SCRを用いた直流点滅回路の通電時間制御と点滅回数
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(2) . 北海道教育大学紀要 （第２部 Ａ） 第２ ６巻 第２号 昭和 ５１年２ 月. １ｏｆＨｏｋｋａ ｉ ｄｏ Ｕｎ ｉ ｉ ｆＥｄｕｃａ ｉ めｕｒｎａ ｉ ＩＡ） Ｖｏ ｌ ｔｙ ｏ ｔ ｔ ｖｅｒ ｓ ｏｎ（Ｓｅｃ ｏｎ． ｒｙ ｌ９７６ ，２６ ．２ ，ＮＯ ，Ｆｅｂｒｕａ. ＳＣＲを用いた直流点滅回 路の. 通電時間制御と点滅回数 中. 村. 岩. 美. 岩見沢分校技術科電気工学研究室. Ｄｉ ｉ ｔｃｈ Ｃｉ ｔｂｙ ＳＣＲ ｒ ｒｃｕ ｅｃｔＳｗｉ ‐ １ｗａｍｉ Ｎ ＡＫＡＭＵＲＡ ｉｎｇ ｉｄｏ Ｕｎ ｉｖｅｒ ｉ Ｌａｂｏｒ ｉ ＩＥｎｇ ｉｎｅｅｒ ｔｙｏｆＢｄｕｃａｔ ｔ ｓ ー ｏｎ ａｔ ｏｒｙ ｏｆＥ１ ｅｃ ｒ ｃａ ｚ ａｗａＢｒ ａｎｃｈ ，ｌｗａｍｉ ，Ｈｏｋｋａ ｏ６８ １ｗａｍｌ ｚ ａｗａ. Ａｂｓｔｒａｃｔ. ｉ ｉ ｉ Ｅｘｐｅｒ ｉｍｅｎｔｓｏｎｔ ｉ ｌ ｉｚ ｉｎｇｔ ｉｍｅｏｆｔｈｅｄ ｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｃ ｔｓｗｉ ｔｃｈｃ ｔｕｓｉｎｇＳＣＲ ｗｅｒｅ ｒｃｕ ｒｃｕ ｒ ｅｃ ａｒ ｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙ． ｌ ｔｃｈ ｔｈ ｖｅｒｙｌ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ，ａｎｄａ ｏｗ ｓｗｉ ｓｏｔｈｏｓｅ ｗｉ. ｉ ｌ ｉｚ ｉｎｇ ｌｏｆｔｈｅｔｗｏｐｕｌｓｅｓｏｆｉｎ‐ｐｕｔａｔｔｈｅｇａｔｅｏｆＳＣＲ，ｔｈｅｃ ｉｎｇｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｉｎｔｅｒｖａ Ｃｈａｎｇ ｒｃｕ ｒ ａ ｌ ｉ ｌ ｌ ｉｍｅ ｗａｓｃｏｎｔ ｔ ｅｔｈａｔｏｆｔｈｅ ｐｒｅｖｌｏｕｓ ｓｔｕｄｙ ｈａｄ ｂｅｅｎ ｒｏ ｅｄｔｏ ｂｅｃｏｍｅｌｅｓｓｔｈａｎ５０ ｐｅｒｃｅｎｔ ， ｗｈ ｍｏｒｅｔｈａｎ５０ ｐｅｒｃｅｎｔ ， ｉｎｇｐｒｏｐｅｒ ｌ ｌ ｉ ｌ ｌ ｉ ｉ ｔｙ Ｈｏｗｅｖｅｒｒｅ ｔ ｒｇ ｒ ｅｑｕｅｎｃｙｏｆｏｓ ａ ｏｎｏｆｔｈｅｐｕ ｓｅｓａｎｄｔｈｅｃｈａ ａｔ ｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｆ ｌ ｆ ｈ ｆ ｉ ｌ ｉ ｉ ｉ ｉ ｉ ｄ ｈ ｂ ｄ ｉ ｄ ｔ ｔ ｆ ｔ ｈ ｔ ｔ ｔ ｔ ｔ ｔ ｌｎｃｅ ｅ ｃｏｎ ｒｏ ｏ ｃｒ ｕｒ ｅｒ ｃｕａｒｚｎｇ ｍｅ ｎｇ ｃｏｎ ｅｎｓｅｒ ｍｕｓ ｅｓｕ ｅ ｏ ｔ ｅ ｒａｎｓｍ ，ｓ ｉｅｄｔｈｅｃｈａｎｇｅｏ ｆｓｗｉ ｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙ， ｔ ａｃｃｏｍｐａｎ ｃｈ. 登１. 緒. 言. 