JP2020182261A

JP2020182261A - 切換装置および電源供給システム

Info

Publication number: JP2020182261A
Application number: JP2019081847A
Authority: JP
Inventors: 雅典石部; Masanori Ishibe
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2019-04-23
Publication date: 2020-11-05

Abstract

【課題】三相電源から装置等への電源供給を遠隔操作できる切換装置を提供する。【解決手段】三相電源のそれぞれの相に接続されている入力部と、三相電源のそれぞれの相の電気信号をそれぞれ整流する整流回路と、整流回路がそれぞれ出力した整流信号を平滑化する平滑回路と、駆動回路に入力する信号に応じて三相電源と対象装置との間を電気的に接続させるか否かを切り換え、平滑回路が平滑化した平滑信号が駆動回路の一端に入力されるリレー回路と、入力する制御信号に応じて、リレー回路の駆動回路の他端と基準電位との間を電気的に接続させるか否かを切り換えるスイッチ回路とを備える、切換装置を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、切換装置および電源供給システムに関する。

従来、三相交流電源に接続されている機器等を保護する目的で、当該三相交流電源の欠相を検出し、検出結果に応じて電源の供給を停止する装置が知られていた（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００６−１０９６７０号公報

このように、三相交流電源から機器等への電源の供給を停止する動作は、欠相が検出された場合に限らず、何らかの異常、保守、点検等によっても実行可能であることが望ましい。特に、三相交流電源および／または機器等から離れた位置において、三相交流電源から機器等への電源の供給および停止を遠隔操作できることが望まれていた。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、三相電源から装置等への電源供給を遠隔操作できるようにすることを目的とする。

本発明の第１の態様においては、三相電源の電源出力を対象装置に供給するか否かを切り換える切換装置であって、前記三相電源のそれぞれの相に接続されている入力部と、前記三相電源のそれぞれの相の電気信号をそれぞれ整流する整流回路と、前記整流回路がそれぞれ出力した整流信号を平滑化する平滑回路と、前記平滑回路を介して前記三相電源から流れる電流に基づいて、前記三相電源と前記対象装置との間を電気的に接続させるか否かを切り換えるリレー回路と、入力する制御信号に応じて前記電流の大きさを変化させることにより前記リレー回路が前記三相電源と前記対象装置との間を電気的に接続させるか否かを切り換えるスイッチ回路とを備える、切換装置を提供する。

前記スイッチ回路は、前記リレー回路が有するコイルにおける前記平滑回路側の一端とは反対側の他端と基準電位との間に設けられていてもよい。前記切換装置は、前記整流信号を平滑化した平滑信号を分圧し、前記平滑信号を分圧した分圧信号を前記リレー回路の一端に供給する分圧回路を更に備えてもよい。

前記切換装置は、前記入力部および前記整流回路の間に設けられており、前記入力部および前記整流回路の間を電気的に絶縁するトランス回路を更に備えてもよい。前記トランス回路は、前記入力部に接続される第１巻線と、前記整流回路に接続され、前記第１巻線よりも巻数が少ない第２巻線とを有してもよい。

本発明の第２の態様においては、三相電源と、前記三相電源の電源出力を前記対象装置に供給するか否かを切り換える、第１の態様の前記切換装置とを備える、電源供給システムを提供する。

本発明によれば、三相電源から装置等への電源供給を遠隔操作できるという効果を奏する。

本実施形態に係る電源供給システム１００の第１構成例を対象装置１０と共に示す。本実施形態に係る電源供給システム１００の第２構成例を対象装置１０と共に示す。

＜電源供給システム１００の第１構成例＞
図１は、本実施形態に係る電源供給システム１００の第１構成例を対象装置１０と共に示す。第１構成例の電源供給システム１００は、三相電源による電力を対象装置１０に供給する。電源供給システム１００は、三相電源の電源出力に異常がある場合に、対象装置１０への電力の供給を停止する。また、電源供給システム１００は、三相電源の電源出力を対象装置１０に供給するか否かを外部からの信号に応じて切り換え可能に構成されている。対象装置１０は、三相電源による電力で動作する装置であり、例えば、モータ、ポンプ、大電力で動作する装置、設備等である。電源供給システム１００は、三相電源１１０と配線１２０と、切換装置２００とを備える。

