JP3674951B2

JP3674951B2 - AC power control device

Info

Publication number: JP3674951B2
Application number: JP2002331260A
Authority: JP
Inventors: 茂文後藤
Original assignee: RKC Instrument Inc
Current assignee: RKC Instrument Inc
Priority date: 2002-11-14
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2022-11-14
Also published as: JP2004164432A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＡＣ電力制御装置に係り、例えば調節計の出力側に負荷として使用されるヒータ等をＡＣ電力制御するＡＣ電力制御装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
調節計で制御対象を温度制御するシステムとしては、図５に示すように、例えば射出成形機等の制御対象１に配置した温度測定用のセンサ３からの測定値ＰＶと予め設定した設定値ＳＶとから、温度制御用の調節計５で操作量ＭＶをＰＩＤ演算してＡＣ電力制御装置７へ出力し、制御対象１に配置した負荷としてのヒータ９に流すヒータ電流を操作量ＭＶに応じてＡＣ電力制御装置７でＡＣ電力制御する構成が知られている。図５中の符号１１は商用のＡＣ負荷電源である。
【０００３】
このような制御システムにおけるＡＣ電力制御装置７の制御方式としては、一般的に位相制御、時間比例オンオフ制御および時分割制御がある。
【０００４】
位相制御方式は、図６に示すように、ＡＣ負荷電源を任意の位相角で切換え通電することによってＡＣ電力制御を行なうもので、任意の位相角で調整できるからきめ細かい制御が可能で、制御の安定性も高いが、ＡＣ負荷電源を任意の位相角でスイッチングするから、高周波ノイズが発生し易くなってノイズに弱い制御システムにはあまり適さない。
【０００５】
時間比例オンオフ制御方式は、図７に示すように、一定周期中（図７では２秒間）のオン時間とオフ時間の割合を変化させてＡＣ電力制御を行なうもので、ＡＣ負荷電源電圧の零電位付近でスイッチングするからノイズを発生させ難く、ノイズに弱い制御システムにも好適する反面、オン時間とオフ時間の時間的な間隔が長いため、制御に基づくリップルが長くなり易く、きめ細かい制御が望めず、制御の安定性に難点がある。
【０００６】
時分割制御方式は、両者の制御方法を改善したもので、図８に示すように、ＡＣ負荷電源電圧の零電位付近でスイッチングするものであるが、時間比例オンオフ制御方式とは異なり周期がなく、オン時間とオフ時間を交互に頻繁に繰返す方式であり、ノイズを発生させ難いうえ、上述した位相制御により近い制御性を期待できる利点がある。
【０００７】
ところが、時分割制御方式では、ＡＣ負荷電源電圧の半周期毎にしかＡＣ負荷電源電圧をスイッチングしないから、例えば操作量ＭＶが多少変化しても、その変化分がＡＣ負荷電源電圧の半周期毎すなわち階段的にしか反映されず、ＡＣ電力制御が振動的になり易い。
【０００８】
そこで、本発明者は、特許第３０２２０５１号（特許文献１、特願平５−１２２０９０号）をもって新規の「ＡＣ電力制御装置」を開示した。
【０００９】
すなわち、この構成は、図９に示すように、操作量ＭＶに対応した負荷率Ｘから電力供給帰還信号としての「１」か「０」かの一定信号ｇを減算するとともに積分した積分出力値を積分演算部１３から出力し、その積分出力値が基準値以上になったとき比較部１５からタイミング信号を出力し、ＡＣ検出部１７でＡＣ負荷電源１１の零電位付近を検出して検出信号を出力し、上記零電位付近の間を少なくとも一単位とした駆動信号をそれらタイミング信号と検出信号との論理積に基づきゼロクロストリガ回路１９からサイリスタ２１へ出力し、ＡＣ負荷電源１１からヒータ９へのＡＣ電力供給をそのサイリスタ２１でオン動作させ、そのヒータ９へのＡＣ電力供給のオン期間に対応した上記一定信号ｇを帰還信号供給部２３からその積分演算部１３へ出力するようになっている。
【００１０】
このような構成では、負荷率Ｘが変動しても、それを積分値に順次反映させることができるため、操作量ＭＶの負荷率ＸであってＡＣ電力供給前の負荷率Ｘが以降の演算に有効に活用され、操作量ＭＶが大きく変化しないと負荷を可変制御できないと言ったような点が改善され、高精度な時分割方式の制御が可能となる。
【００１１】
【特許文献１】
特許第３０２２０５１号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９に示すＡＣ電力制御装置においては、ヒータ９へのＡＣ電力供給のオン期間に「１」か「０」かの一定信号ｇを帰還信号供給部２３から積分演算部１３へ出力して負荷率Ｘの積分値に反映させる構成であるから、ＡＣ負荷電源１１からのＡＣ負荷電源電圧が変動した場合、依然として、その影響が負荷率Ｘの積分値に反映されず、改善の余地があることが分かった。
【００１３】
特に、商用のＡＣ負荷電源は変動することがあり、高精度のＡＣ電力制御を確保する観点から改善が望まれていた。
【００１４】
本発明はこのような状況の下になされたもので、負荷に供給されるＡＣ負荷電源が変動しても、これを操作量の変化とともにそのＡＣ電力供給制御に反映させることが可能で、高精度の時分割制御方式を実現できるＡＣ電力制御装置の提供を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために本発明は、操作量に対応した負荷率から帰還信号を減算するとともに積分した積分出力値、又はその負荷率を積分するとともにその帰還信号で減算して上記負荷率の積分値とした積分出力値を出力する積分演算部と、その積分出力値が基準値以上になったときタイミング信号を出力する比較部と、ＡＣ負荷電源の零電位付近を検出して検出信号を出力するＡＣ検出部と、それらタイミング信号と検出信号との論理積に基づき上記零電位付近間を少なくとも一単位とした駆動信号を出力して負荷へのＡＣ電力供給をオン動作させる駆動部と、その負荷へ供給されるＡＣ負荷電源電圧を測定するとともにこの測定ＡＣ負荷電源電圧と予め設定された基準電源電圧の電圧比によって変動値を形成し、この変動値を上記帰還信号として負荷へのＡＣ電力供給オン期間にその積分演算部へ出力する帰還信号供給部とを具備している。
【００１６】
また、本発明では、上記ＡＣ検出部で上記帰還信号供給部を形成することも可能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係るＡＣ電力制御装置の形態を示すブロック図である。
【００１８】
図１において、積分演算部１３は図示しない調節計（図５参照）からの操作量ＭＶを負荷率Ｘの形態で入力し、後述する出力量帰還部２９からの帰還信号Ｇを負荷率Ｘから減算するとともに、その減算値を順次積分して比較部１５へ出力するものであり、減算値ＹはＹ＝Ｘ−Ｇで示すことができる。
【００１９】
ここで負荷率Ｘは操作量ＭＶの１００％相当値をＭＶｍａｘとし、０％相当値をＭＶｍｉｎとすると、次のように示すことができる。
【００２０】
Ｘ＝（ＭＶ−ＭＶｍｉｎ）／（ＭＶｍａｘ−ＭＶｍｉｎ）
