JP7004557B2 - 突入電力抑制装置、電力制御システムおよび制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、突入電力抑制装置、電力制御システムおよび制御方法に関する。

照明機器のスイッチには、絶縁性能が良く、安価で入手性が高い利点から、一般的に接点式が使用されている。これらには、手動用では、ロッカースイッチ、外部制御用では電磁リレーなどがある。

しかし、ＬＥＤ（発光ダイオード）照明などＡＣ／ＤＣ（交流／直流）電源ユニットを持つ装置では、ＤＣ回路部に電圧平滑化と安定化のためにコンデンサが備えられている。そのため、接点式のスイッチで入切をすると、スイッチの投入タイミングしだいで、投入時の交流電圧が高い場合には、大きな突入電流が流れるときがある。

ＬＥＤ照明等のスイッチ投入時に、当該スイッチに大きな突入電流が流れると、スイッチの接点溶着や、ノイズ発生、半導体部品の劣化進行などの問題を起こす場合がある。このような問題の防止のため、一つのスイッチから電源供給するＬＥＤ照明の台数を、スイッチの許容電流よりも遥かに少ない台数に制限して使用する場合がある。この場合、照明台数に対してスイッチの必要数が多くなるため、物品費や工事費の増加につながる問題があった。なお、例えば、電磁リレーでは、突入電流負荷への供給では、ＴＶ定格が定格電流とは別に規定されており、突入電流上限値と定常電流の使用範囲がＴＶ定格のカテゴリ毎に別途規定されている。なお、ＴＶ定格は、ＵＬおよびＣＳＡ規格の中の耐突入電流性能を評価する、代表的な定格の１つであり、リレーが突入電流を含む負荷を開閉できる程度を示す。

特許文献１には、上述したような突入電流を抑制する技術の一例が記載されている。特許文献１に記載されている開閉装置では、可変インピーダンスと補助開閉器の直列回路からなるバイパス回路が、主開閉器と並列に接続されている。そして、閉路の際は、まず、補助開閉器を閉路させ、次に可変インピーダンスのインピーダンスを高から低に変化させ、次に主開閉器を閉路させる。一方、開路の際は、まず主開閉器を開路させ、次に可変インピーダンスのインピーダンスを低から高に変化させ、次に補助開閉器を開路させる。この構成によれば、開路および閉路の際にインピーダンスの変化を緩やかにすることができ、例えば、突入電流を抑制することができる。なお、特許文献１に記載されている可変インピーダンスは、抵抗とその抵抗に並列に接続された互いに逆方向の一対のサイリスタを、複数組直列接続することで構成されている。

特開平４－８２１１９号公報

上述したように、特許文献１に記載されている開閉装置では、負荷に流れる電流を流す可変インピーダンスが複数の抵抗を用いて構成されている。したがって、開閉する電流の大きさによっては、抵抗のサイズが大きくなったり、特別な冷却が必要になったりするという課題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、負荷に流れる電流を流す可変インピーダンスを用いることなく、突入電流を抑制することができる突入電力抑制装置、電力制御システムおよび制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、交流電力を消費する負荷に対して交流電力の供給を開始する際の突入電流を抑制する突入電力抑制装置であって、導通状態または遮断状態を指示する第１制御信号が入力された場合、交流の所定の位相で導通状態または遮断状態に遷移する半導体素子と、前記半導体素子に電気的に直列に接続された第１スイッチと、前記半導体素子をバイパスするバイパス回路内に配置された第２スイッチと、前記半導体素子と前記第１スイッチと前記第２スイッチを制御する制御部と、を備え、前記負荷への前記交流電力の供給を開始および遮断する給電制御装置があり、前記負荷は、互いに同期して投入される複数の電気機器を含み、前記複数の電気機器の各突入電流の加算結果が、前記給電制御装置の突入電流の許容値を超えており、前記給電制御装置と前記負荷との間に設けられていて、前記制御部が、前記負荷に対して電力の供給を開始する際に、前記第１スイッチと前記第２スイッチがともに遮断された状態から、（１）前記第１スイッチを導通状態にするとともに前記半導体素子に対して導通状態を指示する前記第１制御信号を出力し、次に、（２）所定時間の後、前記第２スイッチを導通状態にすることで、前記負荷への突入電流を抑制する突入電力抑制装置である。

上記の一態様の突入電力抑制装置において、前記バイパス回路は、前記直列に接続された前記第１スイッチと前記半導体素子とに、電気的に並列になるように接続されている。

上記の一態様の突入電力抑制装置において、前記制御部が、前記負荷に対して電力の供給を開始する際に、前記第１スイッチと前記第２スイッチがともに遮断された状態から、（１）前記第１スイッチを導通状態にするとともに前記半導体素子に対して導通状態を指示する前記第１制御信号を出力し、次に、（２）所定時間の後、前記第２スイッチを導通状態にし、さらに、（３）所定時間の後、前記第１スイッチを遮断状態にするとともに前記半導体素子に対して遮断状態を指示する前記第１制御信号を出力する。

