JP2008112692A - Overcurrent protective device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばインバータ等を有する電力変換システムにおいて、その入力電流が過電流となったときに遮断器の動作により入力電流を迅速に遮断可能とした過電流保護装置に関するものである。 The present invention relates to an overcurrent protection device capable of quickly interrupting an input current by an operation of a circuit breaker when the input current becomes an overcurrent in a power conversion system having an inverter or the like, for example.
図3は、直流電気車用電力変換システムの概略的な構成図であり、20は給電線を介して接続された直流電源、1は高速度遮断器、8は空芯直流リアクトル、9は充電回路、10はインバータである。このインバータ10には、交流電動機等の負荷(図示せず)が接続されている。
なお、前記充電回路9は、例えば限流抵抗とサイリスタスイッチとの並列回路によって構成されていると共に、インバータ10の直流入力側にはフィルタコンデンサ(図示せず)が設けられており、フィルタコンデンサの充電時には、前記サイリスタスイッチをオフすることにより、充電電流を前記限流抵抗により制限して過大な突入電流が流れるのを防止している。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a power conversion system for a DC electric vehicle, in which 20 is a DC power source connected via a feeder line, 1 is a high-speed circuit breaker, 8 is an air-core DC reactor, and 9 is a charge.
The charging circuit 9 is configured by a parallel circuit of a current limiting resistor and a thyristor switch, for example, and a filter capacitor (not shown) is provided on the DC input side of the
図4は、前記高速度遮断器1の接点構造を示している。
図4(a)において、2は固定接点、3は一端が固定接点2に軸支された可動接点、4は接点部であり、インバータ10の直流入力電流が許容値以下である場合には、図示するように、接点部4内の固定接点2と可動接点3とが接触していて図の矢印方向に直流電流が流れているとする。
FIG. 4 shows the contact structure of the high-
In FIG. 4A, 2 is a fixed contact, 3 is a movable contact whose one end is pivotally supported by the
しかし、例えばインバータ10のアーム短絡等により、上記接点部4に1000Aを超える過電流が流れると、図4(b)に示す如く過電流による磁束6(その向きは紙面の裏から表に向かう方向)が発生し、この磁束6と電流とによる力7が接点部4に作用するため、可動接点3が固定接点2から開離するように回動する。
これにより、両接点2,3の接触が断たれると共に、両接点2,3間を流れるアーク電流5も力7の方向に引き延ばされて遮断されるため、両接点2,3間を流れる過電流はその後、完全に遮断されることとなる。
However, if an overcurrent exceeding 1000 A flows through the contact portion 4 due to, for example, an arm short circuit of the
As a result, the contact between the two
なお、上述したような接点式の高速度遮断器を備えた電力変換システムは、特許文献1等に記載されている。
Note that a power conversion system including the contact-type high-speed circuit breaker as described above is described in
図3,図4に示した従来技術において、通常、高速度遮断器1と空芯直流リアクトル8とは離れて配置されている。また、前述した如く、接点部4の開放には高速度遮断器1内で発生する磁束のみを電流と共に利用する原理を採っている。
In the prior art shown in FIGS. 3 and 4, the high-
しかしながら、特許文献1の第2頁右上欄第9行〜第3頁左上欄第1行、第6図等にも記載されているように、高速度遮断器1が過電流を遮断する際には、過電流が流れ始めてからアーク電流5が完全に消滅するまでにかなりの遅れ時間があり、この遅れ時間内に、過電流設定値(例えば1000A)を遙かに超える大きな電流(3000A〜数千A)が流れてしまう。
従って、インバータ10の入力回路に使用する機器としては、通常の定格電流以上に大きな過電流耐量を考慮しなくてはならず、限定されたスペースに設置することが要求される電力変換システムとしては、小型化や軽量化を妨げる原因となっていた。
However, as described in
Therefore, as an apparatus used for the input circuit of the
そこで、本発明の解決課題は、接点部のアーク電流を早期に消滅させ、遮断器や周辺機器の過電流耐量を低減させることによって電力変換システム等の小型化、軽量化、低価格化を可能にした過電流保護装置を提供することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is that it is possible to reduce the size, weight, and cost of power conversion systems by eliminating the arc current at the contact point early and reducing the overcurrent capability of the circuit breaker and peripheral devices. An overcurrent protection device is provided.