三相電源１１０は、電力を対象装置１０に供給する。三相電源１１０は、例えば、１００Ｖ程度から数百Ｖ程度の交流電圧を出力する。三相電源１１０は、位相が１２０度ずつ異なる３系統の交流電圧を、配線１２０を介して対象装置１０に供給する。図１は、第１相の交流電圧を伝送する第１配線１２１と、第２相の交流電圧を伝送する第２配線１２２と、第３相の交流電圧を伝送する第３配線１２３とを有する配線１２０が、三相電源１１０および対象装置１０の間に設けられている例を示す。

切換装置２００は、三相電源１１０の電源出力を対象装置１０に供給するか否かを切り換える。切換装置２００は、入力部２１０と、整流回路２２０と、平滑回路２３０と、分圧回路２４０と、リレー回路２５０と、スイッチ回路２６０と、制御信号入力部２７０とを備える。

入力部２１０は、三相電源１１０のそれぞれの相に接続されている。入力部２１０は、各相に対応する複数の入力端子を有する。入力部２１０は、例えば、第１配線１２１に接続されている第１入力端子２１１と、第２配線１２２に接続されている第２入力端子２１２と、第３配線１２３に接続されている第３入力端子２１３とを有する。

整流回路２２０は、三相電源１１０のそれぞれの相の電気信号をそれぞれ整流する。整流回路２２０は、各相に対応する複数の整流回路を有する。整流回路２２０は、例えば、第１相の交流電圧を整流する第１整流回路２２１と、第２相の交流電圧を整流する第２整流回路２２２と、第３相の交流電圧を整流する第３整流回路２２３とを有する。この場合、第１整流回路２２１は第１入力端子２１１に接続され、第２整流回路２２２は第２入力端子２１２に接続され、第３整流回路２２３は第３入力端子２１３に接続されている。

図１は、第１整流回路２２１、第２整流回路２２２、および第３整流回路２２３が、それぞれ直列に接続されている２つのダイオードを含み、２つのダイオードの間に入力する交流信号を半波整流する例を示す。これに代えて、第１整流回路２２１、第２整流回路２２２、および第３整流回路２２３は、それぞれ４つのダイオードを含み、入力する交流信号を全波整流してもよい。第１整流回路２２１、第２整流回路２２２、および第３整流回路２２３は、交流信号を整流した信号を整流信号として出力する。

平滑回路２３０は、整流回路２２０がそれぞれ出力した整流信号を平滑化する。平滑回路２３０は、例えば、第１整流回路２２１の両端に接続されており、第１整流回路２２１が出力した整流信号を平滑化する第１平滑回路２３１を有する。この場合、第１平滑回路２３１の一端は基準電位に接続されており、他端は整流信号を平滑化した平滑信号を出力する。ここで、基準電位は、一例として、グラウンド電位（０Ｖ）である。

平滑回路２３０は、第１整流回路２２１と同様に、第２整流回路２２２が出力した整流信号を平滑化する第２平滑回路２３２と、第３整流回路２２３が出力した整流信号を平滑化する第３平滑回路２３３とを有する。第１平滑回路２３１、第２平滑回路２３２、および第３平滑回路２３３は、例えば、それぞれコンデンサを含む。整流回路２２０および平滑回路２３０の組は、三相電源１１０のそれぞれの相の交流信号を、振幅電圧に応じた１つの直流電圧に変換して出力する。

なお、図１の例は、平滑回路２３０が第１平滑回路２３１、第２平滑回路２３２、および第３平滑回路２３３を有する例を説明したが、これに限定されることはない。平滑回路２３０は、第１平滑回路２３１、第２平滑回路２３２、および第３平滑回路２３３のうち、１つ以上の平滑回路を有する回路であってもよい。例えば、平滑回路２３０が１つのコンデンサを有する場合、当該コンデンサは、第１整流回路２２１、第２整流回路２２２、および第３整流回路２２３のそれぞれの両端に接続され、３つの整流信号を平滑化した平滑信号を出力する。