上記の一態様の突入電力抑制装置において、前記制御部は、前記負荷への電力の供給を遮断する際に、前記第２スイッチが導通状態で前記第１スイッチと前記半導体スイッチが遮断状態である制御状態から、（４）前記第１スイッチを導通状態にするとともに前記半導体素子に対して導通状態を指示する前記第１制御信号を出力し、次に、（５）所定時間の後、前記第２スイッチを遮断状態にし、次に、（６）所定時間の後、前記半導体素子に対して遮断状態を指示する前記第１制御信号を出力し、次に、（７）所定時間の後、前記第１スイッチを遮断状態にする。

上記の一態様の突入電力抑制装置において、前記制御部が、前記半導体素子に対して導通状態を指示する前記第１制御信号を出力してから前記第２スイッチを導通状態にするまでの前記（２）の前記所定時間は、前記負荷への通電が開始されてから、それに伴う突入電流が所定の範囲に収まるまでの期間より長く設定されていて、突入電力抑制装置は、前記各所定時間の少なくとも１つを外部から調整可能とする調整部をさらに備える。

また、本発明の一態様は、上記突入電力抑制装置と、前記負荷への前記交流電力の供給を開始および遮断する給電制御装置と、を備える電力制御システムである。

上記の一態様の電力制御システムにおいて、前記複数の電気機器が、互いに並列に接続された同種の複数の照明機器である。

また、本発明の一態様は、交流電力を消費する負荷に対して交流電力の供給を開始する際の突入電流を抑制する突入電力抑制装置の制御方法であって、前記突入電力抑制装置が、導通状態または遮断状態を指示する第１制御信号が入力された場合、交流の所定の位相で導通状態または遮断状態に遷移する半導体素子と、前記半導体素子に電気的に直列に接続された第１スイッチと、前記半導体素子をバイパスするバイパス回路内に配置された第２スイッチと、前記半導体素子と前記第１スイッチと前記第２スイッチを制御する制御部とを備え、前記負荷への前記交流電力の供給を開始および遮断する給電制御装置があり、前記負荷は、互いに同期して投入される複数の電気機器を含み、前記複数の電気機器の各突入電流の加算結果が、前記給電制御装置の突入電流の許容値を超えており、前記突入電力抑制装置が、前記給電制御装置と前記負荷との間に設けられていて、前記制御部によって、前記負荷に対して電力の供給を開始する際に、前記第１スイッチと前記第２スイッチがともに遮断された状態から、（１）前記第１スイッチを導通状態にするとともに前記半導体素子に対して導通状態を指示する前記第１制御信号を出力し、次に、（２）所定時間の後、前記第２スイッチを導通状態にすることで前記負荷への突入電流を抑制する制御方法である。

本発明によれば、負荷に流れる電流を流す可変インピーダンスを用いることなく、突入電流を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る電力制御システムの構成例を示す図である。 図１に示すコントローラ１１の入出力ポートＩ／Ｏ（１）～Ｉ／Ｏ（４）の設定状態等を示す図である。 図１に示す突入電力抑制装置１０の動作例を示す図である。 図１に示す突入電力抑制装置１０の電力供給開始時の制御シーケンスを示す図である。 図１に示す突入電力抑制装置１０の電力供給遮断時の制御シーケンスを示す図である。

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。図１は、本発明の一実施形態に係る電力制御システム１の構成例を示す図である。図１に示す電力制御システム１は、突入電力抑制装置１０と、給電制御装置２０と、操作スイッチ３０とを備える。電力制御システム１は、商用電源等の単相の交流電源２を電源として、負荷４０へ供給される電力の供給開始と遮断を制御する。負荷４０は、例えば互いに同期して投入される複数の電気機器４１を含む。複数の電気機器４１は、例えば、互いに並列に接続された同種（ＬＥＤ照明等）の複数の照明機器である。

操作スイッチ３０は、ユーザの操作に応じて、電気的接点（スイッチ）を導通状態（オン）または遮断状態（オフ）にする。電力制御システム１では、操作スイッチ３０がオンした場合に負荷４０へ電力の供給開始が指示され、操作スイッチ３０がオフした場合に負荷４０への電力の供給遮断が指示される。操作スイッチ３０のオンまたはオフの状態は、例えば、オンまたはオフを表す２値信号である操作スイッチ信号として所定の信号線を介してターミナルユニット２２へ入力される。あるいは、操作スイッチ３０のオンまたはオフの状態は、図示していない信号伝送装置を介して、有線または無線の通信信号として、ターミナルユニット２２へ送信される。また、操作スイッチ３０のオンまたはオフの状態を示す操作スイッチ信号は、操作スイッチ３０から直接またはターミナルユニット２２等を介して突入電力抑制装置１０のコントローラ１１へ入力される。

