JP3631158B2 - 電気集塵用電源装置及びその制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コロナ放電により塵埃を帯電させて、吸着補集を行う電気集塵装置に用いられる高周波インバータを用いた電気集塵用電源装置に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、工場の排煙ガスなどに含有する塵埃，微生物あるいは煙の粒子などの空気中浮遊物を帯電して、吸着させることにより除去することで、排煙ガスなどを清浄化する電気集塵機が使用されている。
このとき、電気集塵装置は、放電電極と集塵電極との間でコロナ放電を発生させ、このコロナ放電により上述した空気中浮遊物をイオン化し、このイオン化された空気中浮遊物を集塵電極に吸着補集させることで除去を行う。
このコロナ放電を起こさせる電圧を供給するために、高周波インバータを用いた電気集塵用電源が用いられる。
上記電気集塵用電源は、商用の交流電源を整流した直流電圧で運転される高周波インバータの高周波出力電圧を、高電圧トランスと整流器とを通すことにより、直流の高電圧に変換し、この直流の高電圧を放電電極と集塵電極とに供給する。
【０００３】
従来、この種の高周波インバータを用いた電気集塵用電源の制御は、旧来のサイリスタを使用した電気集塵用電源の制御と、基本的に同一の定電流制御により行われ、特に、火花放電後の再立ち上げ制御も定電流制御で行われる。
この定電流制御は、荷電電圧が火花放電直前の電圧に制御するのが最も集塵効率が上がるが、反面、火花放電が発生し易くなる。
そして一旦、火花放電が発生すると、放電電極と集塵電極との間で短絡が起こり、コロナ放電が起こらなくなる。
したがって、電界集塵装置は、放電電極と集塵電極との間の電界がコロナ放電を起こるまで、すなわち放電電極と集塵電極との間の電圧（荷電電圧）が、コロナ放電を起こす電圧に上昇するまで集塵機能を喪失する。
このため、集塵電源においては、集塵効率を上げるために、火花放電の発生を速やかに消弧し、その後、できるだけ高速に荷電電圧を立ち上げる、つまり、放電電極と集塵用電源との間に形成される静電容量を高速に充電する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように、放電電極に対して定電流制御により行われている充電では、荷電電圧を直接制御している訳ではないため、集塵電極の静電容量およびコロナ放電量に基づいて決まる放電電極の電圧の制御において、任意に設定した電圧値への正確な制御が困難である。
すなわち、従来の集塵用電源は、荷電電圧の立ち上がり傾斜が急速すぎたとき、放電電極と集塵用電源間に残留している電荷のために、再度火花放電しやすい問題がある。
また、従来の集塵用電源装置には、火花放電の発生を防止するため、荷電電圧の再立ち上げの速度を遅くすると、火花放電の発生を防止することは出来るが、実質的な空気中浮遊物を帯電させる荷電時間が減少し、集塵効率を低下させる欠点がある。
【０００５】
上述した問題及び欠点を解決するためには、再立ち上げ時の火花放電を防止するために、荷電電圧の上昇期間において、立ち上がり傾斜の正確な制御が必要となる。
本発明はこのような背景の下になされたもので、インバータ化された電源本来の高速制御性を生かし、火花放電後の再立ち上げ電圧の上昇を任意に制御することにより、火花放電の再発を防止して実効的な塵埃を帯電させる荷電時間を確保し、集塵効率を向上させる電気集塵用の電源を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気集塵用電源装置は、交流電源を整流した直流電圧で運転する高周波インバータ部の高周波出力電圧を高電圧トランスと整流器を通して直流高電圧に変換し、この直流高電圧を放電電極と集塵電極間の容量に荷電する電気集塵用電源装置であって、前記容量への荷電電流を検出して電流基準値と比較し、比較結果を出力信号Ａとして出力する定電流制御回路と、前記放電電極と前記集塵電極との間の荷電電圧を検出して電圧基準値と比較し、比較結果を出力信号Ｂとして出力する定電圧制御回路とを備えて、前記出力信号Ａと前記出力信号Ｂとに基づき、前記高周波インバータ部の動作を制御する制御回路を具備し、前記制御回路が、定常運転のとき、前記電圧基準値を大きく設定し、前記放電電極と前記集塵電極との間のコロナ放電電流に対応した荷電電圧の低下の防止を制御するため、出力信号Ａに基づき前記高周波インバータ部の動作を定電流制御し、火花放電が発生して前記荷電電圧が低下した後の再立ち上げ時においては立ち上がりの傾斜を、所定の角度で上昇する前記電圧基準値を用い、出力信号Ｂに基づいた駆動パルス幅により前記高周波インバータ部の動作を定電圧制御することを特徴とする。
【０００７】
本発明の電気集塵用電源装置は、前記制御回路が、前記荷電電圧の立ち上げ時を、第１段階及び第２段階の２段階に分割し、この第１段階と第２段階で、前記上昇率を変化させることを特徴とする。
本発明の電気集塵用電源装置は、前記制御回路が、前記第１段階において、前記基準電圧を火花放電直前の荷電電圧より所定電圧下げた電圧に対応する電圧値まで上昇させ、前記第２段階において、前記基準電圧を前記最大定格電圧に対応する弾圧値とし、前記第１段階より相対的に遅い上昇率でこの最大定格電圧に向けて電圧上昇させることを特徴とする。
【０００８】
本発明の電気集塵用電源装置は、前記制御回路が、前記電圧基準値として、定常動作時において前記放電電極と前記集塵電極との間の最大定格電圧に対応する電圧値を用い、火花放電が発生して荷電電圧が低下したときには前記電圧基準値を下げ、再立ち上げ時において、火花放電前の荷電電圧まで所定の上昇率で増加していく電圧基準値を用いることを特徴とする。
本発明の電気集塵用電源装置は、前記制御回路が火花放電する前の荷電電圧を保持する保持手段を有していることを特徴とする。
本発明の電気集塵用電源装置は、前記制御回路が、火花放電後の前記高周波インバータ部の停止期間終了直前における前記荷電電圧の検出電圧値を、前記第１段階の電圧基準の初期圧とすることを特徴とする。
【０００９】
本発明の電気集塵用電源装置の制御方法は、交流電源を整流した直流電圧で運転する高周波インバータ部の高周波出力電圧を高電圧トランスと整流器を通して直流高電圧に変換し、この直流高電圧を放電電極と集塵電極間に印加して荷電電流を供給する電気集塵用電源装置を、定常時には走電圧制御に対して定電流制御を優先させ、火花放電が発生したときには予め設定された休止時間運転を休止し、その火花放電発生後の荷電圧の再立ち上時には前記定電流制御に対して、立ち上がりの荷電電圧の傾斜を、所定の角度で上昇する前記電圧基準値と、前記放電電極及び集塵電極間の荷電電圧とを比較し、比較結果により駆動パルス幅を変調して前記高周波インバータ部を制御する定電圧制御を優先させて制御することを特徴とする。
【００１０】
本発明の電気集塵用電源装置の制御方法は、前記休止時間運転を休止した後に、前記荷電電圧を前記火花放電の発生直前の荷電電圧よりも所定電圧低い電圧まで相対的に大きな第１の傾斜で上昇させるよう前記高周波インバータ部を制御し、次に前記荷電電圧を前記第１の傾斜よりも緩やかな第２の傾斜で最大定格電圧まで上昇させるよう前記高周波インバータ部を制御することを特徴とする。
本発明の電気集塵用電源装置は、前記定電圧制御に対して定電流制御を優先させるときには、前記荷電電圧の検出電圧と比較される基準電圧の値を増大させ、火花放電の発生時には前記基準電圧を一旦低下させ、前記定電流制御に対して定電圧制御を優先させるときには、一旦低下した前記基準電圧の値を調整された傾斜で増大させることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
＜第１の実施形態＞
第１の実施形態による集塵用電源装置は、定常時の運転における荷電電圧（充電電圧）を記憶し、火花放電が発生した時点において、一定の時間の間休止し、その後の動作の再立ち上げを、第１段階及び第２段階の２段階で行なう。
すなわち、第１段階は、再立ち上げ後の荷電電圧を、火花放電直前の荷電電圧より、所定の電圧だけ低い運転切換電圧まで高速で立ち上げ、つまり高速で充電を行い、この運転切換電圧を超えた時点から、第２段階の立ち上げの動作に移行する。
そして、第２段階は、第１段階の立ち上げの充電速度に対して、相対的に低速の充電速度により、荷電電圧を最大定格電圧に向かって上昇させる。
【００１２】
図１は本発明の一実施形態による集塵用電源装置の構成を示すブロック図である。この図において、整流器１は、商用電源を整流し、直流電圧を発生する。チョークコイル２及びコンデンサ３は、低周波フィルタ４を構成し、特定の周波数以上の高周波電流を阻止する。
フィルタ回路４は、生成した直流電圧を高周波インバータ部（以下、インバータという）５に供給する。
インバータ５は、４個のＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）・６Ａ〜６Ｄと、このＩＧＢＴを保護する４個の逆並列ダイオード７Ａ〜７Ｄで構成されている。
また、インバータ５は、所定の周波数の駆動パルスにより、ＩＧＢＴ・６Ａ〜６Ｄが駆動され、交流電流を生成し、この交流電流を共振インダクタ８を介して高電圧トランス９の１次巻線に供給する。
【００１３】
ここで、高電圧トランス９の２次巻線には、共振コンデンサ１０が並列接続されている。この共振コンデンサ１０は、高電圧トランス９の１次側の共振インダクタ８との共振作用により、インバータ回路５を並列共振モードで動作させる。このとき、共振コンデンサ１０の両端の電圧、すなわち高電圧トランス９の１次側巻線間の電圧は、インバータ回路５におけるＩＧＢＴ６Ａ〜６Ｄのスイッチング周波数をｆとし、共振コンデンサ１０と共振インダクタ８とから決まる共振周波数Ｆとし、「ｎ・ｆ≦Ｆ≦ｍ・ｆ」の範囲内で共振させると、等価的に整流回路１の出力する電圧より高い電圧を得ることができる。ここで、「ｎ」と「ｍ」との数値は、出力電圧を測定しつつ、希望する電圧が得られる数値範囲に調整することにより決定される。
【００１４】
また、高電圧トランス９の２次巻線には、コンデンサ１１とダイオード１２，１３から構成される倍電圧整流回路８０が並列に接続されている。
倍電圧整流回路８０は、高電圧トランス９の２次巻線に発生する電圧値の２倍の整流された電圧（以下、整流電圧とする）を、放電電極１５へ供給する。
これにより、放電電極１５と接地された集塵電極１６との間には、上記整流電圧に相当するの電圧差が発生する。
ここで、倍電圧整流回路８０のフィルタコンデンサは、放電電極１５と、この放電電極１５に対向している集塵電極１６とによる静電容量である。
この放電電極１５と集塵電極１６とによる静電容量の容量値は、例えば、０．０１μｍＦ以上であり、数ｋＨｚ以上の変換周波数のインバータ５を用いれば十分なフィルタ効果が見込める。
【００１５】
検出抵抗１４は、倍電圧整流回路８０のダイオード１３のカソードと、接地点との間に介挿されており、放電電極１５と集塵電極１６との間の電圧差である荷電電圧を上昇させる充電電流の電流値を電圧値Ｖｃｈｇとして検出し、検出信号Ｓｃｈｇとして出力する。
すなわち、コンデンサ１１は、直流を阻止、すなわち直流を流さないため、放電電極１５からの電流が、ダイオード１２，１３を介して、検出抵抗１４に全て流れる。
このため、検出抵抗１４は、荷電電圧を上昇させる電流信号Ｉの電流値を正確に電圧値Ｖｃｈｇとして検出できる。
