JP4596895B2 - モジュラー型接触器装置の複数の接触器をそれぞれ独立に制御するコントローラ - Google Patents

Description

本発明は、一般的に、電気開閉装置にかかわり、さらに詳細には、モジュラー型接触器装置の接触器をそれぞれ独立に閉じる装置にかかわる。

接触器は、通常、始動用として使用され、負荷を開閉するだけでなくモーターまたは他の電気的装置のような負荷を電流過負荷状態から保護する。典型的な接触器は３つの接点組立体、即ち、三相装置の各相または各極について１つの接点組立体を備えている。各接点組立体は、通常、一対の固定接点と可動接点とを有する。一方の固定接点はライン側接点であり、もう一方の固定接点は負荷側接点である。可動接点はアーマチャと磁石の組立体より成る作動組立体により制御されるが、この組立体はコイルにより付勢されると可動接点を移動させて固定接点間を橋絡する。可動接点が両方の固定接点に係合すると、電流が電源またはラインから負荷または電気的装置へ流れる。可動接点が固定接点から開離すると、開放回路が形成され、ラインと負荷が電気的に互いに隔離される。

一般的に、３つの接点組立体全てに共通のキャリアを作動するために単一のコイルが使用されるが、その結果、三相入力の任意の１極または１相について故障状態またはスイッチ開路命令を受けると、接触器は必ずその接触器の全ての接点組立体を一斉に開くように構成されている。同様に、閉路または導通状態が望まれる時は、全ての接点組立体を一斉に閉じるように制御される。簡単に言うと、接点組立体はそれぞれ独立に制御されるのではなくて１つのグループとして制御される。

この接触器構成には、特に高電力用の場合に問題点が幾つかある。三相入力の各相に１つの接点組立体があるため、その接点組立体の接点要素は故障（高電流）または異常スイッチング状態の下で高電流状態または溶着の危険に耐える必要がある。従って、接点を溶着に耐える複合材料で製造する必要がある。これらの複合材料は高価で、接触器の製造コストを増加させることになりかねない。種々の故障状態の下で接点の「ブローオープン」を制御する複雑な付勢機構を備えた他の接触器が設計されているが、この付勢機構により接触器の複雑さ及びコストが増加する。あるいは、高価な複合材料を使用せずに接点要素の耐溶着性を向上させようとすると、大型の接点要素が必要となる。大型接点は大きな熱シンクを提供し、電流搬送能力を増加させる。しかしながら、接点要素を大型化するには大型の作動機構、コイル、付勢ばねなどが必要となり、これら全ては製品サイズの大型化及び製品コストの上昇につながる。

さらに、全ての接点組立体が一斉に開く接触器は、開路時に接点間にアークが形成されるため、接点の侵蝕が生じることがある。全ての接点組立体または全ての接点セットが一斉に制御されると、接点組立体はブリッジまたはクロスバーを共有するため、三相入力の任意の相の故障状態のような異常状態により、全ての接点組立体が開くことになる。そのため、１つの接点組立体の接点が開路すると、それ以外の接点組立体の接点も開く。その結果、接点は理想的でない電流状態のときに開いてしまう。例えば、接触器は、三相入力の第１相に故障状態が検知されると、対応の組立体の接点は、第１相の電流のゼロ交差時に開くように、制御される。三相入力の第２相及び第３相は第１相からそれぞれ１２０°及び２４０°遅れているため、第１相の接点組立体の接点開路時に第２相及び第３相の接点組立体の接点を開くと、接点を流れる電流がゼロでない時に第２及び第３の接点組立体が開くことになる。このようにゼロでない時開路すると、第２及び第３の接点組立体の接点要素間にアークが発生するため、接点の侵蝕が生じ、これが接触器の早期故障につながることがある。これは、上述したような異常なスイッチング状態時だけでなく通常の仕事を行う時でもそうである。

この一斉制御式構成には、電源と負荷の間に大きな過渡電流を導通させる接点の閉路に付随する問題がある。全ての接点を一斉に閉じると、負であることが多い機械的トルク振動が生じることがある。その結果、モーター巻線だけでなく系統の機械的コンポーネントは応力にさらされて損傷を受ける。さらに、この大きな過渡電流による望ましくない、またはわずらわしいトリップを回避するには、モーター回路保護用断路器（遮断器またはヒューズ）のサイズを過大にする必要があるかもしれない。

従って、負のトルク振動を最小限に抑えるようにそれぞれ独立に制御可能な、多数の接触器を備えたモジュラー型電磁接触器を設計することが望ましい。さらに、各接触器がその複雑さ及びサイズを増加させることなく、故障状態の下で高電流に耐えるように構成された、かかるモジュラー型接触器を設計することがさらに望ましい。

発明の概要

本発明によると、モジュラー型接触器装置の複数の接触器の閉路をそれぞれ独立に制御するコントローラであって、電気系統の前のゼロ電圧後の第１の瞬間に第１の接触器閉路信号を一対の接触器の複数の作動組立体のうちの少なくとも１つの作動組立体に送信して前記一対の接触器を閉じるようにし、前記第１の瞬間後の第２の瞬間に第２の接触器閉路信号を第３の接触器の作動組立体に送信して前記第３の接触器を閉じるようにし、電気系統における大きい過渡電流及びその結果として生じる負のトルク振動が最小限に抑えられるように構成したコントローラが提供される。

