電気調整装置およびその電源制御システムと方法

【課題】電気調整装置およびその電源制御システムと方法を提供する。
【解決手段】検出装置２０１と電力調整装置２０２と、抵抗型負荷装置２０３とを備えた電源制御システムにおいて、検出装置２０１は抵抗型負荷装置２０２より送信されたフィードバック信号を受信できる。検出装置２０１より電圧または電流の信号のいずれかの制御信号を出力される。電力調整装置２０２によって制御信号を受信した後、比例方式により駆動電圧を出力する。比例方式は、連続出力時間間隔に、フルパワーの駆動電圧を出力し、連続出力しない時間間隔にフルパワーの駆動電圧の出力を中止させる。抵抗型負荷装置２０３によって駆動電圧を受信した後、フィードバック信号を検出装置２０１に出力する。比例方式により連続出力時間間隔にフルパワーの駆動電圧を出力させ、連続出力しない時間間隔にフルパワーの駆動電圧の出力を中止させる操作は、電力高調波の形成を有効に低減できる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一種の電気調整装置および電源制御システムと方法に関し、特に一種の高調波低減機能の低い高調波電源品質制御の装置および方法に関する。比例方式により連続出力時間間隔にフルパワーの駆動電圧を出力でき、連続出力のない時間間隔にフルパワーの駆動電圧の出力を中止する。
【背景技術】
【０００２】
電源品質制御システムの大部分は、主に非対称方式により必要なパワーを出力しており、良く使用する方式は、分散型ゼロクロスオーバー制御（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｚｅｒｏｃｒｏｓｓｏｖｅｒｃｏｎｔｒｏｌ）と直線型位相角制御（ｌｉｎｅａｒｉｔｙｐｈａｓｅａｎｇｌｅｃｏｎｔｒｏｌ）である。この２種の制御方式は全波単位または半波単位による駆動電圧の出力に関する。図１ないし３を参照する。分散型ゼロクロスオーバー制御を例として、最大駆動電圧の割り込み周波数の状態が駆動電圧の出力パワーの５０パーセントのとき（図２を参照）、割り込み周波数は出力交流電気周波数の２分の１である。引き続き図４ないし６を参照する。直線型相位角制御を例として、非フルパワー操作出力のとき、出力駆動電圧は正負半周期のタンジェント位相角の電圧を電圧出力の変化とする。公知の方法のすべては、高調波の過剰発生現象がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、現状の電力調整装置より出力される駆動電圧は、正負半周期のタンジェント位相角の方式による出力または駆動電圧に追随して割り込み出力を絶えずに行う、この種の電気回路に大量な高調波干渉を形成し設備を破損する。よって、電子装置の使用寿命または装置の利用効率面から、至急に解決を要する課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は前述公知技術の課題を解決するためになされたものであって、高調波に関する問題の解決を図る、電力調整装置およびその電源制御システムと方法を提供することを主な目的とする。
【０００５】
本発明の目的に基づいて、抵抗型負荷装置と、検出装置と、電力調整装置とを備えた、一種の電源制御システムを提供する。抵抗型負荷装置は駆動電圧を受信し、対応の操作を行い、操作後は抵抗型負荷装置によって検出された特性に従い、フィードバック信号を生成する。検出可能な特性は、温度、湿度または圧力である。フィードバック信号は抵抗型負荷装置より検出装置に送信され、検出装置よりフィードバック信号をそれぞれ制御信号に変換される。制御信号は検出装置から電力調整装置に送信された後、第１次間間隔で受信された各制御信号の平均値が計算される。前述の平均値に基づいて、第２時間間隔に対応の駆動電圧を出力させる。第２時間間隔に連続出力時間間隔と連続出力しない時間間隔とを含み、制御信号の平均値によって、連続出力時間間隔と連続出力しない時間間隔に占める比率をそれぞれ分配される。連続出力時間間隔にフルパワーの駆動電圧を連続出力し、連続出力しない時間間隔にフルパワーの駆動電圧の出力を中止させる。これにより、電力システム全体で発生する高調波は最小となる。