電圧検出回路４０は、検出抵抗１７及び検出抵抗１８で構成され、検出抵抗１７及び検出抵抗１８の分圧比により、上記荷電電圧の分圧された電圧値Ｖｓｕｐが検出され、検出信号Ｓｓｕｐとして出力する。
【００１６】
制御回路２０には、上記電圧値Ｖｃｈｇ及び上記電圧値Ｖｓｕｐが入力される。
制御回路２０は、基準電圧発生回路２２，基準電圧発生回路２４，電流制御回路２１，電圧制御回路２３，ダイオード３０，ダイオード３１，駆動パルス幅制御回路３２により構成されている。
基準電圧発生回路２２は基準電圧値Ｖｉを発生し、基準電圧発生回路２４は基準電圧値Ｖｖを発生する。
電流制御回路２１は、非反転入力端子（＋）に入力される電圧電流検出信号Ｓｃｈｇの電圧値Ｖｃｈｇの絶対値と、反転入力端子（−）に入力される基準電圧値Ｖｉとの比較を行い、電圧値Ｖｃｈｇが基準電圧値Ｖｉを超えた場合に、「Ｈ」レベルの信号Ａを出力し、電圧値Ｖｃｈｇが基準電圧値Ｖｉ以下である場合に、「Ｌ」レベルの信号Ａを出力する。
定電圧制御回路２３は、非反転入力（＋）に入力される検出信号Ｓｓｕｐの電圧値Ｖｓｕｐの絶対値と、基準電圧値Ｖｖとの比較を行い、電圧値Ｖｓｕｐが基準電圧値Ｖｖを超えた場合に、「Ｈ」レベルの出力信号Ｂを出力し、電圧値Ｖｓｕｐが基準電圧値Ｖｖ以下の場合に、「Ｌ」レベルの出力信号Ｂを出力する。
【００１７】
ダイオード３０とダイオード３１とはオア回路３４を構成しており、このオア回路３４は出力信号Ａまたは出力信号Ｂのいずれか一方でも「Ｈ」レベルであるとき「Ｈ」レベルの出力信号Ｃを出力する。
駆動パルス幅制御回路３２は、上記出力信号Ｃのレベルに基づいて、インバータ５のＩＧＢＴ６Ａ〜６Ｄのオン時問を決定する駆動パルス幅の変調を行う。
すなわち、駆動パルス幅制御回路３２は、入力される出力信号Ｃが「Ｌ」レベルの場合、駆動パルス幅を広げてインバータ５の出力を上昇させ、出力信号Ｃが「Ｈ」レベルの場合、駆動パルス幅を狭めてインバータ５の高電圧トランス９の一次側巻線へ出力する電圧を低下させる制御を行う。
したがって、電圧値Ｖｃｈｇが基準電圧値Ｖｉを超えたとき、または電圧値Ｖｓｕｐが基準電圧値Ｖｖを超えたときのいずれかの場合に、駆動パルス幅制御回路３２は、インバータ５の出力電圧を制限するために、インバータ５へ出力する駆動パルスの幅を短くする。
【００１８】
さらに、火花検出回路３３は、荷電電圧の異常低下を検知することにより、放電電極１５と集塵電極１６との間に火花放電が発生したことを検出する。
また、火花検出回路３３は、所定の駆動パルス幅、例えば、１０ｍｓの駆動パルス幅の火花検出信号Ｓｐを、駆動パルス幅制御回路３２と基準電圧発生回路２４とに供給する。
駆動パルス幅制御回路３２は、この火花検出信号Ｓｐの駆動パルス幅の時間の間、インバータ５の動作を停止、すなわち、インバータ５に対する駆動パルスの供給を停止する。
また、基準電圧発生回路２４の火花検出信号Ｓｐが入力されることよる動作については、後に説明する。
【００１９】
次に、基準電圧発生回路２４の詳細な構成を図２を用いて説明する。図２は、基準電圧発生回路２４の構成例を示すブロック図である。
電気集塵用電源は、定常運転のとき、集塵装置内のコロナ放電電流を一定にするため定電流制御される。
ここで、電気集塵用電源の定電圧制御回路２３は、従来、荷電電圧が電気集塵用電源の定格最高電圧を超えて増大しないように設定されており、荷電電圧の電圧リミッタとして動作する。
このため、集塵ダスト抵抗が高くなった場合、すなわちコロナ放電電流が少なくなった場合、または放電電極１５がダスト付着により肥大化してコロナ放電し難くなった場合などの設定電圧以上のときにしか動作しない。
しかしながら、後で説明するように、火花放電後の再立ち上げ時に、立ち上げの第１の段階及び第２の段階の切換タイミングの検出に積極的に利用している。
【００２０】
バッファアンプ４５は、端子４１から入力される検出信号Ｓｓｕｐをインピーダンス変換して、アナログスイッチ４６，コンパレータ６３の反転入力端子（−），コンパレータ６４の非反転入力端子（＋）各々へ信号Ｓｃとして出力する。
アナログスイッチ４６は、オン状態となることにより、信号Ｓｃ（電圧値Ｖｃ）を信号Ｓｄ（電圧値Ｖｄ）としてバッファアンプ４７へ出力する。
ダイオード４８は、カソードがバッファアンプ４７の出力に接続され、アノードがアナログスイッチ４９の入力端子に接続され、すなわちバッファアンプ４７とアナログスイッチ４９との間に介挿されている。
アナログスイッチ４９の出力は端子４２へ接続されており、この端子４２から出力される電圧が基準電圧値Ｖｖとなる。
【００２１】
コンデンサ５０は、アナログスイッチ４６の出力端子と接続されており、荷電電圧の電圧値を記憶する。
また、コンデンサ５０は、電源Ｖと接地点との間で、直列に接続された定電流充電回路５１及び定電流放電回路５２において、定電流放電回路５２と並列に接続されている。
ここで、定電流充電回路５１と定電流放電回路５２とは、各々制御信号Ｓｊ，火花検出信号Ｓｐによりオン／オフされる。
定格電圧値Ｖｍは、バッファアンプ５３と抵抗５４とを介し、アナログスイッチ４９の出力と、端子４２（すなわち、図１の電圧制御回路（アンプ）２３の反転入力端子（−））に、図示しない定格電圧発生回路から入力される。
【００２２】
基準回路７０は、抵抗５５，バッファアンプ５８，コンデンサ５６及び放電トランジスタ５７から構成され、第１段階の再立ち上げ基準の電圧をダイオード５９のカソードに供給する。
ここで、抵抗５５とコンデンサ５６とは、電源Ｖと接地点との間で、直列に接続され、コンデンサ５６と放電トランジスタ５７とは並列に接続されている。
ダイオード５９及びダイオード４８とは、アンド回路と同様な動作を行う低レベル優先回路を構成しており、双方ともにカソードの電圧がアノードの電圧より低下した場合、各々バッファアンプ４７，バッファアンプ５８を電流が流し、アノード（すなわち、点Ｐ）の電圧を低下させる。
実際には、上記低レベル優先回路を構成しているダイオード４８及びダイオード５９に電圧降下が存在し、この電圧降下を補償する補償回路が必要である。
しかしながら、図２においては、回路説明が煩雑となるため、上記補償回路を省略している。以下の説明は図１及び図２の各ダイオードの電圧降下の影響を無視して行う。
【００２３】
火花放電信号Ｓｐは、フリップフロップ６０のセット端子Ｓと、定電流放電回路５２のゲート端子と、放電トランジスタ５７のエミッタ端子に入力されている。 フリップフロップ６０は、リセット端子Ｒにオア回路６５の出力端子が接続され、出力端子Ｑがアナログスイッチ４９のゲート端子に接続され、出力端子ＱＢがアナログスイッチ４６のゲート端子に接続されている。
コンパレータ６１は、コンデンサ５６に充電されている電圧Ｖ（非反転入力端子（＋））の電圧値と、ダイオード４８を介してバッファアンプ４７から出力される信号Ｓｄの電圧値Ｖｄとを比較し、比較結果を信号Ｄとしてフリップフロップ６２のセット端子Ｓに出力する。
【００２４】
ここで、コンパレータ６１は、電圧Ｖの電圧値が電圧値Ｖｄより高い場合、信号Ｄを「Ｈ」レベルで出力し、電圧Ｖの電圧値が電圧値Ｖｄより低い場合、信号Ｄを「Ｌ」レベルで出力する。
したがって、コンパレータ６１は、電源Ｖの電圧値が電圧値Ｖｄを超えた場合に、「Ｈ」レベルの信号Ｄにより、フリップフロップ６２をセットし、フリップフロップ６２の出力端子Ｑから「Ｈ」レベルの信号Ｃを出力する。
定電流充電回路５１は、信号Ｃが「Ｈ」でゲート端子に入力されることによりオン状態となる。
【００２５】
リセット回路７１は、コンパレータ６３，６４のいずれかの出力が「Ｈ」レベルとなることにより、オア回路６５の出力が「Ｈ」レベルとなり、すなわち、リセット信号ＲＳを「Ｈ」レベルとし、フリップフロップ６０，６２の各リセット端子Ｒに、「Ｈ」レベルのリセット信号ＲＳを出力することにより、フリップフロップ６０，６２のリセットを行う。
このリセットにより、フリップフロップ６０，６２の各出力端子Ｑは「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルとなる。
コンパレータ６３は、バッファ４５の出力する信号Ｓｃの電圧値Ｖｃと、コンデンサ４８を介して出力されるバッファ４７の出力電圧の電圧値（すなわち、記憶コンデンサ５０に蓄積されることにより、記憶されている電圧の電圧値Ｖｔ）とを比較する。
【００２６】
コンパレータ６３は、電圧値Ｖｄが電圧値Ｖｃを超えた場合に「Ｈ」レベルの信号をオア回路６５に出力し、リセット信号ＲＳを「Ｈ」レベルとし、フリップフロップ６０，６２のリセットを行う。
コンパレータ６４は、電圧値Ｖｃと定格電圧値Ｖｍとを比較して、電圧値Ｖｃが定格電圧Ｖｍを超えた場合に、「Ｈ」レベルの信号をオア回路６５に出力し、リセット信号ＲＳを「Ｈ」レベルとし、フリップフロップ６０，６２のリセットを行う。
【００２７】
次に、第１の実施形態による集塵用電源装置の動作例を、図３を用いて説明する。図３（１），（２），（３）においては、横軸が時刻であり、縦軸が電圧レベルを示している。また、図３（１），（２），（３）においては、図の上部に示されている時刻ｔ１〜ｔ５が共通に用いられている。
図３は、動作例のタイミングチャートを示しており、の（１）は実線が荷電電圧の電圧値Ｖｓｕｐを示し、一点鎖線が電圧値Ｖｓｕｐに対応する基準電圧値Ｖｖを示しており、点線はコンデンサ５０の蓄積電圧の電圧値Ｖｔである。
図３の（２）は実線が定電流制御回路２１の出力信号Ａ、破線が定電圧制御回路２３の出力信号Ｂのレベルを示し、（３）は火花検出信号Ｓｐを示す。
【００２８】
以下、図３の各時刻に従い、本発明の第１の実施形態の動作例の説明を行う。
１）時刻ｔ０〜ｔ１（定常運転期間）
定常運転時において、電気集塵装置の負荷状態が正常であれば、荷電電圧の電圧値Ｖｃは、放電電圧１５及び集塵電圧１６との間の荷電電圧の定格最高電圧値Ｖｍａｘに対応する電圧、すなわち定格電圧値Ｖｍ以下において、コロナ放電における負荷状態で決定されている。
ここで、定格電圧値Ｖｍは、電圧検出回路４０における、抵抗１７と抵抗１８との分圧比に対応して、定格最高電圧値Ｖｍａｘを分圧した電圧値である。
そして、インバータ５は、安定したコロナ放電により消費されるコロナ放電電流を供給するため、定電流制御状態において運転されている。
このとき、アナログスイッチ４９がオフ状態のため、定格電圧値Ｖｍは、バッファアンプ５３と抵抗５４とを介して、定電圧制御回路３２の反転入力端子（−）に基準電圧として加えられ、荷電電圧を示す電圧値Ｖｓｕｐと比較されている。
【００２９】
しかしながら、荷電電圧を示す電圧値Ｖｓｕｐは、定格電圧値Ｖｍを越えていないため、出力信号Ｂは「Ｌ」レベルで出力されている。
すなわち、定電圧制御回路２３の出力信号Ｂは「Ｌ」レベルで出力され、ダイオード３１がオフし、定電流制御回路２１の出力信号Ａは「Ｈ」レベルで出力され、ダイオード３０がオンしている。
これにより、駆動パルス幅制御回路３２は、ダイオード３０の出力する「Ｈ」レベルに対応した信号Ｃ（「Ｈ」レベル）に基づき、広い駆動パルス幅と狭い駆動パルス幅とから、狭い駆動パルス幅を選択して、インバータ５の制御を行っている。
また、検出された荷電電圧の電圧値Ｖｓｕｐは、バッファアンプ４５とアナログスイッチ４６を介して、記憶用のコンデンサ５０に充電され、定常運転時の荷電電圧として記憶される。
【００３０】
２）時刻ｔ１〜ｔ２（火花放電発生時）
例えば、時刻ｔ１において、放電電極１５と集塵電極１６との間で火花放電が発生したとする。