本発明の種々の特徴、目的及び利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明らかになるであろう。

本発明を、負荷の開閉だけでなくモーターのような負荷の電流過負荷状態からの保護のような始動用途に用いる電磁接触器装置に関連して説明する。本発明の電磁接触器装置及び制御装置は、熱負荷接触器装置、オンデマンドモジュラー型接触器装置、モジュラー型大型フレーム接触器装置などに等しく利用可能である。本発明はまた、開路時におけるアーク及び接点閉路時におけるはね返りアークにより生じる接点の侵蝕を減少することが望ましい他のタイプの接触器装置にも利用可能である。さらに、三相電気的装置における利用に関連して説明するが、本発明は他の電気的装置にも利用可能である。

図１を参照して、該図はモジュラー型接触器装置１０の斜視図である。モジュラー型接触器装置１０は、三相電気系統の電磁接触器１２Ａ−Ｃを有する。各接触器１２Ａ−Ｃは、モーターまたは他の電気的装置への電流を開閉するように設計されている。図示の構成では、接触器１２Ａ−Ｃは、各接触器と共にオプションとしてのカバー（図示せず）を支持するように構成されたプレート１１に取り付けられている。図示の実施例において、接触器装置１０の各接触器１２Ａ−Ｃは、モーター制御のような産業制御用として動作する始動装置に用いる過負荷継電器１３Ａ−Ｃに接続されている。この装置１０には、継電器１３Ａ−Ｃなしに実現可能な他の用途もある。各継電器１３Ａ−Ｃにある開口１４Ａ−Ｃはそれぞれ、リード線の接触器装置への電気的接続を容易にする。各接触器／過負荷継電器には３つの開口があるが、エンドユーザーは、単一点で配線を取り付けるために、３つの開口全てにわたって延びてこれらをジャンプする共通バスプレート（図示せず）を開口に挿入できる。バスプレートは、エンドユーザーがワイヤを装置に接続するためのラグまたはリング端子を有する。以下に詳述するように、各相のこの三路接続は故障状態下で有益であるが、その理由は、各相Ａ−Ｃの電流が各接触器の内部で均等に分布されるため、接点のアーク及び接点の侵蝕が、特に閉路時に最小限に抑えられるからである。各接触器１２Ａ−Ｃは、ねじ１８Ａ−Ｃにより接触器フレームに固定される上部カバー１６Ａ−Ｃを有する。各継電器１３Ａ−Ｃにはカバー２０Ａ−Ｃもあるが、これらのカバーは、継電器フレームにスナップ接続され、ヒンジ連結されているため、ＦＬＡ調整ポテンシャメータ（図示せず）にアクセスすることができる。各継電器１３Ａ−Ｃはリセットボタン２２Ａ−Ｃを有する。

図２を参照して、該図は、図１の線２−２に沿うモジュラー型接触器装置１０の接触器１２Ａ−Ｃのうちの１つを示す縦方向断面図である（過負荷継電器１３Ａ−Ｃは図１から省略）。詳述すると、接触器１２Ａは断面図で示されているが、接触器１２Ｂまたは１２Ｃの断面も同様である。接触器１２Ａは、電磁コイル２４の付勢前の、接点２６、２８が開離した通常の開位置で示す。コイル２４は、接触器ハウジング３０により固定され、アーマチャ３２を磁石組立体３５に引き寄せる作動エネルギーしきい値またはそれより大きいエネルギー源または突入パルスを受けるように設計されている。アーマチャ３２に固定された可動接点キャリアも、磁石組立体３５の方へ引き寄せられる。ばね３４により固定接点２６の方へ付勢される接点２８は、ここでは固定接点２６上の閉位置にあり、電流経路を提供する。以下に詳述するように、コイル２４が付勢されると、そのコイル２４にはコイルの減少した保持エネルギーしきい値以上の第２のエネルギーが供給されるが、このエネルギーは、取り除かれるまでは、または大きい故障電流が発生するまでは、磁石組立体３５に対するアーマチャ３２の位置を保持し、減少したエネルギーしきい値を克服してアーマチャを磁石組立体から引き離し、接点を開離させる。

磁石組立体３５は、磁石フレーム８６にしっかり固定された磁石ポスト３６を有する。磁石ポスト３６、磁石フレーム８６、アーマチャ３２は、通常は中実の鉄製部材である。コイル２４は、銅製磁石ワイヤを巻回した成形プラスチックボビンを有し、磁石フレーム８６の内部で磁石ポスト３６の上方中央に位置している。コイル２４は、直流により駆動し、パルス幅変調により制御して電流を制限し、コイルにおける熱の発生を減少させるのが好ましい。磁石組立体３５は、付勢されると、可動接点キャリア３９に接続されたアーマチャ３２を引き寄せる。可動接点キャリア３９は、アーマチャ３２と共に、磁石組立体３５の方へ案内ピン４０及び成形ハウジング３０の壁４６、４８により案内される。