現在， 点滅回路は自動車， 航空機など広い範囲にわたっ て使用されているが， これらの 点滅回路 にはリレー， モータースイ ッ チ， 水銀整流器， ＳＣＲなどによる方法がある． ここに報告するＳＣ Ｒを用いた直流点滅回路は作動の正確さ， 故障率， 長寿命， 温度， 圧力， 振動などの外的条件に対. する安定度などもっ とも信頼性に富ん でいる． ）で課題となっ ていた通電時間の制御について実験した結果の他 点滅 この報告では前回の実験１ ， 〕）に関しての実験結果をのべ ることにする． ／ ｓ 回数について， ごく低いもの（前回では１ ，２～７４〔Ｈｚ. ＳＣＲはその動作原理からみて， 外部から強制的にターン・オフさせなければならず， 本実験 で 用いた転流コンデンサーもその一つである． 転流 のコンデンサーの容量はＳＣＲの順電流を阻止でき るだけの電流を流すために大きさが決められ，そのために通 電時間の制御も制 限されることになる． 今回の実験 では転流コンデンサーとは別にＳＣＲ ゲート入力の相対的 パルス間隔を制御することに. よっ て通電時間の制御を試みた． この パルスは 二つのし張発振器をコンデンサーで同期させた もの で あ る，. ） （ ４５.
(3) . １０８. 登２. 岩. 美. 験. 方. 村. 中. 実. 法. 第１図に実験回路を示す． 回路の左側半分はＵ １２Ｖ ＪＴによろし張振器で， ＳＣＲゲート入力への パ ルス を 発生する． 右側 半 分は いわゆ るフ リ ッ プ. ６Ｃ. ロ ッ プ回路 であり， 負荷電流を流すＳＣＲにより 開閉されろＣによる転流方法を用いたＳ Ｃ Ｒ タ ー. ＣＲＩ. ン オ フ 回 路 であ る。. ＣＩ. ）をあ Ｓ ＣＲを強制的にターンオフさせる方 法２. Ｒヰ. ラフメ （Ｒ）. ＳＣＲ２. ２. げると次の通り である．. Ａ方式－負荷共振による自己転流，（負荷. 第１図 フリッ プフロップ実験回路. がラ ン プ の よ う な 抵 抗 では 無 理）. Ｂ方式－ＬＣ回路による自己転流 （ ダ イ リ ， モルガン回路） Ｃ方式－負荷電流を流すＳＣＲにより開閉されろＣまたはＬＣによる転流 （本実験回路） Ｄ方式－補助ＳＣＲにより開閉されるＣまたはＬＣによる転流 ”ダ リ ， ジョ ーン ズ回路） Ｅ方式－外部パルス電流による転流 （外部電源が必要となる） Ｆ方式－交流電源によ る転流 （周波数が電源周波数により制 限される） 以上の方法の中 でランプの点滅回路としてはＢ， Ｃ， Ｄ方式が考えられるが， Ｂ， Ｄ方式はコイ ル とコンデンサーを用いた共振回路が入り， 電流波形も複雑となり， またラジオ周波数雑音妨害を起こ すなどの弊害もある． その点， Ｃ方式は回路原理も簡単 であり， 理解しやすい． 第１図に示した回路におけるパ ルス発振周波数は次式によっ て与えられろ．. Ｔ－ ← ， 燦 ，十Ｒ 鄭 ｄｏ ｇ ， ０（，. ）. “： 真 性 ス タ ン ドオ フ 比. Ｔ：発振周期 ‐：発振周波数 Ｎ. しかるに前回の報告では 点滅回数を１ ２～７４回程度に しか変化させなかったが， 使用目的から， さ ． らに少なく しなければ意味がないので， Ｒ２とともに Ｃ，も可変にして低周波発振させた． 点滅回路は 発振 パルス２つ で１サイ クルになるので発振周波 数の濁になる．. 