給電制御装置２０は、交流電源２が出力した交流電力の負荷４０への供給を開始および遮断する装置である。給電制御装置２０は、電磁リレー２１と、ターミナルユニット２２とを備える。ターミナルユニット２２は、操作スイッチ３０のオンまたはオフの状態に応じて、電磁リレー２１を導通状態にしたり遮断状態にしたりする。その際、ターミナルユニット２２は、電磁リレー２１を遮断状態にする場合には、操作スイッチ３０がオフしてから、後述する突入電力抑制装置１０が電力遮断時の処理を完了するまでの時間より長い時間待機した後、遅れて電磁リレー２１を遮断状態にする。電磁リレー２１は、電気的接点の一端を配線等を介して交流電源２に接続し、他端を配線等を介して突入電力抑制装置１０の入力端子１０１に接続する。電磁リレー２１は、電磁部と電磁部の通電状態に応じてオンまたはオフするスイッチ（上記の電気的接点）を有し、ターミナルユニット２２が出力した所定の制御信号に応じて、電磁部の通電状態を変化させ、スイッチを導通状態（オン）または遮断状態（オフ）にする。

なお、操作スイッチ３０がオンからオフに変化する際には、待機時間が異なる２種類の操作スイッチ信号が、例えば操作スイッチ３０から出力されるようにしてもよい。そして、操作スイッチ３０は、待機時間が短い方を突入電力抑制装置１０へ供給し、待機時間が長い方を給電制御装置２０へ供給する。この場合、上述したターミナルユニット２２による電磁リレー２１を遮断状態にする場合の待機時間は設けなくてもよい。

突入電力抑制装置１０は、電磁リレーＲＹ１と、ソリッドステートリレーＳＳＲと、コントローラ１１と、バイパス回路１２と、電源部１３と、入力部１４を備える。

電磁リレーＲＹ１は、電磁部と電磁部の通電状態に応じてオンまたはオフするスイッチを有し、コントローラ１１が出力したＲＹ１操作信号に応じて、電磁部の通電状態を変化させ、スイッチを導通状態または遮断状態とする。また、電磁リレーＲＹ１のスイッチはメーク接点（ノーマリーオープン）である。

ソリッドステートリレーＳＳＲ（半導体素子）は、サイリスタ、トライアック、トランジスタ等の半導体スイッチング素子でスイッチを構成したリレーであり、ゼロクロス機能を有する。ソリッドステートリレーＳＳＲは、コントローラ１１から導通状態または遮断状態を指示するＳＳＲ操作信号が入力された場合、交流の所定の位相でスイッチを導通状態または遮断状態に遷移させる。ゼロクロス機能は、一方、導通状態への遷移が指示された場合、交流電源電圧がゼロまたゼロ付近になったところでスイッチをオンし、他方、遮断状態への遷移が指示された場合、交流負荷電流がゼロまたゼロ付近になったところでスイッチをオフさせる機能である。このゼロクロス機能によれば、導通状態への遷移が指示された場合、交流電源電圧がゼロまたゼロ付近になったところでスイッチがオンするので、例えば、負荷４０への突入電流を抑制することができる。また、遮断状態への遷移が指示された場合、交流負荷電流がゼロまたゼロ付近になったところでスイッチがオフするので、遮断時の過渡電流変化を抑制し、例えばサージ電圧を抑制することができる。

電磁リレーＲＹ１とソリッドステートリレーＳＳＲは、電気的に直列に接続されている。電磁リレーＲＹ１の一端は突入電力抑制装置１０の入力端子１０１に接続されている。電磁リレーＲＹ１の他端はソリッドステートリレーＳＳＲの一端に接続されている。ソリッドステートリレーＳＳＲの他端は突入電力抑制装置１０の出力端子１０２に接続されている。

バイパス回路１２は、ソリッドステートリレーＳＳＲをバイパスする回路を構成する。バイパス回路１２は、電磁リレーＲＹ２を備える。電磁リレーＲＹ２は、電磁部と電磁部の通電状態に応じてオンまたはオフするスイッチを有し、コントローラ１１が出力したＲＹ２操作信号に応じて、電磁部の通電状態を変化させ、スイッチを導通状態または遮断状態とする。この電磁リレーＲＹ２のスイッチはメーク接点（ノーマリーオープン）である。電磁リレーＲＹ２の両端は突入電力抑制装置１０の入力端子１０１と出力端子１０２に接続されている。この場合、バイパス回路１２は、直列に接続された電磁リレーＲＹ１とソリッドステートリレーＳＳＲとに、電気的に並列に接続されている。すなわち、この場合、バイパス回路１２は、電磁リレーＲＹ２を導通状態とした場合に、電磁リレーＲＹ１とソリッドステートリレーＳＳＲをバイパスする回路である。ただし、バイパス回路１２は、ソリッドステートリレーＳＳＲと並列に電磁リレーＲＹ２を接続して、ソリッドステートリレーＳＳＲのみをバイパスする回路としてもよい。

電源部１３は、交流電源２から給電制御装置２０および入力端子１０１を介して入力された交流電力を、変圧および整流し、突入電力抑制装置１０内の各部に例えば複数種類の電圧の直流電力を供給する。入力部１４は、例えばユーザの操作によって可変することができる半固定可変抵抗器を備え、半固定可変抵抗器に設定された抵抗値に応じた電圧値を有する信号をコントローラ１１に対して出力する。この半固定可変抵抗器は、ユーザの操作によって設定された電圧値を出力するものであり、負荷４０に流れる電流を流すものではない。あるいは、入力部１４は、複数の設定スイッチを有するディップスイッチを備え、各設定スイッチのオンまたはオフの設定状態を示す信号をコントローラ１１に対して出力する。なお、電源部１３は、例えば導通状態に設定される図示していない遮断器等を介して交流電源２に対して、給電制御装置２０を介さずに接続されていてもよい。