【０００６】
そのうち、電力調整装置はトリガー部と、マイクロプロセッサーと、電源部と、入力信号部とを含む。トリガー部はマイクロプロセッサーから出力されたトリガ信号を受信し、トリガ信号に基づいて、電圧信号を駆動電圧として出力する。電源部は、電力調整装置に必要な電源を提供する。入力信号部はそれぞれの制御信号を受信し、それぞれ高低電位の百分比の制御信号に変換した上、マイクロプロセッサーに伝送される。マイクロプロセッサーによって、固定時間の高低信号の百分比の制御信号の平均値が算出され、この平均値に基づいてトリガ信号を生成する。このトリガ信号に、連続出力時間間隔と連続出力しない時間間隔の比例が配分されている。固定時間の連続出力時間間隔にフルパワーのトリガ信号を連続に出力し、連続出力しない時間間隔にフルパワーのトリガ信号の出力を中止する。
【０００７】
本発明の目的に基づいて、さらに一種の制御方法を提供する。まず、抵抗型負荷装置の特性を利用し、フィードバック信号を生成し、検出装置に送信する。検出装置側は少なくとも一つのフィードバック信号を受信した後、フィードバック信号をそれぞれ制御信号に変換した上、電力調整装置に出力される。電力調整装置は第１時間間隔に各制御信号を受信した後、各制御信号の平均値を算出する。電力調整装置は第２時間間隔に、各制御信号の平均値に基づいた駆動電圧が出力される。第２時間間隔は連続出力時間間隔と連続出力しない時間間隔を含み、各制御信号の平均値に基づいて、連続出力時間間隔と連続出力しない時間間隔の比例を配分し、連続出力時間間隔にフルパワーの駆動電圧を出力し、連続出力しない時間間隔にフルパワーの駆動電圧の出力を中止する。
【０００８】
そのうち、電力調整装置はトリガー部と、マイクロプロセッサーと、電源部と、入力信号部とを含む。トリガー部はマイクロプロセッサーから出力されたトリガ信号を受信し、トリガ信号に基づいて、電圧信号を駆動電圧として出力する。電源部は、電力調整装置に必要な電源を提供する。入力信号部はそれぞれの制御信号を受信し、それぞれ高低電位の百分比の制御信号に変換した上、マイクロプロセッサーに伝送される。マイクロプロセッサーによって、固定時間の高低信号の百分比の制御信号の平均値が算出され、この平均値に基づいてトリガ信号を生成する。このトリガ信号に、連続出力時間間隔と連続出力しない時間間隔の比例が配分されている。固定時間の連続出力時間間隔にフルパワーのトリガ信号を連続に出力し、連続出力しない時間間隔にフルパワーのトリガ信号の出力を中止する。
【０００９】
本発明の目的に基づいて、さらに一種の電源部と、入力信号部と、マイクロプロセッサーと、トリガー部とを備えた電力調整装置を提供する。電源部は、電力調整装置に必要な電源を提供する。入力信号部は少なくとも一つの制御信号を受信し、それぞれ高低電位の百分比の制御信号に変換する。マイクロプロセッサーは電源部と、入力信号部に接続され、各高低電位の百分比の制御信号を受信し、第１時間間隔に各高低電位の百分比の制御信号の平均値を算出し、第２時間間隔に各高低電位の百分比の制御信号に基づいてトリガ信号を生成する。トリガ信号は各高低電位の百分比の制御信号の平均値に基づいて、第２時間間隔に連続出力時間間隔と連続出力しない時間間隔の比例をそれぞれ配分し、連続出力時間間隔にフルパワーのトリガ信号を出力し、連続出力しない時間間隔にフルパワーのトリガ信号の出力を中止する。トリガー部はマイクロプロセッサーに接続され、トリガ信号を受信し、トリガ信号に基づいて電圧信号を出力し駆動電圧とする。
【発明の効果】
【００１０】
前述の通り、本発明による電気調整装置およびその電源制御システムと方法は以下の長所を有する。
【００１１】