通 電 時 間 を制 御 す る た め に Ｓ Ｃ Ｒ の ゲー ト 回路. ２０Ｖ. ２２ｏ. １ｏＫ. Ｒ２. ｖｌ. ５０. つ の し 張 発 振 器 が交 互 に パ ル ス を 発 生 す る Ｕ Ｊ Ｔ. ＵＪＴ. ＵＪＴ ・. １０Ｋ. ２２０ を第２図のように置きかえてみた． この回路は２. イ ふ. Ｆり ー ふ. ー Ｃ３ Ｃ，. １ＯＫ. ｃ２. の 回 路 であり， コン デンサー Ｃ３ で 相 互 の 同 期 を. ｖ２ ５０. と っ て い ろ． い ま， １ つ の Ｕ Ｊ Ｔが点孤するたび に， 負 電 圧 が Ｃ３ と Ｃ１ ， ま た は Ｃ３ と Ｃ２ で容量分 割 さ れ て 反 対 側 の ＵＪ Ｔ の エ ミ ッタ に 加 え ら れ. ろ． この負 電圧がエミッタ電圧の低いときに生ず. る と， エ ミ ッ タ 電 圧 が高 い と き に 生 じた よ り も Ｕ ｔ 第２図（ ａ ）ＳＣＲゲート回路， 交互にパルスを発生する Ｊ Ｔの点孤の遅れが少なく なる． これはコンデン ＵＪＴ回路. サーの 充 電 特性 が 非 直線 性 であるため である． こ の. （４６ ）.
(4) . ＳＣＲ を用いた直流点滅回路の通電時間制御と点滅回路. Ｅ ，レイノイ／. . ＾ Ｖ. 回 数ｎ Ｖ. 実測値 計 算値. ＲＩ十Ｒ２ （ ）Ｃ÷→. 一. １. １. 〉２. → 周＾ Ｖ 点滅. １０９. 第３図 （Ｒ，十Ｒ２ ）Ｘ Ｃ 対点滅回数特性. ｂ ）ＳＣＲゲート回路，ＵＪＴエミッタ電圧と出力 第２図（ ノぐ ノレス. ） ｂ （ ）は出力 パ ルスおよ びエミッ タ電圧の波形を示 効果 で２つの発振器の間に同期がとれる． 第２図３ している． 出力 パ ルスの間の相対的間隔は可変抵抗 Ｒ． で調整でき， この２つの出力を第１図の２つ のＳＣＲのゲート回路に継 ぐと通電時間の制御ができる， なお， この回路の場合は 点滅回数を Ｒ２ で 変化させることができる．. 登３. 験. 実. 結. 果. ） Ｘ Ｃ とＮが逆 ） × Ｃ 対点滅回数Ｎの グラフ である． 曲線は （Ｒ，十 Ｒ２ 第３図は時定数（Ｒ，十 Ｒ２ １ ）式から計算した値もグラフに記入してある． 実測値が計算 比例していることを示している， また（ 値よりも少し高い値を示しているが誤差はさほど大きなものではない， 点滅回数を点滅周期でおき １ ）式の りは約０ かえると１ ．５～０．８５位となっ ．２～５３秒で点滅間隔は比較的長く なっている．ただし，（ て い る が ０．６３ と し た．. 第１図の回路における通電時間の制御は転流コンデンサーＣの充電式. ｖ 一｛ ・－２. ｔ 濡食お ｝. （ ） ２. ） およびＣは他の制 限によっ てその値をむやみ を利用して行なうことができる， しかし， （Ｒ５＋ Ｒ６. に 変 え る こ と が でき な い． い ま， 転 流コ ン デ ン サ ー Ｃ の 容 量 は ｔ 。工 Ｃ≧ － － 〔“Ｆ〕 Ｅ. １：転流時の負荷電流 〔Ａ〕 Ｅ：Ｃの充電電圧 〔Ｖ〕 ｔ ｏ： タ ー ン オ フ 時 間 〔”Ｓ〕. で与えられるの で各々の値を入れて計算してみると １５×０．２. Ｃ ≧ －－－－－－ ＝０，２５ １２. た だ し，ｔ ｏ は 実 験 で求 め た も の で１５”ｓ と し た．故 に Ｃ は ０．２５”Ｆ以 上 のコンデン サーを使 用 しなけれ. ‐ ｕげ（両方のＳＣＲが共に導通 することによっ て起こる点滅の 失敗）をさけ ばならない． また”Ｌｏ ｃｋ （ ） ４ ７.