【００２１】
例えば、４〜２０ｍＡ出力の調節計において操作量ＭＶが１２ｍＡであれば、負荷率Ｘは、
（１２−４）／（２０−４）＝０．５
となる。
【００２２】
調節計の操作量ＭＶを０〜１００％で表現する場合には、
Ｘ＝ＭＶ（％）／１００（％）
となる。
【００２３】
また、減算値Ｙを積分して比較部１５へ出力される積分出力値Ａは次式で表せる。
【００２４】
【数１】

【００２５】
数１中の符号ｔ０は電源投入時点、符号ｔは電源投入後の任意の時点を示しており、その積分出力値Ａは、例えば図２Ａの鋸歯状の実線のように推移するが、詳細は後述する。
【００２６】
図２中の期間Ｔは、後述するＡＣ負荷電源１１のオンオフ切換え時に高周波ノイズを発生させないよう、ＡＣ負荷電源波形の零電位（０Ｖ）付近でオンオフさせるため、次式で示す値となっている。
【００２７】
Ｔ＝ｎ×（１／２ｆ）
【００２８】
ここで、符号ｆはＡＣ負荷電源１１の電源周波数、符号ｎは任意の整数（一般的に１又は２に選定される。）であり、例えば５０ＨｚのＡＣ負荷電源１１の場合にｎ＝１とすればＴ＝１０ｍｓとなり、最小オン時間ＴはＡＣ負荷電源１１の半周期となる。以下、ｎ＝１を例にして説明する。図２中の区間を示す符号ｔ１〜ｔ７……は所定期間Ｔである。
【００２９】
また、基準値（１×Ｔ）は、出力の最小単位であって負荷率Ｘが「１」の場合の最小オン時間Ｔ中の積分値であり、次式のように示すことができる。
【００３０】
【数２】

【００３１】
図１において、比較部１５は、予め設定した基準値と積分演算部１３からの積分出力値Ａとを比較し、積分出力値Ａが基準値以上であればタイミング信号Ｂをゼロクロストリガ回路１９へ出力するものである。
【００３２】
ＡＣ検出部１７は、ＡＣ負荷電源１１のＡＣ電源電圧波形をモニタし、その波形の０Ｖ付近を検出したとき、図２Ｃのような検出信号Ｃをゼロクロストリガ回路１９へ出力するものである。
【００３３】
ゼロクロストリガ回路１９は、比較部１５からのタイミング信号ＢとＡＣ検出部１７からの検出信号Ｃが揃ったとき、すなわちそれらの論理積（ＡＮＤ）を満たすとき、図２の所定期間Ｔだけオン動作する内部信号Ｃ’を内部に形成し、ＡＣ検出部１７からの検出信号Ｃと内部信号Ｃ’が揃ったとき、ＡＣ負荷電源１１の０Ｖ付近でサイリスタ２１をオン動作（導通動作）させる駆動信号Ｄを出力する。
【００３４】
従って、ゼロクロストリガ回路１９はサイリスタ２１の駆動部として機能し、駆動信号Ｄは図２Ｄのように表せる。
【００３５】
ＡＣ負荷電源１１、サイリスタ２１および負荷としてのヒータ９は直列接続され、負荷回路２５を形成している。
【００３６】
ＡＣ負荷電源１１は、一般のＡＣ商用電源そのまま又は昇降圧したＡＣ電源であり、サイリスタ２１はトライアック（登録商標）等の電力制御用半導体スイッチング部（素子）であり、駆動信号ＤによってＡＣ負荷電源をオン制御する双方性３端子型のものである。
【００３７】
すなわち、サイリスタ２１は、ゼロクロストリガ回路１９からの駆動信号Ｄに基づいてオン動作してヒータ９にＡＣ電力（半波電力）を供給し、もしＡＣ負荷電源が０Ｖになるとヒータ９への電力供給を切り、次の駆動信号Ｄによって再びヒータ９へＡＣ電力を供給するものである。図２Ｅはそのような電力供給状態を図示している。
【００３８】
ヒータ９は、上述したように制御対象１等に配置されている（図５参照）。
【００３９】
サイリスタ２１の両端には出力モニタ２７が接続されている。この出力モニタ２７は、ヒータ９へ供給されるＡＣ負荷電源のオフ動作期間を検出するとともにＡＣ負荷電源電圧を測定し、それらを検出信号として出力量帰還部２９へ出力するものである。
【００４０】
すなわち、出力モニタ２７は、サイリスタ２１の両端電圧をモニタし、オフ動作期間のＡＣ負荷電源電圧の半周期毎の最大値を測定している。図２Ｆはサイリスタ２１の両端電圧の推移を示している。
【００４１】
出力量帰還部２９は、出力モニタ２７からの検出信号に基づき帰還信号Ｇを作成し、サイリスタ２１のオフ期間直後のオン動作期間中にその帰還信号Ｇを形成し、この帰還信号Ｇを積分演算部１３へ出力するものであり、出力モニタ２７とともに上述した帰還信号供給部２３を形成している。
【００４２】
帰還信号Ｇは、出力モニタ２７で検出したＡＣ負荷電源電圧の最大値をＶとし、出力量帰還部２９に予め設定された基準電源電圧をＶtypとしたとき、次の式で表される変動値Ｇを形成し、これをマイナス成分の帰還信号Ｇとして出力するものである。
【００４３】
Ｇ＝（Ｖ／Ｖtyp）² ＝測定電圧と基準電源電圧の電圧比の二乗
【００４４】
なお、サイリスタ２１のオフ動作期間中、出力量帰還部２９から積分演算部１３へ出力される帰還信号Ｇは「零（０）」である。
【００４５】
すなわち、帰還信号供給部２３は、ヒータ９にＡＣ負荷電力が供給されている期間Ｔの整数倍の期間（ｎ×Ｔ）のみ、サイリスタ２１のオフ期間直後のオン動作期間中に、図２Ｇのように、基準電源電圧（Ｖtyp）に対する変動値を帰還信号Ｇとして積分演算部１３へ出力し、ＡＣ負荷電力が供給されていない期間中には積分演算部１３へ出力しないようになっている。
【００４６】
図２Ｇでは、ＡＣ負荷電源電圧が基準電源電圧（Ｖtyp）と一致するとき「１．０」のレベル信号を、基準電源電圧（Ｖtyp）より低下して低いときそれに対応した「１．０」未満のレベル信号を、基準電源電圧（Ｖtyp）より上昇して高いときそれに対応した「１．０」を越えるレベル信号を出力する。
【００４７】
なお、上述したＡＣ負荷電源１１およびヒータ９は、本発明のＡＣ電力制御装置の外部に位置しており、場合によってはサイリスタ２１も本発明のＡＣ電力制御装置の外部に位置する構成も可能である。
【００４８】
ところで、上述した図１のＡＣ電力制御装置を構成する積分演算部１３、比較部１５、出力モニタ２７および出力量帰還部２９、並びにゼロクロストリガ回路１９の一部等は、実際には図３に示すように、制御部３１を主体としたマイクロコンピュータで構成される例が多い。
【００４９】
制御部３１は、演算および比較判断機能を有するＣＰＵ３１ａと、このＣＰＵ３１ａの動作プログラムを格納したＲＯＭ３１ｂと、入出力用インターフェースＩ／Ｏ３１ｃ等を有しており、ＲＯＭ３１ｂには積分出力値と比較する基準値も格納されている。
【００５０】
制御部３１には、負荷率Ｘをデジタル信号にＡ／Ｄ変換して変換後のカウント値をその制御部３１へ出力する負荷率入力部３３と、積分出力値Ａを一時的に記憶する記憶部（ＲＡＭ）３５と、制御部３１からのトリガアクティブ信号によりサイリスタ２１をオンオフする駆動信号を発生するトリガ回路３７と、上述したＡＣ検出部１７が接続されている。
【００５１】
すなわち、制御部３１は、図１の積分演算部１３および比較部１５として機能するとともに、ＡＣ検出部１７からの検出信号Ｃと内部信号Ｃ’が揃ったとき、トリガアクティブ信号をトリガ回路３７へ出力する機能の他、帰還信号供給部２３として機能しており、図３の制御部３１とトリガ回路３７によって図１のゼロクロストリガ回路１９が形成されている。
【００５２】
ＡＣ負荷電源１１およびヒータ９が本発明に係るＡＣ電力制御装置の外部に位置するのは図１と同様である。
【００５３】
次に、このような本発明に係るＡＣ電力制御装置について、第１の動作を図２を参照して説明する。
【００５４】
