特許 6504268 交流電力調整器及び交流電力制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6504268

(24)【登録日】2019年4月5日

(45)【発行日】2019年4月24日

(54)【発明の名称】交流電力調整器及び交流電力制御方法

(51)【国際特許分類】

   G05F 1/455 20060101AFI20190415BHJP

   H02M 1/08 20060101ALI20190415BHJP

【ＦＩ】

   G05F1/455 A

   H02M1/08 321A

【請求項の数】11

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2017-557623(P2017-557623)

(86)(22)【出願日】2015年12月25日

(86)【国際出願番号】JP2015086252

(87)【国際公開番号】WO2017109942

(87)【国際公開日】20170629

【審査請求日】2018年3月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000250317

【氏名又は名称】理化工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088605

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 公延

(74)【代理人】

【識別番号】100101890

【弁理士】

【氏名又は名称】押野 宏

(74)【代理人】

【識別番号】100098268

【弁理士】

【氏名又は名称】永田 豊

(74)【代理人】

【識別番号】100130384

【弁理士】

【氏名又は名称】大島 孝文

(74)【代理人】

【識別番号】100166420

【弁理士】

【氏名又は名称】福川 晋矢

(74)【代理人】

【識別番号】100150865

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 司

(72)【発明者】

【氏名】後藤 茂文

(72)【発明者】

【氏名】柘植 正則

(72)【発明者】

【氏名】吉川 裕久

【審査官】 小林 秀和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１７８０３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１５５２３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０１８４８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｆ １／４５５

Ｇ０５Ｆ ５／０２

Ｈ０２Ｍ １／０８

Ｈ０２Ｐ ２５／１０

Ｈ０２Ｐ ２７／０２

Ｈ０５Ｂ ３７／０２

Ｈ０２Ｂ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

負荷に対する電力供給の制御を位相制御によって行う交流電力調整器であって、
前記負荷に供給された出力電圧又は出力電流若しくは出力電力の値を測定する測定部と、
前記測定部によって測定された前の制御サイクルの出力電圧又は出力電流若しくは出力電力の値と、前の制御サイクルの目標負荷率と、に基づいて、交流電圧を半サイクルの間全てオン状態にする点弧角における前の制御サイクルの推定出力電圧又は推定出力電流若しくは推定出力電力を算出する出力推定部と、
与えられた目標値と、負荷電源の定格電圧又は定格電流若しくは定格電力と、前記出力推定部によって算出された前の制御サイクルの出力電圧又は出力電流若しくは出力電力と、に基づいて、今回の制御サイクルの目標負荷率を算出する目標負荷率算出部と、
を備えることを特徴とする交流電力調整器。

【請求項2】

前記目標負荷率算出部が、
与えられた目標値と、負荷電源の定格電圧又は定格電流若しくは定格電力と、に基づいて、目標電圧又は目標電流若しくは目標電力を算出する目標電圧算出部と、
前記出力推定部によって算出された前の制御サイクルの推定出力電圧又は推定出力電流若しくは推定出力電力と、今回の制御サイクルの目標電圧又は目標電流若しくは目標電力と、の比から、今回の制御サイクルの目標負荷率を算出する目標負荷率補正値算出部と、
によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の交流電力調整器。

【請求項3】

前記測定部によって測定された出力電圧又は出力電流若しくは出力電力と、目標電圧又は目標電流若しくは目標電力と、の差分を、各制御サイクル毎に積算し、これを補正値として目標電圧又は目標電流若しくは目標電力に加算する積分演算部を備えることを特徴とする請求項２に記載の交流電力調整器。

【請求項4】

前記積分演算部によって算出された補正値に対して所定のリミットを設けるリミッタ―部を備えることを特徴とする請求項３に記載の交流電力調整器。

【請求項5】

前記目標負荷率を点弧角に変換する変換部と、
点弧角に制限を加える点弧角制限処理部と、
前記点弧角制限処理部によって制限が加えられた点弧角を、負荷率に再変換する再変換部と、
を備え、
前記出力推定部において、前記測定部によって測定された前の制御サイクルの出力電圧又は出力電流若しくは出力電力の値と、前記点弧角制限処理部によって再変換された前の制御サイクルの負荷率と、に基づいて、出力が最大となる点弧角における前の制御サイクルの推定出力電圧又は推定出力電流若しくは推定出力電力を算出することを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１つに記載の交流電力調整器。

【請求項6】

サイリスタと、
前記目標負荷率を点弧角に変換する変換部と、
前記点弧角に基づいて前記サイリスタを制御するサイリスタ点弧処理部と、
を備えることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１つに記載の交流電力調整器。

