JPH04105512A - 電子的開閉装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電気回路の開閉を行う電子的開閉装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

第６図、第７図は例えば「ピーイーニスシー７５レコー
ド（ＰＥＳＣ７５ＲＥＣＯＲＤ）Ｊの第１５１−１６０
ページに掲載されたデイ−・イー・ベーカー（Ｄ、　Ｅ
、　Ｂａｋｅｒ）著の論文　“３穫類の固体遠隔電力制
御器（ＴＨＲＥＥＴＹＰＥＳ　ＯＦ　５ＯＬＩＤ　５Ｔ
ＡＴＥ　ＲＥＭＯＴＥ　ＰＯＷＥＲＣ０ＮＴＲ０Ｌ−Ｌ
ＥＲ３）”における従来の電子的開閉装置である半導体
遮断装置（以下遮断器という）を示すもので、第６図は
全体の回路図、第７図はトリップ制御回路のブロック図
である。図において、（１）は直流電源、（２）はこの
直流電源（１）から給電される負荷、（３）は直流電源
（１）の正極Ｐと負荷（２）側端子負荷Ｐ１との間に挿
入されて負荷電流の開閉を行なう電子的開閉手段である
第１トランジスタ、（２）はこの第１トランジスタ（３
）のベースＢに接続されてそのベース電流ＩＢ３を供給
する第２トランジスタ、（５１はこの第２トランジスタ
（イ）に接続されてそのベース電流ＩＢＩが供給される
第３トランジスタ、（６）はこの第３トランジスタ（９
に接続されてベース電流ＩＢＩを制限する第１抵抗、（
７）は第３トランジスタ（５］に接続されてそのベース
電流ＩＢ２を制限する第２抵抗、８は第３トランジスタ
（５）のベース電流ＩＢ２を制御する通常制御回路とト
リップ制御回路（２０）（詳細第７図参照、後述）とを
含む制御装置であるベースドライブ制御回路、（９）は
このベースドライブ制御回路（へ）に接続され、外部よ
り遮断器開閉信号が供給された時ベースドライブ制御回
路図に開閉信号を供給する第４トランジスタ、（１０）
〜（１５）は第１トランジスタ（３）にベース電流ＩＢ
３を供給するためのベースドライブ電源用の構成部品で
あり、く１０）は変圧器、（１１）、（１２）はこの変
圧器（１０）の−次側に接続された第５、第６トランジ
スタ、（１３）はこれらトランジスタ（１１）、（１２
）と第４トランジスタθ）との間に接続された第３抵抗
、（１４）、（１５）は変圧器（１０）の２次側と第２
トランジスタ（４）との間に接続された第１、第２ダイ
オードである。（１６）は直流電源（１）と第１トラン
ジスタ（３）との間に接続され、主回路に流れる電流を
検出し、かっこの電流に比例した電圧信号を出力する電
流センサである。

次に、第８図に示すトリップカーブを参照しながら、第
６図、第７図の遮断器の動作を説明する。

従来の遮断器において、負荷（２）は定格負荷であると
する。外部より第４トランジスタ（９）のベースに遮断
器閉信号が供給されると、第４トランジスタ（９］は導
通し、第３抵抗（１３）の一端が直流電源（１）のＮ側
の電位になる。一方、第５、第６トランジスタ（１１）
、（１２）には、信号源（図示しない）からそれぞれ所
定の周期で交互に開閉信号が入力されており、第３抵抗
（１３）の一端が直流電源（１）のＮ側の電位となるこ
とにより、変圧器（１０）に交流電圧が発生する。この
交流電圧は、第１、第２ダイオード（１４）、（１５）
によって直流に変換され、第２トランジスタ４のエミッ
タと第１トランジスタＧ）のコレクタＣとの間に供給さ
れる。また、第４トランジスタ（９）が導通すると、ベ
ースドライブ制御回路６の端子りに遮断器閉信号が入力
され、ベースドライブ制御回路（へ）により第３トラン
ジスタ（５）にベース電流ＩＢ２が流れる。このベース
電流ＩＢ２により第３トランジスタ（５）は導通し、第
２トランジスタ（イ）にベース電流ＩＢＩが流れる。こ
のベース電流ＩＢＩにより第２トランジスタ（イ）は導
通し、第１トランジスタロ）にベース電流ＩＢ３を流す
、このベース電流ＩＢ３により第１トランジスタ（３）
は導通し、直流電源（１）から負荷（２）に電流が流れ
る。つまり、この時に遮断器は閉成され、そしてベース
ドライブ制御回路（５）は第１トランジスタ（３１が飽
和領域で動作するように十分なベース電流ＩＢ３を供給
させる。

