JP2011165644A - Electric operation device of circuit breaker - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、回路遮断器のハンドルを遠隔で操作する回路遮断器の電気操作装置に関し、詳しくは、該装置の駆動源となるモーターへの制御に関するものである。 The present invention relates to an electric operation device for a circuit breaker that remotely operates a handle of the circuit breaker, and more particularly to control of a motor that is a drive source of the device.
回路遮断器には、過電流が流れることによる電線や負荷機器の焼損を未然に防止するために電路を遮断する役目があるとともに、この回路遮断器に具備されたハンドルを操作することで電路の開閉、いわゆるスイッチの機能も兼ね備えている。この開閉は、例えば電気管理者による手動操作が一般的ではあるものの、該回路遮断器が例えば盤の奥まった箇所に設置された場合に備え、該回路遮断器のハンドルに係合する電気操作装置をこの回路遮断器に付設し、該電気操作装置に外部からON信号(開〜閉)、あるいはOFF信号(閉〜開)を与えることで、該回路遮断器の操作を遠隔で行うことも知られている(例えば、特許文献1参照)。 The circuit breaker has the role of interrupting the electric circuit in order to prevent burnout of the electric wires and load equipment due to the overcurrent flowing, and operating the handle provided in this circuit breaker. It also functions as an open / close switch. This opening / closing is an electric operation device that engages with the handle of the circuit breaker in preparation for the case where the circuit breaker is installed, for example, in a deep part of the panel, although manual operation by an electric administrator is common It is also known that the circuit breaker can be operated remotely by attaching an ON signal (open to closed) or an OFF signal (closed to open) to the electrical operation device from the outside. (For example, refer to Patent Document 1).
この回路遮断器の操作の遠隔は、上述した「操作の不便さ」を解消する以外に、例えば、船舶などにおける「電路の素早い系統代え」にも用いられている。その際、特許文献1の電気操作装置では図10からも明らかなように、モーターの制御、すなわち駆動電流の入切が、リレーの励磁、さらにはその接点の開閉に委ねられているため、リレーの動作時間あるいは復帰時間を考慮すると、該電気操作装置の高速投入には自ずと限界があるとともに、開極時に生じるアークによって接点が消耗することで、その開閉回数も制限する必要がある。この点、半導体スイッチによって駆動電流を入切すれば、その高速化・高寿命化が期待できる(例えば、特許文献2参照)。
The remote operation of the circuit breaker is used not only to eliminate the above-mentioned “inconvenience of operation” but also to “rapid system replacement of electric circuit” in ships, for example. At that time, as is apparent from FIG. 10, in the electric operation device of
一方で、半導体スイッチでは、特許文献1の第1図からも明らかなように、(特許文献1の図10のように)モーターの正負両電源入力端に接点を設けなくて済む半面、その半導体素子の洩れ電流により、該モーターを制御電源に対して完全に絶縁することが困難である。このため、モーターのフレームが、例えば機構部を介してアースされているような場合、このフレームと該モーターの巻線の間に電位差が発生することで、特に高温多湿の環境下においては、該巻線が腐食・断線する、いわゆる電食を起こす恐れがあった。なお、この電食を防ぐために、単にモーターの正負両電源入力端に接点を設けてしまうと、「半導体スイッチによる駆動電流の入切」のメリットの一つである「高寿命化」が得られなくなるのは言うまでもない。
On the other hand, as is clear from FIG. 1 of
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、モーターの駆動電流の入切が、高速化・高寿命化に有利な半導体スイッチでありながら、なおかつ電食の発生を防止した回路遮断器の電気操作装置を得ることを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and the on / off of the driving current of the motor is a semiconductor switch that is advantageous for speeding up and extending the life, and yet also generates electric corrosion. An object of the present invention is to obtain an electrical operation device for a circuit breaker that is prevented.