コントローラ１１は、例えばマイクロコンピュータ（マイコン）であり、内部にＣＰＵ（中央処理装置）、記憶装置、入出力装置、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器、Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ）変換器、タイマー、カウンタ、クロック、通信装置等のハードウェアを有する。また、コントローラ１１は、入出力ポートＩ／Ｏ（１）～Ｉ／Ｏ（４）等の複数のデジタル信号の入出力ポート（入出力端子）や、アナログ信号の入出力端子を有する。コントローラ１１は、内部のハードウェアを利用し、記憶装置に記憶されている所定のファームウェア等のプログラムをＣＰＵが実行することで、制御部１５、調整部１６および記憶部１７の各機能を構成する。

コントローラ１１は、操作スイッチ３０のオンまたはオフの状態に応じて、ソリッドステートリレーＳＳＲと電磁リレーＲＹ１と電磁リレーＲＹ２を制御する。その際、コントローラ１１の入出力ポートＩ／Ｏ（１）～Ｉ／Ｏ（４）は図２に示すように設定される。図２は、図１に示すコントローラ１１の入出力ポートＩ／Ｏ（１）～Ｉ／Ｏ（４）の設定状態等を示す図である。

図２に示すように、入出力ポートＩ／Ｏ（１）は、入力端子（デジタルＩＮ）に設定され、Ｈレベル（“Ｈ”）で操作スイッチ３０のオン（スイッチ⇒ＯＮ）の状態またはＬレベル（“Ｌ”）で操作スイッチ３０のオフ（スイッチ⇒ＯＦＦ）の状態を示す操作スイッチ信号を入力する。入出力ポートＩ／Ｏ（２）は、出力端子（デジタルＯＵＴ）に設定され、Ｈレベル（“Ｈ”）でリレーＲＹ１のスイッチを導通状態（ＲＹ⇒ＯＮ）とし、Ｌレベル（“Ｌ”）でリレーＲＹ１のスイッチを遮断状態（ＲＹ⇒ＯＦＦ）とするＲＹ１操作信号を出力する。入出力ポートＩ／Ｏ（３）は、出力端子に設定され、Ｈレベル（“Ｈ”）でソリッドステートリレーＳＳＲに導通状態への遷移（ＳＳＲ⇒ＯＮ）を指示し、Ｌレベル（“Ｌ”）でソリッドステートリレーＳＳＲに遮断状態への遷移（ＳＳＲ⇒ＯＦＦ）を指示するＳＳＲ操作信号を出力する。入出力ポートＩ／Ｏ（４）は、出力端子に設定され、Ｈレベル（“Ｈ”）でリレーＲＹ２のスイッチを導通状態（ＲＹ⇒ＯＮ）とし、Ｌレベル（“Ｌ”）でリレーＲＹ２のスイッチを遮断状態（ＲＹ⇒ＯＦＦ）とするＲＹ２操作信号を出力する。

制御部１５は、入出力ポートＩ／Ｏ（１）に入力される操作スイッチ信号に応じて、入出力ポートＩ／Ｏ（２）から出力するＲＹ１操作信号、入出力ポートＩ／Ｏ（３）から出力するＳＳＲ操作信号および入出力ポートＩ／Ｏ（４）から出力するＲＹ２操作信号の各レベルと各レベルを変化させるタイミングを制御する。調整部１６は、制御部１５が各信号のレベルを変化させるタイミングを例えばユーザによる入力部１４に対する設定状態に応じて調整する。記憶部１７は、制御部１５が実行するファームウェア等のプログラム、各タイミングの設定情報、調整部１６の調整内容を示す情報等を記憶する。

次に、図３～図５を参照して、図１に示す突入電力抑制装置１０の動作例について説明する。図３は、図１に示す突入電力抑制装置１０の動作例を示すフローチャートである。図４は、突入電力抑制装置１０の電力供給開始時の制御シーケンスを示す図である。図５は、突入電力抑制装置１０の電力供給遮断時の制御シーケンスを示す図である。なお、図４および図５では、時間Ｔ１～Ｔ８の開始時刻または終了時刻を簡易的に示している場合がある。すなわち、図４および図５では、破線で示す時刻ｔ１１～ｔ１５または時刻ｔ２１～ｔ２５と、時間Ｔ１～Ｔ８の開始時刻または終了時刻に短時間のずれがある場合でも、同一のタイミングとして表していることがある。また、一例として、以下の説明では、電気機器４１が照明機器であり、操作スイッチ３０が照明スイッチであるとする。