図２Ａにおいて区間ｔ１およびｔ２では、サイリスタ２１がオン動作していないため帰還信号Ｇは出力されず、操作量ＭＶの負荷率Ｘは積分演算部１３で減算処理されないまま順次積分され、図２Ａの実線のように上昇する。
【００５５】
この積分出力値Ａが区間ｔ２の後半で基準値（１×Ｔ）を越えると、比較部１５からタイミング信号Ｂがゼロクロストリガ回路１９へ出力される。
【００５６】
ＡＣ検出部１７は、ＡＣ負荷電源１１のＡＣ電源波形をモニタしており、その０Ｖ付近を検出すると、検出信号Ｃをゼロクロストリガ回路１９へ出力する。
【００５７】
ゼロクロストリガ回路１９は、それらタイミング信号Ｂと検出信号Ｃの論理積から、所定期間Ｔだけオン動作する内部信号Ｃ’を形成するとともに、検出信号Ｃと内部信号Ｃ’が揃ったとき、駆動信号Ｄをサイリスタ２１へ出力してこれをオン動作させる。
【００５８】
そのため、区間ｔ３では負荷回路２５がオン動作してヒータ９へＡＣ負荷電力が供給される。
【００５９】
また、出力モニタ２７は、サイリスタ２１に加わるＡＣ負荷電源電圧の最大値Ｖを測定するとともにそのオフ動作期間をモニタしており、それら最大値Ｖおよびオフ動作検出信号を検出信号として出力量帰還部２９へ出力する。
【００６０】
出力量帰還部２９では、予め設定されている基準電源電圧Ｖtypに対する測定ＡＣ負荷電源電圧Ｖとから変動値ＧをＧ＝（Ｖ／Ｖtyp）² の式で求め、この変動分を帰還信号Ｇとしてオン動作期間中（区間ｔ３）に積分演算部１３へマイナス成分として出力する。
【００６１】
すなわち、ヒータ９のＡＣ負荷電力Ｗは、ＰＩＤ演算結果（ＭＶ）を０．５（負荷率５０％）、測定ＡＣ負荷電源電圧の最大値をＶ、基準電源電圧をＶtyp、そのＡＣ負荷電源の実効値をＶｎとすると、一般に次のように表せる。
【００６２】
Ｗ＝０．５×（Ｅ^２／Ｒ）
【００６３】
そして、測定ＡＣ負荷電源電圧Ｖが、例えばレベルにして０．９低下した場合、基準電源電圧をＶtypを「１」とすれば、ＡＣ負荷電源の実効値ＶｎはＶｎ＝０．９Ｅとなるから、ヒータ９のＡＣ負荷電力Ｗは次のように表せる。
【００６４】
Ｗ＝０．５×（０．８１Ｅ^２／Ｒ）
【００６５】
そこで、測定ＡＣ負荷電源電圧Ｖと基準電源電圧Ｖtypの電圧比Ｇを用い、積分演算部１３で負荷率Ｘから減算すれば、測定ＡＣ負荷電源電圧Ｖの変動分をキャンセルできる。
【００６６】
負荷率Ｘは「１」以下（Ｘ≦１）であるため、積分演算部１３からの積分出力値Ａは図２Ａにおける区間ｔ３のように減少して基準値（１×Ｔ）を超えて下降した結果、タイミング信号Ｂが出力されないため区間ｔ４ではサイリスタ２１がオン動作しない。
【００６７】
そのため、帰還信号供給部２３からの帰還信号Ｇは「０」になり、区間ｔ４では区間ｔ２と同様に積分演算部１３からの積分出力値Ａが上昇して基準値（１×Ｔ）を超え、タイミング信号Ｂの作用によってサイリスタ２１がオン動作する。以降このような動作を繰り返す。
【００６８】
なお、図示はしないが、図２Ａ中ののこぎり歯状の積分出力波形は、例えば測定ＡＣ負荷電源電圧Ｖがレベル低下した場合、当然変化して傾きが大きくなる。
【００６９】
このようにＡＣ電力制御装置は、操作量ＭＶに基づく負荷率Ｘの積分出力値Ａが基準値以上のときにはヒータ９へＡＣ負荷電力を供給し、そのＡＣ負荷電力の供給時には測定ＡＣ負荷電源電圧と予め設定された基準電源電圧の電圧比の二乗をそのＡＣ負荷電源電圧変動分として帰還させて負荷率Ｘから減算しながら積分してヒータ９をＡＣ電力供給制御するから、調節計からの出力量が負荷率Ｘの形態で有効にＡＣ電力制御に使用されるとともに、ヒータ９へ供給されるＡＣ負荷電源１１からのＡＣ負荷電源電圧が変動しても、その変動分が負荷率Ｘの積分出力値Ａに対してフィードフォワード的に反映されてＡＣ電力供給制御され、高精度な時分割方式の制御が可能となる。
【００７０】
しかも、操作量ＭＶが変化してもその上昇分又は下降分は、積分出力値Ａとして積分演算に活用されて基準値と比較されるから、以降のＡＣ電力制御に生かされ、操作量ＭＶが大きく変化しなくてもヒータ９へのＡＣ電力供給を連続制御できる利点がある。
【００７１】
このようなＡＣ電力制御装置では、操作量ＭＶに対応した負荷率Ｘをアナログ信号又はデジタル信号の何れの形態でも実施可能である。
【００７２】
また、上述した実施の形態（第１の動作）では、帰還信号供給部２３にてヒータ９へのＡＣ負荷電力の供給期間（オン期間）を検出するとともに、ＡＣ負荷電力のオフ期間時にＡＣ負荷電源電圧の最大値を測定し、予め設定した基準電源電圧に対する測定最大値の変動分を帰還信号Ｇとして積分演算部１３へＡＣ負荷電力のオン期間中に帰還させる構成であった。
【００７３】
しかし、上述した構成では、図１中のＡＣ検出部１７に帰還信号供給部２３のような機能を具備させ、ＡＣ検出部１７から変動分を帰還信号Ｇとして積分演算部１３へ出力する構成も可能である。
【００７４】
このように、ＡＣ検出部１７から帰還信号Ｇを積分演算部１３へ帰還する構成では、ＡＣ検出部１７がＡＣ負荷電源１１のＡＣ電源波形をモニタしている関係から、ＡＣ負荷電源電圧の最大値を測定し易くて構成が複雑とならないうえ、帰還信号供給部２３を別途設ける必要がない利点があるうえ、ＡＣ負荷電力のオン・オフの両期間の検出が可能となる。
【００７５】
もっとも、負荷率Ｘをアナログ信号のまま動作させる場合には、独立した帰還信号供給部２３によってサイリスタ２１の両端波形を正確に検出して帰還信号Ｇを積分演算部１３へ帰還した方が却って回路構成を簡単にでき、確実に動作させることができる。
【００７６】
ところで、上述した積分演算部１３では、負荷率Ｘを積分した後に帰還信号Ｇで減算して積分出力値を出力するよう構成しても良い。
【００７７】
上述した実施の形態は、負荷率Ｘをデジタル信号のまま動作させる場合において、所定期間Ｔすなわち最小オン期間よりも小さいサンプリング周期で得られる負荷率Ｘを積分する動作であったが、本発明はこれに限定されない。
【００７８】
例えば、所定期間Ｔ毎（最小オン時間１／２ｆ）毎にサンプリングして得られる負荷率Ｘを積分する動作も可能である。
【００７９】
すなわち、図１のＡＣ電力制御装置において、積分演算部１３は、図４に示すように、Ａ／Ｄ変換された負荷率Ｘ１（Ｘ１ｎ〜Ｘ１ｎ＋５……）をＡＣ検出部１７からの検出信号ｂに同期させて積分した積分値を出力する一方、後述する帰還信号供給部２３からの帰還信号としての帰還信号Ｚが入力されたときにはこの帰還信号Ｚで減算した積分出力値ＩＣｎを比較部１５へ出力するよう形成されている。この積分演算部１３の詳細な動作は後述する。
【００８０】
帰還信号Ｚも、基準電源電圧に対する測定最大値の変動分の逆数である点に変わりはない。
【００８１】
なお、ＡＣ検出部１７からの検出信号ｂに同期させて積分演算部１３によって負荷率Ｘをデジタル値Ｘ１にＡ／Ｄ変換して取込むよう形成することも可能である。
【００８２】
図４ａはＡＣ負荷電源１１の電圧波形であり、図４ｂはＡＣ検出部１７からの検出信号ｂの波形、図４ｃは負荷率Ｘの推移であって符号Ｘｎ〜Ｘｎ＋５……はＡ／Ｄ変換される負荷率、図４ｄの符号Ｘ１ｎ〜Ｘ１ｎ＋５……はＡ／Ｄ変換された負荷率である。
【００８３】
そして、積分演算部１３における積分値ＩＣｎは次式で示すことができる。
【００８４】
【数３】

【００８５】
この数３において、符号Ｆｍはヒータ９にＡＣ電力を供給しない（オフ）とき「０」、供給する（オン）ときの帰還信号Ｚ（Ｘ＝１のときのＡ／Ｄ変換値）であり、変換後の負荷率Ｘ１をもとの積分値ＩＣ（ｎ−１）に加算して次のように演算する。すなわち、積分演算部１３の積分値ＩＣｎは、