このとき、火花検出回路３３は、駆動パルス幅１０ｍｓの火花検出信号Ｓｐを、駆動パルス幅制御回路３２及び電圧基準回路２４に出力する。
これにより、電圧基準回路２４内において、フリップフロップ６０は、火花検出信号Ｓｐがセット端子Ｓに入力されることにより、出力端子Ｇから「Ｈ」レベルを出力し、出力端子ＱＢから「Ｌ」レベルを出力する。
【００３１】
したがって、アナログスイッチ４９はゲート端子に「Ｈ」レベルの信号が入力されることによりオン状態となり、一方、アナログスイッチ４６はゲート端子に「Ｌ」レベルの信号が入力されることにより、オフ状態となる。
そして、アナログスイッチ４６がオフ状態となることにより、火花放電が発生する直前の荷電電圧の電圧値Ｖｓｕｐがコンデンサ５０に保持される。
【００３２】
また、放電トランジスタ５７は、「Ｈ」レベルの火花検出信号Ｓｐが入力されることによりオン状態となり、再立ち上げの第１段階の電圧基準値を決めるコンデンサ５６の電圧値を１０ｍｓの期間「０（Ｖ）」にする。
このとき、アナログスイッチ４９がオン状態であるため、バッファアンプ５８は、ダイオード５９及びアナログスイッチ４９を介して、点Ｐの電圧を引き下げて、定電圧制御回路２３の反転入力端子（−）に入力される基準電圧値Ｖｖを「０（Ｖ）」とする。
そして、駆動パルス幅制御回路３２は、火花検出信号Ｓｐが「Ｈ」レベル入力されているため、インバータ５に対する駆動パルスの供給を停止する。
これにより、インバータ５は、火花検出信号Ｓｐが「Ｈ」レベルで入力されている間動作を停止する。
したがって、この火花検出信号Ｓｐが「Ｈ」レベルで出力されている期間は、荷電電圧がコロナ放電を発生させる電圧値とはならないため、コロナ放電が発生せず、集塵処理が停止された状態にある。
【００３３】
また、定電流放電回路５２は、火花検出信号Ｓｐが「Ｈ」レベルで入力されることによりオン状態となり、コンデンサ５０に記憶されている電圧，すなわち電荷を放電して蓄積されている電圧値を低下させる。
このとき、火花検出信号Ｓｐの駆動パルス幅、すなわち定電流放電回路５２のオンされている時間（例えば、１０ｍｓ）に応じた電荷が放電されて、電圧値Ｖｔにおいて一定の電圧△Ｖが低下する。
【００３４】
３）時刻ｔ２〜ｔ３（再立ち上げ第１段階の期間）
火花検出信号Ｓｐが１０ｍｓ後に「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルへ遷移すると、駆動パルス幅制御回路３２がインバータ５に駆動パルスの供給を開始する。
これにより、インバータ５が運転動作を開始するが、時刻ｔ２における駆動パルス幅制御回路３２から供給される駆動パルスは狭い駆動パルス幅の駆動パルスである。
そして、放電トランジスタ５７がオフ状態とされることにより、抵抗５５とコンデンサ５６とで決まる時定数に応じて、バッファアンプ５８の入力電圧が徐々に上昇し、ダイオード５９を介して点Ｐを電圧Ｖの電圧値へ、上昇角度αで徐々に上昇させる。
また、定電流放電回路５２は、火花検出信号Ｓｐが「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルへ遷移することにより、オフ状態となる。
【００３５】
これにより、基準電圧発生回路２４は、電圧制御回路２３に対して、端子４２から、上述したように上昇角度αで徐々に上昇していくバッファアンプ５８の出力する電圧値を基準電圧値Ｖｖとして出力する。
これにより、電圧制御回路２３は、検出信号ＳＳＵＰの電圧値Ｖｓｕｐが基準電圧値Ｖｖを超えないため、出力信号Ｂを「Ｌ」レベルで出力する。
また、電流制御回路２１は、電圧値Ｖｃｈｇが基準電圧値Ｖｉを超えない場合、すなわち、検出抵抗１４を流れる充電電流が定格電流値を超えない場合に、出力信号Ａを「Ｌ」レベルとして出力する。
そして、出力信号Ａ及び出力信号Ｂが共に「Ｌ」レベルの場合、信号Ｃは「Ｌ」レベルとなり、駆動パルス幅制御回路３２は、幅の広い駆動パルスをインバータ５へ供給する。
【００３６】
一方、電流制御回路２１は、電圧値Ｖｃｈｇが基準電圧値Ｖｉを超えた場合、すなわち、検出抵抗１４を流れる充電電流が定格電流値を超えた場合に、出力信号Ａを「Ｈ」レベルとして出力する。
また、電圧制御回路２３は、電圧値Ｖｓｕｐが基準電圧値Ｖｖを超えた場合、出力信号Ａを「Ｈ」レベルとして出力する。
そして、出力信号Ａが「Ｈ」レベルであり、出力信号Ｂが「Ｌ」レベルの場合、または、出力信号Ａが「Ｌ」レベルであり、出力信号Ｂが「Ｈ」レベルの場合、信号Ｃは「Ｈ」レベルとなり、駆動パルス幅制御回路３２は、幅の狭い駆動パルスをインバータ５へ供給する。
【００３７】
したがって、駆動パルス制御回路３２は、電流制御回路２１または電圧制御回路２３のいずれかが「Ｈ」レベルの信号を出力した期間以外、すなわち定電圧制御回路２３と定電流制御回路２１の出力信号Ａ及びＢがダイオード３０，３１を交互にオン／オフさせ、相互に牽制しながら、幅の広い駆動パルスまたは幅の狭い駆動パルスのいずれかで構成される駆動パルス列をインバータ５に供給し、荷電電圧を上昇角度αで増加させる。
これにより、インバータ５は、コンデンサ５６の電圧値の上昇角度αに対応させて、放電電極１５をと集塵電極１６間の静電容量を充電し、荷電電圧を上昇角度αに対応して上昇させることになる。
また、電気集塵装置の特性は、荷電電圧がコロナ開始電圧以下ではコロナ放電電流が流れず、コロナ開始電圧を越すと見かけ上抵抗分としてコロナ放電電流が流れるので、再立ち上げ初期は放電電極１５と集塵電極１６間の容量の充電を行うと考えられる。
【００３８】
４）時刻ｔ３〜ｔ４（再立ち上げ第２段階の期間）
時刻ｔ３において、コンデンサ５６の電圧がコンデンサ５０に蓄積されている電圧値を越えると、ダイオード４８がオン状態となり、以降、点Ｗにおけるコンデンサ５０に蓄積されている電圧値Ｖｔ（定常状態の荷電電圧値の測定値である電圧値ＶｓｕｐよりΔＶ低下した電圧値）が、電圧制御回路２３の反転入力端子（−）に供給される基準電圧値Ｖｖとなる。
このとき、コンパレータ６１は、コンデンサ５６の電圧が点Ｐの電圧（電圧値Ｖｔ）を超えるため、「Ｈ」レベルの信号をフリップフロップ６２のセット端子Ｓに出力し、フリップフロップ６２をセットする。
これにより、フリップフロップ６２は、出力端子Ｑから定電流充電回路５１のゲート端子へ、「Ｈ」レベルの信号Ｓｊを出力し、定電流充電回路５１をオン状態とする。
【００３９】
ここで、定電流充電回路５１のコンデンサ５０に供給する電流、すなわちコンデンサ５０を充電する電流値を適正に選定することにより、コンデンサ５０の電圧は任意の角度θで上昇させる（すなわち、任意の上昇率）ことができる。
このとき、基準電圧Ｖｖの第１段階及び第２段階における上昇角度において、コンデンサ５６への充電における上昇角度αより、コンデンサ５０への充電における上昇角度θを小さくする（第１段階の上昇率に比較して第２段階の上昇率を小さくする）ことにより、再立ち上げの第１段階の荷電電圧の上昇速度に比較して、再立ち上げの第２段階の荷電電圧の上昇を緩やかにすることができる。
すなわち、第２段階における基準電圧値Ｖｖの上昇率を、第１段階における基準電圧値Ｖｖの上昇率に対して低く設定することにより、この基準電圧Ｖｖの上昇率に対応して、荷電電圧の電圧値の上昇率（上昇角度θに対応）も第１段階の上昇率（上昇角度α）に比較して、第２段階の方が緩やかとなる。
ここで、基準電圧値Ｖｖの上昇角度α及びθは、実際に電気集塵装置の運転を行いながら調節して、この上昇角度（α及びθ）対応して上昇する荷電電圧が、高速に立ち上がり、かつ火花放電が発生しない値に調節して決定される。
【００４０】
また、時刻ｔ３〜ｔ４においても、時刻２〜ｔ３においてと同様に、駆動パルス制御回路３２は、電流制御回路２１または電圧制御回路２３のいずれかが「Ｈ」レベルの信号を出力した期間以外、すなわち定電圧制御回路２３と定電流制御回路２１の出力信号Ａ及びＢがダイオード３０，３１を交互にオン／オフさせ、相互に牽制しながら、幅の広い駆動パルスまたは幅の狭い駆動パルスのいずれかをインバータ５に供給するため、高速に放電電極１５と集塵電極１６の静電容量を充電し、荷電電圧を上昇させることになる。
ただし、時刻ｔ３〜４において、駆動パルス幅制御回路３２は、上昇角度θが上昇角度αより小さいため、信号Ｃが「Ｈ」レベルで入力される頻度が、時刻ｔ２〜ｔ３の期間より多いため、インバータ５へ出力する駆動パルス列において狭い幅の駆動パルスの比率が多くなる。
【００４１】
５）時刻ｔ４〜 （定常運転復帰）
時刻ｔ４において、荷電電圧が上昇角度θで上昇していくと、コロナ放電を開始する電圧値を越え、放電電極１５と集塵電極１６との間にコロナ電流が流れ始める。
これにより、放電電極１５と集塵電極１６との間に負荷電流（コロナ電流）が流れることにより、検出抵抗１４に流れる電流が増加することにより、電圧値Ｖｃｈｇが上昇し、常に基準電圧値Ｖｉを超えるため、出力信号Ａが定常的に「Ｈ」レベルとなる。
【００４２】
ここで、駆動パルス幅制御回路３２は、信号Ｃが常に「Ｈ」レベルの状態となることにより、インバータ５へ狭い幅の駆動パルスのみを供給することとなる。そして、定電流充電回路５１によるコンデンサ５０に対する充電により、点Ｐの電圧が電圧値Ｖｓｕｐを超えると、コンパレータ６３は、オア回路６５を介して、フリップフロップ６０，６２各々のリセット端子Ｓに、「Ｈ」レベルのリセット信号ＲＳを出力し、フリップフロップ６０，６２のリセットを行う。
これにより、アナログスイッチ４６は、ゲート端子に「Ｈ」レベルが入力されてオン状態となり、アナログスイッチ４９はゲート端子に「Ｌ」レベルが入力され、オフ状態となる。
【００４３】
したがって、アナログスイッチ４６がオン状態になるこにより、コンデンサ５０に電圧値Ｖｓｕｐの値が充電される状態になり、アナログスイッチ４９がオフ状態になることにより、電圧制御回路２３の反転入力端子（−）に対して、基準電圧値Ｖｖとして定格電圧Ｖｍが供給されることになる。
また、定電流充電回路５１は、ゲート端子に「Ｌ」レベルの信号が入力されるため、オフ状態となる。
このため、以降、駆動パルス幅制御回路３２は、電流制御回路２１からコロナ電流に対応して出力される出力信号Ａと、定格電圧値Ｖｍと荷電電圧の電圧値との比較により電圧制御回路２３から出力される出力信号Ｂとにより制御される。
【００４４】
この第１の実施形態によれば、再立ち上げ電圧の第１段階は、火花放電直前の荷電電圧の電圧値より所定の電圧ΔＶだけ低い電圧を目標として比較的高速の上昇角度αで上昇し、次に第２段階として定格電圧値Ｖｍに向かって、上昇角度αに対して相対的に遅い所定の上昇角度θで上昇させる。
また、この第２段階における途中において、コロナ放電の発生する領域に入って定電流に移行するか、または定格電圧Ｖｍまで上昇する。
このように、第１の実施形態の集塵用電源装置は、基準電圧発生回路２４が、定電圧制御回路２３の反転入力端子（−）に入力される基準電圧値Ｖｉを、再立ち上げの第１段階の期間と、再立ち上げの第２段階の期間と、定常運転の期間とにおいて、これら各期間に対応した電圧値に調整するため、各期間において荷電電圧の上昇角度を、より正確に制御することで、荷電電圧をコロナ放電が発生する電圧値まで高速に立ち上げ、かつ再立ち上げ時に発生しがちな火花放電を回避し、集塵装置の稼働率を上昇させて、集塵効率を向上することが可能となる。
【００４５】