操作スイッチ３０がオフの状態で、ユーザが操作スイッチ３０（この例では照明スイッチ）をオンすると、操作スイッチ信号が“Ｌ” （ロウレベル）から“Ｈ” （ハイレベル）に変化する（図３の時刻ｔ１１）。操作スイッチ信号が“Ｌ”から“Ｈ”に変化すると、ターミナルユニット２２が電磁リレー２１を導通状態にする。すると、突入電力抑制装置１０の電源部１３が各部に電力を供給し始める。ここで、コントローラ１１が起動し、所定の初期化処理等を実行した後、調整部１６が入力部１４の設定状態に応じて後述する時間Ｔ１～Ｔ８の少なくとも１つを必要に応じて調整する（ステップＳ１００）。次に、制御部１５が、入出力ポートＩ／Ｏ（１）（以下、Ｉ／Ｏ（ｎ）という。ｎは１から４）のレベルが“Ｈ”か否かを判定し（ステップＳ１０１）、Ｉ／Ｏ（１）が“Ｌ”の場合（ステップＳ１０１で「Ｎｏ」）には、その判定処理を所定の周期で繰り返す。Ｉ／Ｏ（１）が“Ｈ”の場合（ステップＳ１０１で「Ｙｅｓ」）、制御部１５は、Ｔ１時間待機した後（ステップＳ１０２で「Ｎｏ」の繰り返しから「Ｙｅｓ」）、Ｉ／Ｏ（２）から“Ｈ”を出力する（ステップＳ１０３、時刻ｔ１２）。ここで、電磁リレーＲＹ１がオンする。

次に、制御部１５は、Ｔ２時間待機した後（ステップＳ１０４で「Ｎｏ」の繰り返しから「Ｙｅｓ」）、Ｉ／Ｏ（３）から“Ｈ”を出力する（ステップＳ１０５、時刻ｔ１３）。この後、交流電源２の電圧がゼロまたはゼロ付近になったところでソリッドステートリレーＳＳＲのスイッチがオンする。このとき、電気機器４１（この例では照明機器）への交流電源２からの電力供給が開始され、電気機器４１が点灯する。この場合、ソリッドステートリレーＳＳＲは、交流電源電圧がゼロまたゼロ付近になったところでスイッチがオンするので、電気機器４１への突入電流を抑制することができる。

次に、制御部１５は、Ｔ３時間待機した後（ステップＳ１０６で「Ｎｏ」の繰り返しから「Ｙｅｓ」）、Ｉ／Ｏ（４）から“Ｈ”を出力する（ステップＳ１０７、時刻ｔ１４）。ここで、電磁リレーＲＹ２がオンする。この時間Ｔ３は、負荷４０への通電が開始されてから、それに伴う突入電流が所定の範囲に収まるまでの期間より長く設定することが望ましい。

次に、制御部１５は、Ｔ４時間待機した後（ステップＳ１０８で「Ｎｏ」の繰り返しから「Ｙｅｓ」）、Ｉ／Ｏ（２）から“Ｌ”を出力するとともにＩ／Ｏ（３）から“Ｌ”を出力する（ステップＳ１０９、時刻ｔ１５）。ここで、電磁リレーＲＹ１がオフするとともに、ソリッドステートリレーＳＳＲのスイッチがオフする。以降、電磁リレーＲＹ１をオンするために電磁リレーＲＹ１の電磁部で消費される電力を削減することができる。

次に、制御部１５は、Ｉ／Ｏ（１）が“Ｌ”か否かを判定する（ステップＳ１１０）。Ｉ／Ｏ（１）が“Ｌ”になると（ステップＳ１１０で「Ｙｅｓ」、図５の時刻ｔ２１）、制御部１５は、Ｔ５時間待機した後（ステップＳ１１１で「Ｎｏ」の繰り返しから「Ｙｅｓ」）、Ｉ／Ｏ（２）から“Ｈ”を出力するとともにＩ／Ｏ（３）から“Ｈ”を出力する（ステップＳ１１２、時刻ｔ２２）。ここで、電磁リレーＲＹ１がオンし、交流電源２の電圧がゼロまたはゼロ付近になったところでソリッドステートリレーＳＳＲのスイッチがオンする。

次に、制御部１５は、Ｔ６時間待機した後（ステップＳ１１３で「Ｎｏ」の繰り返しから「Ｙｅｓ」）、Ｉ／Ｏ（４）から“Ｌ”を出力する（ステップＳ１１４、時刻ｔ２３）。ここで、電磁リレーＲＹ２がオフする。

次に、制御部１５は、Ｔ７時間待機した後（ステップＳ１１５で「Ｎｏ」の繰り返しから「Ｙｅｓ」）、Ｉ／Ｏ（３）から“Ｌ”を出力する（ステップＳ１１６、時刻ｔ２４）。ここで、負荷４０の電流がゼロまたはゼロ付近になったところでソリッドステートリレーＳＳＲのスイッチがオフする。ここで、電気機器４１（この例では照明機器）への交流電源２からの電力供給が遮断され、電気機器４１が消灯する。この場合、ソリッドステートリレーＳＳＲは、交流負荷電流がゼロまたゼロ付近になったところでスイッチがオフするので、遮断時の過渡電流変化を抑制し、例えばサージ電圧を抑制することができる。