案内ピン４０は、可動接点キャリア３９に固着されたアーマチャ３２に圧入または固定される。案内ピン４０は、磁石組立体３５内で案内表面４２に沿って摺動可能である。単一の案内ピン４０は、中央にあって、可動接点キャリア３９が磁石組立体３５の方へ、またはそれから遠ざかる方向に移動する際、アーマチャ３２と可動接点キャリア３９のための滑らかで平坦な経路を提供するよう使用される。可動接点キャリア３９は、接点ハウジング３０の内壁４６、４８によりその上端部４４において案内される。案内ピン４０の一部はアーマチャ付勢機構または可撓性アーマチャ戻りバネ５０により覆われており、このばねは可動接点キャリア３９が磁石組立体３５の方へ移動すると圧縮される。アーマチャ戻りバネ５０は、磁石ポスト３６とアーマチャ３２との間に位置して可動接点キャリア３９及びアーマチャ３２を磁石組立体３５から離れる方向に付勢する。一対の接点ブリッジ停止部材５２は、大きい故障電流発生時にアーク遮蔽体５６の方への接点ブリッジ５４の移動を制限する。案内ピン４０とアーマチャ戻りバネ５０の組み合わせにより、可動接点キャリア３９の平坦な下方運動が促進され、接点閉路時に発生する可能性のある傾斜またはウィンドウロックの防止に役立つ。可動接点キャリア３９とアーマチャ３２とは、付勢状態の磁石組立体３５の方に引き寄せられると、アーマチャ３２の可撓性アーマチャ戻しバネ５０に対して圧縮力を及ぼす。可動接点キャリア３９及びアーマチャ３２は案内ピン４０と共に案内表面４２に沿って移動して、可動接点キャリア３９に実質的に平坦な移動経路を提供する。接触器毎に３対のクリンプ用ラグ５８が設けられており、これらはリード線の接触器への固定に使用される。あるいは、エンドユーザーがリング端子または適当な大きさのラグの何れかによりワイヤを接続するためのベースとして固定接点を含む共通のバスバー（図示せず）を用いてもよい。

図３を参照して、該図は、電磁コイル２４の付勢前の通常の開位置にある接触器１２Ａの横方向断面図である。最初に、アーマチャ３２は可撓性アーマチャ戻しバネ５０により磁石組立体３５から離れる方向に且つハウジング６０の方へ付勢されているため、アーマチャとコアとは開離している。接点キャリア組立体も、アーマチャ付勢機構５０により磁石組立体３５から離れる方向に移動しているため、可動接点２８と固定接点２６とが開離し、接点２６、２８を介する電流の流れを阻止される。付勢ばね３４は、可動接点６４の上側表面６２に接続されているため、延伸して、ばねの頂部と可動接点６４との間に最大の空間６３が生じている。

図４を参照して、該図は、ソフト始動装置７０に接続された隔離装置としての一対のモジュラー型接触器装置６６及び６８を示す。接触器装置６６は、三相用として、それぞれラインＡ、Ｂ及びＣを介してライン電源７４からの電力を搬送する３つの接触器７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃを有する。同様に、接触器装置６８は、三相負荷７８のための３つの接触器７６Ａ、７６Ｂ、７６Ｃを有する。図示のように、単一の接触器装置の内部においてソフト始動装置の前後に３つの接触器が存在する接触器装置６６及び６８は、ソフト始動装置が回路を遮断した後、あるいはソフト始動装置のＳＣＲが短絡状態にある場合は負荷それ自体を遮断した後（故障状態）に、それらの接触器を独立に「ブレークオープン」することにより、ソフト始動装置に対して電流隔離するように設計されている。接触器装置６６、６８の各接触器は多数の接点を有する。各接触器は３つの接点組立体を有し、各接点組立体は１つのライン側接点、１つの負荷側接点及びライン側接点と負荷側接点を互いに接続するための１つの接続用または橋絡用接点を有するのが好ましい。例えば、橋絡用接点は上述したような可動接点でよい。

コントローラ８０は、各接触器の接点組立体を開位置と閉位置との間で一斉に移動させるように構成された、各接触器の作動組立体（図示せず）に接続されている。各作動組立体は、上述したように、接点を「ブレーク」及び「メイク」するためのコイル、アーマチャ及び磁気コンポーネントを有する。コントローラ８０は、接触器の動作を独立して制御するために制御信号を作動組立体に送るように設計されている。コントローラは電流感知ユニット８２からの電流データに基づき作動組立体をトリガーするが、この感知ユニットは、図４の実施例では、三相ライン入力の第１相または極Ａから電流データを取り出すように構成されている。電流感知ユニット８２を第１相または極Ａから電流データを取り出すものとして示すが、電流感知ユニット８２を三相ライン入力の第２または第３相または極Ｂ、Ｃに関連させてもよい。