また、第１の実施形態の電気集塵用電源装置は、再立ち上げの第１及び第２段階において、火花放電が再発生する場合にも、記憶コンデンサ５０に記憶された再発の火花放電前の電圧値Ｖｔに対してΔＶ低下した電圧から、再び上昇角度θの電圧上昇率で上昇していき、この火花放電と電圧制御された再立ち上げ動作とを適正な間隔で繰り返すことにより、集塵装置の稼働率を上げて、集塵効率を向上できる。
すなわち、本発明の電気集塵用電源装置は、定常運転のとき、基準電圧値Ｖｖに定格電圧Ｖｍを用い、放電電極１５と集塵電極１６との間のコロナ放電電流に対応した荷電電圧の低下の防止を制御するため、出力信号Ａに基づきインバータの動作を制御し、火花放電が発生して荷電電圧が低下した後の再立ち上げ時において、調整された基準電圧値Ｖｖを用い、出力信号Ｂに基づきインバータ５の動作を制御する
【００４６】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態による集塵用電源装置は、第１の実施形態の図１の構成において、基準電圧発生回路２４が基準電圧発生回路８４に置換された以外、同様の構成である。
図４を用いて、基準電圧発生回路８４を説明する。図４は、基準電圧発生回路８４の構成を示すブロック図である。
図４において、第１の実施形態の図２（基準電圧発生回路２４）と同様な部分については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４７】
すなわち、火花放電が発生した時点において、コンデンサ５６に蓄積される電圧値を「０（Ｖ）」とするのではなく、コンデンサ５０と同様に電圧値Ｖｃｈｇを記憶させるようにしている。
ここで、火花放電の発生直後において、実際の荷電電圧を測定すると、図３の点線Ｖｅｐのように、インバータ５を停止しても、荷電電圧がある程度の電圧値を保持している場合がある。
例えば、火花放電が発生した後、荷電電圧がある程度の電圧値を有する場合は、発生した火花放電が微少なものであり、放電電極１５と集塵電極１６との静電容量分の電荷を完全に放電しきらないためと考えられる。
【００４８】
このような場合、第１の実施形態のように、第１段階の再立ち上げ電圧の電圧基準を「０（Ｖ）」まで下げてしまうと、基準電圧値Ｖｉがこの放電電極１５と集塵電極１６との間に保持されている電圧の電圧値に上昇するまで、荷電電圧の電圧値が基準電圧値Ｖｉより高いため、電圧制御回路２３から出力される出力信号Ｂが「Ｈ」レベルで出力され続け、信号Ｃが「Ｈ」レベルとなり、駆動パルス幅制御回路３２は狭い幅の駆動パルスしか出力せずに、荷電電圧の上昇を遅くしてしまう。
したがって、この場合、インバータ５の停止期間終了後に、放電電極１５と集塵電極１６との間に保持されている荷電電圧から、コンデンサ５６の充電を開始させ、第１段階の上昇角度αにより再立ち上げを行えば、高速に充電が行われ、荷電電圧の上昇時間のロスがなく、効率的に荷電電圧を上昇させられる。
【００４９】
図４の基準電圧発生回路８４は、インバータ５の停止期間終了後、すなわち、火花検出信号Ｓｐの「Ｈ」レベルの期間の終了後、放電電極１５と集塵電極１６との間に保持されている残留電圧から充電を開始し、第１段階の上昇角度αで荷電電圧の再立ち上げを行う。
図４において、放電トランジスタ５７の代わりに、アナログスイッチ７５が設けられている。
アナログスイッチ７５は、バッファアンプ５８の入力端子と、バッファアンプ４５の出力端子との間に介挿され、ゲート端子に火花検出信号Ｓｐが入力されている。
すなわち、アナログスイッチ７５は、火花放電が発生し、火花検出信号Ｓｐが「Ｈ」レベルのときにオン状態となる。
【００５０】
次に、図４の基準電圧発生回路８４が第１の実施形態の基準電圧発生回路２４と異なる部分の動作について、以下、説明する。
定常時、アナログスイッチ７５がオフ状態となっているので、コンデンサ５６には電圧値Ｖが蓄積されている。
図３の時刻ｔ１において、火花放電が発生すると、所定時間（たとえば、１０ｍｓｅｃ）の間、火花検出信号Ｓｐが「Ｈ」レベルとなり、駆動パルス幅制御回路３２が駆動パルスをインバータ５に供給しないため、インバータ５の動作が停止する。
このとき、火花放電により放電される電荷が少なく、放電電極１５と集塵電極１６との間の静電容量に荷電電圧のある残留電圧値が保持されているとする。
【００５１】
また、火花検出信号Ｓｐが「Ｈ」レベルとなることにより、アナログスイッチ７５がオン状態となり、バッファアンプ４５の出力する電圧を、コンデンサ５６に対して供給する。
これにより、コンデンサ５６は抵抗５５で常に電圧値Ｖに充電されようとするが、バッファアンプ４５がコンデンサ５６に記憶される電圧を、放電電極１５と集塵電極１６との間の静電容量に保持された電圧値とする。
すなわち、インバータ停止期間終了の直前に、火花放電後に、放電電極１５及び集塵電極１６との間に保持された残留荷電電圧をコンデンサ５６に記憶させる。
次に、時刻ｔ１において、火花検出信号Ｓｐが「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに遷移して、再立ち上げの第１段階となると、駆動パルス幅制御回路２３がインバータ５に駆動パルスの供給を開始するため、インバータ５が運転を再開する。このとき、アナログスイッチ７５がオフ状態となり、コンデンサ５６は、放電電極１５及び集塵電極１６との間に保持された電圧値（残留電圧）から、抵抗５５を介して電圧値Ｖへの電圧の上昇を開始する。
【００５２】
したがって、荷電電圧の再立ち上げにおける第１段階の電圧の上昇は、この残留電圧からスタートすることとなる。
以後は、第１の実施形態における動作と同様に、再立ち上げの第２段階に移行する。
この第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、再立ち上げの開始電圧が残留電圧の電圧値に対応して変化するため、再立ち上げの第１段階が第１の実施形態に比較して、より高速な再立ち上げが可能となる。
【００５３】
以上、本発明の一実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、インバータの制御は駆動パルス幅制御で説明したが、インバータの前にＩＧＢＴなどのスイッチング素子からなる降圧チョッパ回路を接続し、その降圧チョッパ回路の出力電圧を制御して、又はインバータの周波数制御を行って荷電電圧を制御しても良い。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の集塵用電源装置によれば、定常時には定電流制御を優先させ、火花放置発生後の荷電電圧の再立ち上げ時には定電圧制御を優先させているので、任意に設定した電圧値への正確な制御が容易である。また基準電圧発生回路２４が、定電圧制御回路２３の反転入力端子（−）に入力される基準電圧値Ｖｉを、再立ち上げの第１段階の期間と、再立ち上げの第２段階の期間と、定常運転の期間とにおいて、これら各期間に対応した電圧値に調整するため、各期間において荷電電圧の上昇角度を、より正確に制御することで、荷電電圧を放電が発生する電圧値まで高速に立ち上げ、かつ再立ち上げ時に発生する余分な火花放電を回避し、集塵装置の稼働率を上昇させて、集塵効率を向上することが可能となる。
【００５５】
また、本発明の集塵用電源装置は、再立ち上げの第１及び第２段階において、火花放電が再発生する場合にも、記憶コンデンサ５０に記憶された再発の火花放電前の電圧値Ｖｔに対してΔＶ低下した電圧から、再び上昇角度θの電圧上昇率で上昇していき、この火花放電と電圧制御された再立ち上げ動作とを適正な間隔で繰り返すことにより、集塵装置の稼働率を上げて、集塵効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１及び第２の実施形態による集塵用電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１における第１の実施形態における基準電圧発生回路２４の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態による集塵用電源装置の動作例を説明するタイミングチャートである。
【図４】第２の実施形態において図１における基準電圧発生回路８４の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 整流器
２ チョークコイル
３，１１，５０，５６ コンデンサ
４ フィルタ回路
５ インバータ回路
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ ＩＧＢＴ
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ ダイオード
８ 共振インダクタ
９ 高電圧トランス
１０ 共振コンデンサ
１２，１３，３０，３１ ダイオード
１５ 放電電極
１６ 集塵電極
１４ 検出抵抗
１７，１８，５４，５５ 抵抗
２１ 定電流制御回路
２３ 定電圧制御回路
２２，２４，８４ 基準電圧発生回路
３２ 駆動パルス幅制御回路
３３ 火花検出回路
４１，４２ 端子
４５，４７，５３，５８ バッファアンプ
４６，４９，７５ アナログスイッチ
４８，５９ ダイオード
５１ 定電流充電回路
５２ 定電流放電回路
５７ 放電トランジスタ
６０，６２ フリップフロップ
６１，６３，６４ コンパレータ
６５ オア回路
７０ 基準回路
７１ リセット回路
８０ 倍電圧整流回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、コロナ放電により塵埃を帯電させて、吸着補集を行う電気集塵装置に用いられる高周波インバータを用いた電気集塵用電源装置に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、工場の排煙ガスなどに含有する塵埃，微生物あるいは煙の粒子などの空気中浮遊物を帯電して、吸着させることにより除去することで、排煙ガスなどを清浄化する電気集塵機が使用されている。
このとき、電気集塵装置は、放電電極と集塵電極との間でコロナ放電を発生させ、このコロナ放電により上述した空気中浮遊物をイオン化し、このイオン化された空気中浮遊物を集塵電極に吸着補集させることで除去を行う。
このコロナ放電を起こさせる電圧を供給するために、高周波インバータを用いた電気集塵用電源が用いられる。
上記電気集塵用電源は、商用の交流電源を整流した直流電圧で運転される高周波インバータの高周波出力電圧を、高電圧トランスと整流器とを通すことにより、直流の高電圧に変換し、この直流の高電圧を放電電極と集塵電極とに供給する。
【０００３】
従来、この種の高周波インバータを用いた電気集塵用電源の制御は、旧来のサイリスタを使用した電気集塵用電源の制御と、基本的に同一の定電流制御により行われ、特に、火花放電後の再立ち上げ制御も定電流制御で行われる。
この定電流制御は、荷電電圧が火花放電直前の電圧に制御するのが最も集塵効率が上がるが、反面、火花放電が発生し易くなる。
そして一旦、火花放電が発生すると、放電電極と集塵電極との間で短絡が起こり、コロナ放電が起こらなくなる。
したがって、電界集塵装置は、放電電極と集塵電極との間の電界がコロナ放電を起こるまで、すなわち放電電極と集塵電極との間の電圧（荷電電圧）が、コロナ放電を起こす電圧に上昇するまで集塵機能を喪失する。