次に、制御部１５は、Ｔ８時間待機した後（ステップＳ１１７で「Ｎｏ」の繰り返しから「Ｙｅｓ」）、Ｉ／Ｏ（２）から“Ｌ”を出力する（ステップＳ１１８、時刻ｔ２５）。ここで、電磁リレーＲＹ１がオフする。

以上のように、本実施形態の突入電力抑制装置１０は、可変インピーダンスを用いることなく、突入電流を抑制することができる。

なお、スイッチ入切操作の時間間隔は、各スイッチの応答時間に応じて設定することができる。例えば、ソリッドステートリレーＳＳＲの応答時間は約１０ｍｓであり、電磁リレーＲＹ１およびＲＹ２の応答時間は約２０ｍｓであることを考慮し、それらのうちから選択されたものの応答時間より長い時間が経過した後に、次のスイッチ操作を行うよう制御することが望ましい。各時間Ｔ１～Ｔ８は、例えば、０．２秒程度とすることができる。

また、本実施形態では、並列接続の電磁リレーＲＹ２を設置し、これをバイパス回路１２に設け、ソリッドステートリレーＳＳＲのゼロクロス機能によるスイッチ投入後、電力供給を遮断する操作前まで、ソリッドステートリレーＳＳＲの代わりにバイパス回路１２を使用する。したがって、ソリッドステートリレーＳＳＲによる発熱による電力損失と電子回路への熱負荷を低減することができる。

また、バイパス回路１２によって、ＬＥＤ照明等の照明機器である電気機器４１が点灯状態を確立した場合に、電磁リレーＲＹ１とソリッドステートリレーＳＳＲの各スイッチをオフすることで、さらに、ソリッドステートリレーＳＳＲへのベース電流や、電磁リレーＲＹ１の電磁部の励磁電流による電力損失を低減することができる。

本実施形態は、電磁リレーＲＹ１とゼロクロス投入タイプのソリッドステートリレーＳＳＲを組合せたマイコン等の制御によるハイブリッド電子制御スイッチであり、ＬＥＤ照明等の点灯時の突入電流を大幅に抑制することが可能になった（例えば約１／１０）。

また、本実施形態のハイブリッド電子制御スイッチで、突入電流の抑制ができたことで、スイッチ（電磁リレー２１等のスイッチ）１台あたりに接続可能な照明台数が大幅に増え、物品費や工事費の削減が可能になった。

また、例えばＬＥＤ照明の突入電流をスイッチにより抑制できるため、比較的突入電流が大きな市販品のＬＥＤ照明を、通信機械室やサーバー設備などの、妨害電磁波への配慮が重要な部屋へ導入することが可能になり、照明設備のイニシャルコストとランニングコストの低減が可能になった。

なお、本実施形態で制御する各スイッチ（ソリッドステートリレーＳＳＲのスイッチ、電磁リレーＲＹ１のスイッチ、および電磁リレーＲＹ２のスイッチ（以下、同じ））には、例えば以下の３つのスイッチの組み合わせがあり、ＳＳＲ操作信号、ＲＹ１操作信号、およびＲＹ２操作信号の各制御信号入力から、動作までのタイムラグはそれぞれ、以下のように設定することができる。

ソリッドステートリレーＳＳＲの半導体スイッチ（例えばトライアック）の動作応答時間は、数μｓ（ただしゼロクロスタイプは数ｍｓ～１０ｍｓ）である。また、電磁リレーＲＹ１およびＲＹ２を、一般的な電磁リレーとする場合、動作応答時間は約５０ｍｓである。また、電磁リレーＲＹ１およびＲＹ２を、ブレーカの外部電動操作とする場合、動作応答時間は０．１秒～数秒となる。これらのスイッチの組み合わせに適用できるように、スイッチの動作までのタイムラグを変更できるようにする。例えばＬＥＤスイッチの投入制御に使用する場合、スイッチの動作までのタイムラグが、組み合わせたスイッチの動作応答時間のなかで最も長い動作応答時間よりも短いと、意図する順番どおりに、スイッチが動作しない恐れがある。そのため、このスイッチ制御のタイムラグを、調整部１６によって調整可能とすることが望ましい。例えば、入力部１４において、可変抵抗による分圧信号などで、アナログ電圧信号としてコントローラ１１に入力させ、抵抗値の変化でタイムラグを調整できるよう、ファームウェアで制御することで、使用するスイッチにより、タイムラグを可変させることが可能になり、意図する順番通りにスイッチ操作が可能になる。

なお、本実施形態の突入電力抑制装置１０は、上記各待機時間の起点または終点を、例えば、各スイッチに対する各操作信号の変化を検出した時点にして、または各スイッチの電源（整流後のＤＣ電圧）の所定の変化を検出した時点にして制御してもよい。

また、投入時に、バイパス回路１２の選択を開始するまでの期間（図４の時間Ｔ３）は、過去の実績（電源電流または電源電圧）の変動を履歴に残し、その履歴情報から必要とされる期間を選択し、その時間に設定してもよい。