また、遮断器開信号が供給されると第４トランジスタ（
９）は開となり、この開信号がベースドライブ制御回路
■の端子りに入力されることによりベースドライブ制御
回路６は第３トランジスタ（へ）のベース電流ＩＢ２の
値を零にする。この結果第３トランジスタ（へ）は開と
なり、続いて第２、第１トランジスタ（イ）、［３）も
開となる。この時に遮断器に流れる電流の値は零となり
、遮断器は開放される。

次に、負荷（２）に流れる電流■が定格電流Ｉｓを越え
た場合（過電流）の動作について説明する。

第８図のトリップカーブは、遮断器に流れる電流とその
電流におけるトリップ時間との関係を示すものであり、
点線は遮断器の要求仕様のトリップカーブであるが、実
機では製作の都合上実線で示される近似のトリップカー
ブを用いている０例えば近似特性である実線で示される
トリップカーブにおいて、遮断器に流れる電流Ｉ＝１６
〔Ａ）の時、トリップ時間Ｔは０．０２　（ｓ　）であ
る、トリップ時間Ｔと電流Ｉの関係は、仕様では図にお
いて点線で示される特性、すなわち、Ｔ＝５／（Ｉ２−
６２）なる関係式で表わされ、実機ではこれを関係式 ％式％） させ、実線で示される特性を有するようにしている。

ここで、近似関係式Ｔ＝０．０２５　　（２５−Ｉ）／
（Ｉ−６）は第７図のブロック図に示されるベースドラ
イブ制御回路（へ）のトリップ制御回路（２ｏ）により
実現されている。以下、第７図のブロック図及び第９図
のフローチャートを参照しながら詳細を説明する。電流
センサ（１６）の出力電圧信号として得られる負荷電流
■とＩＳ値設定器（２２）により電圧信号として予め設
定された定格電流値（ＩＳ＞との差を比較器（２１）に
より比較しくステップ１）、負荷電流Ｉが定格電流値Ｉ
Ｓを越えていなければ元のスタートへ、越えていればタ
イマ（２３）を起動して経過時間ｔを計時する（ステッ
プ２）、一方、加算器（２４）によりＢ値設定器（２５
）の設定値Ｂ（定数）から電流■を減算して信号Ｂ−Ｉ
を増幅器（２６）へ出力し、増幅器（２６）はＡ値設定
器（２７）の設定値であるＡ（定数）倍して信号Ａ（Ｂ
−Ｉ）を出力する。また、加算器（２８）により電流Ｉ
からＣ値設定器（２９）の設定値Ｃ（定数）を減算し、
割算器（３０）へ信号Ｉ−Ｃを出力する。

割算器（３０）は増幅器（２６）及び加算器（２８）か
らの入力Ａ（Ｂ−Ｉ）、Ｉ−Ｃに基づいてトリップ時間
ＴＳ＝Ａ　（Ｂ−Ｉ　）／　（Ｉ−Ｃ）を算出して出力
する（ステップ３）０時間比較器（３１）はタイマ（２
３）からの経過時間ｔと割算器（３０）からのトリップ
時間ＴＳとを比較して（ステップ４）ｔ＞ＴＳならば遮
断器トリップ信号を出力する（ステップ５）。