ＩＣｎ＝ＩＣ（ｎ−１）＋Ｘ１ｎ
で示される。ここで符号ｎはｎ時点を示し、項目（ｎ−１）はｎ時点の一時点前を示す。
【００８６】
積分演算部１３は、その積分値ＩＣｎから帰還信号Ｚを減算した積分出力信号ＩＣｎを出力するものである。
【００８７】
そのため、積分値ＩＣｎがＩＣｎ≧Ｚの場合、積分演算部１３では次式のような演算が行われて置き換えられることになり、図５ｅの実線はその関係を示している。
【００８８】
ＩＣｎ＝ＩＣ（ｎ−１）＋Ｘ１ｎ−Ｚ
【００８９】
比較部１５は積分演算部１３からの積分出力値ＩＣｎが所定の基準値Ｚ以上か否かを比較し、基準値以上であれば上述した最小オン時間Ｔだけタイミング信号を駆動部としてのゼロクロストリガ回路１９へ出力するものである。
【００９０】
ＡＣ負荷電源１１、ＡＣ検出部１７、サイリスタ２１、ヒータ９、出力モニタ２７は上述した図１の構成と同様である。
【００９１】
出力モニタ２７とともに帰還信号供給部２３を形成する出力量帰還部２３は、出力モニタ２７からの検出信号に基づいて上述した変動値Ｚを帰還信号Ｚとして積分演算部１３へ出力するものである。
【００９２】
この帰還信号Ｚは出力１００％を最小オン時間Ｔだけ出力したときの値であり、上述した図２の基準値（１×Ｔ）に相当するカウント値であるうえ、測定ＡＣ負荷電源電圧Ｖと基準電源電圧Ｖtypの電圧比Ｇを測定ＡＣ負荷電源電圧Ｖの変動分として含むものである。
【００９３】
ところで、このようなＡＣ電力制御装置に係る第２の動作では、実際には図３のように制御部３１を主体としたマイクロコンピュータで構成され、ＲＯＭ３１ｂには出力値ＩＣｎと比較する帰還信号Ｚが格納され、記憶部４９には置換えた積分出力値ＩＣｎが一時的に順次格納される。
【００９４】
このような構成では、負荷回路２５の動作時に積分演算部１３において積分値ＩＣから変動分Ｚが引かれるため、図４ｅに点線で示したように負荷率Ｘ（Ｘ１）が積分された状態となって図２Ａに示す積分動作と等価となるし、負荷３３に供給されるＡＣ負荷電力波形も図４ｇに示すように図２Ｅと同様の供給波形となる。
【００９５】
例えば測定ＡＣ負荷電源電圧が低下した場合には、図４ｅ中の減算する符号Ｚの値が減少するように変化する。
【００９６】
このようなＡＣ電力制御装置では、積分演算部１３にて所定期間Ｔ毎にサンプリングして得られる負荷率Ｘを積分するとともに積分値から帰還信号Ｚを減算し、この積分出力値が帰還信号値Ｚ以上のときには負荷へＡＣ負荷電力を供給し、そのＡＣ負荷電力のヒータ９への供給時にはその供給分を帰還信号供給部２３から帰還させ、積分演算部１３にて積分値からこの帰還信号Ｚを減算して積分出力値として置換えながらヒータ９をＡＣ電力供給制御するから、上述した第１の動作構成における効果に加え、所定期間Ｔ毎に負荷率Ｘをサンプリングして取込むだけで高精度な時分割方式の制御が可能となる。
【００９７】
ところで、上述した構成において、出力モニタ２７でサイリスタ２１の両端のＡＣ負荷電源電圧の最大値Ｖを測定し、この測定値から変動値を帰還信号Ｇとして用いる形成したが、本発明において測定値はこれに限定されない。
【００９８】
例えば、上述した図５の制御対象１の起動時におけるある期間のＡＣ負荷電源電圧、又は安定動作時のＡＣ負荷電源電圧についての最大値や実効値など任意に選定可能であり、出力量帰還部２９に予め設定する基準電源電圧Ｖtypもそれら測定値と同様に、任意に可変設定可能である。
【００９９】
さらに、変動値はその測定値Ｖと基準電源電圧Ｖtypから、Ｇ＝（Ｖ／Ｖtyp）²で求めて帰還信号Ｇとして出力するものに限らず、ＡＣ負荷電源電圧とともにＡＣ負荷電流の測定値を検出しても良く、その場合には例えば次のような式も有用である。符号Ｉtypは基準電源電流である。
【０１００】
Ｇ＝（Ｖ／Ｖtyp）×（Ｉ／Ｉtyp）
【０１０１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、操作量に対応した負荷率から帰還信号を減算するとともに積分した積分出力値、又はその負荷率を積分してその帰還信号Ｇで減算した積分出力値を出力し、その積分出力値が基準値以上になったときタイミング信号を出力し、ＡＣ負荷電源の零電位付近の検出信号とそのタイミング信号との論理積に基づき上記零電位付近間を少なくとも一単位とした駆動信号を出力し、その駆動信号に基づき負荷への上記ＡＣ負荷電力を供給し、帰還信号供給部にてその負荷へ供給されるＡＣ負荷電源電圧を測定するとともにこの測定ＡＣ負荷電源電圧と予め設定された基準電源電圧の電圧比によって変動値を形成し、この変動値を上記帰還信号として負荷へのＡＣ電力供給オン期間に出力する構成とした。
そのため、負荷率のみならず負荷へ印加するＡＣ電源電力の変動分を積分値に順次寄与させることができるため、操作量の負荷率であってＡＣ電力供給前の負荷率が以降の演算に有効に活用され、負荷に供給されるＡＣ負荷電源が変動しても、操作量の変化にかかわらずこれをフィードフォワード的にＡＣ負荷電力供給制御に反映させることが可能で、高精度の時分割制御方式を実現できる。
上記ＡＣ検出部で上記帰還信号供給部を形成する構成では、ＡＣ負荷電源電圧の変動値を得やすいうえ、帰還信号供給部を別途設ける必要がなくなり、構成が複雑とならない利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＡＣ電力制御装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１のＡＣ電力制御装置に係る第１の動作を説明する波形図である。
【図３】本発明のＡＣ電力制御装置を製品化する際の実際の回路構成を示すブロック図である。
【図４】図１に示すＡＣ電力制御装置に係る第２の動作を説明する波形図である。
【図５】温度制御システムを示す一般的なブロック図である。
【図６】図５中のＡＣ電力制御装置に適応する位相制御方式を説明するＡＣ負荷電源波形図である。
【図７】図５中のＡＣ電力制御装置に適応する時間比例オンオフ制御方式を説明するＡＣ負荷電源波形図である。
【図８】図５中のＡＣ電力制御装置に適応する時分割制御方式を説明するＡＣ負荷電源波形図である。
【図９】時分割制御方式を用い本発明の参考となるＡＣ電力制御装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１制御対象
３センサ
５調節計
７ＡＣ電力制御装置
９、３７ヒータ（負荷）
１１、３１ＡＣ負荷電源
１３積分演算部
１５比較部
１７ＡＣ検出部
１９ゼロクロストリガ回路（駆動部）
２１サイリスタ
２３帰還信号供給部
２５負荷回路
２７出力モニタ
２９出力量帰還部
３１制御部
３１ａＣＰＵ
３１ｂＲＯＭ
３１ｃインターフェースＩ／Ｏ
３３負荷率入力部
３５記憶部（ＲＡＭ）
３７トリガ回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an AC power control apparatus, for example, to an improvement of an AC power control apparatus that controls AC power of a heater or the like used as a load on the output side of a controller.