この発明に係る回路遮断器の電気操作装置は、機構部を介して回路遮断器のハンドルを作動させる動力源となるモーターと、このモーターの正負両電源入力端に対し直列にそれぞれ接続され上記モーターの駆動時に閉となる常開接点と、上記モーターの正負両電源入力端に対し並列に接続され上記モーターの駆動時に開となる常閉接点と、これら常開および常閉接点を制御するリレーと、ON信号および該回路遮断器の開状態から閉状態への切り換わりに追従するリミットスイッチの信号もしくはOFF信号および該回路遮断器の閉状態から開状態への切り換わりに追従する上記リミットスイッチの信号によって制御される半導体スイッチング素子を有し、上記モーターの駆動時と停止時とでは、上記常開接点に対する電気的作用を異としたものである。 An electric operation device for a circuit breaker according to the present invention includes a motor serving as a power source for operating a handle of the circuit breaker via a mechanism portion, and the motor connected in series to both positive and negative power supply input terminals of the motor. A normally open contact that is closed when the motor is driven, a normally closed contact that is connected in parallel to the positive and negative power input terminals of the motor and that is open when the motor is driven, and a relay that controls the normally open and normally closed contacts. The limit switch signal following the ON signal and switching of the circuit breaker from the open state to the closed state or the OFF switch and the limit switch following the switching of the circuit breaker from the closed state to the open state It has a semiconductor switching element controlled by a signal, and the electric action on the normally open contact is different between when the motor is driven and when it is stopped. Than is.
この発明は以上説明したように、高速化・高寿命化に加え、耐環境性にも優れた回路遮断器の電気操作装置を提供することができる。 As described above, the present invention can provide an electric operating device for a circuit breaker that is excellent in environmental resistance in addition to high speed and long life.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1における回路遮断器の電気操作装置の回路図、図2は各部における動作を示すタイミングチャート図である。なお、本発明では、回路遮断器を高速で投入するにあたり、OFF操作時に(図示しない電気操作装置の)バネを蓄勢しておき、ON操作時にこのバネの力で該回路遮断器を瞬時に閉状態にせしめる、いわゆる「オフチャージ式電気操作装置」として説明する。
FIG. 1 is a circuit diagram of an electric operating device for a circuit breaker according to
図1において、101は、ON信号の発生源となるONスイッチ41、OFF信号の発生源となるOFFスイッチ42、電気操作装置(以下、装置と称す)のカムに追従するリミットスイッチ43、および該装置の機構部を介して図示しない回路遮断器(以下、遮断器と称す)のハンドルを作動させる動力源となるモーター44を含めた装置の回路図であり、周知の通り、制御電源として供給される電気エネルギーをモーター44にて運動エネルギーに変換、すなわち、モーター44にて発生する回転力でもって機構部によりハンドルを動かし、装置が付設される遮断器を閉状態〜開状態、あるいは開状態〜閉状態にせしめている。
In FIG. 1,
この図1では、リミットスイッチ43がa側にある閉状態であることから、まず、閉状態〜開状態、すなわちOFF操作を行ったときの動作について、図2とあわせて詳述する。このOFF操作はOFFスイッチ42を押下することで開始され、この押下によるOFF信号が自己保持回路22にて、前述した通りリミットスイッチ43がa側にあることから電気的に保持される。このとき、図2(c)で示すように、OFFスイッチ42を押下して自己保持回路22が出力信号を出力するまで時間遅れT1が存在するが、これはOFFスイッチ42のチャタリングやノイズを除去するために生じる時間遅れである。