【請求項7】

負荷に対する電力供給の制御を位相制御によって行う交流電力制御方法であって、
各制御サイクルにおいて、
前の制御サイクルにおける目標負荷率を取得する処理と、
前の制御サイクルにおける出力電圧又は出力電流若しくは出力電力の値を取得する処理と、
前の制御サイクルの出力電圧又は出力電流若しくは出力電力の値と、前の制御サイクルの目標負荷率と、に基づいて、交流電圧を半サイクルの間全てオン状態にする点弧角における前の制御サイクルの推定出力電圧又は推定出力電流若しくは推定出力電力を算出する処理と、
与えられた目標値と、負荷電源の定格電圧又は定格電流若しくは定格電力と、前の制御サイクルの推定出力電圧又は推定出力電流若しくは推定出力電力と、に基づいて、今回の制御サイクルの目標負荷率を算出する処理と、
を実行することを特徴とする交流電力制御方法。

【請求項8】

前記目標負荷率を算出する処理が、
与えられた目標値と、負荷電源の定格電圧又は定格電流若しくは定格電力と、に基づいて、目標電圧又は目標電流若しくは目標電力を算出する処理と、
前の制御サイクルの推定出力電圧又は推定出力電流若しくは推定出力電力と、今回の制御サイクルの目標電圧又は目標電流若しくは目標電力と、の比から、今回の制御サイクルの目標負荷率を算出する処理と、
によって実行されることを特徴とする請求項７に記載の交流電力制御方法。

【請求項9】

出力電圧又は出力電流若しくは出力電力と、目標電圧又は目標電流若しくは目標電力と、の差分を、各制御サイクル毎に積算し、これを補正値として目標電圧又は目標電流若しくは目標電力に加算する処理を実行することを特徴とする請求項８に記載の交流電力制御方法。

【請求項10】

前記算出された補正値に対して所定のリミットを設ける処理を実行することを特徴とする請求項９に記載の交流電力制御方法。

【請求項11】

前記目標負荷率を点弧角に変換する処理と、
点弧角に制限を加える処理と、
前記制限が加えられた点弧角を、負荷率に再変換する処理と、
前の制御サイクルの出力電圧又は出力電流若しくは出力電力の値と、前記再変換された前の制御サイクルの負荷率と、に基づいて、出力が最大となる点弧角における前の制御サイクルの推定出力電圧又は推定出力電流若しくは推定出力電力を算出する処理と、
を実行することを特徴とする請求項７から請求項１０の何れか１つに記載の交流電力制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、負荷に対する交流電源からの電力供給の制御を位相制御によって行う交流電力調整器及び交流電力制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

商用の交流電源の電圧（実効値）が所定の値（例えば200Ｖ）であるのに対し、種々の電気機器（負荷）では動作状態に応じて必要な電力が変化するものがあるため、商用の交流電源の電圧を調整して負荷に供給する交流電力調整器が利用されている。
このような電力調整器では、その制御方法として、位相制御方式や時分割制御方式、振幅制御方式などがある。
このような制御方式に関し、位相制御方式に関する従来技術が特許文献１によって開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−１８４８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

位相制御方式に関し、図１２（ａ）に例示した一般的な電圧比例位相制御方式の場合、交流電源３の電圧変動や、負荷２の負荷変動に伴い、出力電圧（負荷に印加される電圧）が変動してしまう（目標電圧と出力電圧が一致しない）という問題がある。
これに対し、図１２（ｂ）に例示した定電圧位相制御方式の場合、ＰＩ制御によって目標値に近づける処理が行われるため、交流電源３の電圧変動や、負荷２の負荷変動があっても、目標電圧と出力電圧が一致するような制御が行われる。
しかしながら、図１２（ｂ）に例示したＰＩ制御を用いた位相制御方式の場合、図１３に示したように、応答が遅くなるという問題があった。

【0005】

本発明は、上記の点に鑑み、電源電圧の変動等があった場合においても目標電圧と出力電圧が一致するように制御することが可能であり、且つ、高い応答性を有する交流電力調整器及び交流電力制御方法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】

【0006】

（構成１）
負荷に対する電力供給の制御を位相制御によって行う交流電力調整器であって、前記負荷に供給された出力電圧又は出力電流若しくは出力電力の値を測定する測定部と、前記測定部によって測定された前の制御サイクルの出力電圧又は出力電流若しくは出力電力の値と、前の制御サイクルの目標負荷率と、に基づいて、交流電圧を半サイクルの間全てオン状態にする点弧角における前の制御サイクルの推定出力電圧又は推定出力電流若しくは推定出力電力を算出する出力推定部と、与えられた目標値と、負荷電源の定格電圧又は定格電流若しくは定格電力と、前記出力推定部によって算出された前の制御サイクルの出力電圧又は出力電流若しくは出力電力と、に基づいて、今回の制御サイクルの目標負荷率を算出する目標負荷率算出部と、を備えることを特徴とする交流電力調整器。

【0007】

（構成２）
前記目標負荷率算出部が、与えられた目標値と、負荷電源の定格電圧又は定格電流若しくは定格電力と、に基づいて、目標電圧又は目標電流若しくは目標電力を算出する目標電圧算出部と、出力電圧又は出力電流若しくは出力電力と、目標電圧又は目標電流若しくは目標電力と、の比から、目標負荷率を算出する目標負荷率補正値算出部と、によって構成され、前記目標負荷率補正値算出部において、前記出力推定部によって算出された前の制御サイクルの推定出力電圧又は推定出力電流若しくは推定出力電力と、今回の制御サイクルの目標電圧又は目標電流若しくは目標電力と、の比から、今回の制御サイクルの目標負荷率を算出することを特徴とする構成１に記載の交流電力調整器。