[0002]
[Prior art]
As a system for controlling the temperature of the controlled object with a controller, as shown in FIG. 5, for example, a measured value PV from a temperature measuring sensor 3 arranged on the controlled object 1 such as an injection molding machine and a preset set value SV. Then, the operation amount MV is PID-calculated by the temperature control controller 5 and output to the AC power control device 7, and the heater current flowing through the heater 9 as the load arranged in the control target 1 is determined according to the operation amount MV. A configuration in which AC power control is performed by the AC power control device 7 is known. Reference numeral 11 in FIG. 5 denotes a commercial AC load power source.
[0003]
As control methods of the AC power control device 7 in such a control system, there are generally phase control, time proportional on / off control, and time division control.
[0004]
As shown in FIG. 6, the phase control system performs AC power control by switching and energizing an AC load power source at an arbitrary phase angle, and fine control is possible because it can be adjusted at an arbitrary phase angle. Although the stability is high, since the AC load power source is switched at an arbitrary phase angle, high-frequency noise is likely to be generated, which is not suitable for a control system that is vulnerable to noise.
[0005]
As shown in FIG. 7, the time proportional on / off control system performs AC power control by changing the ratio of on time and off time during a fixed period (2 seconds in FIG. 7). Although switching near the electric potential makes it difficult to generate noise and is suitable for control systems that are vulnerable to noise, the on-time and off-time intervals are long, so ripples based on control tend to be long and fine control can be expected. However, there is a difficulty in control stability.
[0006]
The time-sharing control method is an improvement of both control methods. As shown in FIG. 8, switching is performed near the zero potential of the AC load power supply voltage. However, unlike the time proportional on-off control method, there is no period. In this method, the on-time and the off-time are repeatedly repeated alternately, and it is difficult to generate noise, and there is an advantage that controllability closer to the above-described phase control can be expected.
[0007]
However, in the time-sharing control method, the AC load power supply voltage is switched only every half cycle of the AC load power supply voltage. Therefore, even if the manipulated variable MV changes slightly, for example, the change is every half cycle of the AC load power supply voltage. That is, it is reflected only in a staircase, and the AC power control is likely to vibrate.
[0008]
Accordingly, the present inventor has disclosed a novel “AC power control device” with Japanese Patent No. 3022051 (Patent Document 1, Japanese Patent Application No. 5-122090).
[0009]
That is, as shown in FIG. 9, this configuration subtracts a constant signal g of “1” or “0” as the power supply feedback signal from the load factor X corresponding to the manipulated variable MV and integrates the integrated output value. Is output from the integration calculation unit 13, and when the integration output value is equal to or greater than the reference value, a timing signal is output from the comparison unit 15, and the AC detection unit 17 detects the vicinity of the zero potential of the AC load power supply 11 to detect the detection signal. , And a drive signal having at least one unit between the vicinity of the zero potential is output from the zero cross trigger circuit 19 to the thyristor 21 based on the logical product of the timing signal and the detection signal, and from the AC load power supply 11 to the heater 9. The AC power supply is turned on by the thyristor 21, and the constant signal g corresponding to the ON period of the AC power supply to the heater 9 is integrated from the feedback signal supply unit 23. It is adapted to output to 13.
[0010]
In such a configuration, even if the load factor X fluctuates, it can be sequentially reflected in the integrated value. Therefore, the load factor X of the manipulated variable MV and the load factor X before supplying AC power are calculated thereafter. The point that the load cannot be variably controlled unless the manipulated variable MV changes greatly is improved, and highly accurate time-division control can be performed.
[0011]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3022051
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the AC power control apparatus shown in FIG. 9, a constant signal g of “1” or “0” is output from the feedback signal supply unit 23 to the integration calculation unit 13 during the ON period of the AC power supply to the heater 9. Therefore, when the AC load power supply voltage from the AC load power supply 11 fluctuates, the influence is not reflected in the integrated value of the load factor X, and there is room for improvement. I found out.
[0013]
In particular, commercial AC load power supplies may fluctuate, and improvements have been desired from the viewpoint of ensuring highly accurate AC power control.
[0014]
The present invention has been made under such circumstances. Even if the AC load power supplied to the load fluctuates, it can be reflected in the AC power supply control along with the change in the operation amount. It is an object of the present invention to provide an AC power control apparatus that can realize an accurate time-sharing control method.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, the present invention subtracts the feedback signal from the load factor corresponding to the operation amount and integrates the integrated output value, or integrates the load factor and subtracts the feedback signal to subtract the load signal. Integral operation unit that outputs the integral output value as the integral value of the rate, comparator unit that outputs a timing signal when the integral output value exceeds the reference value, and detects near zero potential of the AC load power supply An AC detection unit that outputs a signal, and a drive unit that outputs a drive signal with at least one unit between the vicinity of the zero potential based on the logical product of the timing signal and the detection signal to turn on the AC power supply to the load And measuring the AC load power supply voltage supplied to the load The fluctuation value is determined by the voltage ratio between the measured AC load power supply voltage and a preset reference power supply voltage. And a feedback signal supply unit that outputs the fluctuation value as the feedback signal to the integration calculation unit during the AC power supply ON period to the load.
[0016]
In the present invention, the feedback signal supply unit can be formed by the AC detection unit.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an AC power control apparatus according to the present invention.
[0018]
In FIG. 1, the integral calculation unit 13 inputs an operation amount MV from a controller (not shown) in the form of a load factor X, and a feedback signal G from an output amount feedback unit 29 described later from the load factor X. In addition to subtraction, the subtraction values are sequentially integrated and output to the comparison unit 15, and the subtraction value Y can be expressed as Y = X−G.
