JP2014199725A - 回路遮断器の過電圧・不足電圧引き外し装置 - Google Patents

回路遮断器の過電圧・不足電圧引き外し装置 Download PDF

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Abstract

【課題】小型化及びコストの低減を図り得るとともに、電圧感度の安定化と、時延特性を確保し得る回路遮断器の過電圧・不足電圧引き外し装置を提供する。【解決手段】商用電源電圧ACと第一のしきい値電圧とを比較して低電圧検出信号を生成し、低電圧検出信号が予め設定された時間以上継続したとき、第一の励磁電流遮断信号S2を出力する時延時間設定付低電圧検出部35と、商用電源電圧ACと予め設定された第三のしきい値電圧とを比較して過電圧検出信号を生成するとともに、過電圧検出信号が予め設定された時間以上継続したとき、第二の励磁電流遮断信号S4を出力する時延時間設定付過電圧検出部34と、第一及び第二の励磁電流遮断信号S2,S4に基づいて、1つのコイル36に供給する励磁電流Icを遮断する1つのスイッチ回路37と、コイル36への励磁電流Icの遮断に基づいて負荷機器への電源供給を遮断する1つの遮断機構とを備えた。【選択図】図1

Description

本発明は、商用電源の回路遮断器の付属装置として使用される過電圧・不足電圧引き外し装置に関するものである。
従来、回路遮断器の不足電圧引き外し装置は、商用電源の電源電圧が予め規定した電圧を下回ったときに、商用電源が供給される負荷機器への電源供給を遮断するように動作する。
図8は、過電圧・不足電圧引き外し装置の従来例を示す。単相2線の商用電源ACは開閉回路2を介して電源回路1に供給される。電源回路1は商用電源ACの入力に基づいて直流電源電圧Vcを生成し、その直流電源電圧Vcが時延時間設定付過電圧検出部3及び低電圧検出部4に供給される。
また、商用電源ACは信号発生部5に供給され、その信号発生部5は例えば商用電源ACを全波整流した電圧信号を比較電圧Vrecとして時延時間設定付過電圧検出部3及び低電圧検出部4に出力する。
低電圧検出部4は、あらかじめ設定されたしきい値電圧と入力された比較電圧Vrecとを比較して、商用電源ACが電源電圧として許容されない不足電圧以上の電圧であるか否かを検出する。
前記低電圧検出部4には低電圧引き外し用コイル6が接続され、その低電圧引き外し用コイル6には時延設定器7として大容量のコンデンサが接続されている。そして、信号発生部5から入力される比較電圧Vrecがしきい値電圧以上であれば、低電圧引き外し用コイル6が励磁されて、遮断機構により負荷機器に電源が供給される。
一方、信号発生部5から入力される比較電圧Vrecがしきい値電圧未満の不足電圧であれば、低電圧引き外し用コイル6の励磁が解除されて、遮断機構により負荷機器への電源供給が遮断されるとともに、開閉回路2が不導通状態となって電源回路1及び信号発生部5への商用電源ACの供給が遮断される。
時延時間設定付過電圧検出部3は、あらかじめ設定されたしきい値電圧と入力された比較電圧Vrecとを比較して、商用電源ACが電源電圧として許容されない過電圧以下の電圧であるか否かを検出する。
時延時間設定付過電圧検出部3はスイッチ回路8に励磁電流遮断信号Sが出力され、そのスイッチ回路8には過電圧引き外し用コイル9の一端が接続され、過電圧引き外し用コイル9の他端には商用電源ACが開閉回路2を介して供給されている。
そして、信号発生部5から入力される比較電圧Vrecがしきい値電圧以下であれば、励磁電流遮断信号Sによりスイッチ回路8が遮断状態となって過電圧引き外し用コイル9が非励磁となり、遮断機構により負荷機器に電源が供給される。
一方、信号発生部5から入力される比較電圧Vrecがしきい値電圧を超える過電圧であれば、励磁電流遮断信号Sによりスイッチ回路8が導通状態となり、過電圧引き外し用コイル9が励磁されて、遮断機構により負荷機器への電源供給が遮断されるとともに、開閉回路2が不導通状態となって電源回路1及び信号発生部5への商用電源ACの供給が遮断される。