本発明による電気調整装置およびその電源制御システムと方法は比例方式により、連続出力時間間隔にフルパワーの駆動電圧を出力し、連続出力しない時間間隔にフルパワーの駆動電圧の出力を中止させ、高調波の発生を低減する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】公知技術の分散型ゼロクロスオーバー制御の駆動電圧の波形を示し、駆動電圧１０％のときを示す。
【図２】公知技術の分散型ゼロクロスオーバー制御の駆動電圧の波形を示し、駆動電圧５０％のときを示す。
【図３】公知技術の分散型ゼロクロスオーバー制御の駆動電圧の波形を示し、駆動電圧９０％のときを示す。
【図４】公知技術の直線型相位角制御の駆動電圧の波形を示し、駆動電圧１０％のときを示す。
【図５】公知技術の直線型相位角制御の駆動電圧の波形を示し、駆動電圧５０％のときを示す。
【図６】公知技術の直線型相位角制御の駆動電圧の波形を示し、駆動電圧９０％のときを示す。
【図７】本発明による電源制御システムのブロック図である。
【図８Ａ】本考案による電源制御システムの三相電力調整装置のブロック図である。
【図８Ｂ】本考案による電源制御システムの単相電力調整装置のブロック図である。
【図９】本考案による駆動電圧が１０％、第２時間間隔が１００周期の態様図である。
【図１０】本考案による駆動電圧が５０％、第２時間間隔が１００周期の態様図である。
【図１１】本考案による駆動電圧が９０％、第２時間間隔が１００周期の態様図である。
【図１２】本発明による電源制御方法の実施ステップフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図７、本発明による電源制御システムのブロック図を参照する。この図において、電源制御システムは検出装置２０１と、電力調整装置２０２と抵抗型負荷装置２０３とを含む。検出装置２０１は抵抗型負荷装置２０３のフィードバック信号を受信し、制御信号を電力調整装置２０２に出力する。電力調整装置２０２は制御信号に基づいて、様々なパワーを抵抗型負荷装置２０３に出力する。引き続き、抵抗型負荷装置２０３よりフィードバックデータを検出装置２０１に伝送する。
【００１４】
図８Ａ、本発明による電源制御システムの三相電力調整装置のブロック図を参照する。この図において、電力調整装置は電源部３０１と、入力信号部３０２と零位相検出装置３０３と、温度超過検出装置３０４と、マイクロプロセッサー３０５と、トリガー部３０６とを含む。トリガー部３０６に複数組の整流器を備え、各組の整流器に２つの逆方向に接続（ｂａｃｋｗａｒｄｐａｒａｌｌｅｌ）されたシリコン制御整流器を含まれている。マイクロプロセッサー３０５は電源部３０１と、入力信号部３０２と、零位相検出装置３０３と、温度超過検出装置３０４と、トリガー部３０６にそれぞれ接続する。電源部３０１は、電力調整装置に必要な電源を提供する。入力信号部３０２は電圧または電流の制御信号を受信でき、電圧信号はたとえば、０Ｖ〜５Ｖ、１Ｖ〜５Ｖ、０Ｖ〜１０Ｖ、２Ｖ〜１０Ｖ、電流信号は０ｍＡ〜２０ｍＡまたは４ｍＡ〜２０ｍＡなどである。制御信号が電流の場合、入力信号部３０２は電流信号を電圧信号に置き換えて出力される。入力信号部３０２によって、制御信号を置き換えた上、高低電位の百分比の制御信号をマイクロプロセッサー３０５に出力され、この高低電位の百分比の制御信号に電流から電圧信号に置き換えられた制御信号と、従来が電圧信号の制御信号を含まれている。
【００１５】
温度超過検出装置３０４は、電力調整装置の内部温度が設定値を超過しているかを検出し、設定値を超過しているときに、温度超過制御信号をマイクロプロセッサー３０５に送信し、マイクロプロセッサー３０５よりファンを起動させ、このファンは電源制御システムの一端に設けられている。トリガー部３０６は、マイクロプロセッサー３０５によって送信されたトリガ信号を受信し、トリガ信号に基づいて、複数組の整流器をトリガした上、多相の電圧信号を導通し、多相の電圧信号を駆動電圧として出力される。複数組の整流器のうち、各組の整流器に２つの逆方向に並列接続されたシリコン制御整流器を含まれている。零位相検出装置３０３は、多相の電圧信号の零点位置を検出し、マイクロプロセッサー３０５に出力される。マイクロプロセッサー３０５は高低電位の百分比の制御信号を受信したとき、時間間隔で受信されたすべての高低電位の百分比の制御信号の平均値に基づいて、トリガ信号を送信される。