なお、本実施形態は、例えば次のような態様を有する。

［１］すなわち、突入電力抑制装置１０は、交流電力を消費する負荷４０に対して交流電力の供給を開始する際の突入電流を抑制する。また、突入電力抑制装置１０は、導通状態または遮断状態を指示するＳＳＲ操作信号（第１制御信号）が入力された場合に交流の所定の位相で導通状態または遮断状態に遷移するソリッドステートリレーＳＳＲ（半導体素子）と、ソリッドステートリレーＳＳＲに電気的に直列に接続された電磁リレーＲＹ１（第１スイッチ）と、ソリッドステートリレーＳＳＲをバイパスするバイパス回路１２内に配置された電磁リレーＲＹ２（第２スイッチ）と、ソリッドステートリレーＳＳＲと電磁リレーＲＹ１と電磁リレーＲＹ２を制御する制御部１５とを備える。そして、制御部１５は、負荷４０に対して電力の供給を開始する際に、電磁リレーＲＹ１と電磁リレーＲＹ２がともに遮断された状態から、（１）電磁リレーＲＹ１を導通状態にするとともにソリッドステートリレーＳＳＲに対して導通状態を指示するＳＳＲ操作信号を出力し、次に、（２）所定時間Ｔ３の後、電磁リレーＲＹ２を導通状態にする。

この態様によれば、可変インピーダンスを用いることなく、突入電流を抑制することができる。

［２］なお、上記バイパス回路１２は、直列に接続された電磁リレーＲＹ１（第１スイッチ）とソリッドステートリレーＳＳＲ（半導体素子）とに、電気的に並列になるように接続してもよい。

この態様によれば、電力供給時にバイパス回路１２を導通状態とすることで電磁リレーＲＹ１を遮断状態とすることができる。よって電磁リレーＲＹ１の動作損失を無くすことができる。

［３］また、制御部１５は、負荷４０に対して電力の供給を開始する際に、電磁リレーＲＹ１と電磁リレーＲＹ２がともに遮断された状態から、（１）電磁リレーＲＹ１を導通状態にするとともにソリッドステートリレーＳＳＲに対して導通状態を指示するＳＳＲ操作信号を出力し、次に、（２）所定時間Ｔ３の後、電磁リレーＲＹ２を導通状態にし、さらに、（３）所定時間Ｔ４の後、電磁リレーＲＹ１を遮断状態にするとともにソリッドステートリレーＳＳＲに対して遮断状態を指示するＳＳＲ操作信号を出力するようにしてもよい。

この態様によれば、バイパス回路１２を導通状態とした所定時間後から、ソリッドステートリレーＳＳＲと電磁リレーＲＹ１の動作損失を削減することができる。

［４］また、制御部１５は、負荷４０への電力の供給を遮断する際に、電磁リレーＲＹ２が導通状態で電磁リレーＲＹ１とソリッドステートリレーＳＳＲが遮断状態である制御状態から、（４）電磁リレーＲＹ１を導通状態にするとともにソリッドステートリレーＳＳＲに対して導通状態を指示するＳＳＲ操作信号を出力し、次に、（５）所定時間Ｔ６の後、電磁リレーＲＹ２を遮断状態にし、次に、（６）所定時間Ｔ７の後、ソリッドステートリレーＳＳＲに対して遮断状態を指示するＳＳＲ操作信号を出力し、次に、（７）所定時間Ｔ８の後、電磁リレーＲＹ１を遮断状態にするようにしてもよい。

この態様によれば、交流負荷電流がゼロまたゼロ付近になったところでスイッチがオフするので、遮断時の過渡電流変化を抑制し、例えばサージ電圧を抑制することができる。

［５］また、制御部１５が、ソリッドステートリレーＳＳＲに対して導通状態を指示するＳＳＲ操作信号を出力してから電磁リレーＲＹ２を導通状態にするまでの上記（２）の所定時間Ｔ３は、負荷４０への通電が開始されてから、それに伴う突入電流が所定の範囲に収まるまでの期間より長く設定することが望ましい。また、突入電力抑制装置１０は、上記各所定時間の少なくとも１つを外部から調整可能とする調整部１６をさらに備えることができる。

［６］また、本発明の実施形態である電力制御システム１は、上記［１］から［５］の突入電力抑制装置１０と、負荷４０への交流電力の供給を開始および遮断する給電制御装置２０とを備える。ここで、負荷４０は、互いに同期して投入される複数の電気機器４１を含む。本実施形態によれば、複数の電気機器４１の各突入電流の加算結果が、例えば給電制御装置２０の突入電流の許容値を超えていたとしても、突入電力抑制装置１０を、給電制御装置２０と負荷４０との間に設けて、負荷４０への突入電流を抑制することで、給電制御装置２０を安全に動作させることができる。

［７］なお、複数の電気機器４１が、互いに並列に接続された同種の複数の照明機器（例えばＬＥＤ照明）である場合でも、突入電流を十分抑制することができる。

以上、この発明の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、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１…電力制御システム
２…交流電源
１０…突入電力抑制装置
１１…コントローラ
１２…バイパス回路
１３…電源部
１４…入力部
１５…制御部
１６…調整部
１７…記憶部
２０…給電制御装置
３０…操作スイッチ
４０…負荷
４１…電気機器
ＲＹ１、ＲＹ２、２１…電磁リレー
ＳＳＲ…ソリッドステートリレー