過電流の場合、ベースドライブ制御回路（８）は以上の
ように動作し、第１トランジスタ（３）を開とする。

ここで実機と仕様の関係式を比較すると、実機のそれは
分母に掛算（自乗）の項を含まないことから、この関係
式を電気回路にて実現する時、回路を簡単化することが
でき、また温度ドリフトによる影響が小さい等の特徴を
もっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の遮断器は以上のように構成され、
負荷に流れる電流が定格電流を越えた時、その電流に応
じて遮断器を開放するまでのトリップ時間ＴＳ＝Ａ　（
Ｂ−Ｉ　）／　（Ｉ−Ｃ）を決定する回路に割算要素を
含んでいるために割算器（３０）を必要とすること、ト
リップ制御回路（２０）の構成が複雑になること、また
トリップカーブの調整が難しい等の問題点があった。

また、遮断器は例えば回路の短絡等により大きな電流が
流れた場合に、遮断動作に入るまでの間に例えば定格の
１０倍以上の電流が流れ、その後遮断動作をすることが
ある。この場合、瞬間的な大電流がその遮断器より上位
の遮断器に流れることによって、その上位の遮断器がそ
の大電流に反応して不必要な遮断動作を行なってしまう
という問題があった。　例えば第１０図の主回路構成図
に示されるように下位の遮断器（４１）の回路の負荷短
絡等の故障により過大な電流が流れ上位の遮断器（４０
）が同時に遮断動作を行えば、他の遮断器（４２）、（
４３）等を介して電力を供給されている正常な回路まで
遮断されてしまうという問題があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、制御装置の構成が簡単で調整が容易であり、
短絡等の回路の故障によっても限流動作を行うことによ
り、過大な電流が流れるのを防止できる電子的開閉装置
を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る電子的開閉装置は、第１の電子的開閉手
段に第２の電子的開閉手段を抵抗を介して並列に接続し
、電流検出手段により負荷電流に応じた電流信号を得、
制御装置により電流信号と所定値との差に基づいて電流
信号の大きさが第１の所定値よりも大きいとき第１の電
子的開閉手段を開放し第１の電子的開閉手段を開放後電
流信号の大きさが第２の所定値よりも大きいとき第２の
電子的開閉手段を開放するようにしたものである。

〔作用〕

この発明においては、第１の電子的開閉手段を開放する
と負荷電流は第２の電子的開閉手段と抵抗との直列回路
を流れ、抵抗によって制限される。

従って、過大な電流が流れるのを防止できる。

そして、抵抗の抵抗値を選ぶことにより任意の限流特性
を得ることができる。

なお、第１の電子的開閉手段が開放されて負荷電流が限
流された後負荷電流が第２の所定値よりも大きいときは
第２の電子的開閉手段を開放することにより電子的開閉
装置を開放する。

また、負荷を流の大きさと所定値の大小の比較は割り算
によらず両者の差に基づいて行ない、割り算を行なう演
算手段を要しないので制御装置の構成が簡単であり、調
整も容易である。

〔実施例〕

第１図、第２図はこの発明の一実施例を示すもので、第
１図は全体の構成を示す回路図、第２図は主回路開閉部
を示す回路図である８図において、（５０）は主回路開
閉部であり、（５１）〜（５３）はこの一実施例で第１
トランジスタｅ）に追加した電子的開閉手段であるトラ
ンジスタ、（５４）〜（５６）はトランジスタ（５１）
〜（５３）のコレクタ電流を制限する抵抗であり、第１
トランジスタＢ）のコレクタＣにトランジスタ（５１）
〜（５３）のコレクタＣが接続され、第１トランジスタ
（３１のエミッタＥにトランジスタ（５１）〜（５３）
のエミッタＥが第２図のように各抵抗（５４）〜（５６
）を介して接続されて主回路開閉部（５０）を構成して
いる。なお、Ｓ。