上記課題を解決するため、請求項1に記載した発明は、電流の通流経路に、可動接点及び固定接点からなる遮断器の接点部と、直流リアクトルとが直列に接続され、前記接点部を流れる過電流とこの過電流による磁束とによって発生する力を利用して前記可動接点を前記固定接点から開離させることにより前記過電流を遮断する過電流保護装置において、前記直流リアクトルを流れる過電流によって発生する磁束が、前記接点部を流れる過電流によって発生する磁束に同方向で加わり合うように、前記直流リアクトルを前記接点部に近接して配置したものである。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in
請求項2に記載した発明は、請求項1に記載した過電流保護装置において、
前記接点部及び直流リアクトルが、電力変換システムの直流入力部に接続されていることを特徴とする。
The invention described in
The contact part and the direct current reactor are connected to a direct current input part of a power conversion system.
本発明によれば、遮断器の接点部に発生する磁束に直流リアクトルによる磁束を合成し、これらの合成磁束によってアーク電流に作用する力を増大させることにより、アーク電流が消滅するまでの時間を短縮することができる。
これにより、接点部における遮断電流が従来よりも減少するので、遮断器や周辺機器の過電流耐量を低減させて電力変換システム等の小型化、軽量化、低価格化を図ることができる。
According to the present invention, the magnetic flux generated by the DC reactor is combined with the magnetic flux generated at the contact portion of the circuit breaker, and the force acting on the arc current is increased by these combined magnetic fluxes, thereby reducing the time until the arc current disappears. It can be shortened.
As a result, the breaking current at the contact portion is reduced as compared with the prior art, so that the overcurrent capability of the breaker and peripheral devices can be reduced, and the power conversion system and the like can be reduced in size, weight, and cost.
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図1は本発明の実施形態を示す主要部の構成図であり、図3,図4と同一の構成要素には同一の番号を付してある。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, FIG. 1 is a configuration diagram of a main part showing an embodiment of the present invention, and the same components as those in FIGS. 3 and 4 are denoted by the same reference numerals.
図1において、前記同様に1は高速度遮断器、8は空芯直流リアクトルであり、この実施形態では、空芯直流リアクトル8を流れる電流によって発生する磁束12が、高速度遮断器1内の接点部4自体によって発生する磁束6と同方向に加わり合うように、空芯直流リアクトル8と高速度遮断器1の接点部4とが近接して配置されている。
また、11はケーシングであり、高速度遮断器1及び空芯直流リアクトル8の他に、図示されていない充電回路9、インバータ10等の電力変換システムの構成要素の全てを内蔵している。なお、磁束6,12が同方向に加わり合う位置関係が保てれば、高速度遮断器1及び空芯直流リアクトル8をそれぞれ別個のケーシング内に収容しても良い。
In FIG. 1, 1 is a high-speed circuit breaker and 8 is an air-core DC reactor, and in this embodiment, a
Reference numeral 11 denotes a casing, which incorporates all components of the power conversion system such as the charging circuit 9 and the inverter 10 (not shown) in addition to the high-
ここで、磁束6,12の方向は図1の例に限られるものではなく、図1の左側に向かう方向であっても良い。何れにしても、磁束6,12の方向が同一であって磁束6を増加させるように磁束12が作用すれば良い。
Here, the direction of the
上記のように構成することにより、固定接点2と可動接点3との間を流れる電流に対して、接点部4による磁束6に空芯直流リアクトル8による磁束12が合成されて作用することになり、過電流発生時に電流と合成磁束によって発生する力13は、図4に示した力7よりも大きくなる。このため、可動接点3が開離したときには、アーク電流5に従来よりも大きな力13が作用し、その結果として、従来よりも早期にアーク電流5が遮断されることになる。
By configuring as described above, the
図2は、本実施形態と従来技術において、アーク電流5が完全に遮断される際の電流値(遮断電流)を比較した特性図であり、Δt1は接点部4に過電流が流れ始めてから高速度遮断器1が過電流を検知するまでの時間、Δt2は本実施形態において高速度遮断器1が過電流を検知してからアーク電流5が完全に遮断されるまでの時間、Δt3は図4の従来技術において高速度遮断器1が過電流を検知してからアーク電流5が完全に遮断されるまでの時間である。