このため、集塵電源においては、集塵効率を上げるために、火花放電の発生を速やかに消弧し、その後、できるだけ高速に荷電電圧を立ち上げる、つまり、放電電極と集塵用電源との間に形成される静電容量を高速に充電する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように、放電電極に対して定電流制御により行われている充電では、荷電電圧を直接制御している訳ではないため、集塵電極の静電容量およびコロナ放電量に基づいて決まる放電電極の電圧の制御において、任意に設定した電圧値への正確な制御が困難である。
すなわち、従来の集塵用電源は、荷電電圧の立ち上がり傾斜が急速すぎたとき、放電電極と集塵用電源間に残留している電荷のために、再度火花放電しやすい問題がある。
また、従来の集塵用電源装置には、火花放電の発生を防止するため、荷電電圧の再立ち上げの速度を遅くすると、火花放電の発生を防止することは出来るが、実質的な空気中浮遊物を帯電させる荷電時間が減少し、集塵効率を低下させる欠点がある。
【０００５】
上述した問題及び欠点を解決するためには、再立ち上げ時の火花放電を防止するために、荷電電圧の上昇期間において、立ち上がり傾斜の正確な制御が必要となる。
本発明はこのような背景の下になされたもので、インバータ化された電源本来の高速制御性を生かし、火花放電後の再立ち上げ電圧の上昇を任意に制御することにより、火花放電の再発を防止して実効的な塵埃を帯電させる荷電時間を確保し、集塵効率を向上させる電気集塵用の電源を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気集塵用電源装置は、交流電源を整流した直流電圧で運転する高周波インバータ部の高周波出力電圧を高電圧トランスと整流器を通して直流高電圧に変換し、この直流高電圧を放電電極と集塵電極間の容量に荷電する電気集塵用電源装置であって、前記容量への荷電電流を検出して電流基準値と比較し、比較結果を出力信号Ａとして出力する定電流制御回路と、前記放電電極と前記集塵電極との間の荷電電圧を検出して電圧基準値と比較し、比較結果を出力信号Ｂとして出力する定電圧制御回路とを備えて、前記出力信号Ａと前記出力信号Ｂとに基づき、前記高周波インバータ部の動作を制御する制御回路を具備し、前記制御回路が、定常運転のとき、前記電圧基準値を大きく設定し、前記放電電極と前記集塵電極との間のコロナ放電電流に対応した荷電電圧の低下の防止を制御するため、出力信号Ａに基づき前記高周波インバータ部の動作を定電流制御し、火花放電が発生して前記荷電電圧が低下した後の再立ち上げ時においては立ち上がりの傾斜を、所定の角度で上昇する前記電圧基準値を用い、出力信号Ｂに基づいた駆動パルス幅により前記高周波インバータ部の動作を定電圧制御することを特徴とする。
【０００７】
本発明の電気集塵用電源装置は、前記制御回路が、前記荷電電圧の立ち上げ時を、第１段階及び第２段階の２段階に分割し、この第１段階と第２段階で、前記上昇率を変化させることを特徴とする。
本発明の電気集塵用電源装置は、前記制御回路が、前記第１段階において、前記基準電圧を火花放電直前の荷電電圧より所定電圧下げた電圧に対応する電圧値まで上昇させ、前記第２段階において、前記基準電圧を前記最大定格電圧に対応する弾圧値とし、前記第１段階より相対的に遅い上昇率でこの最大定格電圧に向けて電圧上昇させることを特徴とする。
【０００８】
本発明の電気集塵用電源装置は、前記制御回路が、前記電圧基準値として、定常動作時において前記放電電極と前記集塵電極との間の最大定格電圧に対応する電圧値を用い、火花放電が発生して荷電電圧が低下したときには前記電圧基準値を下げ、再立ち上げ時において、火花放電前の荷電電圧まで所定の上昇率で増加していく電圧基準値を用いることを特徴とする。
本発明の電気集塵用電源装置は、前記制御回路が火花放電する前の荷電電圧を保持する保持手段を有していることを特徴とする。
本発明の電気集塵用電源装置は、前記制御回路が、火花放電後の前記高周波インバータ部の停止期間終了直前における前記荷電電圧の検出電圧値を、前記第１段階の電圧基準の初期圧とすることを特徴とする。
【０００９】
本発明の電気集塵用電源装置の制御方法は、交流電源を整流した直流電圧で運転する高周波インバータ部の高周波出力電圧を高電圧トランスと整流器を通して直流高電圧に変換し、この直流高電圧を放電電極と集塵電極間に印加して荷電電流を供給する電気集塵用電源装置を、定常時には走電圧制御に対して定電流制御を優先させ、火花放電が発生したときには予め設定された休止時間運転を休止し、その火花放電発生後の荷電圧の再立ち上時には前記定電流制御に対して、立ち上がりの荷電電圧の傾斜を、所定の角度で上昇する前記電圧基準値と、前記放電電極及び集塵電極間の荷電電圧とを比較し、比較結果により駆動パルス幅を変調して前記高周波インバータ部を制御する定電圧制御を優先させて制御することを特徴とする。
【００１０】
本発明の電気集塵用電源装置の制御方法は、前記休止時間運転を休止した後に、前記荷電電圧を前記火花放電の発生直前の荷電電圧よりも所定電圧低い電圧まで相対的に大きな第１の傾斜で上昇させるよう前記高周波インバータ部を制御し、次に前記荷電電圧を前記第１の傾斜よりも緩やかな第２の傾斜で最大定格電圧まで上昇させるよう前記高周波インバータ部を制御することを特徴とする。
本発明の電気集塵用電源装置は、前記定電圧制御に対して定電流制御を優先させるときには、前記荷電電圧の検出電圧と比較される基準電圧の値を増大させ、火花放電の発生時には前記基準電圧を一旦低下させ、前記定電流制御に対して定電圧制御を優先させるときには、一旦低下した前記基準電圧の値を調整された傾斜で増大させることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
＜第１の実施形態＞
第１の実施形態による集塵用電源装置は、定常時の運転における荷電電圧（充電電圧）を記憶し、火花放電が発生した時点において、一定の時間の間休止し、その後の動作の再立ち上げを、第１段階及び第２段階の２段階で行なう。
すなわち、第１段階は、再立ち上げ後の荷電電圧を、火花放電直前の荷電電圧より、所定の電圧だけ低い運転切換電圧まで高速で立ち上げ、つまり高速で充電を行い、この運転切換電圧を超えた時点から、第２段階の立ち上げの動作に移行する。
そして、第２段階は、第１段階の立ち上げの充電速度に対して、相対的に低速の充電速度により、荷電電圧を最大定格電圧に向かって上昇させる。
【００１２】
図１は本発明の一実施形態による集塵用電源装置の構成を示すブロック図である。この図において、整流器１は、商用電源を整流し、直流電圧を発生する。チョークコイル２及びコンデンサ３は、低周波フィルタ４を構成し、特定の周波数以上の高周波電流を阻止する。
フィルタ回路４は、生成した直流電圧を高周波インバータ部（以下、インバータという）５に供給する。
インバータ５は、４個のＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）・６Ａ〜６Ｄと、このＩＧＢＴを保護する４個の逆並列ダイオード７Ａ〜７Ｄで構成されている。
また、インバータ５は、所定の周波数の駆動パルスにより、ＩＧＢＴ・６Ａ〜６Ｄが駆動され、交流電流を生成し、この交流電流を共振インダクタ８を介して高電圧トランス９の１次巻線に供給する。
【００１３】
ここで、高電圧トランス９の２次巻線には、共振コンデンサ１０が並列接続されている。この共振コンデンサ１０は、高電圧トランス９の１次側の共振インダクタ８との共振作用により、インバータ回路５を並列共振モードで動作させる。このとき、共振コンデンサ１０の両端の電圧、すなわち高電圧トランス９の１次側巻線間の電圧は、インバータ回路５におけるＩＧＢＴ６Ａ〜６Ｄのスイッチング周波数をｆとし、共振コンデンサ１０と共振インダクタ８とから決まる共振周波数Ｆとし、「ｎ・ｆ≦Ｆ≦ｍ・ｆ」の範囲内で共振させると、等価的に整流回路１の出力する電圧より高い電圧を得ることができる。ここで、「ｎ」と「ｍ」との数値は、出力電圧を測定しつつ、希望する電圧が得られる数値範囲に調整することにより決定される。
【００１４】
また、高電圧トランス９の２次巻線には、コンデンサ１１とダイオード１２，１３から構成される倍電圧整流回路８０が並列に接続されている。
倍電圧整流回路８０は、高電圧トランス９の２次巻線に発生する電圧値の２倍の整流された電圧（以下、整流電圧とする）を、放電電極１５へ供給する。
これにより、放電電極１５と接地された集塵電極１６との間には、上記整流電圧に相当するの電圧差が発生する。
ここで、倍電圧整流回路８０のフィルタコンデンサは、放電電極１５と、この放電電極１５に対向している集塵電極１６とによる静電容量である。
この放電電極１５と集塵電極１６とによる静電容量の容量値は、例えば、０．０１μｍＦ以上であり、数ｋＨｚ以上の変換周波数のインバータ５を用いれば十分なフィルタ効果が見込める。
【００１５】
検出抵抗１４は、倍電圧整流回路８０のダイオード１３のカソードと、接地点との間に介挿されており、放電電極１５と集塵電極１６との間の電圧差である荷電電圧を上昇させる充電電流の電流値を電圧値Ｖｃｈｇとして検出し、検出信号Ｓｃｈｇとして出力する。
すなわち、コンデンサ１１は、直流を阻止、すなわち直流を流さないため、放電電極１５からの電流が、ダイオード１２，１３を介して、検出抵抗１４に全て流れる。
このため、検出抵抗１４は、荷電電圧を上昇させる電流信号Ｉの電流値を正確に電圧値Ｖｃｈｇとして検出できる。
電圧検出回路４０は、検出抵抗１７及び検出抵抗１８で構成され、検出抵抗１７及び検出抵抗１８の分圧比により、上記荷電電圧の分圧された電圧値Ｖｓｕｐが検出され、検出信号Ｓｓｕｐとして出力する。
【００１６】
制御回路２０には、上記電圧値Ｖｃｈｇ及び上記電圧値Ｖｓｕｐが入力される。
制御回路２０は、基準電圧発生回路２２，基準電圧発生回路２４，電流制御回路２１，電圧制御回路２３，ダイオード３０，ダイオード３１，駆動パルス幅制御回路３２により構成されている。
基準電圧発生回路２２は基準電圧値Ｖｉを発生し、基準電圧発生回路２４は基準電圧値Ｖｖを発生する。
電流制御回路２１は、非反転入力端子（＋）に入力される電圧電流検出信号Ｓｃｈｇの電圧値Ｖｃｈｇの絶対値と、反転入力端子（−）に入力される基準電圧値Ｖｉとの比較を行い、電圧値Ｖｃｈｇが基準電圧値Ｖｉを超えた場合に、「Ｈ」レベルの信号Ａを出力し、電圧値Ｖｃｈｇが基準電圧値Ｖｉ以下である場合に、「Ｌ」レベルの信号Ａを出力する。
定電圧制御回路２３は、非反転入力（＋）に入力される検出信号Ｓｓｕｐの電圧値Ｖｓｕｐの絶対値と、基準電圧値Ｖｖとの比較を行い、電圧値Ｖｓｕｐが基準電圧値Ｖｖを超えた場合に、「Ｈ」レベルの出力信号Ｂを出力し、電圧値Ｖｓｕｐが基準電圧値Ｖｖ以下の場合に、「Ｌ」レベルの出力信号Ｂを出力する。
【００１７】
ダイオード３０とダイオード３１とはオア回路３４を構成しており、このオア回路３４は出力信号Ａまたは出力信号Ｂのいずれか一方でも「Ｈ」レベルであるとき「Ｈ」レベルの出力信号Ｃを出力する。
駆動パルス幅制御回路３２は、上記出力信号Ｃのレベルに基づいて、インバータ５のＩＧＢＴ６Ａ〜６Ｄのオン時問を決定する駆動パルス幅の変調を行う。
すなわち、駆動パルス幅制御回路３２は、入力される出力信号Ｃが「Ｌ」レベルの場合、駆動パルス幅を広げてインバータ５の出力を上昇させ、出力信号Ｃが「Ｈ」レベルの場合、駆動パルス幅を狭めてインバータ５の高電圧トランス９の一次側巻線へ出力する電圧を低下させる制御を行う。
したがって、電圧値Ｖｃｈｇが基準電圧値Ｖｉを超えたとき、または電圧値Ｖｓｕｐが基準電圧値Ｖｖを超えたときのいずれかの場合に、駆動パルス幅制御回路３２は、インバータ５の出力電圧を制限するために、インバータ５へ出力する駆動パルスの幅を短くする。