【００１６】
図８Ｂ、本発明による電源制御システムの単相電力調整装置のブロック図を参照する。この図において、単相電力調整装置と三向電力調整装置はほぼ同じである。両者の異なる点は、トリガー部３０６に一組の整流器を有し、トリガー部３０６がマイクロプロセッサー３０５より送信されたトリガ信号を受信し、トリガー部に基づいて一組の整流器をトリガし単相の電圧信号を導通した上、単相の電圧信号を駆動電圧として出力される。この一組の整流器に、２つの逆方向に接続されたシリコン制御整流器を含まれている。零位相検出装置３０３は、単相の電圧信号の零点位置を検出し、マイクロプロセッサー３０５に出力される。マイクロプロセッサー３０５は高低電位の百分比の制御信号を受信したとき、時間間隔で受信されたすべての高低電位の百分比の制御信号の平均値に基づいて、トリガ信号を送信される。
【００１７】
図９ないし１１、本発明による駆動電圧出力図を参照する。様々な駆動電圧における波形が示されている。図において、フルパワーの駆動電圧出力は黒色の波形で示され、フルパワーの駆動電圧の出力を中止したときは中空の波形で示されている。図９を例として、各時間間隔に１００の周期が存在されているとき、出力パワーが１０％のときは、１０の周期にフルパワーの駆動電圧を視認でき、残り９０の周期はフルパワーの駆動電圧の出力が中止されていることを視認できる。図１０の例において、出力パワーが５０％のとき、まず５０の周期のフルパワーの駆動電圧が現れる。残り５０の周期はフルパワーの駆動電圧の出力が中止されている。図１１の例において、出力パワーが９０％のとき、まず９０の周期のフルパワーの駆動電圧が現れる。残り１０の周期はフルパワーの駆動電圧の出力が中止されている。これにより、それぞれの単位時間に、一つのみのフルパワーの駆動電圧からフルパワーの駆動電圧の出力を中止する変化を観測できる。本発明によるコントローラーは、連続出力時間間隔と連続出力しない時間間隔の設定に対して、複数組の単位時間が選択に提供されている。
【００１８】
図１２、本発明による電源制御方法の実施ステップフロー図を参照する。電源制御方法は、以下のステップを含む。
【００１９】
ステップＳ１０、検出装置によって少なくとも一つのフィードバック信号を受信し、各フィードバック信号を制御信号に変換する。
【００２０】
ステップＳ２０、電力調整装置によって、第１時間間隔に各制御信号を受信した後、各制御信号の平均値を算出する。
【００２１】
ステップＳ３０、電力調整装置によって、第２時間間隔に平均値に基づいた駆動電圧を出力させ、平均値により連続出力時間間隔と連続出力しない時間間隔の比例を配分し、連続出力時間間隔にフルパワーの駆動電圧を出力させ、連続出力しない時間間隔にフルパワーの駆動電圧を中止させる。
【００２２】
ステップＳ４０、抵抗型負荷装置によって駆動信号を受信し、相応の操作を行い、抵抗型負荷装置の特性に従い、フィードバック信号を生成する。
【００２３】
表１、比例方式により連続出力時間間隔にフルパワーの駆動電圧が出力され、連続出力しない時間間隔にフルパワーの駆動電圧を中止されたときの高調波の二乗平均値（ＲｏｏｔＭｅａｎＳｑｕａｒｅ，ＲＭＳ）と基本波の比例を参照する。百分の３０の駆動電圧で稼働したとき、二乗平均に占める全高調波歪みは２．９１％であり、基本波の百分比の全高調波歪みは２．９２％である。百分の５０の駆動電圧で稼働したとき、二乗平均に占める全高調波歪みは３．２４％であり、基本波の百分比の全高調波歪みは３．２４％である。