分圧回路２４０は、平滑回路２３０が出力する平滑信号をそれぞれ分圧する。分圧回路２４０は、例えば、直列に接続された複数の抵抗を含む。図１は、分圧回路２４０が平滑回路２３０の他端と基準電位との間に直列に接続された２つの抵抗を有する例を示す。この場合、分圧回路２４０は、平滑信号を分圧した分圧信号を２つの抵抗の間から出力し、リレー回路２５０の一端に供給する。

リレー回路２５０は、駆動回路２５２を有し、当該駆動回路２５２が有するコイルを流れる電流に基づいて、三相電源１１０と対象装置１０との間を電気的に接続させるか否かを切り換える。リレー回路２５０は、第１配線１２１、第２配線１２２、および第３配線１２３のそれぞれに設けられた複数のスイッチ素子２５４を有する。複数のスイッチ素子２５４は、三相電源１１０および対象装置１０の間の電気的な接続を切り換える。スイッチ素子２５４のそれぞれは、例えば、接点を有し、駆動回路２５２が有するコイルに電流が流れることによる電磁作用（すなわち磁力の発生作用）によって当該接点が機械的に接触または離隔するメカニカルリレーである。リレー回路２５０は、電磁リレーに代えて、半導体等で形成されたＭＯＳＦＥＴリレー、フォトＭＯＳリレー、トライアック等であってもよい。

駆動回路２５２はコイルを有し、コイルの一端には平滑回路２３０が平滑化した平滑信号が入力される。図１に示すリレー回路２５０の場合、駆動回路２５２の一端には、分圧回路２４０が平滑信号を分圧した分圧信号が入力されることになる。そして、駆動回路２５２は、コイルを流れる電流の大きさに応じてスイッチ素子２５４を制御する。駆動回路２５２は、例えば、当該駆動回路２５２の一端と他端との間の電位差がコイルに所定の電流が流れるために必要な電位差以上である場合に、三相電源１１０と対象装置１０との電気的な接続を維持する。所定の電流は、スイッチ素子２５４の接点が接触するために要する磁力を発生するために駆動回路２５２に流す必要がある最小電流である。また、駆動回路２５２は、当該駆動回路２５２の一端と他端との間の電位差がコイルに所定の電流が流れるために必要な電位差よりも小さい場合、磁力を発生せずにスイッチ素子２５４の接点を離隔させ、三相電源１１０および対象装置１０の間の電気的な接続を切断する。

駆動回路２５２においては、例えば、三相電源１１０が出力する電力に欠相が発生して駆動回路２５２の一端に入力する分圧信号が低下した場合、コイルを流れる電流が減少する。そして、駆動回路２５２が有するコイルの両端間の電位差が予め定められた値よりも小さくなった場合に、駆動回路２５２は、スイッチ素子２５４の接点を離隔させ、三相電源１１０と対象装置１０との間を電気的に切断する。また、駆動回路２５２は、後述のスイッチ回路２６０の状態に応じて、スイッチ素子２５４の接点を接触させるか離隔させるかを切り換えることもできる。

スイッチ回路２６０は、外部装置（例えば制御用のコンピュータ等）から入力する制御信号に応じて駆動回路２５２を流れる電流の大きさを変化させることにより、リレー回路２５０が三相電源１１０と対象装置１０との間を電気的に接続させるか否かを切り換える。スイッチ回路２６０は、例えば、リレー回路２５０の駆動回路２５２における平滑回路２３０側の一端とは反対側の他端と、基準電位との間を電気的に接続させるか否かを切り換える。スイッチ回路２６０は、制御信号入力部２７０を介して制御信号を受け取る。スイッチ回路２６０は、例えば、トランジスタ等を有し、当該トランジスタをオン状態にさせる制御信号に応じて、駆動回路２５２および基準電位を電気的に接続する。この場合、スイッチ回路２６０は、当該トランジスタをオフ状態にさせる制御信号に応じて、駆動回路２５２と基準電位との間を電気的に切断する。

制御信号入力部２７０は、外部から制御信号が入力される端子である。例えば、スイッチ回路２６０のトランジスタをオフにする制御信号が制御信号入力部２７０に入力されたことに応じて、リレー回路２５０は、三相電源１１０および対象装置１０との間の電気的な接続を切断する。また、スイッチ回路２６０のトランジスタをオンにする制御信号が制御信号入力部２７０に入力されたことに応じて、リレー回路２５０は、三相電源１１０および対象装置１０との間の電気的な接続を維持する。