Ｔ、Ｕは各トランジスタ（５１）〜（５３）のベース端
子である。

（６０）はトリップ制御回路であり、次のように構成さ
れている。く６１）〜（６３）は電流値設定器であり、
各々所定の電流値１１４，１１３゜１１２　（Ｉ　１４
＞Ｉ　１３＞Ｉ　１２）（後述）に相当する電圧値に設
定されている。（６４）〜（６６）は比較器であり、電
流センサ（１６）により検出された電流値工に相当する
電圧値と各電流値設定器（６１）〜く６３）の設定値と
を比較してＩが夫々設定値１１４〜１１２を越えたとき
信号を発する。（６７）は判別回路であり、比較器、（
２１）、（６４）〜（６６）の信号と第４トランジスタ
（９）による端子りへの遮断器閉信号とに基づき、端子
Ｎ、Ｓ、Ｔ、Ｕに各トランジスタ［３１、（５１）〜（
５３）を開放する信号を発する（詳細後述）。

その他の構成については第６図に示された従来例と同様
であるので、相当するものに同一符号を付して説明を省
略する。

次に、第３図に示すトリップカーブ、第４図及び第５図
の波形図を参照しながら動作を説明する。

負荷（２）が通常の状態で、負荷電流工が第１の所定値
である定格電流ＩＳ以下の場合は、外部より第４トラン
ジスタ（９）のベースに遮断器閉信号が供給されるとベ
ースドライブ制御回路８の端子りに遮断器閉信号が入力
され、判別回路（６７）により端子Ｎ、Ｓ、Ｔ、Ｕにト
ランジスタ閉信号が出力される。端子Ｎにトランジスタ
閉信号が出力されると、前述の従来例と同様第１トラン
ジスタ（３１が導通する。また、端子Ｓ、Ｔ、Ｕにトラ
ンジスタ閉信号が出力されるとトランジスタ（５１）〜
（５３）が導通する。その結果遮断器は閉成され、直流
電源（１）から負荷■に負荷電流が流れる。この場合は
とんどの電流が第１トランジスタＢ）を流れる。

また、遮断器開信号が供給されると、第４トランジスタ
θ）は開となり、ベースドライブ制御回路６の端子りに
遮断器開信号が入力され判別回路（６７）により端子Ｎ
、Ｓ、Ｔ、Ｕにトランジスタ開信号が出力される。端子
Ｎにトランジスタ開信号が出力されると、前述の従来例
と同様第１トランジスタ（３）は開となる。また端子Ｓ
、Ｔ、Ｕにトランジスタ開信号が出力されるとトランジ
スタ（５１）〜（５３）は開となる。その結果遮断器に
流れる電流の値は零となり、遮断器は開放される。

次に、負荷■に流れる負荷電流Ｉが定格電流ＩＳを越え
た場合、例えば負荷短絡の場合の動作について説明する
。

第３図において、点線は遮断器の仕様のトリップカーブ
、階段状の実線はこの一実施例におけるトリップカーブ
である。

ここでは、定格電流ＩＳを越えた後の時間領域をＯ〜Ｔ
ｌＣ５〕、Ｔｌ〜Ｔ２〔ｓ〕、Ｔ２〜Ｔ３〔ｓ〕、Ｔ３
〜Ｔ４〔ｓ〕の４つに分割している。

遮断器に流れる負荷電流工は電流センサ（１６）によっ
て電圧信号に変換され、端子Ｍに入力される。この電圧
とＩＳ値設定器（２２）の電圧とが比較器（２１）によ
って比較され、Ｉ＞Ｉｓのとき比較器（２１）は判別回
路（６７）へ信号を発する０判別回路（６７）は、この
信号に基づき、遮断器に流れている電流が定格電流以上
であると判断し、端子Ｎ、Ｓ、Ｔ、ＵにそれぞれＴｌ　
〔ｓ：］、Ｔ２〔ｓ〕、Ｔ３〔ｓ〕、Ｔ４〔Ｓ〕後にト
ランジスタ開信号を出力する。以下、各時間ごとの動作
の詳細を第４図、第５図の波形図を参照しながら説明す
る。