特許文献1には、電源電圧の低電圧状態及び過電圧状態を検出して主電源回路をオフ状態とする電源回路が開示されている。
特開2006−40651号公報
上記のような回路遮断器の過電圧・不足電圧引き外し装置では、低電圧時に負荷機器への電源供給を遮断するための遮断機構及び低電圧引き外し用コイル6と、過電圧時に負荷機器への電源供給を遮断するための遮断機構及び過電圧引き外し用コイル9とをそれぞれ別個に設ける必要がある。従って、回路遮断器が大型化するとともに、コストも上昇するという問題点がある。
この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は小型化及びコストの低減を図り得るとともに、電圧感度の安定化と、時延特性を確保し得る回路遮断器の過電圧・不足電圧引き外し装置を提供することにある。
上記課題を解決する不足電圧引き外し装置は、商用電源電圧と、予め設定された第一のしきい値電圧とを比較して低電圧検出信号を生成するとともに、前記低電圧検出信号が予め設定された時間以上継続したとき、第一の励磁電流遮断信号を出力する時延時間設定付低電圧検出部と、商用電源電圧と、予め設定された第三のしきい値電圧とを比較して過電圧検出信号を生成するとともに、前記過電圧検出信号が予め設定された時間以上継続したとき、第二の励磁電流遮断信号を出力する時延時間設定付過電圧検出部と、前記第一及び第二の励磁電流遮断信号に基づいて、1つのコイルに供給する励磁電流を遮断する1つのスイッチ回路と、前記コイルへの励磁電流の遮断に基づいて、負荷機器への電源供給を遮断する1つの遮断機構とを備えたことを特徴とする。
また、上記構成において、前記時延時間設定付低電圧検出部は、前記商用電源電圧の変化に基づいて変化する比較電圧と、前記第一のしきい値とを比較する比較器を備えた低電圧検出部と、前記低電圧検出信号が入力されたときコンデンサを充電する充電回路と、
前記低電圧検出信号が出力されていないとき前記コンデンサの充電電荷を放電する放電回路と、前記コンデンサの充電電位と予め設定された第二のしきい値電圧とを比較して前記第一の励磁電流遮断信号を出力する比較器とを備えた時延出力部とを備え、前記時延時間設定付過電圧検出部は、前記商用電源電圧の変化に基づいて変化する比較電圧と、前記第三のしきい値電圧とを比較する比較器を備えた過電圧検出部と、前記過電圧検出信号が入力されたときコンデンサを充電する充電回路と、前記過電圧検出信号が出力されていないとき前記コンデンサの充電電荷を放電する放電回路と、前記コンデンサの充電電位と予め設定された第二のしきい値電圧とを比較して前記第二の励磁電流遮断信号を出力する比較器とを備えた時延出力部とを備えることが好ましい。
また、上記構成において、前記低電圧検出部は、前記商用電源電圧を積分して実効値を算出し、該実効値と前記第一のしきい値電圧とを比較して低電圧検出信号を出力することが好ましい。
また、上記構成において、前記低電圧検出部は、前記商用電源電圧を積分して平均値を算出し、該平均値と前記第一のしきい値電圧とを比較して低電圧検出信号を出力することが好ましい。
また、上記構成において、前記スイッチ回路は、前記励磁電流遮断信号の入力に基づいてオフ動作して前記励磁電流を遮断するトランジスタを備えることが好ましい。
また、上記構成において、前記第一のしきい値電圧は、前記励磁電流の減少により前記遮断機構が動作しなくなる場合の前記比較電圧より高い電圧に設定するとともに、時延時間設定付過電圧検出部及び時延時間設定付低電圧検出部が動作不能となる商用電源電圧より高い電圧に設定することが好ましい。
本発明によれば、回路遮断器の小型化及びコストの低減を図り得るとともに、電圧感度の安定化と、時延特性を確保することができる。