Claims (8)

1. 交流電力を消費する負荷に対して交流電力の供給を開始する際の突入電流を抑制する突入電力抑制装置であって、
   導通状態または遮断状態を指示する第１制御信号が入力された場合、交流の所定の位相で導通状態または遮断状態に遷移する半導体素子と、
   前記半導体素子に電気的に直列に接続された第１スイッチと、
   前記半導体素子をバイパスするバイパス回路内に配置された第２スイッチと、
   前記半導体素子と前記第１スイッチと前記第２スイッチを制御する制御部と、
   を備え、
   前記負荷への前記交流電力の供給を開始および遮断する給電制御装置があり、
   前記負荷は、互いに同期して投入される複数の電気機器を含み、
   前記複数の電気機器の各突入電流の加算結果が、前記給電制御装置の突入電流の許容値を超えており、
   前記給電制御装置と前記負荷との間に設けられていて、
   前記制御部が、前記負荷に対して電力の供給を開始する際に、前記第１スイッチと前記第２スイッチがともに遮断された状態から、（１）前記第１スイッチを導通状態にするとともに前記半導体素子に対して導通状態を指示する前記第１制御信号を出力し、次に、（２）所定時間の後、前記第２スイッチを導通状態にすることで、前記負荷への突入電流を抑制する、
   突入電力抑制装置。
2. 前記バイパス回路は、前記直列に接続された前記第１スイッチと前記半導体素子とに、電気的に並列になるように接続されている
   請求項１に記載の突入電力抑制装置。
3. 前記制御部が、前記負荷に対して電力の供給を開始する際に、前記第１スイッチと前記第２スイッチがともに遮断された状態から、（１）前記第１スイッチを導通状態にするとともに前記半導体素子に対して導通状態を指示する前記第１制御信号を出力し、次に、（２）所定時間の後、前記第２スイッチを導通状態にし、さらに、（３）所定時間の後、前記第１スイッチを遮断状態にするとともに前記半導体素子に対して遮断状態を指示する前記第１制御信号を出力する
   請求項２に記載の突入電力抑制装置。
4. 前記制御部は、前記負荷への電力の供給を遮断する際に、前記第２スイッチが導通状態で前記第１スイッチと前記半導体素子が遮断状態である制御状態から、（４）前記第１スイッチを導通状態にするとともに前記半導体素子に対して導通状態を指示する前記第１制御信号を出力し、次に、（５）所定時間の後、前記第２スイッチを遮断状態にし、次に、（６）所定時間の後、前記半導体素子に対して遮断状態を指示する前記第１制御信号を出力し、次に、（７）所定時間の後、前記第１スイッチを遮断状態にする
   請求項２または３に記載の突入電力抑制装置。
5. 前記制御部が、前記半導体素子に対して導通状態を指示する前記第１制御信号を出力してから前記第２スイッチを導通状態にするまでの前記（２）の前記所定時間は、前記負荷への通電が開始されてから、それに伴う突入電流が所定の範囲に収まるまでの期間より長く設定されていて、
   前記各所定時間の少なくとも１つを外部から調整可能とする調整部をさらに備える
   請求項１から４の何れか１項に記載の突入電力抑制装置。
6. 請求項１から５の何れか１項に記載の突入電力抑制装置と、
   前記負荷への前記交流電力の供給を開始および遮断する給電制御装置と、
   を備える電力制御システム。
7. 前記複数の電気機器が、互いに並列に接続された同種の複数の照明機器である
   請求項６に記載の電力制御システム。
8. 交流電力を消費する負荷に対して交流電力の供給を開始する際の突入電流を抑制する突入電力抑制装置の制御方法であって、
   前記突入電力抑制装置が、
   導通状態または遮断状態を指示する第１制御信号が入力された場合、交流の所定の位相で導通状態または遮断状態に遷移する半導体素子と、
   前記半導体素子に電気的に直列に接続された第１スイッチと、
   前記半導体素子をバイパスするバイパス回路内に配置された第２スイッチと、
   前記半導体素子と前記第１スイッチと前記第２スイッチを制御する制御部と
   を備え、
   前記負荷への前記交流電力の供給を開始および遮断する給電制御装置があり、
   前記負荷は、互いに同期して投入される複数の電気機器を含み、
   前記複数の電気機器の各突入電流の加算結果が、前記給電制御装置の突入電流の許容値を超えており、
   前記突入電力抑制装置が、前記給電制御装置と前記負荷との間に設けられていて、
   前記制御部によって、前記負荷に対して電力の供給を開始する際に、前記第１スイッチと前記第２スイッチがともに遮断された状態から、（１）前記第１スイッチを導通状態にするとともに前記半導体素子に対して導通状態を指示する前記第１制御信号を出力し、次に、（２）所定時間の後、前記第２スイッチを導通状態にすることで前記負荷への突入電流を抑制する、
   制御方法。

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