FIG. 2 is a characteristic diagram comparing the current value (breaking current) when the arc current 5 is completely interrupted in the present embodiment and the prior art, and Δt 1 is after the overcurrent starts flowing through the contact portion 4. The time until the high-
図2によれば、従来ではアーク電流5が完全に遮断される時点(Δt1+Δt3)で約3000Aの電流が流れていたのに対し、本実施形態では、アーク電流5が完全に遮断される時点(Δt1+Δt2)の電流を約2000Aに低減することが可能になっている。
従って、インバータ10の入力回路を構成する高速度遮断器1や空芯直流リアクトル8、充電回路9等の回路部品、回路素子の電流耐量を大幅に低減することができ、電力変換システム全体の小型化、軽量化、低価格化が可能になる。
According to FIG. 2, a current of about 3000 A flows at the time point when the arc current 5 is completely interrupted (Δt 1 + Δt 3 ) in the prior art, whereas in the present embodiment, the arc current 5 is completely interrupted. It is possible to reduce the current at the time (Δt 1 + Δt 2 ) to about 2000A.
Therefore, the current tolerance of circuit components and circuit elements such as the high-
なお、本実施形態において、充電回路9に使用するスイッチは特に限定されないが、サイリスタ以外にIGBTやコンタクタを用いることができる。
また、本発明は、電力変換システムの入力部に限らず、遮断器により過電流を遮断して機器や回路を保護するための用途全般に適用することが可能である。
In the present embodiment, the switch used for the charging circuit 9 is not particularly limited, but an IGBT or a contactor can be used in addition to the thyristor.
Further, the present invention is not limited to the input unit of the power conversion system, and can be applied to all applications for protecting devices and circuits by interrupting overcurrent with a circuit breaker.
1:高速度遮断器
2:固定接点
3:可動接点
4:接点部
5:アーク電流
6,12:磁束
7,13:力
8:空芯直流リアクトル
9:充電回路
10:インバータ
11:ケーシング
20:直流電源
1: high-speed circuit breaker 2: fixed contact 3: movable contact 4: contact portion 5: arc current 6, 12: magnetic flux 7, 13: force 8: air-core DC reactor 9: charging circuit 10: inverter 11: casing 20: DC power supply
Claims (2)
前記直流リアクトルを流れる過電流によって発生する磁束が、前記接点部を流れる過電流によって発生する磁束に同方向で加わり合うように、前記直流リアクトルを前記接点部に近接して配置したことを特徴とする過電流保護装置。 A circuit breaker contact made up of a movable contact and a fixed contact and a DC reactor are connected in series to the current flow path, and the force generated by the overcurrent flowing through the contact and the magnetic flux generated by this overcurrent is used. In the overcurrent protection device that interrupts the overcurrent by separating the movable contact from the fixed contact,
The DC reactor is arranged close to the contact portion so that a magnetic flux generated by an overcurrent flowing through the DC reactor is added in the same direction to a magnetic flux generated by an overcurrent flowing through the contact portion. Overcurrent protection device.
前記接点部及び直流リアクトルが、電力変換システムの直流入力部に接続されていることを特徴とする過電流保護装置。 The overcurrent protection device according to claim 1,
The overcurrent protection device, wherein the contact portion and the DC reactor are connected to a DC input portion of a power conversion system.
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