一実施形態の過電圧・不足電圧引き外し装置を示すブロック図である。 時延時間設定付低電圧検出部を示す回路図である。 時延時間設定付過電圧検出部を示す回路図である。 時延時間設定付低電圧検出部及び時延時間設定付過電圧検出部の動作を示すタイミングチャートである。 スイッチ回路を示す回路図である。 しきい値電圧の設定を示す説明図である。 スイッチ回路の別例を示す回路図である。 従来例を示すブロック図である。
以下、過電圧・不足電圧引き外し装置の一実施形態を図面に従って説明する。図1に示す過電圧・不足電圧引き外し装置は、単相2線の商用電源ACが開閉回路31を介して電源回路32と電圧信号発生部33に供給される。電源回路32は、商用電源ACの供給に基づいて所要の直流電源電圧Vcを生成し、その直流電源電圧Vcを時延時間設定付過電圧検出部34と時延時間設定付低電圧検出部35に供給する。
図4に示すように、電圧信号発生部33は、商用電源ACを全波整流した全波整流電圧Vrecを生成して前記時延時間設定付過電圧検出部34と時延時間設定付低電圧検出部35に出力する。
また、商用電源ACはコイル36の一端に供給され、そのコイル36の他端はスイッチ回路37を介してグランドVgに接続されている。そして、スイッチ回路37が導通状態であれば、コイル36に励磁電流Icが供給される。
コイル36は、固定プランジャに巻装され、励磁電流Icの供給に基づいて可動プランジャが吸着されて、遮断機構の動作により負荷機器に電源が供給される。一方、励磁電流Icの遮断に基づいて例えばバネの付勢力により可動プランジャが固定プランジャから引き離される。すると、遮断機構の動作により負荷機器への電源の供給が遮断される。
次に、前記時延時間設定付低電圧検出部35の具体的構成を説明する。
図2に示すように、時延時間設定付低電圧検出部35は低電圧検出部19と時延出力部20とで構成される。
低電圧検出部19では、全波整流電圧VrecがグランドVgとの間で直列に接続される抵抗R1,R2で分圧されて比較電圧Vxが生成され、その比較電圧Vxとしきい値電圧Vt1とが比較器21で比較される。そして、比較電圧Vxがしきい値電圧Vt1より低くなると、Hレベルの低電圧検出信号Vdが比較器21から出力される。
比較器21から出力される低電圧検出信号Vdは、時延出力部20のnpnトランジスタTr1のベースに入力されるとともに、インバータ回路22で反転されてnpnトランジスタTr2のベースに入力される。
前記トランジスタTr1のコレクタには前記直流電源電圧Vcから定電流源回路23を介して定電流が供給される。前記トランジスタTr1のエミッタは、コンデンサC2を介してグランドVgに接続される。
また、前記トランジスタTr1のエミッタは、前記トランジスタTr2のコレクタに接続されるとともに、比較器24のマイナス側入力端子に接続される。前記トランジスタTr2のエミッタはグランドVgに接続される。
このように構成された時延出力部20では、低電圧検出信号VdがLレベルの場合には、トランジスタTr1はオフされるとともに、トランジスタTr2がオンされる。すると、コンデンサC2に蓄えられている電荷が放電されて時延信号S1がLレベルに維持される。
一方、低電圧検出信号VdがHレベルとなると、トランジスタTr1はオンされるとともに、トランジスタTr2がオフされる。すると、トランジスタTr1のコレクタ電流によりコンデンサC2に電荷が蓄えられて時延信号S1の電位が直流電源電圧VcよりトランジスタTr1のコレクタ・エミッタ間の電圧降下分低下した電圧を上限として上昇する。
このような構成により、トランジスタTr1がコンデンサC2を充電する充電回路として動作し、トランジスタTr2がコンデンサC2の充電電化を放電させる放電回路として動作する。
比較器24は、時延信号S1としきい値電圧Vt2とを比較し、時延信号S1がしきい値電圧Vt2より高くなると、Lレベルの励磁電流遮断信号S2を前記スイッチ回路37に出力する。
図5は、前記スイッチ回路37の一例を示す。前記励磁電流遮断信号S2は、ダイオードDを介してnpnトランジスタTr3のベースに入力され、そのトランジスタTr3のコレクタは前記コイル36の他端に接続され、エミッタはグランドVgに接続されている。