（ａ）定格電流ＩＳを越えた後Ｔ１〔Ｓ〕後判別回路（
６７）の端子Ｎからトランジスタ開信号が出力される（
第４図（ｂ）ａ点）ため、第１トランジスタ（３）は開
となる。この場合の遮断器に流れる電流Ｉ４はトランジ
スタ（５１）〜（５３）に流れる電流の総和となり、抵
抗（５４）〜（５６）の抵抗値をそれぞれＲ１゜Ｒ２，
Ｒ３とし、電源電圧をＥとすると、ｌ４−Ｅ　（１／Ｒ
１＋１／Ｒ２＋１／Ｒ３）で示される電流Ｉ４に限流さ
れる（第４図（ａ）ａ点）。

（ｂ）定格電流ＩＳを越えた後Ｔ２　（ｓ）後さらに判
別回路（６７）の端子Ｓからトランジスタ開信号が出力
される（第４図（ｃ）ｂ点）ため、トランジスタ（５１
）は開となる。この場合の遮断器に流れる電流Ｉ３は、
トランジスタ（５２）、（５３）に流れる電流の和とな
り、Ｉ　３＝Ｅ　（１／Ｒ２＋１／Ｒ３）で示される電
流■３に限流される（第４図（ａ）ｂ点）。

（ｃ）定格電流ＩＳを越えた後Ｔ３［：ｓ）後さらに判
別回路（６７）の端子Ｔからトランジスタ開信号が出力
される（第４図（ｄ）ｃ点）ため、トランジスタ（５２
）は開となる。この場合の遮断器に流れる電流工２は、
トランジスタ（５３）に流れる電流のみとなり、ｌ２＝
Ｅ／Ｒ３で示される電流工２に限流される（第４図（ａ
）ｃ点）。

（ｄ）定格電流ＩＳを越えた後Ｔ４（ｓ）後さらに判別
回路（６７）の端子Ｕがらトランジスタ開信号が出力さ
れる（第４図（ｅ）ｄ点）ため、トランジスタ（５３）
は開となり、その結果遮断器に流れる電流の値は零とな
り遮断器は開放状態となる（第４図（ａ）ｄ点）。

（ｅ）Ｔ４　（ｓ）までの途中に負荷電流が定格値以下
に復帰した場合 負荷電流Ｉが定格電流ＩＳ以下に復帰した事は電流セン
サー（１６）、電流値設定器（６１）〜（６３）、比較
器（６４）〜（６６）、判別回路（６７）により判別さ
れる１例えば第５図において、遮断器に流れる電流■が
Ｔｌ　（ｓ）後に■４に限流され（第５図（ａ）ａ点）
、Ｔ５（Ｓ）（Ｔ５＞Ｔ２＞後に負荷（２）が定格負荷
に復帰（第５図（ａ）ｅ点）した場合、遮断器に流れる
電流１１４は、定格負荷抵抗値をＲＬとすると、１１４
≦Ｅ／　（ＲＬ＋１／　（１／Ｒ１＋１／Ｒ２＋１／Ｒ
３））となる。

そこで電流値設定器（６１）の設定値を上式の値１１４
に設定する。比較器（６４）により、電流センサ（１６
）の出力電圧と電流値設定器（６１）の設定電圧とが比
較され、Ｉ＜Ｉ　１４のとき信号が判別回路（６７）に
入力される。

判別回路（６７）は、この信号に基づき負荷電流Ｉが定
格電流ＩＳ以下に復帰したと判断し、端子Ｎ、Ｓ、Ｔ、
Ｕにトランジスタ閉信号（連続）を出力する（第５図（
ｂ）ｅ点及び第５図（Ｃ）〜（ｄ））。

