定部からの設定電圧が与えられ、他方のトランジスタのベースには一定の基準電圧が与えられ、これらを比較してその電圧差を出力する比較回路と、
前記比較回路より得られる電圧差に応じたタイミングのトリガパルスを発生し、前記サイリスタ制御部に加えるトリガパルス発生部と、を具備し、
前記トリガパルス発生部は、
前記比較回路より得られる電圧差に応じた抵抗値を得る可変抵抗回路と、
前記サイリスタ制御部の両端の電圧が与えられ、前記可変抵抗回路より得られる抵抗値によって定まるタイミングのトリガパルスを発生し、前記サイリスタ制御部に加えるトリガパルス発生回路と、を具備するものであり、
前記可変抵抗回路は、
前記トリガ発生回路の負荷抵抗となるトランジスタ及び抵抗の直列接続体と、
前記トランジスタのベースに接続され前記比較回路の出力が与えられる時定数回路と、
電源と前記時定数回路との間に接続され前記時定数回路に始動用の電流を供給する始動用抵抗と、を具備するものである節電装置。
【請求項２】
前記サイリスタ制御部は、トライアックを用いることを特徴とする請求項１記載の節電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力消費を自動的に制御するようにした節電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、商用交流電源の電力を制御するための電力コントローラとして、トライアック等を用いて位相制御を行い、使用する電力量を例えば正常値の８０％や９０％等に設定する電力コントローラが示されている。このような電力コントローラでは、電源投入後に負荷を正常に働かせるために一定時間経過後に徐々に電力を低下させ、所定の負荷とするフェーダ回路等が用いられている。
【０００３】
しかしながらこのような装置では、電源の状態が変化し、例えば需要家が多くの電力を消費することに伴い、供給電圧が規定の１００Ｖから低下した場合にもそのまま電力コントローラが動作するため、電力レベルが低下する。即ち従来の電力コントローラでは、商用交流電源の供給電圧の変動に対応して電力を制御できないという欠点があった。
【０００４】
又特許文献１に負荷に供給する電力を調整し消費電力の低減と安定した電力の供給を図る装置が示されている。しかしこの装置は太陽光発電装置を用いて負荷に供給する電力を適正値とするものであり、商用交流電源の変動に対応したものではない。
【特許文献１】特開２００４−２２２３４１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであって、商用交流電源として供給される電圧に応じて負荷に印加される電圧の位相制御を行い、これによって規定の電圧に相当する電力消費となるように自動的に調整することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題を解決するために、本発明の節電装置は、商用交流電源の入力端と負荷との間に接続され、位相制御を行うサイリスタ制御部と、前記負荷に加わる電力に応じた検出電圧を得る電圧検出回路と、前記電圧検出回路で検出された電圧を分圧し、前記負荷に加わる交流電圧レベルを任意に設定する設定部と、共通のエミッタ抵抗を有する一対のトランジスタからなる差動増幅回路を有し、一方のトランジスタのベースには前記設定部の設定電圧が与えられ、他方のトランジスタのベースには一定の基準電圧が与えられ、これらを比較してその電圧差を出力する比較回路と、前記比較回路より得られる電圧差に応じたタイミングのトリガパルスを発生し、前記サイリスタ制御部に加えるトリガパルス発生部と、を具備し、前記トリガパルス発生部は、前記比較回路より得られる電圧差に応じた抵抗値を得る可変抵抗回路と、前記サイリスタ制御部の両端の電圧が与えられ、前記可変抵抗回路より得られる抵抗値によって定まるタイミングのトリガパルスを発生し、前記サイリスタ制御部に加えるトリガパルス発生回路と、を具備するものであり、前記可変抵抗回路は、前記トリガ発生回路の負荷抵抗となるトランジスタ及び抵抗の直列接続体と、前記トランジスタのベースに接続され前記比較回路の出力が与えられる時定数回路と、電源と前記時定数回路との間に接続され前記時定数回路に始動用の電流を供給する始動用抵抗と、を具備するものである。
【０００８】
ここで前記サイリスタ制御部は、トライアックを用いるようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