従って、励磁電流遮断信号S2がHレベルであれば、トランジスタTr3がオンされてコイル36に励磁電流Icが供給され、励磁電流遮断信号S2がLレベルとなると、トランジスタTr3がオフされて励磁電流Icが遮断される。
図3に示すように、前記時延時間設定付過電圧検出部34は、過電圧検出部38と時延出力部39とで構成され、時延出力部39はトランジスタTr1とコンデンサC2の充電特性を除いて前記時延時間設定付低電圧検出部35の時延出力部20と同様である。
過電圧検出部38は、しきい値電圧Vt3を比較器21のマイナス側入力端子に入力し、比較電圧をプラス側入力端子に入力したこと以外は、前記時延時間設定付低電圧検出部35の低電圧検出部19と同様な構成である。
このような過電圧検出部38では、全波整流電圧Vrecの波高値がしきい値電圧Vt3より高くなると、過電圧検出信号Vd2が断続的にHレベルとなり、時延出力部39の時延信号S3の電圧レベルが上昇する。そして、時延信号S3がしきい値電圧Vt4を超えると、励磁電流遮断信号S4がLレベルとなって、コイル36への励磁電流Icの供給が遮断される。
励磁電流Icが遮断されると、遮断機構の動作により負荷機器への電源供給が遮断される。また、励磁電流Icが遮断されると、コイル36で発生する磁力変化により開閉回路31が不導通となって電源回路32及び電圧信号発生部33への商用電源ACの供給も遮断される。
なお、前記励磁電流遮断信号S2,S4は、インターフェース回路を介してスイッチ回路37に出力され、そのインターフェース回路は、Lレベルの入力信号を優先してスイッチ回路37に供給する機能を備えている。
次に、上記のように構成された過電圧・不足電圧引き外し装置の作用を図4に従って説明する。
商用電源ACが通常の電圧レベルで供給されていると、全波整流電圧Vrecの波高値は予め設定されたしきい値電圧Vt1を超えるため、低電圧検出部19から出力される低電圧検出信号Vdはパルス状の信号となる。
この状態では、時延出力部20のトランジスタTr1,Tr2がオン動作とオフ動作を交互に繰り返すため、時延信号S1の電圧レベルはしきい値電圧Vt2を上回ることはない。すると、励磁電流遮断信号S2はHレベルに維持され、スイッチ回路37の動作によりコイル36に励磁電流Icが供給され続ける。従って、可動プランジャは固定プランジャに吸着された状態に維持され、遮断機構は作動しない。
商用電源ACの電圧が低下して、全波整流電圧Vrecの波高値がしきい値電圧Vt1を下回ると、低電圧検出部19から出力される低電圧検出信号VdはHレベルに維持される。
この状態では、時延出力部20のトランジスタTr1がオン状態に維持され、トランジスタTr2がオフ状態に維持されるため、コンデンサC2に電荷が蓄えられて、時延信号S1の電圧レベルが上昇し、やがてしきい値電圧Vt2を上回る。すると、時延出力部20から出力される励磁電流遮断信号S2はLレベルとなり、スイッチ回路37の動作によりコイル36への励磁電流Icが遮断される。この結果、可動プランジャは固定プランジャから引き離され、遮断機構が作動して負荷機器への電源の供給が遮断される。
商用電源ACの電圧が上昇して、全波整流電圧Vrecの波高値がしきい値電圧Vt3を超えるような過電圧となると、過電圧検出部38から出力される低電圧検出信号Vd2はHレベルに維持される。
この状態では、時延出力部39のトランジスタTr1がオン状態に維持され、トランジスタTr2がオフ状態に維持されるため、コンデンサC2に電荷が蓄えられて、時延信号S3の電圧レベルが上昇し、やがてしきい値電圧Vt4を上回る。すると、時延出力部39から出力される励磁電流遮断信号S4はLレベルとなり、スイッチ回路37の動作によりコイル36への励磁電流Icが遮断される。この結果、可動プランジャは固定プランジャから引き離され、遮断機構が作動して負荷機器への電源の供給が遮断される。