(5) . 中 村 岩 美. １１０. るには， 転流コン デンサとは無関係に ＳＣＲ． を タ ー ン オ フ さ せ れ ばよ い。 こ れは ＳＣＲ． を ”ｓｔａｒｖｅザ モー ド ）を ， すなわちＣの放電は別にして ＳＣＲ２が導通状態のままとならないよう に抵抗（Ｒ５＋ Ｒ６ 大きく した条件 で作動させることによっ て可能となる， 故に （Ｒ５十 Ｒ６ ） はラン プ抵抗の約１０倍位 Ｒ５ 十 Ｒ６ ＝ ｌｋｇ で は”Ｌｏｃｋ とすれ ばｌｋｇ 以上に しなけれ ばならない． 実際に実験 では Ｃ ＝１”Ｆ ，. ｕげ した， この条件にしたがうと通電時間は５０～８７．５％にしか制御 できなく なる． 第４図は通電時間を２０％（ ｂ ａ ）と５０％（ ）としたときのラン プ電圧 波形 である．波形でランプ電圧が零. になるとき瞬間的に大きな値を示すが， これは考察のところ で検討する． これは点滅回数が毎秒５ 回程度のときのもので， 点滅回数 が多く なればなる程通電時間は長く なっ ている． 毎秒２８０回位で は通電時間が約７ ８％になっ ていた． また電源電圧の大きさも影響する が両回路とも同一電源を使用 し た の で １５ Ｖ と し た．. 写 真 １ は 転 流 コン デンサー Ｃ を １”Ｆ， ２２ｇＦ に 変 え た と き の ラ ン プ，ＳＣＲ２ ７”Ｆ， ， Ｃ の 電 圧 波 形 であ. ５ も１ 〔. （３）；. ５ １ も 〔. ｂ ） （. 第４回 通電時間を変化したときのラン プ電圧波形 （ ａ ）通電時間２０％ （ ｂ ）通電時間５０％. 第５図 ＳＣＲ２電圧波形. ｒ ｑｌ. 写真１ 各部の電圧波形. ａ：ランプ電圧 ｂ ＳＣＲ ２電圧 ｌ； Ｃ ＝ ２２”Ｆ. Ｃ ＝ ７”Ｆ. （４８）. ｛ Ｃ ｝. ：転流コンデンサ電圧. ． ・ Ｃ＝ ｉ”Ｆ. （.
