ゼロクロス制御とは

電気ヒーターを半導体で制御する方法として、位相制御方式と分周点弧方式が有ります。学術用語ですから難しい表現ですが、分周点弧方式は実際にはゼロクロス制御とかゼロボルトスイッチングと呼ばれており、位相制御方式は電流流通角制御とも呼ばれております。

電流流通角制御は50Hzあるいは60Hzの交流波形の内、1波形の途中から必要に応じて一部だけ電流を流す方法です。
下図の様な交流波形のサインカーブに対し、50％に制御された状態の電流波形は塗り分けた後ろ半分だけになり、この図ではちょうど電力は半分になっている状態です。電流の流れ始めは矩形波でヒーターは電力が大きいので、ここに多くの高調波成分を含んでおります。

この方式の利点は、1秒間に100回の電源のON-OFFが有りますが電流計の指針はこの速さに追いつけず、目視ですと0～100%まで指針はスムーズに変化するので、現在の運転電力量が良く判る事です。

弊社は1979年迄は電流流通角制御を採用しておりましたが、この高調波が周囲に有る精密機器にノイズとして飛び込み、数件のトラブルを経験しました。現在はこの高調波対策として、1980年から全てゼロクロス制御に切り替えております。

ゼロクロス制御(ゼロボルトスイッチング)

下図はゼロクロス制御の波形です。50%付近で制御している状態の波形で、交流波形が0ボルトの時に電源のONとOFFを行っています。無電流の時にON-OFFしますから、全くノイズは発生しません。

この方法の欠点は、電源を0.2秒毎にON-OFFさせていますから、電流計の指針は激しく振動します。
お客様から「これでは電流計が壊れる」という苦情も有りますが、弊社では40年以上この方法を採用しておりますが、電流計が壊れてしまった例は一件も有りません。
交流波形をブロックに分けてヒーターに流す方法で、必要な電力を得る為に調節計の出力値に合わせて、ヒーターがONする時間とOFFする時間の比率を変えて制御しています。
電流が流れる間隔の制御ですから、ONしている時にヒーターに流れる電流は定格電流値であって、電流値は変化しません。ONしている時間の平均値で制御する事になります。

実際にONかOFFしか無いので制御中の電流はゼロか最大かしか無く、中間の状態は存在しません。この為に電流計の指針は、0.2秒毎にゼロと定格電流の間を激しく振動する事になります。

弊社の温湿度の制御システムは冷凍機の能力も比例制御させており、加熱ヒーターとバランスさせて省エネな制御をさせております。ヒーターの見かけ上の最大電力も可変できますから、どの様な条件でもヒーターの電力量を変えて冷凍機とバランスを取り、省エネで安定な条件を得ております。
この制御の詳細は、CSC方式の資料をご参考下さい。

また、電源電圧はヒーターがONの時には電圧が下り、OFFになると上昇します。制御中は常に電圧が変動しています。この為、動力回路から照明電源を取ると必ず明るさにチラつきが発生します。この方式は、同じ電源から照明回路の電源は取れません。