各接触器７２Ａ−Ｃ及び７６Ａ−Ｃにはそれ自身の作動組立体があるため、各接触器は独立して開閉することができる。この独立性により、モジュラー型接触器装置の１つの接触器を、残りの接触器を開路させずに開くことができる。例えば、第１の接触器７２Ａ、７６Ａを開き、残りの接触器７２Ｂ−Ｃ、７６Ｂ−Ｃを、第１の接触器７２Ａ、７６Ａの接点がクリアされるまで開かないように制御することが可能である。この遅延及びその後の接触器の開路により後で開く接触器の接点のアークによる侵蝕が減少するが、その理由は、各接触器をその接触器の相がゼロ電流点かそれに近い時に開くように制御できるからである。従って、アーク時間は最小である。上述したように、各接触器７２Ａ−Ｃ、７６Ａ−Ｃは、３つの接点組立体８４Ａ−Ｃ、８６Ａ−Ｃを有する。各接点組立体は可動接点と固定接点より成る。各接触器内の接点組立体は、一斉に開くように構成されているため、共通のクロスバーまたはブリッジにより制御される。このように、単一の接触器内の接点組立体は一斉に動作するが、これらの接触器は互いに非同期的にまたは独立に作動される。以下に述べるように、コントローラ８０は接触器７２Ａ及び７６Ａに直接接続されているが、接触器７２Ｂ−Ｃ及び７６Ｂ−Ｃには並列に接続されている。このように、接触器７２Ｂ−Ｃ及び７６Ｂ−Ｃは同時に制御することが可能である。

図５を参照して、接触器装置８８は、それに接続された負荷８９を制御し保護するための開閉装置として実現可能である。接触器８８には３つの接触器９０Ａ−Ｃがある。接触器の数はライン入力９２と共に負荷８９の相数に一致する。従って、図５の例では、三相ライン９２及び負荷８９の各相につき１つの接触器が設けられている。各接触器９０Ａ−Ｃには３つの接点組立体９４Ａ−Ｃがある。各組立体９４Ａ−Ｃは、多数のライン側接点９６Ａ−Ｃと多数の負荷側接点９８Ａ−Ｃとを有する。各接触器は、コントローラ１０２に接続されそれにより制御される作動組立体１００Ａ−Ｃを有する。コントローラ１０２は、接触器の作動組立体を変換器１０４Ａ−Ｃから受ける故障データに基づいてトリガーすることにより各接触器の接点のブレーク及びメイクを制御する。あるいは、別法として、接点のブレーク及びメイクをオーバーライド制御またはスイッチ１０６により制御することが可能である。

各接触器のブレークのタイミングは、変換器１０４Ａ−Ｃから受ける電流データに基づき決定される。三相入力環境では、３つの変換器１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃを使用する。各相に１つの変換器を用いると、各接触器を以下に詳述するように「第１」極の接触器として特定することが可能である。逆に、ただ１つの変換器を用いて１つの相から電流データを収集し、その相に対応する接触器を「第１」極の接触器と考える。しかしながら、任意の接触器が「第１」極の接触器となりうる。

図６を参照して、該図は、電源ライン１１０と三相モーター１１２との間の典型的なモーター制御用接触器装置１０８を示す。この接触器装置１０８はモジュラー型接触器装置であり、上述した接触器と同様の４つの接触器１１４Ａ、Ａ´、Ｂ、Ｃを有する。各接触器１１４Ａ−Ｃは１組の接点組立体１１４Ａ−Ｃを有する。詳述すると、各接触器装置は１組のライン側接点１１８Ａ−Ｃ及び負荷側接点１２０Ａ−Ｃを有する。各接触器はまた、それぞれの接触器の接点組立体を一斉にブレークまたはメイクする作動組立体１２２Ａ−Ｃを有する。しかしながら、各接触器にはそれ自身の作動組立体があるため、これらの接触器をそれぞれ独立に制御することができる。

各作動組立体に接続されて接触器をそれぞれ独立に制御するのは、コントローラ１２４である。コントローラ１２４は、対応の相Ａ−Ｃが特定の電流値または電圧値を交差するとそれに基づき各接触器を開閉する。１つの実施例において、各接触器は対応相の電流がほぼゼロの時に開くように制御される。接触器の接点をゼロ電流またはそれに近い値の時に開くと、接触器の接点間のアークによる侵蝕の可能性が減少する。しかしながら、コントローラ１２４は、対応相の電流が特定の非ゼロ値に到達する／交差するとそれに基づき接触器をそれぞれ独立して開くように構成することが可能である。電流データは、ライン１１０と接触器１１４Ａ−Ｃとの間に接続された少なくとも１つの電流センサー（図示せず）により取り出される。

引き続き図６を参照して、接触器１１４Ａ及び１１４Ａ´は互いに直列接続の形で示されている。この構成は、特に高電圧（即ち、６００ボルトより高い）用途で多数の利点を有する。２つの接触器を直列に接続し、故障が検出されるかまたは開路命令が出されると開くようにその２つの接触器を第１の接触器と指定すると、これら２つの直列接続の接触器１１４Ａ及び１１４Ａ´は大きな開閉エネルギー応力を共有することができる。その結果、接触器１１４Ａ及び１１４Ａ´においてより多くのエネルギーが放散され、接触器１１４Ｂ、Ｃのエネルギー吸収負担が減少する。さらに、接触器１１４Ａ及び１１４Ａ´も互いに並列にコントローラに接続されているため、コントローラにより接触器１１４Ａ及び１１４Ａ´を同時に開くことが可能である。これにより、従来の二点切りシステムとは異なり４つのアークが大きなアーク電圧を発生させ、電流及び接点の侵蝕が減少する。多数の接点ギャップもまた、電流がゼロになった後の再点弧の可能性を減少させる。