(6) . 点滅回路 ｉ 回各 ＳＣＲ を用いた直流点滅回路の通電時間制御と点. １１ １. る， 写真のとおり， Ｃの容量が大きくなるにつれて各部の立ち上がり時間は長くなり， だんだんと まるみ をお びてく る． こ れを検討 してみるために ＳＣＲ２の電圧波形を第５図に書き直してみた． （ １ ）の部分は ＳＣＲ２がオンしているときの順抵抗電圧降下分だけの電圧がかかっ ている． 実験では ）は ＳＣＲ，がオン したときの電圧 で瞬間的にＳＣＲ２には転 流コンデンサーＣの充 ２ 約１ ．ＩＶであっ た．（ 電電圧分だけ負電圧をうける． この 電圧による逆電流値が負荷電流に等 しく なったとき ＳＣＲ２ は ３ ）はＳＣＲ２がオフしたときに電源電圧まで転流コンデンサーＣとラン プ抵抗Ｒと ターン．オフする．（ ４ ）は ＳＣＲ２がオフしているとき，電源電圧 がそ の時定数にしたがっ て充電される特性を示している．（ １ ４ ）が１サイ クルで次々 とくりかえされる． ）～（ のままにかかっ ていることを示している， 以上の（. Ｓ４. 察. 考. 従来から使用さ れている電磁装置付点滅回路にくらべて， ＳＣＲは無接点であるのが特徴 で故障 率が非常に少なく保守が簡単である． 無接点であるという点ではトランジスタのフリッ プフロッ プ 回路も考えられるが， トランジスタはその電流容量に制 限があり， 大電力用としては向いていない． 現在， 点滅回路は自動車， 航空機， 交通信号等種々の目的に使用されている がＳＣＲが活躍するこ とと思う． ３秒に１回 の点滅） ９回（５ ０１ ８ 第１図の回路を使用すると通電時間５０％ で第３図のとおり， 毎秒０， というきわめて低い 点滅回数 で作動することが理解できる． ラン プ消灯中は ＳＣＲ２順漏れ電流と抵 抗 （Ｒ５十 Ｒ６ ） によっ て消費さ れる電力 分だけロスすることになる が， 順漏れ電流による 電力は数 ）による電力は０，１４Ｗ位なの でラン プの消費電力にくらべて約５％にしかみたない ｍ ｗ，（Ｒ５ ＋ Ｒ６ こ と に なる．. 通電時間の制御については転流コンデンサー Ｃの充電式. ＶＦ Ｅ｛ ，－２ｒ 願 ｔ｝ におけるＣまたは Ｒ６を変化させるこ とによっ て行なうの であるが， 実験回路のところ で示したと ）を一定値ま でしか可変することができなくて， 約５０～８７％ おり， 転 流コ ン デンサーおよ び（Ｒ５ ＋ Ｒ６ Ｒ に しか制御 できなかっ た． ただし， ６を変化させる と通電時間制御と同時に 点滅回数も変化するの で調 整 は 非 常 に む ず か しい．. 第２図に示す パ ルス発振回路は通電時間制御の. し す 三 界 要 褒 醒簾言 島 畠 Ｖｉ 著饗 え 翼現 空 す 磐 了 ／ のよ う に 約 ５２％ の 変 化 を さ せ る こ と が でき る． こ. の 回 路 を 用 い る と 通 電 時 間 は 約 ２０～５０％ ま で制. 御 でき， 第１図の回路にくらべて点滅回数は同じ . １. ．. ，. Ｌ. Ｉ. Ｉ. らへ. おの在国 か. を大きく制御 できる． なお， パ ルス発振周波数と 転 流 コ ン デン サ の 充 電 特 性 と の 関 係 に つ い て は 本. 実験 では充分に検討していないので， 発振周波数. を変化させると通電時間 が不規則に なる ことも あったが， 今後検討してみたい． （ ４ ９）. Ｉ ｔ. ， ，. . ， １および 扇 の谷 酌. ，. ｕ. ，. . ！. ，. ｌ. ，. . ｉ. ，. ｌ. 第６図 位相制御された出力パルス 一 －－ＶＩより７８％進んでいるとき －－－－ Ｖ， よ り ２６％ 進 ん でいる と き. ，. . ｌ. 多.
(7) . １１２. 中. 村. 岩. 美. 献. 文. １） 中村岩美 （１ ３～７ ５頁） ９７１ ） ：北海道教育大学紀要 （第２部Ａ， ７ ８頁 ２） 東京芝浦電気株式会社 （１ ） ：ＳＣＲマニュアル， オーム社， ９ ９６８ ） ：シリコン制御整流器便覧， オーム社， ４５頁 ３） 東京芝浦電気株式会社 （１ ９６６. （５ ） ０.
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