【0008】

（構成３）
前記測定部によって測定された出力電圧又は出力電流若しくは出力電力と、目標電圧又は目標電流若しくは目標電力との差分を各制御サイクル毎に積算し、これを補正値として目標電圧又は目標電流若しくは目標電力に加算する積分演算部を備えることを特徴とする構成２に記載の交流電力調整器。

【0009】

（構成４）
前記積分演算部によって算出された補正値に対して所定のリミットを設けるリミッタ―部を備えることを特徴とする構成３に記載の交流電力調整器。

【0010】

（構成５）
前記目標負荷率を点弧角に変換する変換部と、点弧角に制限を加える点弧角制限処理部と、前記点弧角制限処理部によって制限が加えられた点弧角を、負荷率に再変換する再変換部と、を備え、前記出力推定部において、前記測定部によって測定された前の制御サイクルの出力電圧又は出力電流若しくは出力電力の値と、前記点弧角制限処理部によって再変換された前の制御サイクルの負荷率とに基づいて、出力が最大となる点弧角における前の制御サイクルの推定出力電圧又は推定出力電流若しくは推定出力電力を算出することを特徴とする構成１から構成４の何れか１つに記載の交流電力調整器。

【0011】

（構成６）
サイリスタと、前記目標負荷率を点弧角に変換する変換部と、前記点弧角に基づいて前記サイリスタを制御するサイリスタ点弧処理部と、を備えることを特徴とする構成１から構成５の何れか１つに記載の交流電力調整器。

【0012】

（構成７）
負荷に対する電力供給の制御を位相制御によって行う交流電力制御方法であって、各制御サイクルにおいて、前の制御サイクルにおける目標負荷率を取得する処理と、前の制御サイクルにおける出力電圧又は出力電流若しくは出力電力の値を取得する処理と、前の制御サイクルの出力電圧又は出力電流若しくは出力電力の値と、前の制御サイクルの目標負荷率と、に基づいて、交流電圧を半サイクルの間全てオン状態にする点弧角における前の制御サイクルの推定出力電圧又は推定出力電流若しくは推定出力電力を算出する処理と、与えられた目標値と、負荷電源の定格電圧又は定格電流若しくは定格電力と、前の制御サイクルの推定出力電圧又は推定出力電流若しくは推定出力電力と、に基づいて、今回の制御サイクルの目標負荷率を算出する処理と、を実行することを特徴とする交流電力制御方法。

【0013】

（構成８）
前記目標負荷率を算出する処理が、与えられた目標値と、負荷電源の定格電圧又は定格電流若しくは定格電力と、に基づいて、目標電圧又は目標電流若しくは目標電力を算出する処理と、前の制御サイクルの推定出力電圧又は推定出力電流若しくは推定出力電力と、今回の制御サイクルの目標電圧又は目標電流若しくは目標電力と、の比から、今回の制御サイクルの目標負荷率を算出する処理と、によって実行されることを特徴とする構成７に記載の交流電力制御方法。

【0014】

（構成９）
出力電圧又は出力電流若しくは出力電力と、目標電圧又は目標電流若しくは目標電力との差分を各制御サイクル毎に積算し、これを補正値として目標電圧又は目標電流若しくは目標電力に加算する処理を実行することを特徴とする構成８に記載の交流電力制御方法。

【0015】

（構成１０）
前記算出された補正値に対して所定のリミットを設ける処理を実行することを特徴とする構成９に記載の交流電力制御方法。

【0016】

（構成１１）
前記目標負荷率を点弧角に変換する処理と、点弧角に制限を加える処理と、前記制限が加えられた点弧角を、負荷率に再変換する処理と、前の制御サイクルの出力電圧又は出力電流若しくは出力電力の値と、前記再変換された前の制御サイクルの負荷率とに基づいて、出力が最大となる点弧角における前の制御サイクルの推定出力電圧又は推定出力電流若しくは推定出力電力を算出する処理と、を実行することを特徴とする構成７から構成１０の何れか１つに記載の交流電力制御方法。

【発明の効果】

【0017】

本発明の交流電力調整器及び交流電力制御方法によれば、電源電圧の変動等があった場合においても目標電圧と出力電圧が一致するように制御することが可能であり、且つ、高い応答性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明に係る実施形態１の交流電力調整器の構成を示す概略ブロック図