[0019]
Here, the load factor X can be expressed as follows, assuming that a value equivalent to 100% of the manipulated variable MV is MVmax and a value equivalent to 0% is MVmin.
[0020]
X = (MV−MVmin) / (MVmax−MVmin)
[0021]
For example, if the manipulated variable MV is 12 mA in a controller of 4 to 20 mA output, the load factor X is
(12-4) / (20-4) = 0.5
It becomes.
[0022]
When expressing the operation amount MV of the controller as 0 to 100%,
X = MV (%) / 100 (%)
It becomes.
[0023]
Further, the integrated output value A that is integrated to the subtraction value Y and output to the comparison unit 15 can be expressed by the following equation.
[0024]
[Expression 1]

[0025]
The symbol t0 in the equation 1 indicates the time when the power is turned on, and the symbol t indicates an arbitrary time after the power is turned on. The integrated output value A changes like, for example, the sawtooth solid line in FIG. It will be described later.
[0026]
The period T in FIG. 2 is a value represented by the following equation in order to turn on and off near the zero potential (0 V) of the AC load power supply waveform so as not to generate high-frequency noise when the AC load power supply 11 described later is switched on and off. .
[0027]
T = n × (1 / 2f)
[0028]
Here, the symbol f is a power frequency of the AC load power source 11, and the symbol n is an arbitrary integer (generally selected as 1 or 2). For example, in the case of the AC load power source 11 of 50 Hz, n = 1. Then, T = 10 ms, and the minimum on-time T is a half cycle of the AC load power supply 11. Hereinafter, description will be made by taking n = 1 as an example. Reference symbols t1 to t7... Indicating the sections in FIG.
[0029]
The reference value (1 × T) is an integral value during the minimum on-time T when it is the minimum unit of output and the load factor X is “1”, and can be expressed as the following equation.
[0030]
[Expression 2]

[0031]
In FIG. 1, the comparison unit 15 compares a preset reference value with the integral output value A from the integral calculation unit 13. If the integral output value A is equal to or greater than the reference value, the timing signal B is sent to the zero cross trigger circuit 19. Output.
[0032]
The AC detector 17 monitors the AC power supply voltage waveform of the AC load power supply 11 and outputs a detection signal C as shown in FIG. 2C to the zero-cross trigger circuit 19 when the vicinity of 0 V of the waveform is detected.
[0033]
When the timing signal B from the comparison unit 15 and the detection signal C from the AC detection unit 17 are aligned, that is, when their logical product (AND) is satisfied, the zero-cross trigger circuit 19 is turned on for a predetermined period T in FIG. Drive signal for turning on the thyristor 21 in the vicinity of 0V of the AC load power supply 11 when the detection signal C from the AC detection unit 17 and the internal signal C ′ are aligned. D is output.
[0034]
Therefore, the zero cross trigger circuit 19 functions as a drive unit of the thyristor 21, and the drive signal D can be expressed as shown in FIG. 2D.
[0035]
The AC load power supply 11, the thyristor 21, and the heater 9 as a load are connected in series to form a load circuit 25.
[0036]
The AC load power source 11 is a general AC commercial power source, or an AC power source that is stepped up or down. The thyristor 21 is a power control semiconductor switching unit (element) such as a triac (registered trademark). This is a bi-directional three-terminal type that controls on.
[0037]
That is, the thyristor 21 is turned on based on the drive signal D from the zero-cross trigger circuit 19 to supply AC power (half-wave power) to the heater 9. If the AC load power supply becomes 0 V, power supply to the heater 9 is performed. The AC power is supplied again to the heater 9 by the next drive signal D. FIG. 2E illustrates such a power supply state.
[0038]
As described above, the heater 9 is disposed on the control target 1 or the like (see FIG. 5).
[0039]
Output monitors 27 are connected to both ends of the thyristor 21. This output monitor 27 detects the off operation period of the AC load power supplied to the heater 9 and measures the AC load power supply voltage, and outputs them to the output amount feedback unit 29 as a detection signal.
[0040]
That is, the output monitor 27 monitors the voltage across the thyristor 21 and measures the maximum value of each half cycle of the AC load power supply voltage during the off operation period. FIG. 2F shows the transition of the voltage across the thyristor 21.
[0041]
The output amount feedback unit 29 creates a feedback signal G based on the detection signal from the output monitor 27, forms the feedback signal G during the ON operation period immediately after the OFF period of the thyristor 21, and integrates this feedback signal G. The output signal is output to the unit 13, and the feedback signal supply unit 23 described above is formed together with the output monitor 27.
[0042]
The feedback signal G has a fluctuation value represented by the following equation when the maximum value of the AC load power supply voltage detected by the output monitor 27 is V and the reference power supply voltage preset in the output amount feedback unit 29 is Vtyp. G is formed and output as a negative component feedback signal G.
[0043]
G = (V / Vtyp) ² = Square of voltage ratio between measured voltage and reference power supply voltage
[0044]
During the OFF operation period of the thyristor 21, the feedback signal G output from the output amount feedback unit 29 to the integration calculation unit 13 is “zero (0)”.
[0045]
That is, the feedback signal supply unit 23 performs an on operation period immediately after the off period of the thyristor 21 only during a period (n × T) that is an integral multiple of the period T during which the AC load power is supplied to the heater 9. As described above, the fluctuation value with respect to the reference power supply voltage (Vtyp) is output as the feedback signal G to the integration calculation unit 13 and is not output to the integration calculation unit 13 during the period when the AC load power is not supplied.
[0046]
In FIG. 2G, when the AC load power supply voltage matches the reference power supply voltage (Vtyp), the level signal of “1.0” is less than “1.0” corresponding to the level signal lower than the reference power supply voltage (Vtyp). When the level signal rises above the reference power supply voltage (Vtyp) and is higher, a corresponding level signal exceeding “1.0” is output.
[0047]
The AC load power supply 11 and the heater 9 described above are located outside the AC power control apparatus of the present invention. In some cases, the thyristor 21 may be located outside the AC power control apparatus of the present invention. is there.
[0048]
By the way, the integration calculation unit 13, the comparison unit 15, the output monitor 27, the output amount feedback unit 29, and a part of the zero cross trigger circuit 19 that constitute the AC power control device of FIG. As shown in the figure, there are many examples including a microcomputer mainly composed of the control unit 31.
[0049]
The control unit 31 includes a CPU 31a having a calculation and comparison / determination function, a ROM 31b storing an operation program of the CPU 31a, an input / output interface I / O 31c, and the like. The ROM 31b has a reference for comparison with an integrated output value. A value is also stored.
[0050]
The control unit 31 A / D converts the load factor X into a digital signal and outputs the converted count value to the control unit 31 and a memory for temporarily storing the integral output value A A unit (RAM) 35, a trigger circuit 37 that generates a drive signal for turning on / off the thyristor 21 by a trigger active signal from the control unit 31, and the AC detection unit 17 described above are connected.
[0051]
That is, the control unit 31 functions as the integration calculation unit 13 and the comparison unit 15 of FIG. 1, and when the detection signal C from the AC detection unit 17 and the internal signal C ′ are aligned, the trigger active signal is sent to the trigger circuit 37. In addition to the output function, it functions as the feedback signal supply unit 23, and the zero cross trigger circuit 19 in FIG. 1 is formed by the control unit 31 and the trigger circuit 37 in FIG. 3.
[0052]
The AC load power supply 11 and the heater 9 are located outside the AC power control apparatus according to the present invention as in FIG.
[0053]
Next, a first operation of the AC power control apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0054]
In section t1 and t2 in FIG. 2A, since the thyristor 21 is not turned on, the feedback signal G is not output, and the load factor X of the manipulated variable MV is sequentially integrated without being subtracted by the integration calculation unit 13, as shown in FIG. It rises like a solid line.