図６に本発明の一実施例の構成を示すが、図示しないさらに別の構成も本発明の範囲内で実現される。例えば、ジョギング用途において、２つの直列接続接触器より成る３つのセットを並列に構成して、それぞれ独立に制御することが可能である。

上述したように、モジュラー型接触器装置は、１またはそれ以上の電流センサーからの電流データに基づきコントローラが制御する作動機構によりそれぞれ独立して開かれる多数の接触器を有する。接触器は特異な作動組立体を備えているため、これらの接触器を多数の制御方式またはアルゴリズムに従って制御することが可能である。これらの制御方式の一部を図７−９を参照して説明する。

図７を参照して、該図は、本発明によるモジュラー型接触器装置のための制御方式またはアルゴリズムのステップを示す。方式１２６に従って実行されるステップは、モジュラー型隔離接触器、モジュラー型熱負荷接触器、モジュラー型オンデマンド開閉接触器などに等しく適用可能である。これらのステップは１２８においてスタートし、開いた状態が望ましいという指定１３０が発生する。所望の開いた状態の指定は、専用スイッチ開路命令かまたは故障状態が存在し少なくとも１つの接触器を開く必要があることを示す故障指示信号の何れかの結果である。開いた状態が望しくない場合（１３０、１３２）、開いた状態が望ましくなるまで（１３４）リサイクルする。開いた状態が望まれると（１３０、１３４）、１３６において入力電力の１つの相の電流が電流センサーによりモニターされる。電流は、特定の電流状態１３８が発生する時を確定するためにモニターされる。その電流状態が発生するまで（１３８、１４０）、その相の電流がモニターされる。その電流状態が一旦発生すると（１３８、１４０）、待機ステップ１４４が実行される。

１つの実施例において、その電流状態は、三相入力のモニターされる相が電流ゼロの状態である。待機ステップ１４４は電流遅延であり、これは作動組立体がスイッチ開路信号を受ける時から対応の接触器の実際の接点開離までに必要な時間に基づく。時間遅延が満了すると（１４４）、ステップ１４６において、単一の接触器の作動組立体にスイッチまたはブレークオープン信号が送られる。その後、接触器の多数の接点組立体が開き、このようにして、三相入力の対応相のラインと負荷との間が開路状態となる。

ステップ１４６においてその単一の接触器が開いた後、再び単一ステップ１４８が実行される。ステップ１４８における待機期間は、接触器装置の残りの接触器が１５０において開く前にその単一の接触器が確実に開いているようにするための十分な長さを有する。単一の接触器の接点は電流ゼロの１乃至２ミリ秒前に開くのが好ましい。残りの接触器がステップ１５０において開いた後、全ての接触器が開いた状態となり、ラインと負荷との間に開路状態が発生する（１５２）。

図８を参照して、単一の接触器装置のモジュラー型接触器を制御する別の方式１５４は、ステップ１５６でスタートし、ステップ１５８において所望の開路または故障命令を待つ。開いた状態が望ましくない場合（１５８、１６０）、この方式は開いた状態が望ましくなるまでリサイクルする（１５８、１６２）。開いた状態が望ましくなると、三相入力信号の各相の電流が１６４でモニターされる。このように、この方式１５４は、各相が図５に関連して述べたものと同じ専用の電流センサーまたは変換器を有する開閉制御専用のモジュラー型接触器装置に特に適用可能である。

各相の電流は、その相のある電流状態が発生する時を確定するためにモニターされる（１６６）。このモニター動作は、その相の電流が特定の点または値と交差するまで継続される（１６６、１６８）。この電流状態は、開閉または故障指示信号を受けた後その相の次の電流ゼロ状態と定義するのが好ましい。しかしながら、この電流状態はその電流波形上の任意の非ゼロ点にすることも可能である。その電流状態を単一の相で特定すると（１６６、１７０）、この方式１５４は１７２において待機またはホールドステップを経験する。待機ステップ１７２の期間は、作動組立体がその接触器の開路信号を受けた時からその接触器の接点が実際にブレークするまでに要する時間に基づく遅延時間である。遅延時間が満了すると、電流ゼロの状態が指定されたその相の接触器がステップ１７４で開かれる。その接触器の接点組立体は、それに対応する相が次に電流ゼロになる１乃至２ミリ秒前に一斉に開かれる。

接触器が一旦開かれると（１７４）、開いていないさらに別の接触器があるか否かの判定が行われる（１７６）。もしそうであれば（１７６、１７８）、この方式は、電流が閉じた接触器の相でモニターされるステップ１６２へ戻る。このようにして、各接触器は互いに独立に開かれる。第２及び第３の相電流は第１の相がクリアされた後は同じ位相角を有するため、最後の２つの相の接触器は同時に開く。全ての接触器が開くと（１７６、１８０）、プロセスはステップ１００で終了し、全ての接触器が開路またはブレーク状態となる。