In FIG. 1, since the limit switch 43 is in the closed state on the a side, first, the operation when the OFF operation is performed from the closed state to the open state will be described in detail with reference to FIG. This OFF operation is started by pressing the
自己保持回路22からの出力信号は、ダイオード2を介して半導体スイッチング素子6のゲートに入力され、この半導体スイッチング素子6はON状態となる。これにより、リレー32の操作コイルが励磁され、a接点32aが閉およびb接点32bが開となり、続いて、閉となったa接点32aによりリレー31の操作コイルも励磁され、第一および第二のa接点31a1・31a2が閉となることで、(b接点32bが開であることから)電源Vccからダイオード3を介してモーター44に電源が供給されて、このモーター44が回転を開始する。なお、図2(f)はモーター44の回転状態を示したものであるが、上述したT1および両リレー31・32の動作遅れによる時間遅れT2は、(a)に示すOFF操作時間Toffに対して充分に小さな値であるため、これら時間遅れT1およびT2が本操作に影響を与えることはない。
An output signal from the self-
モーター44が回転を開始すると、図2(g)および(i)に示すように、該装置のギヤによる減速・連動したカムが回転を、バネが蓄勢を、それぞれ開始し、このうち、回転するカムに遮断器のハンドルが連動して、該遮断器は閉状態から開状態へと移行していく。ここで、図2(c)、(f)、および(i)からも明らかなように、ハンドルの開状態への移動およびバネの蓄勢が確実に完了するまでは、自己保持回路22によりモーター44の回転は維持されることになるが、これは、仮にOFFスイッチ42の押下を途中で止めても、「開状態への移行」および「オフチャージ」を確実に成し得るためであり、それゆえ「自己保持」を形成しているわけである。
When the
上述した「開状態への移行」および「オフチャージ」が確実に完了した状態で、モーター44はその回転を停止することになるが、これは、図2(g)および(h)に示すように、カムの所定の回転角度θにてリミットスイッチ43が切り換わることで行われる。すなわち、閉状態〜開状態への移行においてカムに連動して動作するリミットスイッチ43が、前述したカムの所定の回転角度θにてa側からb側に切り換わり、自己保持回路22への電源供給が停止される。この結果、「自己保持」が解除されることで半導体スイッチング素子6への出力信号が喪失し、半導体スイッチング素子6は瞬時にOFF状態となり、リレー31・32、およびモーター44への電源供給も停止される。
The
モーター44への電源供給が停止されることで、モーター44は慣性回転状態となり、さらにリレー32、リレー31の順で、その操作コイルの励磁が解かれ、第一および第二のa接点31a1・31a2がともに開となることで、モーター44は図1に示す状態、すなわち制御電源から完全に絶縁された状態になるとともに、b接点32bが閉となり、このb接点32bに直列に接続された抵抗11によって、モーター44の回生エネルギーが消費されることで、短時間でモーター44の制動が行われる。なお、ダイオード4は、b接点32bが閉となるまでの短時間にモーター44から発生されるサージ電圧を抑制するものである。またダイオード3は、第一および第二のa接点31a1・31a2が開となるまでの短時間に、モーター44の回生電流がリレー31・32の操作コイルに逆流して、両リレー31・32の復帰時間、すなわち励磁を解く時間が遅くなることを防止するものである。
When the power supply to the
このように、本発明においては、リミットスイッチ43の切り換わりと同時に半導体スイッチング素子6がOFF状態となることで、モーター44への電源供給が停止され、この停止と同時に、上述したサージ電圧抑制のためのダイオード4によって、b接点32bが閉となるまでのわずかな時間であるものの、この時間も無駄にせず、モーター44の回生エネルギーの消費を始めることで、モーター44は減速を開始するため、図2(f)で示す、リミットスイッチ43の切り換わりからモーター44が制動動作を開始するまでの時間遅れT3を短縮することができる。この時間遅れT3の短縮効果は、次に述べる、開状態〜閉状態、すなわちON操作で活かされることになる。
Thus, in the present invention, the semiconductor switching element 6 is turned off simultaneously with the switching of the limit switch 43, so that the power supply to the
ON操作はONスイッチ41を押下することで開始され、この押下によるON信号が、リミットスイッチ43がb側にある開状態であることと相俟って、図2(e)に示すように、ワンパルス回路21により、ONスイッチ41が押下されてから所定の出力時間T5のみ出力されるワンパルス信号に変換される。このとき、ONスイッチ41を押下してワンパルス回路21が出力信号を出力するまで時間遅れT4が存在するが、これは、OFF操作と同様、ONスイッチ41のチャタリングやノイズを除去するために生じる時間遅れである。
As shown in FIG. 2 (e), the ON operation is started by pressing the
ワンパルス回路21からの出力信号は、ダイオード1を介して半導体スイッチング素子6のゲートに入力され、この半導体スイッチング素子6はON状態となるが、これ以降の両リレー31・32およびモーター44の作動はOFF操作と同様につき割愛する。なお、図2(f)に示すように、やはりOFF操作と同様、両リレー31・32の動作遅れによる時間遅れT2が生じるので、上述した出力時間T5は、これ以降述べるON操作が確実に行われるよう、このT2を考慮した時間としている。