[0055]
When the integrated output value A exceeds the reference value (1 × T) in the second half of the interval t2, the timing signal B is output from the comparator 15 to the zero cross trigger circuit 19.
[0056]
The AC detection unit 17 monitors the AC power supply waveform of the AC load power supply 11 and outputs a detection signal C to the zero cross trigger circuit 19 when the vicinity of 0V is detected.
[0057]
The zero cross trigger circuit 19 forms an internal signal C ′ that is turned on only for a predetermined period T from the logical product of the timing signal B and the detection signal C, and when the detection signal C and the internal signal C ′ are aligned, the drive signal D is output to the thyristor 21 to turn it on.
[0058]
Therefore, in the section t3, the load circuit 25 is turned on and the AC load power is supplied to the heater 9.
[0059]
The output monitor 27 measures the maximum value V of the AC load power supply voltage applied to the thyristor 21 and monitors the off operation period. The output amount feedback unit uses the maximum value V and the off operation detection signal as detection signals. To 29.
[0060]
In the output amount feedback unit 29, the fluctuation value G is calculated from the measured AC load power supply voltage V with respect to the preset reference power supply voltage Vtyp, G = (V / Vtyp) ² This variation is output as a negative signal to the integral calculation unit 13 as a feedback signal G during the ON operation period (section t3).
[0061]
That is, the AC load power W of the heater 9 has a PID calculation result (MV) of 0.5 (load ratio 50%), the maximum value of the measured AC load power supply voltage V, the reference power supply voltage Vtyp, and the AC load power supply If the effective value is Vn, it can be generally expressed as follows.
[0062]
W = 0.5 × (E ² / R)
[0063]
Then, when the measured AC load power supply voltage V is lowered by 0.9, for example, if the reference power supply voltage Vtyp is “1”, the effective value Vn of the AC load power supply is Vn = 0.9E. The AC load power W of the heater 9 can be expressed as follows.
[0064]
W = 0.5 × (0.81E ² / R)
[0065]
Therefore, if the voltage ratio G between the measured AC load power supply voltage V and the reference power supply voltage Vtyp is used and subtracted from the load factor X by the integration calculation unit 13, the variation of the measured AC load power supply voltage V can be canceled.
[0066]
Since the load factor X is equal to or less than “1” (X ≦ 1), the integral output value A from the integral calculation unit 13 decreases like the section t3 in FIG. 2A and falls below the reference value (1 × T). As a result, since the timing signal B is not output, the thyristor 21 is not turned on in the interval t4.
[0067]
Therefore, the feedback signal G from the feedback signal supply unit 23 becomes “0”, and the integration output value A from the integration calculation unit 13 rises and exceeds the reference value (1 × T) in the section t4 as in the section t2. The thyristor 21 is turned on by the action of the timing signal B. Thereafter, such an operation is repeated.
[0068]
Although not shown, the sawtooth-like integrated output waveform in FIG. 2A naturally changes and increases in inclination when the measured AC load power supply voltage V is lowered.
[0069]
As described above, the AC power control apparatus supplies the AC load power to the heater 9 when the integral output value A of the load factor X based on the operation amount MV is equal to or greater than the reference value, and at the time of supplying the AC load power. The square of the voltage ratio between the measured AC load power supply voltage and a preset reference power supply voltage is defined as the AC load power supply voltage fluctuation. Since the heater 9 is supplied with feedback and integrated while subtracting from the load factor X to control the AC power supply, the output amount from the controller is effectively used for the AC power control in the form of the load factor X and to the heater 9. Even if the AC load power supply voltage supplied from the supplied AC load power supply 11 fluctuates, the fluctuation amount is reflected in a feedforward manner on the integrated output value A of the load factor X, and AC power supply control is performed. Time-sharing control is possible.
[0070]
Moreover, even if the manipulated variable MV changes, the rise or fall is utilized as an integral output value A for integration calculation and compared with a reference value. Therefore, the manipulated variable MV is utilized for the subsequent AC power control. There is an advantage that the AC power supply to the heater 9 can be continuously controlled without significant change.
[0071]
In such an AC power control apparatus, the load factor X corresponding to the manipulated variable MV can be implemented in any form of an analog signal or a digital signal.
[0072]
In the above-described embodiment (first operation), the feedback signal supply unit 23 detects the supply period (on period) of the AC load power to the heater 9, and the AC load power is off during the off period of the AC load power. The maximum value of the power supply voltage is measured, and the variation of the measured maximum value with respect to a preset reference power supply voltage is fed back as a feedback signal G to the integration calculation unit 13 during the on period of the AC load power.
[0073]
However, in the configuration described above, the AC detection unit 17 in FIG. 1 is provided with a function like the feedback signal supply unit 23, and the variation is output from the AC detection unit 17 to the integration calculation unit 13 as the feedback signal G. Is possible.
[0074]
As described above, in the configuration in which the feedback signal G is fed back from the AC detection unit 17 to the integration calculation unit 13, the AC load power supply voltage is maximized because the AC detection unit 17 monitors the AC power supply waveform of the AC load power supply 11. It is easy to measure the value and the configuration is not complicated, and there is an advantage that it is not necessary to separately provide the feedback signal supply unit 23, and it is possible to detect both on and off periods of the AC load power.
[0075]
Of course, when the load factor X is operated as an analog signal, the circuit is more effective when the independent feedback signal supply unit 23 accurately detects both end waveforms of the thyristor 21 and feeds back the feedback signal G to the integration calculation unit 13. The configuration can be simplified and can be operated reliably.
[0076]
By the way, the integration calculation unit 13 described above may be configured to integrate the load factor X and then subtract with the feedback signal G to output an integrated output value.
[0077]
In the above-described embodiment, when the load factor X is operated as a digital signal, the load factor X obtained in a sampling period smaller than the predetermined period T, that is, the minimum ON period is integrated. It is not limited to this.
[0078]
For example, an operation of integrating the load factor X obtained by sampling every predetermined period T (minimum ON time 1 / 2f) is also possible.
[0079]
That is, in the AC power control apparatus of FIG. 1, the integral calculation unit 13 uses the A / D converted load factor X1 (X1n to X1n + 5...) As the detection signal b from the AC detection unit 17 as shown in FIG. Is output in synchronization with the feedback signal Z. When a feedback signal Z is input as a feedback signal from the feedback signal supply unit 23 described later, the integrated output value ICn subtracted by the feedback signal Z is supplied to the comparison unit 15. It is configured to output. The detailed operation of the integration calculation unit 13 will be described later.
[0080]
The feedback signal Z is also the same as the reciprocal of the fluctuation of the measured maximum value with respect to the reference power supply voltage.
[0081]
It is also possible to form the load factor X into the digital value X1 by A / D conversion by the integration calculation unit 13 in synchronization with the detection signal b from the AC detection unit 17.
[0082]
4a shows the voltage waveform of the AC load power supply 11, FIG. 4b shows the waveform of the detection signal b from the AC detection unit 17, FIG. 4c shows the transition of the load factor X, and the symbols Xn to Xn + 5. The load factor to be used, the symbols X1n to X1n + 5 in FIG. 4d, are the load factors after A / D conversion.
[0083]
The integral value ICn in the integral calculation unit 13 can be expressed by the following equation.
[0084]
[Equation 3]

[0085]
In this equation 3, the symbol Fm is “0” when AC power is not supplied to the heater 9 (off), and a feedback signal Z when supplied (on) (A / D conversion value when X = 1). The converted load factor X1 is added to the original integrated value IC (n-1) and the following calculation is performed. That is, the integral value ICn of the integral calculation unit 13 is
ICn = IC (n-1) + X1n
Indicated by Here, the symbol n indicates the time point n, and the item (n-1) indicates the time point before the time point n.