表２、分散型ゼロクロスオーバー制御（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｃｒｏｓｓｏｖｅｒ）における高調波が二乗平均と基本波に占める比例を示す。百分の３０の駆動電圧で稼働したとき、二乗平均に占める全高調波歪みは１８．８１％であり、基本波の百分比の全高調波歪みは１８．３６％である。百分の５０の駆動電圧で稼働したとき、二乗平均に占める全高調波歪みは１８．７４％であり、基本波の百分比の全高調波歪みは１８．３７％である。前記２つの表のデータから、比例方式により連続出力時間間隔にフルパワーの駆動電圧を出力させ、一方、連続出力しない時間間隔にフルパワーの駆動電圧の出力を中止させた場合の高調波が大幅に低減されていることは、実験と理論が一致していることを裏付けている。
【００２４】
【表１】

【００２５】
表１電力調整装置が比例方式により連続出力時間間隔にフルパワーの駆動電圧を出力させ、連続出力しない時間間隔にフルパワーの駆動電圧の出力を中止させたときの高調波の形成状況
【００２６】
【表２】

【００２７】
表２電力調整装置が分散型ゼロクロスオーバー制御のときの高調波の形成状況
【００２８】
以上に説明したものは、本発明の好ましい実施例であり、本発明実施の範疇に制限を加えるものではない。本発明の精神と範疇を逸脱しない限り、同等の効果を有する要素の置き換え、若しくは本発明の特許請求の範囲による変更又は修整とも本発明の特許範疇に含まれる。
【符号の説明】
【００２９】
２０１検出装置
２０２電力調整装置
２０３抵抗型負荷
３０１電源部
３０２入力信号部
３０３零位相検出部
３０４温度超過検出部
３０５マイクロプロセッサー
３０６トリガー部
Ｓ１０〜Ｓ４０ステップ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出装置と、電力調整装置と、抵抗型負荷とを備えた電源制御システムであって、
前記検出装置は、少なくとも一つのフィードバック信号を受信し、各フィードバック信号をそれぞれ制御信号に置き換え、
前記電力調整装置は、前記検出装置に接続され、各制御信号を受信し、第１時間間隔に各制御信号の平均値を受信すると共に、第２時間間隔に前記平均値に基づいた駆動電圧を出力し、前記第２時間間隔は連続出力時間間隔と連続出力しない時間間隔とを含み、各制御信号の平均値に基づいて、連続出力時間間隔と連続出力しない時間間隔との比例を配分した上、連続出力時間間隔にフルパワーの駆動電圧を出力させ、連続出力しない時間間隔にフルパワーの駆動電圧の出力を中止させ、
前記抵抗型負荷装置は、前記検出装置と前記電力調整装置に接続され、前記電力調整装置より出力された駆動電圧を出力して対応の操作を行い、前記抵抗型負荷装置が検出された特性に従い、フィードバック信号を生成する。
【請求項２】
前記制御信号の電圧値はたとえば、０〜５ボルト、０〜１０ボルト、１〜５ボルトまたは２〜１０ボルトの間であり、前記制御信号の電流値は０〜２０ミリアンペア、または４〜２０ミリアンペアの間であることを特徴とする請求項１記載の電源制御システム。
【請求項３】
電源部と、入力信号部と、マイクロプロセッサーと、トリガー部とを備えた電力調整装置であって、
前記電源部は、前記電力調整装置に必要な電源が提供され、
前記入力信号部は少なくとも一つの制御信号を受信し、それぞれ高低電位の百分比の制御信号に変換され、
前記マイクロプロセッサーは前記電源部と、前記入力信号部に接続され、各高低電位の百分比の制御信号の平均値を算出し、各高低電位の百分比の制御信号を受信し、各高低電位の百分比の制御信号に基づいてトリガ信号を生成し、前記トリガ信号は各高低電位の百分比の制御信号の百分比の制御信号の平均値に基づいて、連続出力時間間隔と連続出力しない時間間隔の比例を配分し、連続出力時間間隔にフルパワーのトリガ信号を出力し、連続出力しない時間間隔にフルパワーのトリガ信号の出力を中止させ、