The output signal from the one-
モーター44が回転を開始すると、図2(g)に示すように、カムが回転角θから僅かに越えた角度から回転を開始し、デッドポイントの回転角(この場合、OFF操作開始時から360度回転した初期の回転角)に達した時点で、該装置のラッチが外されて蓄勢されたバネが開放される。この開放されたバネの力によって遮断器のハンドルが開状態から閉状態に移動すると同時に、リミットスイッチ43がb側からa側に切り換えられ、図2(a)、および(i)からも明らかなように、遮断器は閉状態へ、装置の機構部はディスチャージ状態へ、とそれぞれ移行が完了する。
When the
リミットスイッチ43がa側に切り換えられることで、ワンパルス回路21への電源供給が停止され、上述した所定の出力時間T5を待たずに、このワンパルス回路21の半導体スイッチング素子6への出力信号が喪失し、半導体スイッチング素子6は瞬時にOFF状態となるが、これ以降の両リレー31・32およびモーター44の作動はOFF操作と同様につき割愛する。なお、図2(f)で示すように、モーター44は、その制動が行われ、完全に停止した時点でOFF操作開始前の、いわゆる初期状態となる。
By switching the limit switch 43 to the a side, power supply to the one-
このように、本発明では、モーター44を制御電源から完全に絶縁させて電食を防止しつつ、半導体スイッチング素子6のON−OFFによる「高速化・高寿命化」を達成させたが、これは、これまでの説明で明らかなように、モーター44の駆動と停止に対するa接点31a1・31a2の電気的作用を工夫したところによることが大きい。すなわち、駆動時は、両リレー31・32を作動させたのち、閉となったa接点31a1・31a2を介してモーター44に電源が供給されるのに対し、停止時は、半導体スイッチング素子6をOFF状態にして、一旦、電源供給を断ったのちに、この断たれた電源により、a接点31a1・31a2が開となるようにした。一般に接点は「入」より「切」の方が、アーク発生などでダメージを受けることは言うまでもなく、よって本発明のように構成することで、モーター44の正負両電源入力端に接点を設けていても、高寿命化が達成できる。
As described above, in the present invention, the
半導体スイッチング素子6のON−OFFでは、もう一点「高速化」が挙げられるが、本発明では、上述した「時間遅れT3の短縮」による「更なる高速化」を実現している。つまり、時間遅れT3を短縮したことで、カムのラッチが外れる回転角とリミットスイッチ43が切り換わる回転角θとの差が小さくなり、これにより、この切り換わるポイントがバネを開放するデッドポイントに近づけられたので、ON操作時のカムの回転角度が少なくてすみ、図2(a)に示すON操作時間Tonを短くした。これは、カムの所定の回転角度θにてリミットスイッチ43が切り換わると同時に、半導体スイッチング素子6がOFF状態となり、モーター44への電源供給が停止されると、直ちに慣性回転状態にあるモーター44をダイオード4により制動動作を開始させたことに起因している。したがって、半導体スイッチング素子6によりモーター44への電源供給を停止することで、バラツキの大きい両リレー31・32の復帰時間がTonに影響を及ぼさないとともに、モーター44の正負両電源入力端に接点を設けることが可能となり、「高速化・高寿命化」と「電食防止」を同時に実現させた。
The semiconductor switching element 6 can be turned on and off by another point of “speeding up”. In the present invention, “further speeding up” is realized by the above-mentioned “shortening of the time delay T3”. In other words, by shortening the time delay T3, the difference between the rotation angle at which the cam latch is released and the rotation angle θ at which the limit switch 43 is switched is reduced, and this switching point becomes a dead point for opening the spring. Since it was made closer, the rotation angle of the cam during the ON operation can be reduced, and the ON operation time Ton shown in FIG. 2A was shortened. This is because when the limit switch 43 is switched at a predetermined rotation angle θ of the cam, the semiconductor switching element 6 is turned off and the power supply to the