このような特徴を有する本発明によれば、設定部で設定された消費電力となるように負荷に供給する電流の位相制御を行っている。このため商用交流電源が例えば１００Ｖを超える場合であっても負荷に実際に供給される電力は設定値の電圧に相当する電力とすることができ、節電をすることができるという効果が得られる。又負荷の種類によっては１００Ｖを超えた電圧が印加された場合に負荷の寿命が短くなることがあるが、本発明によって設定値を適宜設定しておくことによって負荷の寿命を長くすることができる。又従来の交流電源の電圧を低下させる節電装置では、入力電圧が低下する場合に節電装置を外さなければならなかったが、本発明では９０°以内の位相制御をしている限り、交流電源のピーク値は下がらないため、節電装置を外す必要がなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明の第１の実施の形態を示すブロック図である。本図においてサイリスタ制御部１００には入力端子ＩＮに商用交流電源が入力として接続される。サイリスタ制御部１００は商用交流電源に対して後述するように位相制御するもので、制御後の出力が出力端子ＯＵＴより出力される。このサイリスタ制御部１００の出力側の両端の電圧は整流回路１１０に供給される。整流回路１１０は出力側の交流電流を整流し平滑することによって、負荷に加えられた電圧に対応する直流の検出電圧を得る電圧検出回路である。整流回路１１０の出力側には、比較回路１２０及び設定部１３０が接続される。設定部１３０は検出電圧を分圧することにより、例えば１００Ｖ相当、９７．５Ｖ相当、９５Ｖ相当のように、複数段階で電圧を設定するものである。ここで１００Ｖ相当とは、位相制御することなく実効電圧１００Ｖの交流電圧が負荷に加わった状態と同様の電力消費となるよう制御することを意味する。又比較回路１２０は設定部１３０で得られた設定電圧と基準電圧とを比較し、誤差信号を得るものであって、その出力は可変抵抗回路１４０に与えられる。可変抵抗回路１４０は比較回路１２０の出力に相当する抵抗値を得るもので、その出力はトリガパルス発生回路１５０に与えられる。トリガパルス発生回路１５０にはサイリスタ制御部１００のサイリスタの両端からの電源が供給されている。トリガパルス発生回路１５０は可変抵抗回路１４０で設定される抵抗値に応じた位相のトリガパルスを発生してサイリスタ制御部１００に加えることにより、交流電源の位相制御を行うものであり、可変抵抗回路１４０と共にトリガパルス発生部を構成している。
【００１１】
次に図２，図３はこの実施の形態による節電装置を更に具体化した回路図であり、以下これらの図に基づいて説明する。サイリスタ制御部１００は，図３に示すように入力端子ＳＩ、ＲＩと出力端子ＳＯ、ＲＯに接続されており、その間にトライアック１０１が設けられる。トライアック１０１のアノードとカソード端間には、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１の直列接続体が接続されている。又これに並列にスイッチＳ１１が接続され、更にトライアック１０１に直列にスイッチＳ１２が接続される。スイッチＳ１１，Ｓ１２は連動しており、常にいずれか一方のスイッチがオンとなる。スイッチＳ１１をオンとするのは、この節電装置を使用しないとき、又は故障時に入力端子から出力端子に直接電力を供給するときである。スイッチＳ１２はこの節電装置を動作させるときにオンとする。
【００１２】
次に図２において、整流回路１１０には出力端子の両端の電圧が供給されるトランス１１及びその出力側のダイオードブリッジ１１２が設けられる。トランス１１１は入力電圧を適宜低下させるものであり、その出力はダイオードブリッジ１１２により全波整流される。更に抵抗Ｒ２、コンデンサＣ２による平滑回路が接続されている。
【００１３】
次に比較回路１２０はトランジスタＱ１，Ｑ２の差動増幅回路と整流回路１１０の出力から基準電圧を得る抵抗Ｒ３、ツェナダイオードＺ１が設けられる。基準電圧はトランジスタＱ１のベース端に供給される。トランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタは共通接続されて抵抗Ｒ４を介して接地されており、コレクタは夫々抵抗Ｒ５，Ｒ６を介して電源端に接続される。そして他方のトランジスタＱ２のベースが設定部１３０に接続される。設定部１３０は抵抗Ｒ７，Ｒ８と可変抵抗が直列に接続されている。可変抵抗は３つの可変抵抗器ＶＲ１，ＶＲ２，ＶＲ３をスイッチＳ２によって切換えるものであり、夫々１００Ｖ相当、９７．５Ｖ相当、９５Ｖ相当の設定とする。これらの設定は単に１００Ｖ相当のみと固定していてもよく、更に細かく設定してもよい。抵抗Ｒ７，Ｒ８とＶＲ１〜ＶＲ３に代えて、抵抗分圧回路の分圧比を適宜切換えるものであれば足りる。
【００１４】
さてこの差動増幅器の出力は図３に示す可変抵抗回路１４０からのダーリントン接続されたトランジスタＱ３，Ｑ４に接続される。又トランジスタＱ３のベースには比較回路１２０の抵抗Ｒ６とトランジスタＱ２のコレクタの接続端との間に抵抗Ｒ１４が接続されている。このトランジスタＱ３，Ｑ４とその周辺の抵抗Ｒ９〜Ｒ１１はトリガパルス発生回路１５０の負荷抵抗となるもので、可変抵抗回路１４０を構成している。ここで抵抗Ｒ９は抵抗Ｒ１４とコンデンサＣ３から成る時定数回路のコンデンサＣ３に最初の充電電流を与え、最初の動作を開始するために用いられる始動用抵抗である。トリガパルス発生回路１５０はトライアック１０１の両端の電源が供給され、これを整流するブリッジ回路１５１及びその出力を制限する抵抗Ｒ１２、ツェナダイオードＺ２が設けられる。このツェナダイオードＺ２の両端の電圧がユニジャンクショントランジスタＱ５とパルストランス１５２の一次側の直列接続体に加わる。ユニジャンクショントランジスタＱ５は可変抵抗回路１４０の抵抗とコンデンサＣ４との時定数によってトリガパルスを発生するものであり、パルス発振出力がパルストランス１５２とダイオードＤ１、抵抗Ｒ１３を介してトライアック１０１のゲート端子に与えられる。