前記トリガー部は前記マイクロプロセッサーに接続され、前記トリガ信号を受信し、前記トリガ信号に基づいて電圧信号を出力し駆動電圧とすることを特徴とする請求項１記載の電源制御システム。
【請求項４】
前記トリガー部はさらに一組の整流器を含み、前記整流器は前記電圧信号の数に対応され、一組の前記整流器は逆方向に並列接続された２つのシリコン制御整流器を含み、前記トリガ信号のトリガによって導通され、前記駆動電圧を出力することを特徴とする請求項３記載の電源制御システム。
【請求項５】
前記検出装置は、少なくとも一つのフィードバック信号を受信し、各フィードバック信号をそれぞれ制御信号に置き換え、
前記電力調整装置によって、第１時間間隔に各制御信号を受信した後、各制御信号の平均値を算出し、
前記電力調整装置より、第２時間間隔に平均値に基づいた前記駆動電圧を出力させ、前記第２時間間隔に連続出力時間間隔と連続出力しない時間間隔とを含み、前記平均値に基づいて、連続出力時間間隔と連続出力しない時間間隔の比例を配分した上、連続出力時間間隔にフルパワーの駆動電圧を出力させ、連続出力しない時間間隔にフルパワーの駆動電圧を中止させ、
前記抵抗型負荷装置によって、前記駆動電圧を受信し対応の操作を行い、前記抵抗型負荷装置の特性に従い、前記フィードバック信号を生成するステップを備えた電源制御方法。
【請求項６】
電源部と、入力信号部と、マイクロプロセッサーと、トリガー部とを備えた電力調整装置であって、
前記電源部は、前記電力調整装置に必要な電源が提供され、
前記入力信号部は少なくとも一つの制御信号を受信し、それぞれ高低電位の百分比の制御信号に変換され、
前記マイクロプロセッサーは前記電源部と、前記入力信号部に接続され、各高低電位の百分比の制御信号の平均値を算出し、各高低電位の百分比の制御信号を受信し、各高低電位の百分比の制御信号に基づいてトリガ信号を生成し、前記トリガ信号は各高低電位の百分比の制御信号の百分比の制御信号の平均値に基づいて、連続出力時間間隔と連続出力しない時間間隔の比例を配分し、連続出力時間間隔にフルパワーのトリガ信号を出力し、連続出力しない時間間隔にフルパワーのトリガ信号の出力を中止させ、
前記トリガー部は前記マイクロプロセッサーに接続され、前記トリガ信号を受信し、前記トリガ信号に基づいて電圧信号を出力し駆動電圧とすることを特徴とする請求項５記載の電源制御システム。
【請求項７】
前記トリガー部はさらに一組の整流器を含み、前記整流器は前記電圧信号の数に対応され、一組の前記整流器は逆方向に並列接続された２つのシリコン制御整流器を含み、前記トリガ信号のトリガによって導通され、前記駆動電圧を出力することを特徴とする請求項６記載の電源制御システム。
【請求項８】
電源部と、入力信号部と、マイクロプロセッサーと、トリガー部とを備えた電力調整装置であって、
前記電源部は、前記電力調整装置に必要な電源が提供され、
前記入力信号部は少なくとも一つの前記制御信号を受信し、それぞれ高低電位の百分比の制御信号に置き換えられ、
前記マイクロプロセッサーは前記電源部と、前記入力信号部に接続され、各高低電位の百分比の制御信号を受信し、第１時間間隔に各高低電位の百分比の制御信号の平均値を算出すると共に、第２時間間隔に各高低電位の百分比の制御信号に基づいてトリガ信号を生成し、前記トリガ信号は各高低電位の百分比の制御信号の平均値に基づいて、第２時間間隔に連続出力時間間隔と連続出力しない時間間隔の比例をそれぞれ配分し、連続出力時間間隔にフルパワーのトリガ信号を出力し、連続出力しない時間間隔にフルパワーのトリガ信号の出力を中止させ、
前記トリガー部は前記マイクロプロセッサーに接続され、前記トリガ信号を受信し、前記トリガ信号に基づいて電圧信号を出力し駆動電圧とする。
【請求項９】
前記トリガー部はさらに一組の整流器を含み、前記整流器は前記電圧信号の数に対応され、一組の前記整流器は逆方向に並列接続された２つのシリコン制御整流器を含み、前記トリガ信号のトリガによって導通され、前記駆動電圧を出力することを特徴とする請求項７記載の電力調整装置。

【図１】