この結果、半導体スイッチング素子6の洩れ電流に関係なく、モーター44の停止状態における巻線と制御電源の絶縁が行われるので、対地との絶縁を確実に行うことが可能となる。これにより、安全上アースされることが多い機構部フレームに対して絶縁の確保が比較的困難な小形のモーターであっても、巻線と外郭の間に電位差が生じないので、高温多湿環境下で電位差によって発生する巻線の電食現象を防止することができる。また、モーター44と両リレー31・32とダイオード3・4および抵抗11を「一つの負荷ユニット」と見立てて半導体スイッチング素子6で制御する構成としたことにより、図1に示すように、体積が大きく電流容量も大きいモーター44への配線および両リレー31・32などで構成される第一の基板ユニット51と、半導体スイッチング素子6を除けば小信号電子部品のみでプリント配線板などで構成できる第二の基板ユニット52に分離することが可能となるので、配線が簡略化されるだけでなく、プリント配線板の組立が容易となる。
As a result, regardless of the leakage current of the semiconductor switching element 6, the winding and the control power source are insulated when the
なお、図1で示す、自己保持回路22からワンパルス回路21への禁止信号は、使用者が誤ってOFFスイッチ42とONスイッチ41を同時に押下した場合に、OFF操作を優先してON操作をキャンセルすることで、ON操作とOFF操作を繰り返す、いわゆるポンピング動作と呼ばれる不具合現象を防止するもので、自己保持回路22から出力された禁止信号により、ワンパルス信号は出力されないように構成されている。また、本発明では、リレー31とリレー32という2個のリレーを用いているが、これは半導体スイッチング素子6がONするときに、b接点32bが開となる前にa接点31a1・31a2が閉となって過大な電流が流れないように、リレー32の動作後にリレー31を動作させることで、確実にb接点32bが先に開となるようにしているためであり、常にb接点32bがa接点31a1・31a2の閉より早く開とさせることが可能であれば、1個のリレーで構成してもよい。さらに、モーター44の制動用に抵抗11を設けているが、モーター44および両リレー31・32の各接点に影響がなければ、この抵抗11を省略できることは言うまでもない。
The prohibition signal from the self-holding
実施の形態2.
実施の形態1では、ON操作あるいはOFF操作であれ、モーター44の駆動に要する時間は不変であるものとして説明したが、例えば、遮断器の接点の溶着や装置の機構部の異常などによって、ハンドルの操作荷重が極端に大きくなった場合、前述した時間が増えることが考えられる。この実施の形態2では、この増えた時間、すなわち装置の異常を検知して動作を停止させることで、この異常を使用者に知らしめるとともに過負荷による装置の焼損を防止する機能を付加した。なお、図3はこの実施の形態2における図1相当図である。
In the first embodiment, it has been described that the time required to drive the
モーター44が駆動されている間は、自己保持回路22もしくはワンパルス回路21のいずれか一方から、半導体スイッチング素子6に対して出力信号を出力しており、半導体スイッチング素子6の入力には該素子固有のオン電圧(MOSFETの場合、一般的に2Vから4V)が生じている。このモーター44の駆動と半導体スイッチング素子6の入力電圧の有無は常に連動していることにより、この入力電圧が発生している時間が正常なOFF操作時間もしくはON操作時間を連続して越えている場合には、遮断器もしくは装置に異常が生じていると判別することができる。
While the
そこで、半導体スイッチング素子6の入力端にて、ダイオード5を介して積分回路23に入力させ、この積分回路23の電圧が所定の電圧に達した場合は、想定される時間以上に半導体スイッチング素子6がONの状態に陥っている異常状態とみなし、サイリスタ7をONさせる。すると、半導体スイッチング素子6の入力端の電圧が抑制され、半導体スイッチング素子6がOFFとなり、モーター44はその駆動を速やかに停止する。また、サイリスタ7のアノードには抵抗13を介してLED8が接続されており、このLED8が点灯されることで使用者は異常状態を知り得ることができる。なお、この点灯は、異常に気付き制御電源を断とするまで、サイリスタ7に対し保持電流が供給されることで継続する。なお、請求項で述べている「第一の自己保持回路」はサイリスタ7である。
Therefore, when the input terminal of the semiconductor switching element 6 is input to the integration circuit 23 via the diode 5 and the voltage of the integration circuit 23 reaches a predetermined voltage, the semiconductor switching element 6 is more than expected. Is turned on, and the
ここで、ダイオード5は抵抗13とLED8からの電流が半導体スイッチング素子6に廻り込み、この半導体スイッチング素子6を誤動作させないようにする逆流阻止用である。また、抵抗12は、サイリスタ7がON時に、自己保持回路22もしくはワンパルス回路21の各出力からサイリスタ7へ過大な電流が流れないように制限している。なお、この実施の形態2では、積分回路23にて半導体スイッチング素子6のON時間を判別しているが、積分回路23に代わり、入力される時間が所定の時間を越えた場合に出力信号を発するタイマー回路を用いても同様の効果が期待できる。
Here, the diode 5 is for backflow prevention that prevents the current from the
実施の形態3.