図6に示すように、上記のような過電圧・不足電圧引き外し装置では、時延時間設定付低電圧検出部35で設定されるしきい値電圧Vt1は、コイル36の励磁電流Icの減少により固定プランジャで可動プランジャを吸着できなくなるときに比較器21に入力される電圧Vf1より高い電圧に設定される。同時に、商用電源電圧ACの低下による電源回路32からの供給電圧の低下により、時延時間設定付過電圧検出部34と時延時間設定付低電圧検出部35が動作不能となる電圧Vf2より高い電圧に設定されている。
本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)商用電源ACの電圧レベルが所定時間以上で所定レベル以下に低下したときと、所定レベル以上に上昇したとき、可動プランジャを固定プランジャから引き離して、遮断機構を作動させることができる。従って、商用電源ACの電圧レベルが不足した状態で負荷機器を動作させること、あるいは商用電源ACの電圧レベルが過電圧となった状態で負荷機器を動作させることにより発生する不具合を未然に防止することができる。
(2)共通のコイル36を使用して、過電圧による引き外し動作と不足電圧による引き外し動作を行うことができる。従って、過電圧の供給に基づいて電源供給を遮断する遮断機構と、不足電圧の供給に基づいて電源供給を遮断する遮断機構を共通化することができる。従って、過電圧・不足電圧引き外し装置を備えた回路遮断器を小型化し、且つコストを低減することができる。
(3)商用電源ACの電圧レベルが不足か否か、あるいは過電圧か否かを検出する電圧感度を低電圧検出部19、あるいは過電圧検出部38で、比較器21に入力されるしきい値電圧Vt1,Vt3により設定することができる。従って、安定した電圧感度を容易に設定することができる。
(3)商用電源ACの電圧レベルが不足電圧に低下してから、励磁電流Icを遮断するための励磁電流遮断信号S2を出力するまでの時延時間は、時延出力部20のトランジスタTr1とコンデンサC2とで構成される時定数回路で設定することができる。同様に、商用電源ACの電圧レベルが過電圧まで上昇してから、励磁電流Icを遮断するための励磁電流遮断信号S4を出力するまでの時延時間は、時延出力部39のトランジスタTr1とコンデンサC2とで構成される時定数回路で設定することができる。従って、大容量のコンデンサを使用することなく時延時間を設定することができるので、過電圧・不足電圧引き外し装置の小型化をはかり、且つコストを低減することができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・第一の実施形態の低電圧検出部19及び第二の実施形態の時延時間設定付低電圧検出部35は、商用電源電圧を積分して実効値を算出し、その実効値としきい値電圧Vt1,Vt3とを比較するようにしてもよい。
・第一の実施形態の低電圧検出部19及び第二の実施形態の時延時間設定付低電圧検出部35は、商用電源電圧を積分して平均値を算出し、その平均値としきい値Vt1,Vt3とを比較するようにしてもよい。
・図7に示すように、スイッチ回路37において、npnトランジスタに代えてpnpトランジスタTr4を使用し、そのトランジスタTr4のベースにインバータ回路40を介して励磁電流遮断信号S2,S4を入力するようにしてもよい。このような構成により、励磁電流遮断信号S2,S4がHレベルとなってコイル36に励磁電流Icが流れるとき、トランジスタTr4のベース電圧はほぼグランドVgレベルである。従って、商用電源ACの電圧レベルがノイズにより低下しても、トランジスタTr4がオン状態に維持されて、コイル36に励磁電流Icを安定して供給することができる。
34…時延時間設定付過電圧検出部、35…時延時間設定付低電圧検出部、36…コイル、37…スイッチ回路、21,24…比較器、AC…商用電源、Vd…低電圧検出信号、Vd2…過電圧検出信号、Vt1…第一のしきい値電圧、Vt2…第二のしきい値電圧、Vt3…第三のしきい値電圧、Vd…低電圧検出信号、Ic…励磁電流、S1…時延信号、S2…第一の励磁電流遮断信号、S4…第二の励磁電流遮断信号、C2…コンデンサ、Tr1…充電回路(トランジスタ)、Tr2…放電回路(トランジスタ)、Vx…比較電圧。