図９を参照して、モジュラー型隔離接触器装置の接触器の独立制御に特に適用可能な方式またはプロセス１８４は、１８６でスタートし、ステップ１８８において所望の開路状態を指示する開閉または故障命令が特定される。開路状態が望ましくない場合（１８８、１９０）、このプロセスはかかる命令を受け取るまでリサイクルする。かかる命令を受け取らないということは、ラインと負荷との間の継続的な電気的接続が望ましいということである。開閉または故障指示信号または命令を受けると（１８８、１９２）、三相入力信号の１つの相で電流センサーにより電流がモニターされる。三相入力の任意の相をモニターしてもよいが、実際はただ１つの相をモニターするのが好ましい。その相の電流は特定の電流状態が発生する時を確認するためにモニターされる（１１４）。この電流状態は、モニターされる相の電流ゼロ点の交差に基づき電流センサーから受け取る電流ゼロ信号として定義される。しかしながら、電流信号の非ゼロ点も特定の電流状態と考えることが可能である。電流状態を受け取らない場合（１９６、１９８）、このプロセスは選択された相の電流を引き続きモニターする。その電流状態が発生しコントローラにより特定されると（１９６、２００）、このプロセスは、コントローラがモニターされるそれに対応する単一の接触器の作動部材にブレークオープン信号を送信する前に待機ステップ２０２を実行する。この待機または遅延期間は、作動組立体のその信号の受信から対応の接触器のブレークオープンまでに要する時間インターバルに基づく。

遅延期間が満了すると（２０２）、モニターされる相に対応する接触器が開かれる（２０４）。接触器は、対応相の次の電流ゼロ点の１乃至２ミリ秒前の点で開かれる。ステップ２０６において、プロセスは、ステップ２０８において残りの接触器が開く前に多数の接点が開くまで待機する。残りの接触器は同時に開くのが好ましい。例えば、三相環境では、第１極の接触器が開き、それに続いて第２極及び第３極の接触器がそれぞれそれらの作動組立体により同時に開かれる。全ての接触器が開くと、ラインと負荷は互いに隔離状態となり、プロセスが２１０で終了する。

本発明を、モジュラー型接触器装置の接触器の独立開路に関して説明した。しかしながら、独立して制御される接触器を開閉する本発明には多数の利点が存在する。本発明のモジュラー型接触器装置では、特定波形点（ポイントオンウェーブ）開閉または制御が特に有意である。特定波形点開閉により、接触器の接点を電圧センサーから得られる電圧データに基づき閉じ、また電流センサーから得られる電流に基づき開くことができる。特定波形点開閉は接点の侵蝕を減少させ、従って、接点間に形成されるアークを最小限に抑えるか防止するように接触器の接点をブレークオープンして、接点の開閉を改善する。接点の閉路につき、特定波形点開閉は、接点を正確な電圧点で閉じることによりモーター（負荷）の負のトルク振動を減少する上で有利である。

図１０を参照して、該図は、三相電力信号の単一相の典型的な正弦電流波形２１２を示す。電流値は、負の最大電流値２１４から正の最大電流値２１６の波形の各点に沿って変化する。逐次発生する最小値（または最大値）間において、波形はゼロ点２１８を交差する。点２１８において、負荷に印加中の対応相の電流は最小値にあるかまたはそれに近いところにある。上述したように、電流波形が点２１８かそれに近い時に接触器を開いて接触器の接点間に形成されるアークを減少させるのが望ましい。

波形２１２は、電力が負荷に供給される時はほぼ一定である。大きさ、周波数及び位相の変動が経時的に発生するが、波形２１２はほぼ一定である。本発明の１つの局面によると、開路状態が望ましい時、開閉命令または故障指示信号２２０が受信される。図１０において、開閉信号を電流波形に関連して示すが、これは波形が点２１４にある時に対応する。しかしながら、例示的な目的で示すにすぎず、開閉または開路信号は電流の任意の点で受けることができる。開路状態が望まれる瞬間（開閉信号受信時）に接点が開く場合、その点における電流の大きさは最大値かそれに近い値である。これによりブレークアーク
時間及びそれに続く接点の侵蝕が増加する。従って、コントローラは接触器の開路をインターバルｔ_dだけ遅延させる。点２２２においてその接触器の接点が開く。その相のラインと負荷との間の開路状態は直ちに発生しない。接点の開離と開路状態との間には期間Δｔが存在する。このΔｔにおいて、ブレークアークの継続時間は短かく、上述したように、これにより接点の侵蝕が最小限に抑えられ、電流ゼロの後での再点弧が防止される。波形上の点２２６において、接触器は開き、ラインと負荷との間の開路状態が発生する。