図4はこの発明の実施の形態3における回路遮断器の電気操作装置の回路図、図5は検出回路および自己保持回路を示す回路図、図6は各部における動作を示すタイミングチャート図、図7は検出回路および自己保持回路における別の実施の形態を示す回路図である。実施の形態2では、遮断器の接点の溶着などによって、ハンドルの操作荷重が極端に大きくなった場合に、モーター44の駆動に要する時間が所定の時間より長くなる事を検出しているが、この実施の形態3は、ハンドルの操作荷重が極端に大きくなった場合にモーター44の駆動電流が増加することを検出することにより動作を停止させて、この異常を使用者に知らしめるとともに過負荷による電気操作装置の焼損を防止するものである。
Embodiment 3 FIG.
4 is a circuit diagram of an electrical operation device for a circuit breaker according to Embodiment 3 of the present invention, FIG. 5 is a circuit diagram showing a detection circuit and a self-holding circuit, FIG. 6 is a timing chart showing the operation of each part, and FIG. These are circuit diagrams which show another embodiment in a detection circuit and a self-holding circuit. In the second embodiment, it is detected that the time required to drive the
図4において、実施の形態1、2との構成上の相違点について説明する。実施の形態1、2では、第一および第二のリレーの操作コイルとモーター44は共に半導体スイッチング素子6で駆動されていたが、本実施の形態では、モーター44は半導体スイッチング素子6で駆動されるが、第一および第二のリレーの操作コイルは、半導体スイッチング素子6と同期して動作するように、そのベースが半導体スイッチング素子6のゲートに抵抗62を介して接続された第二の半導体スイッチング素子61により駆動される。
In FIG. 4, the difference in configuration from the first and second embodiments will be described. In the first and second embodiments, the operation coils of the first and second relays and the
また、モーター44の駆動電流が流れる経路、すなわち、半導体スイッチング素子6とグランド間には、電流検出用抵抗である抵抗63が挿入されており、この抵抗63の両端に発生するモーター44の駆動電流に比例した電圧を検出回路64により検出する。検出回路64の出力には、第二の自己保持回路65が接続されており、モーター44の駆動電流が所定値(例えばモーターの定格電流の120%)を越えたときには検出回路64の出力により第二の自己保持回路65が導通状態となり、第二の自己保持回路65にダイオード67を介して接続された半導体スイッチング素子6の入力電圧が抑制され、半導体スイッチング素子6をオフ状態とする。
Further, a
第二の自己保持回路65とダイオード67の接続点には、他方を電源Vccに接続された抵抗69及びLED68が直列に接続されている。第二の自己保持回路65が導通状態となると、同時に、LED68にも電流が流れ、LED68が点灯することにより異常を使用者に知らしめるとともに、このLED68に流れる電流がサイリスタ65aの保持電流となって、半導体スイッチング素子6のオフ状態が維持される。
A
図5に示すように、検出回路64は抵抗63の両端に発生する電圧を分圧するように接続された抵抗64a1および64a2から構成されている。抵抗64a1と対抗64a2の接続点は、第二の自己保持回路65を構成するサイリスタ65aのゲートに接続され、抵抗64a1と対抗64a2の接続点の電圧が、サイリスタ65aの該素子固有のオン電圧に達するとサイリスタ65aは導通状態となる。モーター44の駆動電流が抵抗63および抵抗64a1、64a2の分圧比によって決定される所定値以上になった場合にサイリスタ65aが導通状態となり、ダイオード67を介して半導体スイッチング素子6の入力電圧が抑制され、半導体スイッチング素子6をオフ状態とする。
As shown in FIG. 5, the
上記のように、抵抗63および抵抗64a1、64a2を適正に設定することで、モーター44の駆動電流が異常に増加した場合、半導体スイッチング素子6をオフして過負荷による装置の焼損を防止することが可能となるが、このままだと、正常な状態にもかかわらずモーター44の始動電流を異常電流として検出してしまう不具合が生じる。
As described above, by appropriately setting the
その為、本実施の形態では、半導体スイッチング素子6と同一の入力信号でタイマーが動作を開始し、半導体スイッチング素子6が導通した後、モーター44の駆動電流が始動電流から定常電流になる所定時間が経過した後に作動する第二のタイマー回路71と、この第二のタイマー回路71の作動により抵抗63の両端の短絡を開放する第三の半導体スイッチング素子70とを設けている。第三の半導体スイッチング素子70は、通常時には導通状態であるが、第二のタイマー回路71の遅延したLo出力により非導通状態となるので、モーター44の始動時から所定時間は抵抗63の両端を短絡状態として、検出回路64の機能を停止させている。