【００１５】
この実施の形態の動作について波形図を用いて説明する。まず設定部１３０は例えば電圧１００Ｖ相当に設定しているものとする。さて図４（ａ）は入力端子Ｓ１Ｒ１に加わる商用交流電源の電圧波形を示している。この場合には入力電圧が１００Ｖよりわずかに大きく、例えば１０５Ｖの実効値を有するものとする。従ってピーク値は±１４８．５Ｖとなる。この場合にはトライアック１０１によって位相制御がなされ、負荷には図４（ｂ）に示すような電圧が印加される。図４（ｃ）はトライアックの両端の電圧を示している。この負荷の両端の電圧は整流回路１１０によって変圧、整流及び平滑され、入力電力に対応した直流の検出電圧が得られる。設定部１３０ではこの電圧を分圧し、設定電圧を得る。そして比較回路１２０で比較することによって基準電圧との差に相当する出力が抵抗値となる。この抵抗値を時定数としてあるレベルにまでユニジャンクショントランジスタＱ５のゲート電圧が上昇したときにトリガパルス発生回路１５０によって図４（ｄ）に示すようなトリガパルスを発生する。このトリガパルスによってパルストランス１５２を介してトライアック１０１にゲート信号が加わり、トライアック１０１が導通する。このような動作が交流の半サイクル毎に繰り返され、位相制御が行われる。従ってトライアック１０１の両端には、図４（ｃ）に示すように商用交流電源の０Ｖからトリガパルスが加わる時点までの電圧が得られることとなる。
【００１６】
さて入力電圧が１００Ｖ以下となれば、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように商用交流電源はそのまま負荷に加わり、トライアック１０１による位相制御がなくなる。入力電圧が１００Ｖを超える、電圧の上昇に伴い徐々に流通角が小さくなり、位相制御が行われる。１００Ｖ以下では、入力電圧はそのまま負荷に加わる。
【００１７】
図６は入力電圧に対する消費電力の関係を示すグラフである。この場合には標準的な負荷としてシリカ電球を用い、電球から所定の位置での照度を測定したものである。さてこの図において、曲線Ｎは節電装置を使わない通常時の状態を示している。又曲線Ａは本実施の形態による節電装置を用い、設定部１３０で１００Ｖ相当とした場合、曲線Ｂは９７．５Ｖ相当、曲線Ｃは９５Ｖ相当とした場合を示す。この図より明らかなように、本実施の形態による節電装置を用いることによって、入力電圧が上昇しても負荷に供給される電力はクリップされており、例えば設定部で１００Ｖ相当と設定すると、入力電圧が１００Ｖを超えても入力電圧にかかわらず負荷レベルはほぼ一定であることが示される。又設定部１３０で９７．５Ｖ相当、９５Ｖ相当に設定した場合にも、同様にして１００Ｖの場合よりも夫々低いレベルで負荷に供給される電力がクリップされ負荷レベルがほぼ一定となる。
【００１８】
これによって入力電圧が規定値を超えたときの負荷に加わる電力を制限し、これによって消費電力を節約することができる。又負荷となっているシリカ電球は１００Ｖ以上の電圧で使用すると、寿命が短くなる。従って電力を制限することによって電球等を長寿命化することが可能となる。
【００１９】
尚この実施の形態では、設定部１３０によって複数段階で電圧を設定するようにしているが、例えば１００Ｖ相当のみとするように設定してもよい。又本実施の形態では、可変抵抗回路１４０にダーリントン接続したトランジスタを用いているが、１つのトランジスタであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本明の実施の形態による節電装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態による節電装置の回路図（その１）である。
【図３】本実施の形態による節電装置の回路図（その２）である。
【図４】本実施の形態の動作を示す波形図（その１）である。
【図５】本実施の形態の動作を示す波形図（その２）である。
【図６】本実施の形態の入力電圧の実効値に対する負荷での電力消費を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２１】
１００  サイリスタ制御部
１１０  整流回路
１２０  比較回路
１３０  設定部
１４０  可変抵抗回路
１５０  トリガパルス発生回路
１０１  トライアック
１１１  トランス
１１２，１５１  ダイオードブリッジ
１５２  パルストランス
【図１】
0004603944.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004603944.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004603944.tif 000006
【図６】
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