【図2】実施形態１の交流電力調整器の本発明に関する処理動作の概略を示すフローチャート

【図3】目標負荷率と点弧角の対応関係を示すグラフ

【図4】実施形態１の交流電力調整器の応答性を示す図

【図5】本発明に係る実施形態２の交流電力調整器の構成を示す概略ブロック図

【図6】実施形態２の交流電力調整器の本発明に関する処理動作の概略を示すフローチャート

【図7】出力電圧の歪の一例を示す図

【図8】本発明に係る実施形態３の交流電力調整器の構成を示す概略ブロック図

【図9】実施形態３の交流電力調整器の本発明に関する処理動作の概略を示すフローチャート

【図10】本発明に係る交流電力調整器の他の例の構成を示す概略ブロック図

【図11】本発明に係る交流電力調整器の他の例の構成を示す概略ブロック図

【図12】従来の交流電力調整器の構成を示す概略ブロック図

【図13】従来の交流電力調整器の応答性を示す図

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施態様について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下の実施態様は、本発明を具体化する際の一形態であって、本発明をその範囲内に限定するものではない。

【0020】

＜実施形態１＞
図１は、本発明に係る実施形態１の交流電力調整器の構成の概略を示すブロック図である。本実施形態の交流電力調整器１００は、負荷に対する電力供給の制御を位相制御によって行う交流電力調整器であり、より具体的には、外部装置である温度調節器（図示せず）から入力される目標値に基づいて、負荷２であるヒータに対する交流電源３からの電力供給の制御を行うものである。
交流電力調整器１００は、交流電源（負荷電源）３の定格電圧が記憶されている定格電圧記憶部１０２と、与えられた目標値と定格電圧とに基づいて目標電圧を算出する目標電圧算出部１０１と、出力電圧と目標電圧との比から目標負荷率を算出する目標負荷率補正値算出部１０３と、目標負荷率を一時記憶する負荷率記憶部１０８と、目標負荷率を点弧角に変換する変換部１０４と、点弧角に基づいてサイリスタ１０６を制御するサイリスタ点弧処理部１０５と、点弧角及びゼロクロスのタイミングで交流電源３から負荷２への電力供給をスイッチングするサイリスタ１０６と、負荷２に対して出力された（供給された）出力電圧の値を測定する出力電圧測定部１０７と、前の制御サイクルの出力電圧の値と前の制御サイクルの目標負荷率とに基づいて、交流電圧を半サイクルの間全てオン状態にする点弧角における前の制御サイクルの推定出力電圧（以降、特にことわりが無い場合は、単に「推定出力」若しくは「推定出力電圧」という）を算出する出力電圧推定部１０９と、を備える。なお、目標電圧算出部１０１と目標負荷率補正値算出部１０３によって目標負荷率算出部１２０が構成される。
各構成は、それぞれ専用回路等でハード的に構成されるものであってもよいし、マイコン等の汎用的な回路上でソフトウェア的に実現されるものであってもよい。

【0021】

目標電圧算出部１０１は、外部装置である温度調節器（図示せず）から入力される目標値（０〜１００％）に、定格電圧記憶部１０２から取得される交流電源３の定格電圧を乗算し、これを目標電圧とする。例えば目標値が４０％で、定格電圧が２００Ｖである場合には、目標電圧は８０Ｖとなる。

【0022】

目標負荷率補正値算出部１０３は、目標電圧算出部１０１から入力される目標電圧を、後に説明する出力電圧推定部１０９から入力される「前の制御サイクルにおける推定出力電圧」で除算することにより目標負荷率を算出する。例えば、目標電圧は８０Ｖで、推定出力電圧が１８０Ｖであった場合には、４４．４％が目標負荷率となる。
当該算出された目標負荷率は、負荷率記憶部１０８に格納される。

【0023】

変換部１０４は、各目標負荷率に対応する点弧角が定められたテーブルを有しており、当該テーブルを参照することにより、目標負荷率補正値算出部１０３から入力された目標負荷率を、点弧角に変換する処理を行う。
図３には、目標負荷率と点弧角の対応関係のグラフを示した。当該グラフの対応関係に応じたテーブルが変換部１０４に備えられるものである。なお、テーブルを保有するのではなく、図３のグラフの式に基づいて目標負荷率から点弧角を随時算出するものであってもよい。
なお、図３は、本実施形態のような電圧制御の場合に使用する、電圧の実効値に基づく目標負荷率と点呼角の対応関係を示すグラフであるが、後に例示する電流制御の場合には、電流の実効値に基づく目標負荷率と点呼角の対応関係、電力制御の場合には、電力の平均値に基づく目標負荷率と点呼角の対応関係をそれぞれ使用する。

【0024】

サイリスタ点弧処理部１０５は、サイリスタ１０６を駆動するものであり、変換部１０４から入力された点弧角のタイミングにてサイリスタ１０６をＯＮにする。サイリスタ１０６はゼロクロスのタイミングでＯＦＦになり、これにより、交流電源３から負荷２へ供給される電力が制御される。