Claims (6)

  1. 商用電源電圧と、予め設定された第一のしきい値電圧とを比較して低電圧検出信号を生成するとともに、前記低電圧検出信号が予め設定された時間以上継続したとき、第一の励磁電流遮断信号を出力する時延時間設定付低電圧検出部と、
    商用電源電圧と、予め設定された第三のしきい値電圧とを比較して過電圧検出信号を生成するとともに、前記過電圧検出信号が予め設定された時間以上継続したとき、第二の励磁電流遮断信号を出力する時延時間設定付過電圧検出部と、
    前記第一及び第二の励磁電流遮断信号に基づいて、1つのコイルに供給する励磁電流を遮断する1つのスイッチ回路と、
    前記コイルへの励磁電流の遮断に基づいて、負荷機器への電源供給を遮断する1つの遮断機構と
    を備えたことを特徴とする回路遮断器の過電圧・不足電圧引き外し装置。
  2. 請求項1に記載の過電圧・不足電圧引き外し装置において、
    前記時延時間設定付低電圧検出部は、
    前記商用電源電圧の変化に基づいて変化する比較電圧と、前記第一のしきい値とを比較する比較器を備えた低電圧検出部と、
    前記低電圧検出信号が入力されたときコンデンサを充電する充電回路と、
    前記低電圧検出信号が出力されていないとき前記コンデンサの充電電荷を放電する放電回路と、
    前記コンデンサの充電電位と予め設定された第二のしきい値電圧とを比較して前記第一の励磁電流遮断信号を出力する比較器と
    を備えた時延出力部と
    を備え、
    前記時延時間設定付過電圧検出部は、
    前記商用電源電圧の変化に基づいて変化する比較電圧と、前記第三のしきい値電圧とを比較する比較器を備えた過電圧検出部と、
    前記過電圧検出信号が入力されたときコンデンサを充電する充電回路と、
    前記過電圧検出信号が出力されていないとき前記コンデンサの充電電荷を放電する放電回路と、
    前記コンデンサの充電電位と予め設定された第二のしきい値電圧とを比較して前記第二の励磁電流遮断信号を出力する比較器と
    を備えた時延出力部と
    を備えたことを特徴とする回路遮断器の過電圧・不足電圧引き外し装置。
  3. 請求項1に記載の回路遮断器の過電圧・不足電圧引き外し装置において、
    前記低電圧検出部は、前記商用電源電圧を積分して実効値を算出し、該実効値と前記第一のしきい値電圧とを比較して低電圧検出信号を出力することを特徴とする回路遮断器の過電圧・不足電圧引き外し装置。
  4. 請求項1に記載の回路遮断器の過電圧・不足電圧引き外し装置において、
    前記低電圧検出部は、前記商用電源電圧を積分して平均値を算出し、該平均値と前記第一のしきい値電圧とを比較して低電圧検出信号を出力することを特徴とする回路遮断器の過電圧・不足電圧引き外し装置。
  5. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の回路遮断器の過電圧・不足電圧引き外し装置において、
    前記スイッチ回路は、前記励磁電流遮断信号の入力に基づいてオフ動作して前記励磁電流を遮断するトランジスタを備えたことを特徴とする回路遮断器の過電圧・不足電圧引き外し装置。
  6. 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の過電圧・不足電圧引き外し装置において、
    前記第一のしきい値電圧は、前記励磁電流の減少により前記遮断機構が動作しなくなる場合の前記比較電圧より高い電圧に設定するとともに、前記第三のしきい値電圧は時延時間設定付過電圧検出部及び時延時間設定付低電圧検出部が動作不能となる場合の前記比較電圧より低い電圧に設定したことを特徴とする回路遮断器の過電圧・不足電圧引き外し装置。
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