このような制御信号は、例えば、スイッチ回路２６０のトランジスタをオンまたはオフにする程度の小信号なので、制御信号入力部２７０およびスイッチ回路２６０の間の距離を数百ｍ程度に離隔させても、伝送損失による影響をほとんど受けない。したがって、制御信号入力部２７０は、三相電源１１０、切換装置２００、および／または対象装置１０から数百ｍ程度離隔されている位置に設けられていてもよい。これにより、本実施形態に係る電源供給システム１００は、三相電源１１０から対象装置１０への電源供給を、遠隔から操作することができる。

例えば、スイッチ回路２６０は、トランジスタをオフにする制御信号が制御信号入力部２７０に入力されたことに応じて、駆動回路２５２と基準電位との間を電気的に切断する。これにより、リレー回路２５０は、コイルに電流が流れない状態になるので、三相電源１１０と対象装置１０との間の電気的な接続を切断する。また、駆動回路２５２の一端と他端との間の電位差が予め定められた値よりも小さくなった場合にもコイルに電流が流れない状態になるので、リレー回路２５０は、三相電源１１０および対象装置１０を電気的に切断する。したがって、例えば、三相電源１１０に欠相等が生じて、駆動回路２５２の一端に入力する分圧信号が低下した場合も、リレー回路２５０は、三相電源１１０および対象装置１０を電気的に切断することになる。

このように、本実施形態に係る電源供給システム１００は、三相電源１１０に異常が発生して少なくとも一部の電源の供給が停止した場合でも、三相電源１１０と対象装置１０との間を電気的に切断して、対象装置１０を保護することができる。また、電源供給システム１００は、遠隔操作による切り換え制御と、三相電源１１０の異常発生による切り換え制御とを、共通のリレー回路２５０を用いた低コストで簡便な構成で実行することができる。

電源供給システム１００は、三相電源１１０に異常が発生して少なくとも一部の電源の供給が停止したことを検出した場合に、三相電源１１０と対象装置１０との間の電気的な接続を一時的に切断するとともに、電源の供給が停止したことを遠隔の制御装置に通知してもよい。この場合、制御装置からの制御信号に基づいてスイッチ回路２６０が動作して三相電源１１０と対象装置１０との間の電気的な接続を切断することで、三相電源１１０が故障した状態で対象装置１０に電力が供給されてしまうことを防げる。

なお、本実施形態に係る電源供給システム１００において、リレー回路２５０は、スイッチ回路２６０のトランジスタがオフになった場合に、三相電源１１０と対象装置１０との間を電気的に切断する例を説明したが、これに限定されることはない。例えば、電源供給システム１００が欠相を検出する機能を有さないシステムであってもよい。この場合、リレー回路２５０は、スイッチ回路２６０のトランジスタがオンになった場合に、三相電源１１０と対象装置１０との間の接続を電気的に切断してもよい。この場合、スイッチ回路２６０は、トランジスタをオフにする制御信号が制御信号入力部２７０に入力されたことに応じて、三相電源１１０と対象装置１０との間の接続を維持する。この場合、トランジスタをオフにする制御信号は、０Ｖであることが望ましい。

以上の本実施形態に係る電源供給システム１００において、切換装置２００の入力部２１０が配線１２０に接続され、三相電源１１０が出力する電圧をリレー回路２５０に供給する信号として利用する例を説明した。このような切換装置２００において、三相電源１１０との間の絶縁性を向上させてもよい。絶縁性を向上させた切換装置２００を備える電源供給システム１００の例について、次に説明する。

＜電源供給システム１００の第２構成例＞
図２は、本実施形態に係る電源供給システム１００の第２構成例を対象装置１０と共に示す。第２構成例の電源供給システム１００において、図１に示された本実施形態に係る電源供給システム１００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第２構成例の電源供給システム１００の切換装置２００は、トランス回路４１０を更に備える。