【0025】

出力電圧測定部１０７は、負荷２に対する出力電圧の値を測定するものであるが、各制御サイクルにおいて出力される出力電圧値を、その制御サイクル中にリアルタイムに取得することは基本的にはできないので、出力電圧測定部１０７から得られる出力電圧値は前の制御サイクルにおける出力電圧値である。
“出力電圧値を、その制御サイクル中にリアルタイムに取得することは基本的にはできない”とは、サンプリング周期に基づいて得られる瞬時値である電圧測定値（ＡＤ変換瞬時値）を、一つの制御サイクル中にわたって取得し、これに基づいて出力電圧値を算出する必要があり、これをリアルタイムの制御サイクル中に行うことが難しいためである。しかしながら、非常に演算能力の高いマイクロコンピュータで、任意の点より前の半サイクルのＡＤ変換瞬時値の２乗値の積算値を算出し、その平方根値を瞬時に算出して実効値を算出して、且つ、本発明の処理も瞬時に出来る処理能力があれば、ＡＤ変換サイクル毎に実効値を算出する事も可能ではある。ただし、この場合においても、かなりの部分において前の制御サイクル中のＡＤ変換瞬時値を利用するものであり、“前の制御サイクルにおける出力電圧値”といってよい。今回の制御サイクル中のＡＤ変換瞬時値を多く利用しようとする場合、必然的に今回の制御サイクルがかなり進んだ状況となるが、これらの処理は、今回の制御サイクルにおける点弧角を算出するためのものであり、今回の制御サイクルが終わろうとするようなタイミングで、このような処理を行っても意味が無いからである。

【0026】

出力電圧推定部１０９は、出力電圧測定部１０７から入力される前の制御サイクルの出力電圧値を、負荷率記憶部１０８から得られる前の制御サイクルの目標負荷率で除算することにより、交流電圧を半サイクルの間全てオン状態にする点弧角における前の制御サイクルの推定出力電圧を算出する。例えば、前の制御サイクルの出力電圧値（測定値）が７２Ｖであり、前の制御サイクルの目標負荷率が４０％であった場合には、推定出力電圧が１８０Ｖとなる。
推定出力電圧は、目標負荷率と、当該目標負荷率に基づいて実際に負荷に供給された出力電圧（測定値）に基づき、目標負荷率１００％換算（＝点弧角１００％換算）における出力電圧を算出（推定）したものである。

【0027】

以上の構成を有する実施形態１の交流電力調整器１００の、本発明に関する制御サイクル毎の処理動作について、図２を参照しつつ説明する。

【0028】

ステップ２０１は、初期化処理であり、ｎに１を代入している。ｎは制御サイクルを示す整数値であり、ｎ＝１であれば１回目の制御サイクル、ｎ＝１００であれば１００回目の制御サイクルを示す。なお、位相制御の制御サイクルは、通常、交流電源電圧の半サイクルと同一であり、本実施形態においても交流電源電圧の半サイクルを制御サイクルとしている。
ｎは説明の便宜上のために使用している変数であり、実際の装置の制御処理では必ずしも必要ない。

【0029】

ステップ２０２では、目標電圧算出部１０１において、目標値_ｎ（ｎ回目の制御サイクルにおける目標値。添字ｎはｎ回目の制御サイクルであることを示すものであり、以降の各添字も同義）に、定格電圧を乗算し、これを目標電圧_ｎとする。

【0030】

続くステップ２０３では制御サイクルｎが１であるか否かを判別し、１であればステップ２０４へ、１以外であればステップ２０５へと移行する。
１回目の制御サイクルの場合には、目標負荷率補正値算出部１０３において、目標電圧_ｎ（目標電圧_１）を、定格電圧記憶部１０２から取得される交流電源３の定格電圧で除算することで、目標負荷率_ｎ（目標負荷率_１）を算出し、これを負荷率記憶部１０８に格納する（ステップ２０３：Ｙｅｓ→ステップ２０４→ステップ２０８）。
１回目の制御サイクルにおいては、“前の制御サイクル”が存在しないため、前の制御サイクルにおける結果を必要とする処理をスキップするものである。

【0031】

一方、２回目以降の制御サイクルである場合、出力電圧推定部１０９において、出力電圧測定部１０７から出力電圧値_ｎ−１、負荷率記憶部１０８から負荷率_ｎ−１をそれぞれ取得し、出力電圧値_ｎ−１を負荷率_ｎ−１で除算することにより、推定出力電圧_ｎ−１を算出する（ステップ２０３：Ｎｏ→ステップ２０５→ステップ２０６）。
続くステップ２０７では、目標負荷率補正値算出部１０３において、目標電圧_ｎを、出力電圧推定部１０９から取得される推定出力電圧_ｎ−１で除算することで、目標負荷率_ｎを算出し、これを負荷率記憶部１０８に格納する（ステップ２０８）。

【0032】

ステップ２０９では、変換部１０４において、目標負荷率補正値算出部１０３から入力された目標負荷率_ｎを、点弧角_ｎに変換する処理を行い、当該点弧角_ｎに基づいて、サイリスタ１０６を駆動する（ステップ２１０）。

【0033】

上記のステップ２０２〜ステップ２１０の一連の処理が、各制御サイクル毎に繰り返される。即ち、制御サイクルに同期してｎをインクリメント（ステップ２１１）してステップ２０２へと戻り、上記処理を繰り返すものである（なお、終了指示があった場合には処理を終了する（ステップ２１２：Ｙｅｓ→終了））。