【００１８】
さらに、火花検出回路３３は、荷電電圧の異常低下を検知することにより、放電電極１５と集塵電極１６との間に火花放電が発生したことを検出する。
また、火花検出回路３３は、所定の駆動パルス幅、例えば、１０ｍｓの駆動パルス幅の火花検出信号Ｓｐを、駆動パルス幅制御回路３２と基準電圧発生回路２４とに供給する。
駆動パルス幅制御回路３２は、この火花検出信号Ｓｐの駆動パルス幅の時間の間、インバータ５の動作を停止、すなわち、インバータ５に対する駆動パルスの供給を停止する。
また、基準電圧発生回路２４の火花検出信号Ｓｐが入力されることよる動作については、後に説明する。
【００１９】
次に、基準電圧発生回路２４の詳細な構成を図２を用いて説明する。図２は、基準電圧発生回路２４の構成例を示すブロック図である。
電気集塵用電源は、定常運転のとき、集塵装置内のコロナ放電電流を一定にするため定電流制御される。
ここで、電気集塵用電源の定電圧制御回路２３は、従来、荷電電圧が電気集塵用電源の定格最高電圧を超えて増大しないように設定されており、荷電電圧の電圧リミッタとして動作する。
このため、集塵ダスト抵抗が高くなった場合、すなわちコロナ放電電流が少なくなった場合、または放電電極１５がダスト付着により肥大化してコロナ放電し難くなった場合などの設定電圧以上のときにしか動作しない。
しかしながら、後で説明するように、火花放電後の再立ち上げ時に、立ち上げの第１の段階及び第２の段階の切換タイミングの検出に積極的に利用している。
【００２０】
バッファアンプ４５は、端子４１から入力される検出信号Ｓｓｕｐをインピーダンス変換して、アナログスイッチ４６，コンパレータ６３の反転入力端子（−），コンパレータ６４の非反転入力端子（＋）各々へ信号Ｓｃとして出力する。
アナログスイッチ４６は、オン状態となることにより、信号Ｓｃ（電圧値Ｖｃ）を信号Ｓｄ（電圧値Ｖｄ）としてバッファアンプ４７へ出力する。
ダイオード４８は、カソードがバッファアンプ４７の出力に接続され、アノードがアナログスイッチ４９の入力端子に接続され、すなわちバッファアンプ４７とアナログスイッチ４９との間に介挿されている。
アナログスイッチ４９の出力は端子４２へ接続されており、この端子４２から出力される電圧が基準電圧値Ｖｖとなる。
【００２１】
コンデンサ５０は、アナログスイッチ４６の出力端子と接続されており、荷電電圧の電圧値を記憶する。
また、コンデンサ５０は、電源Ｖと接地点との間で、直列に接続された定電流充電回路５１及び定電流放電回路５２において、定電流放電回路５２と並列に接続されている。
ここで、定電流充電回路５１と定電流放電回路５２とは、各々制御信号Ｓｊ，火花検出信号Ｓｐによりオン／オフされる。
定格電圧値Ｖｍは、バッファアンプ５３と抵抗５４とを介し、アナログスイッチ４９の出力と、端子４２（すなわち、図１の電圧制御回路（アンプ）２３の反転入力端子（−））に、図示しない定格電圧発生回路から入力される。
【００２２】
基準回路７０は、抵抗５５，バッファアンプ５８，コンデンサ５６及び放電トランジスタ５７から構成され、第１段階の再立ち上げ基準の電圧をダイオード５９のカソードに供給する。
ここで、抵抗５５とコンデンサ５６とは、電源Ｖと接地点との間で、直列に接続され、コンデンサ５６と放電トランジスタ５７とは並列に接続されている。
ダイオード５９及びダイオード４８とは、アンド回路と同様な動作を行う低レベル優先回路を構成しており、双方ともにカソードの電圧がアノードの電圧より低下した場合、各々バッファアンプ４７，バッファアンプ５８を電流が流し、アノード（すなわち、点Ｐ）の電圧を低下させる。
実際には、上記低レベル優先回路を構成しているダイオード４８及びダイオード５９に電圧降下が存在し、この電圧降下を補償する補償回路が必要である。
しかしながら、図２においては、回路説明が煩雑となるため、上記補償回路を省略している。以下の説明は図１及び図２の各ダイオードの電圧降下の影響を無視して行う。
【００２３】
火花放電信号Ｓｐは、フリップフロップ６０のセット端子Ｓと、定電流放電回路５２のゲート端子と、放電トランジスタ５７のエミッタ端子に入力されている。 フリップフロップ６０は、リセット端子Ｒにオア回路６５の出力端子が接続され、出力端子Ｑがアナログスイッチ４９のゲート端子に接続され、出力端子ＱＢがアナログスイッチ４６のゲート端子に接続されている。
コンパレータ６１は、コンデンサ５６に充電されている電圧Ｖ（非反転入力端子（＋））の電圧値と、ダイオード４８を介してバッファアンプ４７から出力される信号Ｓｄの電圧値Ｖｄとを比較し、比較結果を信号Ｄとしてフリップフロップ６２のセット端子Ｓに出力する。
【００２４】
ここで、コンパレータ６１は、電圧Ｖの電圧値が電圧値Ｖｄより高い場合、信号Ｄを「Ｈ」レベルで出力し、電圧Ｖの電圧値が電圧値Ｖｄより低い場合、信号Ｄを「Ｌ」レベルで出力する。
したがって、コンパレータ６１は、電源Ｖの電圧値が電圧値Ｖｄを超えた場合に、「Ｈ」レベルの信号Ｄにより、フリップフロップ６２をセットし、フリップフロップ６２の出力端子Ｑから「Ｈ」レベルの信号Ｃを出力する。
定電流充電回路５１は、信号Ｃが「Ｈ」でゲート端子に入力されることによりオン状態となる。
【００２５】
リセット回路７１は、コンパレータ６３，６４のいずれかの出力が「Ｈ」レベルとなることにより、オア回路６５の出力が「Ｈ」レベルとなり、すなわち、リセット信号ＲＳを「Ｈ」レベルとし、フリップフロップ６０，６２の各リセット端子Ｒに、「Ｈ」レベルのリセット信号ＲＳを出力することにより、フリップフロップ６０，６２のリセットを行う。
このリセットにより、フリップフロップ６０，６２の各出力端子Ｑは「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルとなる。
コンパレータ６３は、バッファ４５の出力する信号Ｓｃの電圧値Ｖｃと、コンデンサ４８を介して出力されるバッファ４７の出力電圧の電圧値（すなわち、記憶コンデンサ５０に蓄積されることにより、記憶されている電圧の電圧値Ｖｔ）とを比較する。
【００２６】
コンパレータ６３は、電圧値Ｖｄが電圧値Ｖｃを超えた場合に「Ｈ」レベルの信号をオア回路６５に出力し、リセット信号ＲＳを「Ｈ」レベルとし、フリップフロップ６０，６２のリセットを行う。
コンパレータ６４は、電圧値Ｖｃと定格電圧値Ｖｍとを比較して、電圧値Ｖｃが定格電圧Ｖｍを超えた場合に、「Ｈ」レベルの信号をオア回路６５に出力し、リセット信号ＲＳを「Ｈ」レベルとし、フリップフロップ６０，６２のリセットを行う。
【００２７】
次に、第１の実施形態による集塵用電源装置の動作例を、図３を用いて説明する。図３（１），（２），（３）においては、横軸が時刻であり、縦軸が電圧レベルを示している。また、図３（１），（２），（３）においては、図の上部に示されている時刻ｔ１〜ｔ５が共通に用いられている。
図３は、動作例のタイミングチャートを示しており、の（１）は実線が荷電電圧の電圧値Ｖｓｕｐを示し、一点鎖線が電圧値Ｖｓｕｐに対応する基準電圧値Ｖｖを示しており、点線はコンデンサ５０の蓄積電圧の電圧値Ｖｔである。
図３の（２）は実線が定電流制御回路２１の出力信号Ａ、破線が定電圧制御回路２３の出力信号Ｂのレベルを示し、（３）は火花検出信号Ｓｐを示す。
【００２８】
以下、図３の各時刻に従い、本発明の第１の実施形態の動作例の説明を行う。
１）時刻ｔ０〜ｔ１（定常運転期間）
定常運転時において、電気集塵装置の負荷状態が正常であれば、荷電電圧の電圧値Ｖｃは、放電電圧１５及び集塵電圧１６との間の荷電電圧の定格最高電圧値Ｖｍａｘに対応する電圧、すなわち定格電圧値Ｖｍ以下において、コロナ放電における負荷状態で決定されている。
ここで、定格電圧値Ｖｍは、電圧検出回路４０における、抵抗１７と抵抗１８との分圧比に対応して、定格最高電圧値Ｖｍａｘを分圧した電圧値である。
そして、インバータ５は、安定したコロナ放電により消費されるコロナ放電電流を供給するため、定電流制御状態において運転されている。
このとき、アナログスイッチ４９がオフ状態のため、定格電圧値Ｖｍは、バッファアンプ５３と抵抗５４とを介して、定電圧制御回路３２の反転入力端子（−）に基準電圧として加えられ、荷電電圧を示す電圧値Ｖｓｕｐと比較されている。
【００２９】
しかしながら、荷電電圧を示す電圧値Ｖｓｕｐは、定格電圧値Ｖｍを越えていないため、出力信号Ｂは「Ｌ」レベルで出力されている。
すなわち、定電圧制御回路２３の出力信号Ｂは「Ｌ」レベルで出力され、ダイオード３１がオフし、定電流制御回路２１の出力信号Ａは「Ｈ」レベルで出力され、ダイオード３０がオンしている。
これにより、駆動パルス幅制御回路３２は、ダイオード３０の出力する「Ｈ」レベルに対応した信号Ｃ（「Ｈ」レベル）に基づき、広い駆動パルス幅と狭い駆動パルス幅とから、狭い駆動パルス幅を選択して、インバータ５の制御を行っている。
また、検出された荷電電圧の電圧値Ｖｓｕｐは、バッファアンプ４５とアナログスイッチ４６を介して、記憶用のコンデンサ５０に充電され、定常運転時の荷電電圧として記憶される。
【００３０】
２）時刻ｔ１〜ｔ２（火花放電発生時）
例えば、時刻ｔ１において、放電電極１５と集塵電極１６との間で火花放電が発生したとする。
このとき、火花検出回路３３は、駆動パルス幅１０ｍｓの火花検出信号Ｓｐを、駆動パルス幅制御回路３２及び電圧基準回路２４に出力する。
これにより、電圧基準回路２４内において、フリップフロップ６０は、火花検出信号Ｓｐがセット端子Ｓに入力されることにより、出力端子Ｇから「Ｈ」レベルを出力し、出力端子ＱＢから「Ｌ」レベルを出力する。
【００３１】
したがって、アナログスイッチ４９はゲート端子に「Ｈ」レベルの信号が入力されることによりオン状態となり、一方、アナログスイッチ４６はゲート端子に「Ｌ」レベルの信号が入力されることにより、オフ状態となる。
そして、アナログスイッチ４６がオフ状態となることにより、火花放電が発生する直前の荷電電圧の電圧値Ｖｓｕｐがコンデンサ５０に保持される。
【００３２】
また、放電トランジスタ５７は、「Ｈ」レベルの火花検出信号Ｓｐが入力されることによりオン状態となり、再立ち上げの第１段階の電圧基準値を決めるコンデンサ５６の電圧値を１０ｍｓの期間「０（Ｖ）」にする。
このとき、アナログスイッチ４９がオン状態であるため、バッファアンプ５８は、ダイオード５９及びアナログスイッチ４９を介して、点Ｐの電圧を引き下げて、定電圧制御回路２３の反転入力端子（−）に入力される基準電圧値Ｖｖを「０（Ｖ）」とする。
そして、駆動パルス幅制御回路３２は、火花検出信号Ｓｐが「Ｈ」レベル入力されているため、インバータ５に対する駆動パルスの供給を停止する。
これにより、インバータ５は、火花検出信号Ｓｐが「Ｈ」レベルで入力されている間動作を停止する。
したがって、この火花検出信号Ｓｐが「Ｈ」レベルで出力されている期間は、荷電電圧がコロナ放電を発生させる電圧値とはならないため、コロナ放電が発生せず、集塵処理が停止された状態にある。
【００３３】
また、定電流放電回路５２は、火花検出信号Ｓｐが「Ｈ」レベルで入力されることによりオン状態となり、コンデンサ５０に記憶されている電圧，すなわち電荷を放電して蓄積されている電圧値を低下させる。
このとき、火花検出信号Ｓｐの駆動パルス幅、すなわち定電流放電回路５２のオンされている時間（例えば、１０ｍｓ）に応じた電荷が放電されて、電圧値Ｖｔにおいて一定の電圧△Ｖが低下する。
【００３４】
３）時刻ｔ２〜ｔ３（再立ち上げ第１段階の期間）