[0086]
The integral calculation unit 13 outputs an integral output signal ICn obtained by subtracting the feedback signal Z from the integral value ICn.
[0087]
Therefore, when the integrated value ICn is ICn ≧ Z, the integral calculation unit 13 performs a calculation such as the following equation and is replaced, and the solid line in FIG. 5e indicates the relationship.
[0088]
ICn = IC (n-1) + X1n-Z
[0089]
The comparison unit 15 compares whether or not the integral output value ICn from the integral calculation unit 13 is equal to or greater than a predetermined reference value Z. This is output to the circuit 19.
[0090]
The AC load power supply 11, the AC detection unit 17, the thyristor 21, the heater 9, and the output monitor 27 are the same as those in FIG.
[0091]
The output amount feedback unit 23 that forms the feedback signal supply unit 23 together with the output monitor 27 outputs the above-described fluctuation value Z as the feedback signal Z to the integration calculation unit 13 based on the detection signal from the output monitor 27.
[0092]
The feedback signal Z is a value when the output is 100% for the minimum on-time T, and is a count value corresponding to the reference value (1 × T) in FIG. The voltage ratio G of the reference power supply voltage Vtyp is included as a variation of the measured AC load power supply voltage V.
[0093]
By the way, in the second operation related to such an AC power control apparatus, it is actually composed of a microcomputer mainly composed of the control unit 31 as shown in FIG. 3, and the feedback signal Z to be compared with the output value ICn is stored in the ROM 31b. Is stored, and the replaced integral output value ICn is temporarily stored in the storage unit 49 sequentially.
[0094]
In such a configuration, since the variation Z is subtracted from the integral value IC in the integral calculation unit 13 during the operation of the load circuit 25, the load factor X (X1) is integrated as shown by the dotted line in FIG. This is equivalent to the integration operation shown in FIG. 2A, and the AC load power waveform supplied to the load 33 is the same as that shown in FIG. 2E as shown in FIG. 4G.
[0095]
For example, when the measured AC load power supply voltage decreases, the value of the sign Z to be subtracted in FIG. 4e changes so as to decrease.
[0096]
In such an AC power control apparatus, the integral calculation unit 13 integrates the load factor X obtained by sampling every predetermined period T, subtracts the feedback signal Z from the integral value, and the integral output value is the feedback signal value. When it is equal to or greater than Z, AC load power is supplied to the load, and when the AC load power is supplied to the heater 9, the supply amount is fed back from the feedback signal supply unit 23. Since the heater 9 is controlled to supply AC power while subtracting and substituting it as an integrated output value, in addition to the effects of the first operation configuration described above, high accuracy can be obtained simply by sampling the load factor X every predetermined period T. It is possible to control in a time-sharing manner.
[0097]
In the configuration described above, the maximum value V of the AC load power supply voltage at both ends of the thyristor 21 is measured by the output monitor 27, and the fluctuation value is used as the feedback signal G from the measured value. In the present invention, the measured value is It is not limited to this.
[0098]
For example, it is possible to arbitrarily select the AC load power supply voltage during a certain period at the time of starting the control target 1 in FIG. 5 described above, or the maximum value or effective value of the AC load power supply voltage during stable operation, and an output amount feedback unit The reference power supply voltage Vtyp set in advance to 29 can be arbitrarily variably set similarly to the measured values.
[0099]
Further, the fluctuation value is G = (V / Vtyp) from the measured value V and the reference power supply voltage Vtyp. ² In this case, the measured value of the AC load current may be detected together with the AC load power supply voltage. In this case, for example, the following equation is also useful. Symbol Ityp is a reference power supply current.
[0100]
G = (V / Vtyp) × (I / Ityp)
[0101]
【The invention's effect】
As described above, the present invention outputs an integrated output value obtained by subtracting and integrating the feedback signal from the load factor corresponding to the manipulated variable, or an integrated output value obtained by integrating the load factor and subtracting by the feedback signal G. A timing signal is output when the integrated output value is equal to or greater than a reference value, and the interval between the zero potentials is at least one unit based on the logical product of the detection signal near the zero potential of the AC load power supply and the timing signal. The drive signal is output, the AC load power is supplied to the load based on the drive signal, and the AC load power supply voltage supplied to the load is measured by the feedback signal supply unit. The fluctuation value is determined by the voltage ratio between the measured AC load power supply voltage and a preset reference power supply voltage. The fluctuation value is output as the feedback signal during the period when the AC power supply to the load is on.
As a result, not only the load factor but also the fluctuation of the AC power supply applied to the load can be made to contribute to the integrated value in sequence, so the load factor of the manipulated variable and the load factor before the AC power supply is effective for the subsequent calculations. Even if the AC load power supplied to the load fluctuates, this can be reflected in the AC load power supply control in a feed-forward manner regardless of changes in the operation amount. The method can be realized.
The configuration in which the feedback signal supply unit is formed by the AC detection unit has an advantage that it is easy to obtain a fluctuation value of the AC load power supply voltage, and it is not necessary to separately provide a feedback signal supply unit, and the configuration is not complicated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an AC power control apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a waveform diagram illustrating a first operation according to the AC power control apparatus of FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing an actual circuit configuration when the AC power control device of the present invention is commercialized.
FIG. 4 is a waveform diagram illustrating a second operation according to the AC power control apparatus shown in FIG.
FIG. 5 is a general block diagram illustrating a temperature control system.
6 is a waveform diagram of an AC load power supply for explaining a phase control method adapted to the AC power control apparatus in FIG. 5. FIG.
7 is an AC load power supply waveform diagram for explaining a time proportional on / off control method adapted to the AC power control apparatus in FIG. 5. FIG.
FIG. 8 is an AC load power supply waveform diagram for explaining a time division control method adapted to the AC power control apparatus in FIG. 5;
FIG. 9 is a block diagram showing an AC power control apparatus that is a reference of the present invention using a time-sharing control method.
[Explanation of symbols]
1 Control target
3 Sensor
5 Controller
7 AC power controller
9, 37 Heater (load)
11, 31 AC load power supply
13 Integral calculation part
15 comparison part
17 AC detector
19 Zero-cross trigger circuit (drive unit)
21 Thyristor
23 Feedback signal supply
25 Load circuit
27 Output monitor
29 Output amount feedback section
31 Control unit
31a CPU
31b ROM
31c Interface I / O
33 Load factor input section
35 Memory (RAM)
37 Trigger circuit

Claims

An integral output value obtained by subtracting and integrating a feedback signal from a load factor corresponding to an operation amount, or an integral output value obtained by integrating the load factor and subtracting the feedback signal as an integral value of the load factor. An arithmetic unit;
A comparator that outputs a timing signal when the integrated output value is equal to or greater than a reference value;
An AC detector for detecting a vicinity of zero potential of the AC load power supply and outputting a detection signal;
A drive unit that outputs a drive signal having at least one unit between the vicinity of the zero potential based on a logical product of the timing signal and the detection signal to turn on the AC power supply to the load;
The AC load power supply voltage supplied to the load is measured, a fluctuation value is formed by a voltage ratio between the measured AC load power supply voltage and a preset reference power supply voltage, and the fluctuation value is used as the feedback signal as the load signal. A feedback signal supply unit that outputs to the integral calculation unit during an AC power supply ON period to
An AC power control apparatus comprising:

The AC power control apparatus according to claim 1, wherein the feedback signal supply unit is the AC detection unit.