【0034】

以上の構成及び処理動作を備える本実施形態の交流電力調整器１００によれば、実際に負荷に供給された出力電圧（測定値）に基づいて目標負荷率を算出しているため、交流電源の電圧変動や負荷の負荷変動等によって定格電圧通りの電圧が出力されていない場合においても、目標値に対応する目標電圧が負荷へと出力されるような制御が行われる。
且つ、図１２（ｂ）に例示したＰＩ制御を用いた位相制御方式においてみられたような応答の遅れ（図１３）がなく、高速な応答を得ることができる。
図４は、本実施形態の交流電力調整器１００におけるステップ応答を示す図である。同図に示されるように、本実施形態によれば極めて高いステップ応答性が得られる。

【0035】

＜実施形態２＞
図５は、本発明に係る実施形態２の交流電力調整器の構成の概略を示すブロック図である。実施形態１（図１）と同様の構成については同一の符号を使用し、ここでの説明を省略若しくは簡略化する。

【0036】

実施形態２の交流電力調整器２００は、実施形態１に対して、交流電源３の電圧波形の歪みによる誤差を積分補正する機能を追加したものである。
位相制御方式においては、サイリスタにより急峻な電流の立ち上がりが生じるが、これと回路のインダクタンス成分により、電源電圧波形に図７に示したような落ち込みやスパイク電圧が現れる。
前述のごとく、実施形態１によれば、電源電圧に変動があってもその影響を受けずに目標値に沿った出力電圧が得られるものであるが、これは電源の電圧波形（正弦波）が保たれた状態であることを要する。従って、電源電圧波形に図７に示されるような歪みが生じた場合には、この歪みに基づく誤差が生じてしまう。（例えば、図７に示されるような歪みが生じた場合、この歪み分の出力低下（低レベルの出力低下）が生じる。）
交流電力調整器２００は、この歪みによる誤差を積分補正するために、目標電圧記憶部１１０と、積分演算部１１１と、を備えるものである。

【0037】

積分演算部１１１は、出力電圧測定部１０７によって測定された出力電圧と目標電圧との差分を積分時間で割った値を、各制御サイクル毎に積算し、これを補正値として目標電圧に加算する処理を行うものである。例えば、前サイクルの出力電圧が７９Ｖであり、前サイクルの目標電圧が８０Ｖであった場合において、積分時間を５としている場合には、０.２Ｖが積算される。例えばこの状態が１０サイクル継続した場合、その積算値は２Ｖとなり、これが目標電圧に加算されるものである。

【0038】

次に、実施形態２の交流電力調整器２００の、本発明に関する制御サイクル毎の処理動作について、図６を参照しつつ説明する。実施形態１（図２）と同様の処理概念となるものについては同一の符号を使用し、ここでの説明を省略若しくは簡略化する。

【0039】

目標電圧算出部１０１において、目標電圧_ｎが算出されたら（ステップ２０２）、これを目標電圧記憶部１１０に格納する（ステップ６０１）。

【0040】

１回目の制御サイクルの場合には、積分演算部１１１における積分値を０とし、目標負荷率補正値算出部１０３において目標負荷率_１を算出し、これを負荷率記憶部１０８に格納する（ステップ２０３：Ｙｅｓ→ステップ６０２→ステップ２０４→ステップ２０８）。
なお、積分値を０とする処理（ステップ６０２）は初期化処理としてステップ２０１等で行うものであって良い。

【0041】

一方、２回目以降の制御サイクルである場合、積分演算部１１１において、目標電圧記憶部１１０から取得した目標電圧_ｎ−１から、出力電圧測定部１０７から取得した出力電圧値_ｎ−１を減算した値を、積分時間で割った値を算出し、これを積分値に積算して積分値_ｎを算出する（ステップ６０３）。
これに続くステップ２０６は実施形態１と同様であり、推定出力電圧_ｎ−１が算出される。
続くステップ６０４では、目標電圧_ｎに積分値_ｎが加算されることで目標電圧_ｎが補正され、これを推定出力電圧_ｎ−１で除算することで、目標負荷率_ｎが算出され、これが負荷率記憶部１０８に格納される（ステップ２０８）。

【0042】

以降の処理は実施形態１と同様である。

【0043】

以上の構成及び処理動作を備える本実施形態の交流電力調整器２００によれば、図７に示されるような電源電圧波形の歪みに基づく比較的低レベルな出力変動についても、補正をすることができる。

【0044】

なお、積分演算部１１１によって算出された補正値に対して所定のリミットを設けるリミッタ―部（図示せず）を備えるようにしてもよい。
実施形態１で説明したごとく、本発明によれば、高い応答性をもって出力電圧が制御されるため、積分演算部１１１における補正値（積分値_ｎ）が過度に増大することは通常はないが、何らかの不具合により目標電圧と出力電圧に隔たりがある状態が続いた場合、補正値が過大になってしまい、オーバーシュートが大きくなる恐れもあるため、補正値が一定値以上にならないようにリミッタ―を設けるものである。
リミット値としては、絶対値として定めるもの（例えば５Ｖ）であってもよいし、定格電圧や推定出力電圧若しくは目標電圧に対する所定割合（例えば３％）等としてもよい。