特定波形点開閉は本発明の１つの利点である。特定波形点閉路の目的は、メイク電流の非対称成分を最小限に抑えて、モーターの負のトルク振動を減少すると共にはね返りアークによる侵蝕及び接点の溶着を最小限に抑えることである。図１１を参照して、該図は、本発明による接触器の「メイク」または閉路動作を説明するために、三相電力信号の単一相の１組の電圧及び電流波形２２８、２２９をそれぞれ示す。閉じるように指定された第１極は、接触器を流れる電流が存在しないため系統電圧の任意特定の位相角で「メイク」する必要はない。しかしながら、第２極及び第３極は電圧波形の特定の点で閉じて、大きな過渡電流とそれに起因する負のトルク振動とを減少させる。第２及び第３の接触器のそれぞれの接点のメイクは、電圧センサーからの少なくとも１つの電圧データ値に基づくが、図示の例では、波形上の点２３０において接触器閉路信号が受信される。それと同時に、指定の第１極接触器が閉じられた後においてのみ遅延期間ｔ_dが観察される。時間遅延が経過した後、第２の接触器の接点が点２３２で閉じられるが、この点は負荷の力率に応じて系統電圧の位相角６５乃至９０°内にあるのが好ましい。接点のはね返りによるアークも、各接触器に複数セットの接点を用いることにより最小限に抑えるかなくすことができる。はね返りアークの減少２３４は、それが接点の侵蝕及び接点の溶着つながるため有利である。接点をいつ閉じるかを制御することにより、モーターの負のトルク振動も減少する。

図１２は、モジュラー型または複数接触器装置とは独立に接触器の開閉を行う方式またはプロセスを示す。この方式２３６は、２３８において、開閉命令がコントローラから指定された第１極接触器の作動組立体に送られるとスタートする。上述したように、指定された第１極接触器は、閉路前に接触器には電流が流れないため、系統電圧の特定の位相角とは無関係に閉じることができる。指定された第１極接触器の作動組立体は、開閉命令に基づきその接触器内の接点を２４０において閉じる。この方式２３６は、単一の作動組立体または２以上の作動組立体を有する接触器により実現できることを注意されたい。さらに、各接触器が複数セットの接触器を備えるのが好ましいが、この方式２３６は単一セットの接点を有する接触器により実現可能である。

指定された第１極接触器が閉じた後（２４０）、第１極でない接触器に対応する相の系統電圧の所定の位相角がモニターされる（２４２）。第１極でない接触器の位相をモニターすると、この第１極でない接触器を波形上の特定の点で閉じることができる。第１極でない接触器に対応する系統電圧の所定の位相角を示す信号は、２４４においてコントローラへ送られる。この所定の位相角信号は、電圧センサーまたは他の検知または感知装置から送ることができる。所定の位相角信号を受信すると、コントローラは遅延時間の満了するまで待機する（２４６）。上述したように、この遅延時間は、接触器の作動組立体が開閉信号を受ける時から接触器の接点閉路までに要する時間に基づく。時間遅延が満了すると、コントローラは、接点閉路信号を第１極でない接触器の作動組立体に送信し（２４８）、それにより第１極でない接触器の接点が２５０において閉じるようにする。上述したように、第１極でない接触器は、負荷の力率に応じて、系統電圧の位相角の約６５°と約９０°の間で閉じるのが好ましい。

第１極でない接触器が２５０において閉じた後、２５２においてさらに別の接触器が開いた状態にあるか否かが判定される。全ての接触器が閉じていない場合（２５２、２５４）、この方式またはプロセスはステップ２４２へ戻り、上述したステップまたは機能を実行する。しかしながら、接触器装置の全ての接触器が閉じている場合（２５２、２５６）、この方式２３６は２５８で終了し、電流が各接触器を流れる。この方式２３６が終了すると、コントローラは図７、８または９を参照して上述した方式またはプロセスの１つを実行して、開路状態が望ましい時に接触器装置の接触器の開路をそれぞれ独立に制御するのが好ましい。

図１３を参照して、該図は、大きな過渡電流及びそれに起因する負のトルク振動を最小限に抑えるようにモジュラー型接触器装置の接触器の閉路を独立して制御する別の方式またはプロセスのステップを示す。この方式２６０は三相電源に適用可能であり、３つの独立した単極接触器または単一の接触器装置ハウジング内に収容するのが好ましい２極接触器及び単極接触器と共に用いることができる。この方式２６０は、２６２でスタートし、２６４において交流電力信号の電圧をモニターする。交流電力信号は、電力会社からのライン電源またはエンジン駆動電源のような他のタイプの電源から出力させることが可能である。電源の電圧をモニターすることにより、接触器の閉路を波形上の正確な点で実行できる。即ち、電力信号の電圧をゼロ交差点を求めるためにモニターする。その後、一対の接触器が、共通のまたは別個の作動組立体により、特定の位相、好ましくは、ゼロ交差点から約６０°過ぎた所で閉じるようにする（２６６）。一対の接触器が閉じた後、電力信号の電圧を再びモニターして（２６８）、第３の接触器が特定の瞬間で閉じるようにする（２７０）。指定する瞬間はその一対の接触器の閉路後約９０°の点であるのが好ましい。第３の接触器の閉路を第３の接触器の閉路後まで遅延させると、システムの負のトルク振動が減少し、それによりシステムにかかる応力が減少する。

本発明を、三相入力または負荷の１つの極または相の接触器が残りの接触器が開く前に開くようにする、指定された第１極の開閉動作に関連して説明した。この構成の利点は、任意の接触器をその「第１」極の接触器と指定できることである。さらに、この指定は、「第１」極の指定が全ての接触器の間でローテーションするように選択的に変更することができる。接触器間で「第１」極の指定をローテーションすると接触器間の接点侵蝕が均等になり、それにより接触器の一定のそして首尾一貫した動作が可能となる。ローテーションの指定は、所定数の開閉事象の後に指定が変更されるようにコントローラをプログラミングして自動的に行うか、または、リード線が接触器装置に接続される順序を手動で変更することにより行える。