以上の説明は、遮断器に流れる電流が１１４に限流され
ている場合であるが、限流値が■１３゜１１２の場合も
、判別回路（６７）は、比較器（６５）、（６６）によ
り定格電流以下である事を判別し、端子Ｎ、Ｓ、Ｔ、Ｕ
にトランジスタ閉信号（連続）を出力する。

ここで電流値設定器（６２）、（６３）はそれぞれ次に
示す１１３，１１２に設定する。

Ｉ　１３＝Ｅ／　（ＲＬ＋１／　（１／Ｒ２−＋−１／
Ｒ３）） Ｉ　１２＝Ｅ／　（ＲＬ＋Ｒ３） また、上記一実施例では、定格電流ＩＳを越えた後の時
間領域を４つに分割した場合について述べたが、実機の
トリップカーブを遮断器の仕様に極力近づけるためにさ
らに分割数を増やして近似度が上がる様に構成してもよ
いし、逆に分割数を減らして近似度を下げて簡略化して
も良い。

なお、第２図に示された一実施例における第１トランジ
スタ（３）がこの発明における第１の電子的開閉手段の
、トランジスタ（５３）が第２の電子的ＷＩＡ閉手投手
段例であり、第１の所定値と第２の所定値とを同じ値の
定格電流値ＩＳに選んだが、第１の所定値と第２の所定
値とを異なる値に選べるように主回路開閉部（５０）、
トリップ制御回路（６０）を構成（例えば比較器（２１
）、ＩＳ値設定器（２２）を複数個設ける）しても良く
、また、上記一実施例では、電子的開閉手段がトランジ
スタである場合を示したが、サイリスタ、ＧＴＯその他
の電子的開閉手段であっても同様の効果を奏する。

また、電子的開閉装置は遮断器に限られず他の開閉装置
であっても良い。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、電流検出手段倉 により負荷電流に応じて電流信号を得て制御装置により
電流信号と第１の所定値との差に基づいて電流信号の大
きさの方が大きいとき第１の電子的開閉手段を開放し第
１の電子的開閉手段を開放後電流信号の大きさが第２の
所定値よりも大きいとき第２の電子的開閉手段を開放す
るようにしたので、抵抗の抵抗値を選ぶことにより任意
の限流特性を得ることができ、過大な電流が流れるのを
防止できる。

さらに、負荷電流の大きさと所定値との大小の比較は割
り算によらず両者の差に基づいて行なうので制御装置の
構成が簡単であり、調整も容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はこの発明の一実施例を示すもので、第
１図は全体構成を示す回路図、第２図は主回路開閉部を
示す回路図、第３図はこの発明の一実施例のトリップカ
ーブ、第４図、第５図はこの発明の一実施例の動作を説
明するための波形図、第６図〜第９図は、従来の遮断器
を示すもので、第６図は全体の回路図、第７図はトリッ
プ制御回路のブロック図、第８図はトリップカーブ、第
９図はトリップ制御回路の動作を示すフローチャート、
第１０図は遮断器の接続例を示す主回路構成図である。 図において、（１）は直流電源、（２）は負荷、（３）
は第１トランジスタ、（２１）、（６４）〜（６６）は
比較器、（２２）はＩＳ値設定器、（５０）は主回路開
閉部、（５１）〜（５３）はトランジスタ、（５４）〜
（５６）は抵抗、（６１）〜（６３）は電流値設定器、
（６７）は判別回路である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電源と負荷との間に挿入され負荷電流が流れる第１の電
   子的開閉手段、この第１の電子的開閉手段に抵抗を介し
   て並列に接続された第２の電子的開閉手段、上記負荷電
   流に応じて電流信号を発する電流検出手段及び上記電流
   信号と第１の所定値との差に基づいて上記電流信号の大
   きさの方が大きいとき上記第１の電子的開閉手段を開放
   し上記第１の電子的開閉手段を開放後上記電流信号の大
   きさが第２の所定値よりも大きいとき上記第２の電子的
   開閉手段を開放する制御装置を備えた電子的開閉装置。