【0045】

＜実施形態３＞
図８は、本発明に係る実施形態３の交流電力調整器の構成の概略を示すブロック図である。実施形態１（図１）と同様の構成については同一の符号を使用し、ここでの説明を省略若しくは簡略化する。

【0046】

実施形態３の交流電力調整器３００は、実施形態１に対して、いわゆるソフトスタート等の、点弧角に制限を加える機能を追加したものである。
交流電力調整器３００は、点弧角に制限を加える点弧角制限処理部１１２と、当該制限が加えられた点弧角を記憶する点弧角記憶部１１３と、当該制限が加えられた点弧角を負荷率に再変換する再変換部１１４と、を備える。

【0047】

点弧角制限処理部１１２は、位相制御方式における高調波障害（ノイズ発生）といった問題を低減するために、出力変動をゆるやかにする（点弧角に制限を加える）ものであり、いわゆるソフトスタートやソフトダウンを行うものである。点弧角制限処理部１１２によって制限が加えられた点弧角は点弧角記憶部１１３に記憶される。

【0048】

再変換部１１４は、各点弧角に対応する負荷率が定められたテーブルを有しており、当該テーブルを参照することにより、点弧角記憶部１１３から入力された点弧角を負荷率に再変換する処理を行う。
なお、テーブルを保有するのではなく、図３のグラフの式の逆関数に基づいて点弧角から負荷率を随時算出するものであってもよい。

【0049】

次に、実施形態３の交流電力調整器３００の、本発明に関する制御サイクル毎の処理動作について、図９を参照しつつ説明する。なお、実施形態１（図２）と同様の処理概念となるものについては同一の符号を使用し、ここでの説明を省略若しくは簡略化する。

【0050】

ステップ２０１〜ステップ２０９の処理については基本的に実施形態１と同様であるが、出力電圧推定部１０９における推定出力電圧_ｎ−１の算出（ステップ２０６）のために用いる負荷率_ｎ−１を、再変換部１１４から取得している点（ステップ９０１）で異なる。
ステップ９０１では、再変換部１１４において、点弧角記憶部１１３から点弧角_ｎ−１を取得し、これを負荷率に再変換して負荷率_ｎ−１とする。
ソフトスタート等によって点弧角が制限されている場合には、目標負荷率補正値算出部１０３によって算出された目標負荷率に対応しないため、制限された点弧角に対応する負荷率を取得し、これに基づいて推定出力電圧_ｎ−１を算出しているものである。

【0051】

ステップ９０２〜ステップ９０５は、ソフトスタート処理の一例であり、ソフトスタート期間である場合には、ステップ２０９で得られた点弧角に対して制限を加えるものである。
ｘは、ソフトスタート期間を定める制御サイクルの数であり、例えばｘ＝１００である場合、１００サイクル未満においてステップ９０３〜９０５の処理が実行され、１００サイクル以上になると、ソフトスタート処理（ステップ９０３〜９０５）がスキップされて通常の点弧角での制御が行われるものである。
本実施形態におけるソフトスタート動作は、例えばソフトスタートの設定を１００サイクルと設定した場合（ｘ＝１００）には、トリガ角の１サイクルあたり変化の上限値を１％（１００％÷１００（ｘの設定値））として、変換部１０４で算出した点弧角が「前回の点弧角 − 今回の点弧角 ＞１％」の時には「前回の点弧角 ＋ １％→点弧角」とするものである。即ち、点弧角の変化量を１００／ｘに制限するものである。なお、当該ソフトスタート処理において、「前回の点弧角（点弧角_ｎ−１）」が必要となるため、点弧角制限処理部１１２が、点弧角記憶部１１３に記憶されている点弧角_ｎ−１を取得できるように構成される。

【0052】

ソフトスタート期間である場合には（ステップ９０２：Ｎｏ）、点弧角制限処理部１１２において、「点弧角_ｎ−１ − 点弧角_ｎ」を算出し、これが１００／ｘを超えているか否かを判別する（ステップ９０３〜９０４）。「点弧角_ｎ−１ − 点弧角_ｎ ＞ １００／ｘ」である場合には、「点弧角_ｎ−１ ＋ １００／ｘ」を新たな点弧角_ｎとし（ステップ９０４：Ｙｅｓ→ステップ９０５）、「点弧角_ｎ−１ − 点弧角_ｎ ≦１００／ｘ」である場合には（ステップ９０４：Ｎｏ）、ステップ９０５をスキップして、点弧角の更新（制限）を行わない。
ステップ９０６では、点弧角_ｎを点弧角記憶部１１３に記憶する。
このように、ソフトスタート期間においては、変化量の最大値が１００／ｘに制限された点弧角に基づいて、サイリスタ１０６が駆動される（ステップ２１０）。
一方、ソフトスタート期間を過ぎた場合には、ステップ９０３〜９０５をスキップして、点弧角_ｎ（ステップ２０９で得られた点弧角）をそのまま点弧角記憶部１１３に記憶する（ステップ９０２：Ｙｅｓ→ステップ９０６）。
なお、ここでは、点弧角に制限を加える機能の例としてソフトスタートを例としているが、その他の処理（例えばソフトダウン等）であっても勿論よい。