従って、一実施例において、本発明は、電源及び負荷を有する電気系統の電圧をモニターするステップを含む接触器の開閉制御方法を包含する。複数接触器装置の少なくとも第１の接触器を、系統の電圧ゼロ交差後の第１の位相角で閉じる。その後、別の接触器を第１の接触器の閉路後の所定の瞬間に閉じる。

本発明の別の実施例によると、モジュラー型接触器装置は単一の接触器装置内に収容された複数の固定接点及び複数の可動接点を含む。複数の作動組立体が設けられており、その各々は少なくとも１つの可動接点と連動する。コントローラは、複数の作動組立体と作動的に関連し、一部の可動接点が一部の固定接点と係合するように構成されている。

本発明の別の実施例によると、コントローラは、モジュラー型接触器装置の接触器の閉路動作をそれぞれ独立に制御するために設けられている。このコントローラは、電気系統の前の電圧ゼロ交差後の第１の瞬間に第１の接触器閉路信号を一対の接触器の少なくとも１つの作動組立体に送信して、その接触器対を閉じるようにプログラムされている。コントローラはさらに、第１の瞬間後の第２の瞬間に第３の接触器の作動組立体に第２の接触器閉路信号を送信して第３の接触器を閉じることにより、大きな過渡電流及びそれに起因する電気系統の負のトルク振動が最小限に抑えられるようにプログラムされている。

本発明を好ましい実施例に関連して説明したが、上述したものとは別に均等例、変形例及び設計変更が頭書の特許請求の範囲から逸脱することなく可能であることが認められる。

本発明によるモジュラー型接触器装置の斜視図である。 図１の線２−２に沿うモジュラー型接触器装置の１つの接触器を示す断面図である。 図１の線３−３に沿うモジュラー型接触器装置の１つの接触器を示す断面図である。 ソフト始動装置に接続された本発明のモジュラー型接触器装置の概略図である。 本発明の別の局面によるモジュラー型接触器装置の概略図である。 モーターコントローラとしての本発明によるモジュラー型接触器装置を示す概略図である。 本発明の１つの局面によるモジュラー型接触器装置の接触器をそれぞれ独立に制御する方法のステップを示すフローチャートである。 本発明の別の局面によるモジュラー型接触器装置の接触器をそれぞれ独立に制御する方法のステップを示すフローチャートである。 本発明の別の局面によるモジュラー型接触器装置の接触器をそれぞれ独立に制御する方法のステップを示すフローチャートである。 本発明による接触器の開路時における単一相の電流波形図である。 本発明による接触器の閉路時における単一相の電流波形図である。 本発明の別の局面によるモジュラー型接触器装置の接触器をそれぞれ独立に制御する方法のステップを示すフローチャートである。 本発明の別の局面によるモジュラー型接触器装置の接触器をそれぞれ独立に制御する方法のステップを示すフローチャートである。

Claims (10)

1. モジュラー型接触器装置の複数の接触器の閉路をそれぞれ独立に制御するコントローラであって、
   電気系統の前のゼロ電圧後の第１の瞬間に第１の接触器閉路信号を一対の接触器の複数の作動組立体のうちの少なくとも１つの作動組立体に送信して前記一対の接触器を閉じるようにし、
   前記第１の瞬間後の第２の瞬間に第２の接触器閉路信号を第３の接触器の作動組立体に送信して前記第３の接触器を閉じるようにし、電気系統における大きい過渡電流及びその結果として生じる負のトルク振動が最小限に抑えられるように構成したコントローラ。
2. 前記一対の接触器及び前記第３の接触器は、モジュラー型接触器装置のハウジング内に配置されている請求項１のコントローラ。
3. 前記ハウジングは、多相負荷の各相につき１つの接触器を収納する請求項２のコントローラ。
4. コントローラはさらに、遅延期間が切れるまで前記一対の接触器への第１の接触器閉路信号の送信を遅延させるように構成されている請求項１のコントローラ。
5. コントローラはさらに、第１の接触器閉路信号を前記一対の接触器に送信して該接触器対がゼロ電圧の６０°後に閉じるように構成されている請求項１のコントローラ。
6. 前記一対の接触器のうちの第１の接触器、前記一対の接触器のうちの第２の接触器及び前記第３の接触器はそれぞれ複数の固定接点と複数の可動接点とを有する請求項１のコントローラ。
7. コントローラはさらに、前記第２の接触器閉路信号を電気系統の電圧の特定の位相角に送信するように構成されている請求項３のコントローラ。
8. 前記特定の位相角は前記負荷の力率により決まる請求項７のコントローラ。
9. コントローラはさらに、前記第２の接触器閉路信号を前記第３の接触器の作動組立体に送信して前記第３の接触器が前記一対の接触器の閉路後６５°と９０°の間で閉じるように構成されている請求項８のコントローラ。
10. コントローラはさらに、前記第２の接触器閉路信号を前記第３の接触器の作動組立体に送信して前記第３の接触器が前記一対の接触器の閉路後９０°で閉じるように構成されている請求項９のコントローラ。

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