Therefore, in the present embodiment, the timer starts to operate with the same input signal as that of the semiconductor switching element 6, and after the semiconductor switching element 6 is turned on, a predetermined time during which the drive current of the
次に、遮断器の接点が溶着して、遮断器のハンドルが正常に断路位置に戻せない状態での各部の動作について図6を用いて説明する。
図6(a)において、Xは正常な遮断器で接点が開極してONからOFFに切り替わるポイントを示しており、Yは遮断器の接点が溶着状態で遮断器のハンドルの操作荷重が大きくなるポイントを示している。
Next, the operation of each part in a state where the contact of the circuit breaker is welded and the handle of the circuit breaker cannot be normally returned to the disconnecting position will be described with reference to FIG.
In FIG. 6 (a), X represents a point where the contact is opened by a normal circuit breaker and switched from ON to OFF, and Y represents a large operation load on the circuit breaker handle when the circuit breaker contact is welded. The point that becomes.
図6(e)は、モーター44の負荷電流を示したもので、モーター44の始動開始からタイマー回路71の動作時間T6の間は、第三の半導体スイッチング素子70が導通状態であり、抵抗63の両端を短絡状態にしているので、サイリスタ65aが動作することはない。よって、モーター44の始動電流を検出することはない。
FIG. 6E shows the load current of the
一方、モーター44の始動開始から第二のタイマー回路71の動作時間T6を経過した後は、第三の半導体スイッチング素子70がオフされ、抵抗63の両端の短絡を開放するので、抵抗63の両端に生じるモーター44の負荷電流に比例した電圧によって異常電流の検出が検出回路64により行われる。検出回路64により検出される電流の大きさは前述の通り、サイリスタ65aの素子固有のオン電圧と、抵抗63および抵抗64a1、64a2によって決定される所定の閾値Itとなるので、図6(e)に示すAの領域にモーター44の負荷電流が達すると図6(g)に示すようにサイリスタ65aが導通する。
On the other hand, after the operation time T6 of the
サイリスタ65aの導通により、半導体スイッチング素子6および第三の半導体スイッチング素子70が非導通となるとともに、第二のタイマー回路71の入力もオフとなり、図5(f)に示すように第二のタイマー回路71の出力がHiとなる。
Due to the conduction of the
また、抵抗63は電流検出用抵抗として電流を電圧に変換すると同時に、モーター44の駆動電流を抑制する限流抵抗としても機能しており、最もトルクが必要となるモーター44の始動時から定速回転に至る間は抵抗63に並列に接続された第三の半導体スイッチング素子70が導通状態であるので、電力損失が少なくモーター44が駆動させられ、動作時間T6の経過後は第三の半導体スイッチング素子70が非導通状態となって抵抗63がモーター44の駆動電流を制限するように機能する。
In addition, the
この限流作用によってモーター44のトルクが低下するために、回路遮断器の接点が溶着状態にある場合は、モーターの回転速度も連鎖的に低下することで、モーター44の電流変化が大きくなって異常電流として検出がしやすくなると同時に、遮断器のハンドルなどの操作部への過大な荷重や衝撃を低減することが可能となる。
Since the torque of the
また、実施の形態2では、半導体スイッチング素子6がモーター44およびリレー31・32の操作コイルを一括して駆動していたが、実施の形態3では、半導体スイッチング素子6と同一の入力信号によって作動する第二の半導体スイッチング素子61を設けて、リレー31・32の操作コイルをモーター44と分離して駆動する方法としている。実施の形態2ではモーター44の回生電流がリレー31・32の操作コイルへ逆流しないように逆流阻止用のダイオード3が必要であったが、モーター44の駆動電流が大きい場合には、ダイオード3も容量の大きなものが必要となり、またモーター44に低圧のモーターを使用する場合はダイオード3による電圧降下も無視できなくなる。そこで、実施の形態3では半導体スイッチング素子6と同じ動作を行う第二の半導体スイッチング素子61を設けてリレー31・32の操作コイルを駆動することにより、逆流阻止用のダイオード3を廃止している。
In the second embodiment, the semiconductor switching element 6 collectively drives the
なお、リレー31・32の操作コイルの駆動電流はモーター44の駆動電流と比べ非常に小さいため、第二の半導体スイッチング素子61には小信号用の汎用トランジスタが使用できることから、実施の形態2でダイオード3に容量の大きいものが必要となる場合は、実施の形態3の方が実装スペースやコスト面で有利となる。