【0053】

以降の処理は実施形態１と同様である。

【0054】

以上の構成及び処理動作を備える本実施形態の交流電力調整器３００によれば、ソフトスタートやソフトダウン等の機能を備える場合（点弧角が制限される場合）においても、推定出力電圧を正確に算出することができ、電源電圧の変動等があった場合においても目標電圧と出力電圧が一致するように制御することが可能であり、且つ、高い応答性を得ることができる。

【0055】

なお、上記各実施形態では、出力電圧を測定して電圧ベースで動作する電圧制御方式を例としているが、図１０（ａ）に示したようにカレントトランス４等によって出力電流を測定し、各部の処理を電流ベースで動作させる電流制御方式であってもよい。同様に、図１０（ｂ）に示したように、出力電圧及び出力電流を測定し、これらに基づいて出力電力を算出して、各部の処理を電力ベースで動作させる電力制御方式であってもよい（何れの場合も本発明として同様の概念である）。電流制御方式である場合には、変換部１０４における目標負荷率を点弧角に変換する処理が、電流の実効値に基づく目標負荷率と点呼角の対応関係に基づいて行われ、電力制御方式である場合には、電力の平均値に基づく目標負荷率と点呼角の対応関係に基づいて行われる点は、前述の通りである。

【0056】

実施形態２は、実施形態１に対して交流電源３の電圧波形の歪みによる誤差を積分補正する機能を追加したものとし、実施形態３は、実施形態１に対していわゆるソフトスタート等の、点弧角に制限を加える機能を追加したものとしてそれぞれ説明したが、実施形態２と実施形態３の双方を同時に採用するもの（積分補正機能とソフトスタート機能の同時採用）であっても勿論よい。
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）では、実施形態２に対応する電流制御方式、電力制御方式を例示しているが、実施形態１や３又は実施形態１〜３を同時採用したものについて電流制御方式、電力制御方式とできることは勿論である（実施形態３については、電流制御方式である場合には、再変換部１１４における点弧角を負荷率に再変換する処理が、電流の実効値に基づく点呼角と負荷率の対応関係に基づいて行われ、電力制御方式である場合には、電力の平均値に基づく点呼角と負荷率の対応関係に基づいて行われる）。

【0057】

また、各実施形態では“前の制御サイクル”が、直近の（１つ前の）サイクルであるものとして説明しているが、本発明における“前の制御サイクル”をこれに限るものではなく、例えば、数サイクル前を“前の制御サイクル”とするものであってもよい。
直近の（１つ前の）サイクルの測定値等に基づいて“今回の制御サイクル”の各動作を定めるもの（各実施形態）の方がより好適ではあるが、例えば、２サイクル前の制御サイクルを、“前の制御サイクル”として、２サイクル前の制御サイクルにおける測定値等に基づいて“今回の制御サイクル”の各動作を定めるものであっても動作として問題はない。

【0058】

各実施形態では、目標電圧算出部１０１と目標負荷率補正値算出部１０３によって目標負荷率算出部１２０が構成されるものを例としているが、目標負荷率算出部１２０は、目標値と、定格電圧（or 定格電流若しくは定格電力）と、前の制御サイクルの推定出力電圧（or 推定出力電流若しくは推定出力電力）と、に基づいて、今回の制御サイクルの目標負荷率を算出するものであればよい。
例えば、図１１に示したごとく、定格電圧補正値算出部１１５と目標負荷率補正値算出部１０３によって目標負荷率算出部１２０を構成し、定格電圧補正値算出部１１５にて、定格電圧（例えば２００Ｖ）を、前の制御サイクルの推定出力電圧（例えば１８０Ｖ）で除算することで、補正係数（例えば１．１１）を算出し、目標負荷率補正値算出部１０３において、当該補正係数を、目標値（例えば４０％）に乗算することで、目標負荷率（例えば４４．４％）を算出するものであってもよい。
即ち、目標負荷率算出部１２０は、定格電圧（or 定格電流若しくは定格電力）と目標値の積を、前の制御サイクルの推定出力電圧（or 推定出力電流若しくは推定出力電力）で除算することで、今回の制御サイクルの目標負荷率を算出するものであればよい。

【符号の説明】

【0059】

１００，２００，３００．．．交流電力調整器
１０１．．．目標電圧算出部
１０３．．．目標負荷率補正値算出部
１０４．．．変換部
１０５．．．サイリスタ点弧処理部
１０６．．．サイリスタ
１０７．．．出力電圧測定部（測定部）
１０９．．．出力電圧推定部（出力推定部）
１１１．．．積分演算部
１１２．．．点弧角制限処理部
１１４．．．再変換部
１２０．．．目標負荷率算出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】