火花検出信号Ｓｐが１０ｍｓ後に「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルへ遷移すると、駆動パルス幅制御回路３２がインバータ５に駆動パルスの供給を開始する。
これにより、インバータ５が運転動作を開始するが、時刻ｔ２における駆動パルス幅制御回路３２から供給される駆動パルスは狭い駆動パルス幅の駆動パルスである。
そして、放電トランジスタ５７がオフ状態とされることにより、抵抗５５とコンデンサ５６とで決まる時定数に応じて、バッファアンプ５８の入力電圧が徐々に上昇し、ダイオード５９を介して点Ｐを電圧Ｖの電圧値へ、上昇角度αで徐々に上昇させる。
また、定電流放電回路５２は、火花検出信号Ｓｐが「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルへ遷移することにより、オフ状態となる。
【００３５】
これにより、基準電圧発生回路２４は、電圧制御回路２３に対して、端子４２から、上述したように上昇角度αで徐々に上昇していくバッファアンプ５８の出力する電圧値を基準電圧値Ｖｖとして出力する。
これにより、電圧制御回路２３は、検出信号ＳＳＵＰの電圧値Ｖｓｕｐが基準電圧値Ｖｖを超えないため、出力信号Ｂを「Ｌ」レベルで出力する。
また、電流制御回路２１は、電圧値Ｖｃｈｇが基準電圧値Ｖｉを超えない場合、すなわち、検出抵抗１４を流れる充電電流が定格電流値を超えない場合に、出力信号Ａを「Ｌ」レベルとして出力する。
そして、出力信号Ａ及び出力信号Ｂが共に「Ｌ」レベルの場合、信号Ｃは「Ｌ」レベルとなり、駆動パルス幅制御回路３２は、幅の広い駆動パルスをインバータ５へ供給する。
【００３６】
一方、電流制御回路２１は、電圧値Ｖｃｈｇが基準電圧値Ｖｉを超えた場合、すなわち、検出抵抗１４を流れる充電電流が定格電流値を超えた場合に、出力信号Ａを「Ｈ」レベルとして出力する。
また、電圧制御回路２３は、電圧値Ｖｓｕｐが基準電圧値Ｖｖを超えた場合、出力信号Ａを「Ｈ」レベルとして出力する。
そして、出力信号Ａが「Ｈ」レベルであり、出力信号Ｂが「Ｌ」レベルの場合、または、出力信号Ａが「Ｌ」レベルであり、出力信号Ｂが「Ｈ」レベルの場合、信号Ｃは「Ｈ」レベルとなり、駆動パルス幅制御回路３２は、幅の狭い駆動パルスをインバータ５へ供給する。
【００３７】
したがって、駆動パルス制御回路３２は、電流制御回路２１または電圧制御回路２３のいずれかが「Ｈ」レベルの信号を出力した期間以外、すなわち定電圧制御回路２３と定電流制御回路２１の出力信号Ａ及びＢがダイオード３０，３１を交互にオン／オフさせ、相互に牽制しながら、幅の広い駆動パルスまたは幅の狭い駆動パルスのいずれかで構成される駆動パルス列をインバータ５に供給し、荷電電圧を上昇角度αで増加させる。
これにより、インバータ５は、コンデンサ５６の電圧値の上昇角度αに対応させて、放電電極１５をと集塵電極１６間の静電容量を充電し、荷電電圧を上昇角度αに対応して上昇させることになる。
また、電気集塵装置の特性は、荷電電圧がコロナ開始電圧以下ではコロナ放電電流が流れず、コロナ開始電圧を越すと見かけ上抵抗分としてコロナ放電電流が流れるので、再立ち上げ初期は放電電極１５と集塵電極１６間の容量の充電を行うと考えられる。
【００３８】
４）時刻ｔ３〜ｔ４（再立ち上げ第２段階の期間）
時刻ｔ３において、コンデンサ５６の電圧がコンデンサ５０に蓄積されている電圧値を越えると、ダイオード４８がオン状態となり、以降、点Ｗにおけるコンデンサ５０に蓄積されている電圧値Ｖｔ（定常状態の荷電電圧値の測定値である電圧値ＶｓｕｐよりΔＶ低下した電圧値）が、電圧制御回路２３の反転入力端子（−）に供給される基準電圧値Ｖｖとなる。
このとき、コンパレータ６１は、コンデンサ５６の電圧が点Ｐの電圧（電圧値Ｖｔ）を超えるため、「Ｈ」レベルの信号をフリップフロップ６２のセット端子Ｓに出力し、フリップフロップ６２をセットする。
これにより、フリップフロップ６２は、出力端子Ｑから定電流充電回路５１のゲート端子へ、「Ｈ」レベルの信号Ｓｊを出力し、定電流充電回路５１をオン状態とする。
【００３９】
ここで、定電流充電回路５１のコンデンサ５０に供給する電流、すなわちコンデンサ５０を充電する電流値を適正に選定することにより、コンデンサ５０の電圧は任意の角度θで上昇させる（すなわち、任意の上昇率）ことができる。
このとき、基準電圧Ｖｖの第１段階及び第２段階における上昇角度において、コンデンサ５６への充電における上昇角度αより、コンデンサ５０への充電における上昇角度θを小さくする（第１段階の上昇率に比較して第２段階の上昇率を小さくする）ことにより、再立ち上げの第１段階の荷電電圧の上昇速度に比較して、再立ち上げの第２段階の荷電電圧の上昇を緩やかにすることができる。
すなわち、第２段階における基準電圧値Ｖｖの上昇率を、第１段階における基準電圧値Ｖｖの上昇率に対して低く設定することにより、この基準電圧Ｖｖの上昇率に対応して、荷電電圧の電圧値の上昇率（上昇角度θに対応）も第１段階の上昇率（上昇角度α）に比較して、第２段階の方が緩やかとなる。
ここで、基準電圧値Ｖｖの上昇角度α及びθは、実際に電気集塵装置の運転を行いながら調節して、この上昇角度（α及びθ）対応して上昇する荷電電圧が、高速に立ち上がり、かつ火花放電が発生しない値に調節して決定される。
【００４０】
また、時刻ｔ３〜ｔ４においても、時刻２〜ｔ３においてと同様に、駆動パルス制御回路３２は、電流制御回路２１または電圧制御回路２３のいずれかが「Ｈ」レベルの信号を出力した期間以外、すなわち定電圧制御回路２３と定電流制御回路２１の出力信号Ａ及びＢがダイオード３０，３１を交互にオン／オフさせ、相互に牽制しながら、幅の広い駆動パルスまたは幅の狭い駆動パルスのいずれかをインバータ５に供給するため、高速に放電電極１５と集塵電極１６の静電容量を充電し、荷電電圧を上昇させることになる。
ただし、時刻ｔ３〜４において、駆動パルス幅制御回路３２は、上昇角度θが上昇角度αより小さいため、信号Ｃが「Ｈ」レベルで入力される頻度が、時刻ｔ２〜ｔ３の期間より多いため、インバータ５へ出力する駆動パルス列において狭い幅の駆動パルスの比率が多くなる。
【００４１】
５）時刻ｔ４〜 （定常運転復帰）
時刻ｔ４において、荷電電圧が上昇角度θで上昇していくと、コロナ放電を開始する電圧値を越え、放電電極１５と集塵電極１６との間にコロナ電流が流れ始める。
これにより、放電電極１５と集塵電極１６との間に負荷電流（コロナ電流）が流れることにより、検出抵抗１４に流れる電流が増加することにより、電圧値Ｖｃｈｇが上昇し、常に基準電圧値Ｖｉを超えるため、出力信号Ａが定常的に「Ｈ」レベルとなる。
【００４２】
ここで、駆動パルス幅制御回路３２は、信号Ｃが常に「Ｈ」レベルの状態となることにより、インバータ５へ狭い幅の駆動パルスのみを供給することとなる。そして、定電流充電回路５１によるコンデンサ５０に対する充電により、点Ｐの電圧が電圧値Ｖｓｕｐを超えると、コンパレータ６３は、オア回路６５を介して、フリップフロップ６０，６２各々のリセット端子Ｓに、「Ｈ」レベルのリセット信号ＲＳを出力し、フリップフロップ６０，６２のリセットを行う。
これにより、アナログスイッチ４６は、ゲート端子に「Ｈ」レベルが入力されてオン状態となり、アナログスイッチ４９はゲート端子に「Ｌ」レベルが入力され、オフ状態となる。
【００４３】
したがって、アナログスイッチ４６がオン状態になるこにより、コンデンサ５０に電圧値Ｖｓｕｐの値が充電される状態になり、アナログスイッチ４９がオフ状態になることにより、電圧制御回路２３の反転入力端子（−）に対して、基準電圧値Ｖｖとして定格電圧Ｖｍが供給されることになる。
また、定電流充電回路５１は、ゲート端子に「Ｌ」レベルの信号が入力されるため、オフ状態となる。
このため、以降、駆動パルス幅制御回路３２は、電流制御回路２１からコロナ電流に対応して出力される出力信号Ａと、定格電圧値Ｖｍと荷電電圧の電圧値との比較により電圧制御回路２３から出力される出力信号Ｂとにより制御される。
【００４４】
この第１の実施形態によれば、再立ち上げ電圧の第１段階は、火花放電直前の荷電電圧の電圧値より所定の電圧ΔＶだけ低い電圧を目標として比較的高速の上昇角度αで上昇し、次に第２段階として定格電圧値Ｖｍに向かって、上昇角度αに対して相対的に遅い所定の上昇角度θで上昇させる。
また、この第２段階における途中において、コロナ放電の発生する領域に入って定電流に移行するか、または定格電圧Ｖｍまで上昇する。
このように、第１の実施形態の集塵用電源装置は、基準電圧発生回路２４が、定電圧制御回路２３の反転入力端子（−）に入力される基準電圧値Ｖｉを、再立ち上げの第１段階の期間と、再立ち上げの第２段階の期間と、定常運転の期間とにおいて、これら各期間に対応した電圧値に調整するため、各期間において荷電電圧の上昇角度を、より正確に制御することで、荷電電圧をコロナ放電が発生する電圧値まで高速に立ち上げ、かつ再立ち上げ時に発生しがちな火花放電を回避し、集塵装置の稼働率を上昇させて、集塵効率を向上することが可能となる。
【００４５】
また、第１の実施形態の電気集塵用電源装置は、再立ち上げの第１及び第２段階において、火花放電が再発生する場合にも、記憶コンデンサ５０に記憶された再発の火花放電前の電圧値Ｖｔに対してΔＶ低下した電圧から、再び上昇角度θの電圧上昇率で上昇していき、この火花放電と電圧制御された再立ち上げ動作とを適正な間隔で繰り返すことにより、集塵装置の稼働率を上げて、集塵効率を向上できる。
すなわち、本発明の電気集塵用電源装置は、定常運転のとき、基準電圧値Ｖｖに定格電圧Ｖｍを用い、放電電極１５と集塵電極１６との間のコロナ放電電流に対応した荷電電圧の低下の防止を制御するため、出力信号Ａに基づきインバータの動作を制御し、火花放電が発生して荷電電圧が低下した後の再立ち上げ時において、調整された基準電圧値Ｖｖを用い、出力信号Ｂに基づきインバータ５の動作を制御する
【００４６】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態による集塵用電源装置は、第１の実施形態の図１の構成において、基準電圧発生回路２４が基準電圧発生回路８４に置換された以外、同様の構成である。
図４を用いて、基準電圧発生回路８４を説明する。図４は、基準電圧発生回路８４の構成を示すブロック図である。
図４において、第１の実施形態の図２（基準電圧発生回路２４）と同様な部分については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４７】
すなわち、火花放電が発生した時点において、コンデンサ５６に蓄積される電圧値を「０（Ｖ）」とするのではなく、コンデンサ５０と同様に電圧値Ｖｃｈｇを記憶させるようにしている。
ここで、火花放電の発生直後において、実際の荷電電圧を測定すると、図３の点線Ｖｅｐのように、インバータ５を停止しても、荷電電圧がある程度の電圧値を保持している場合がある。
例えば、火花放電が発生した後、荷電電圧がある程度の電圧値を有する場合は、発生した火花放電が微少なものであり、放電電極１５と集塵電極１６との静電容量分の電荷を完全に放電しきらないためと考えられる。
【００４８】
このような場合、第１の実施形態のように、第１段階の再立ち上げ電圧の電圧基準を「０（Ｖ）」まで下げてしまうと、基準電圧値Ｖｉがこの放電電極１５と集塵電極１６との間に保持されている電圧の電圧値に上昇するまで、荷電電圧の電圧値が基準電圧値Ｖｉより高いため、電圧制御回路２３から出力される出力信号Ｂが「Ｈ」レベルで出力され続け、信号Ｃが「Ｈ」レベルとなり、駆動パルス幅制御回路３２は狭い幅の駆動パルスしか出力せずに、荷電電圧の上昇を遅くしてしまう。