Since the drive current of the operation coils of the
また、この実施の形態3では、第二のタイマー回路71にて第三の半導体スイッチング素子70のON時間を設定しているが、第二のタイマー回路71に代わり、入力される時間が所定の時間を越えた場合に出力信号をLoとする積分回路を用いても同様の効果が期待できる。
In the third embodiment, the
また、図7に示すように検出回路64は、抵抗63の両端に抵抗64b1を介して接続されたツェナーダイオード64b2と、ツェナーダイオード64b2のアノードにベースが接続されたトランジスタ64b3と、トランジスタ64b3のコレクタに抵抗64b4を介してそのベースが接続されトランジスタ64b5とから構成してもよい。トランジスタ64b5のコレクタには、抵抗64b6を介して第二の自己保持回路65のゲートに接続されており、抵抗63の両端の電圧がツェナーダイオード64b2のツェナー電圧を超えると、トランジスタ64b3およびトランジスタ64b5がオンして、第二の自己保持回路65が導通状態となる。検出回路64としては、コンパレータやシュミットトリガ回路を用いた比較回路により電流検出回路を構成してもよく、同様の効果が期待できる。
As shown in FIG. 7, the
また、第二の半導体スイッチング素子61がリレー31・32の操作コイルを駆動し、半導体スイッチング素子6がモーター44を駆動するとしたが、第二の半導体スイッチング素子61がモーター44を、半導体スイッチング素子6がリレー31・32の操作コイルを駆動するようにしてもよい。この場合には、第二の半導体スイッチング素子61に小信号用の汎用トランジスタは使用できないが、第一の半導体スイッチング素子6に小信号用の汎用トランジスタが使用できる。
The second
3 ダイオード、6 半導体スイッチング素子、7 サイリスタ、11 抵抗、
21 ワンパルス回路、22 自己保持回路、23 積分回路、
31 第一のリレー、31a1 第一のa接点、31a2 第二のa接点、
32 第二のリレー、32b b接点、
41 ONスイッチ、42 OFFスイッチ、43 リミットスイッチ、
44 モーター、
101 電気操作装置。
3 diode, 6 semiconductor switching element, 7 thyristor, 11 resistance,
21 One-pulse circuit, 22 Self-holding circuit, 23 Integration circuit,
31 1st relay, 31a1 1st a contact, 31a2 2nd a contact,
32 second relay, 32b b contact,
41 ON switch, 42 OFF switch, 43 limit switch,
44 motor,
101 Electric operating device.
Claims (6)
上記モーターの駆動時と停止時とでは、上記常開接点に対する電気的作用を異としたことを特徴とする回路遮断器の電気操作装置。 A motor that serves as a power source for operating the handle of the circuit breaker via the mechanism, a normally open contact that is connected in series to both positive and negative power input terminals of the motor and is closed when the motor is driven, and the motor A normally closed contact connected in parallel to both the positive and negative power supply input terminals and opened when the motor is driven, a relay for controlling the normally open and normally closed contacts, an ON signal and the circuit breaker from the open state are closed. A first switch element controlled by a limit switch signal following the switching to the state, or an OFF signal and the limit switch signal following the switching of the circuit breaker from the closed state to the open state; In a circuit breaker electrical operation device that operates the circuit breaker by inputting the ON signal or the OFF signal,
An electric operation device for a circuit breaker, wherein the electric action for the normally open contact is different between when the motor is driven and when the motor is stopped.
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