したがって、この場合、インバータ５の停止期間終了後に、放電電極１５と集塵電極１６との間に保持されている荷電電圧から、コンデンサ５６の充電を開始させ、第１段階の上昇角度αにより再立ち上げを行えば、高速に充電が行われ、荷電電圧の上昇時間のロスがなく、効率的に荷電電圧を上昇させられる。
【００４９】
図４の基準電圧発生回路８４は、インバータ５の停止期間終了後、すなわち、火花検出信号Ｓｐの「Ｈ」レベルの期間の終了後、放電電極１５と集塵電極１６との間に保持されている残留電圧から充電を開始し、第１段階の上昇角度αで荷電電圧の再立ち上げを行う。
図４において、放電トランジスタ５７の代わりに、アナログスイッチ７５が設けられている。
アナログスイッチ７５は、バッファアンプ５８の入力端子と、バッファアンプ４５の出力端子との間に介挿され、ゲート端子に火花検出信号Ｓｐが入力されている。
すなわち、アナログスイッチ７５は、火花放電が発生し、火花検出信号Ｓｐが「Ｈ」レベルのときにオン状態となる。
【００５０】
次に、図４の基準電圧発生回路８４が第１の実施形態の基準電圧発生回路２４と異なる部分の動作について、以下、説明する。
定常時、アナログスイッチ７５がオフ状態となっているので、コンデンサ５６には電圧値Ｖが蓄積されている。
図３の時刻ｔ１において、火花放電が発生すると、所定時間（たとえば、１０ｍｓｅｃ）の間、火花検出信号Ｓｐが「Ｈ」レベルとなり、駆動パルス幅制御回路３２が駆動パルスをインバータ５に供給しないため、インバータ５の動作が停止する。
このとき、火花放電により放電される電荷が少なく、放電電極１５と集塵電極１６との間の静電容量に荷電電圧のある残留電圧値が保持されているとする。
【００５１】
また、火花検出信号Ｓｐが「Ｈ」レベルとなることにより、アナログスイッチ７５がオン状態となり、バッファアンプ４５の出力する電圧を、コンデンサ５６に対して供給する。
これにより、コンデンサ５６は抵抗５５で常に電圧値Ｖに充電されようとするが、バッファアンプ４５がコンデンサ５６に記憶される電圧を、放電電極１５と集塵電極１６との間の静電容量に保持された電圧値とする。
すなわち、インバータ停止期間終了の直前に、火花放電後に、放電電極１５及び集塵電極１６との間に保持された残留荷電電圧をコンデンサ５６に記憶させる。
次に、時刻ｔ１において、火花検出信号Ｓｐが「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに遷移して、再立ち上げの第１段階となると、駆動パルス幅制御回路２３がインバータ５に駆動パルスの供給を開始するため、インバータ５が運転を再開する。このとき、アナログスイッチ７５がオフ状態となり、コンデンサ５６は、放電電極１５及び集塵電極１６との間に保持された電圧値（残留電圧）から、抵抗５５を介して電圧値Ｖへの電圧の上昇を開始する。
【００５２】
したがって、荷電電圧の再立ち上げにおける第１段階の電圧の上昇は、この残留電圧からスタートすることとなる。
以後は、第１の実施形態における動作と同様に、再立ち上げの第２段階に移行する。
この第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、再立ち上げの開始電圧が残留電圧の電圧値に対応して変化するため、再立ち上げの第１段階が第１の実施形態に比較して、より高速な再立ち上げが可能となる。
【００５３】
以上、本発明の一実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、インバータの制御は駆動パルス幅制御で説明したが、インバータの前にＩＧＢＴなどのスイッチング素子からなる降圧チョッパ回路を接続し、その降圧チョッパ回路の出力電圧を制御して、又はインバータの周波数制御を行って荷電電圧を制御しても良い。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の集塵用電源装置によれば、定常時には定電流制御を優先させ、火花放置発生後の荷電電圧の再立ち上げ時には定電圧制御を優先させているので、任意に設定した電圧値への正確な制御が容易である。また基準電圧発生回路２４が、定電圧制御回路２３の反転入力端子（−）に入力される基準電圧値Ｖｉを、再立ち上げの第１段階の期間と、再立ち上げの第２段階の期間と、定常運転の期間とにおいて、これら各期間に対応した電圧値に調整するため、各期間において荷電電圧の上昇角度を、より正確に制御することで、荷電電圧を放電が発生する電圧値まで高速に立ち上げ、かつ再立ち上げ時に発生する余分な火花放電を回避し、集塵装置の稼働率を上昇させて、集塵効率を向上することが可能となる。
【００５５】
また、本発明の集塵用電源装置は、再立ち上げの第１及び第２段階において、火花放電が再発生する場合にも、記憶コンデンサ５０に記憶された再発の火花放電前の電圧値Ｖｔに対してΔＶ低下した電圧から、再び上昇角度θの電圧上昇率で上昇していき、この火花放電と電圧制御された再立ち上げ動作とを適正な間隔で繰り返すことにより、集塵装置の稼働率を上げて、集塵効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１及び第２の実施形態による集塵用電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１における第１の実施形態における基準電圧発生回路２４の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態による集塵用電源装置の動作例を説明するタイミングチャートである。
【図４】第２の実施形態において図１における基準電圧発生回路８４の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 整流器
２ チョークコイル
３，１１，５０，５６ コンデンサ
４ フィルタ回路
５ インバータ回路
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ ＩＧＢＴ
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ ダイオード
８ 共振インダクタ
９ 高電圧トランス
１０ 共振コンデンサ
１２，１３，３０，３１ ダイオード
１５ 放電電極
１６ 集塵電極
１４ 検出抵抗
１７，１８，５４，５５ 抵抗
２１ 定電流制御回路
２３ 定電圧制御回路
２２，２４，８４ 基準電圧発生回路
３２ 駆動パルス幅制御回路
３３ 火花検出回路
４１，４２ 端子
４５，４７，５３，５８ バッファアンプ
４６，４９，７５ アナログスイッチ
４８，５９ ダイオード
５１ 定電流充電回路
５２ 定電流放電回路
５７ 放電トランジスタ
６０，６２ フリップフロップ
６１，６３，６４ コンパレータ
６５ オア回路
７０ 基準回路
７１ リセット回路
８０ 倍電圧整流回路
Claims (9)
- 交流電源を整流した直流電圧で運転する高周波インバータ部の高周波出力電圧を高電圧トランスと整流器を通して直流高電圧に変換し、この直流高電圧を放電電極と集塵電極間の容量に荷電する電気集塵用電源装置であって、
前記容量への荷電電流を検出して電流基準値と比較し、比較結果を出力信号Ａとして出力する定電流制御回路と、前記放電電極と前記集塵電極との間の荷電電圧を検出して電圧基準値と比較し、比較結果を出力信号Ｂとして出力する定電圧制御回路とを備えて、前記出力信号Ａと前記出力信号Ｂとに基づき、前記高周波インバータ部の動作を制御する制御回路を具備し、
前記制御回路が、定常運転のとき、前記電圧基準値を大きく設定し、前記放電電極と前記集塵電極との間のコロナ放電電流に対応した荷電電圧の低下の防止を制御するため、出力信号Ａに基づき前記高周波インバータ部の動作を定電流制御し、火花放電が発生して前記荷電電圧が低下した後の再立ち上げ時においては立ち上がりの傾斜を、所定の角度で上昇する前記電圧基準値を用い、出力信号Ｂに基づいた駆動パルス幅により前記高周波インバータ部の動作を定電圧制御することを特徴とする電気集塵用電源装置。 - 前記制御回路が、前記荷電電圧の立ち上げ時を、第１段階及び第２段階の２段階に分割し、この第１段階と第２段階で、前記上昇率を変化させることを特徴とする請求項１に記載の電気集塵用電源装置。
- 前記制御回路が、前記第１段階において、前記基準電圧を火花放電直前の荷電電圧より所定電圧下げた電圧に対応する電圧値まで上昇させ、前記第２段階において、前記基準電圧を前記最大定格電圧に対応する弾圧値とし、前記第１段階より相対的に遅い上昇率でこの最大定格電圧に向けて電圧上昇させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電気集塵用電源装置。
- 前記制御回路が、前記電圧基準値として、定常動作時において前記放電電極と前記集塵電極との間の最大定格電圧に対応する電圧値を用い、火花放電が発生して荷電電圧が低下したときには前記電圧基準値を下げ、再立ち上げ時において、火花放電前の荷電電圧まで所定の上昇率で増加していく電圧基準値を用いることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電気集塵用電源装置。
- 前記制御回路が火花放電する前の荷電電圧を保持する保持手段を有していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の電気集塵用電源装置。
- 前記制御回路が、火花放電後の前記高周波インバータ部の停止期間終了直前における前記荷電電圧の検出電圧値を、前記第１段階の電圧基準の初期圧とすることを特徴とする請求項１から請求項５いずれかに記載の電気集塵用電源装置。
- 交流電源を整流した直流電圧で運転する高周波インバータ部の高周波出力電圧を高電圧トランスと整流器を通して直流高電圧に変換し、この直流高電圧を放電電極と集塵電極間に印加して荷電電流を供給する電気集塵用電源装置を、定常時には走電圧制御に対して定電流制御を優先させ、火花放電が発生したときには予め設定された休止時間運転を休止し、その火花放電発生後の荷電圧の再立ち上時には前記定電流制御に対して、立ち上がりの荷電電圧の傾斜を、所定の角度で上昇する前記電圧基準値と、前記放電電極及び集塵電極間の荷電電圧とを比較し、比較結果により駆動パルス幅を変調して前記高周波インバータ部を制御する定電圧制御を優先させて制御する電気集塵用電源装置の制御方法。
- 前記休止時間運転を休止した後に、前記荷電電圧を前記火花放電の発生直前の荷電電圧よりも所定電圧低い電圧まで相対的に大きな第１の傾斜で上昇させるよう前記高周波インバータ部を制御し、次に前記荷電電圧を前記第１の傾斜よりも緩やかな第２の傾斜で最大定格電圧まで上昇させるよう前記高周波インバータ部を制御することを特徴とする請求項７に記載の電気集梁塵用電源装置の制御方法。
- 前記定電圧制御に対して定電流制御を優先させるときには、前記荷電電圧の検出電圧と比較される基準電圧の値を増大させ、火花放電の発生時には前記基準電圧を一旦低下させ、前記定電流制御に対して定電圧制御を優先させるときには、一旦低下した前記基準電圧の値を調整された傾斜で増大させることを特徴とする請求項８記載の電気集塵用電源装置の制御方法。
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