トランス回路４１０は、入力部２１０および整流回路２２０の間に設けられており、入力部２１０および整流回路２２０の間を電気的に絶縁する。トランス回路４１０は、第１巻線４１１と、第２巻線４１２とを有する。第１巻線４１１は入力部２１０に接続され、第２巻線４１２は整流回路２２０に接続されている。

トランス回路４１０は、入力部２１０および整流回路２２０の間を電気的に絶縁しつつ、第１巻線４１１および第２巻線４１２の巻数の比に応じた比率で三相電源１１０から出力される交流電圧を整流回路２２０に伝送する。例えば、第１巻線４１１および第２巻線４１２の巻数の比は、１対１である。この場合、整流回路２２０、平滑回路２３０、および分圧回路２４０の動作は、図１で説明した動作と同様となるので、ここでは説明を省略する。

以上のように、第２構成例の電源供給システム１００は、三相電源１１０および切換装置２００の間の絶縁性を向上させつつ、簡便な回路構成で三相電源１１０および対象装置１０の間の電気的な接続を切り換えることができる。なお、トランス回路４１０の第１巻線４１１および第２巻線４１２の巻数の比を１対１とする例を説明したが、これに限定されることはない。第１巻線４１１および第２巻線４１２の巻数の比は、目的に応じて予め定められた比に設計されていてもよい。

例えば、第２巻線４１２の巻数は、第１巻線４１１の巻数よりも少ない。これにより、平滑回路２３０の平滑信号の電圧値は、第１巻線４１１および第２巻線４１２の巻数の比に応じて低減するので、分圧回路２４０の分圧比を１対１に近づけることができる。一例として、第１巻線４１１および第２巻線４１２の巻数の比を予め設定することにより、平滑信号の電圧値を低減させて、分圧回路２４０の分圧比を１対１程度にすることができる。

このように、三相電源１１０が正常に動作している場合の平滑電圧が、リレー回路２５０の駆動回路２５２に許容される入力電圧以下、かつ、予め定められた電圧以上の範囲の電圧となるように、第１巻線４１１および第２巻線４１２の線数の比を予め設定してもよい。この場合、分圧回路２４０による平滑電圧の分圧を省くことができるので、平滑回路２３０が出力する平滑電圧をそのままリレー回路２５０に供給してもよい。このように、切換装置２００は、分圧回路２４０を省略することができるので、より簡便な回路構成で三相電源１１０および対象装置１０の間の電気的な接続を切り換えることができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

例えば、以上の説明においては、スイッチ回路２６０がリレー回路２５０と基準電位との間に設けられている構成を例示したが、スイッチ回路２６０が設けられている位置はこれに限らない。スイッチ回路２６０は、分圧回路２４０とリレー回路２５０との間に設けられていてもよい。

１０対象装置
１００電源供給システム
１１０三相電源
１２０配線
１２１第１配線
１２２第２配線
１２３第３配線
２００切換装置
２１０入力部
２１１第１入力端子
２１２第２入力端子
２１３第３入力端子
２２０整流回路
２２１第１整流回路
２２２第２整流回路
２２３第３整流回路
２３０平滑回路
２３１第１平滑回路
２３２第２平滑回路
２３３第３平滑回路
２４０分圧回路
２５０リレー回路
２５２駆動回路
２５４スイッチ素子
２６０スイッチ回路
２７０制御信号入力部
４１０トランス回路
４１１第１巻線
４１２第２巻線

Claims

三相電源の電源出力を対象装置に供給するか否かを切り換える切換装置であって、
前記三相電源のそれぞれの相に接続されている入力部と、
前記三相電源のそれぞれの相の電気信号をそれぞれ整流する整流回路と、
前記整流回路がそれぞれ出力した整流信号を平滑化する平滑回路と、
前記平滑回路を介して前記三相電源から流れる電流に基づいて、前記三相電源と前記対象装置との間を電気的に接続させるか否かを切り換えるリレー回路と、
入力する制御信号に応じて前記電流の大きさを変化させることにより前記リレー回路が前記三相電源と前記対象装置との間を電気的に接続させるか否かを切り換えるスイッチ回路と
を備える、切換装置。
前記スイッチ回路は、前記リレー回路が有するコイルにおける前記平滑回路側の一端とは反対側の他端と基準電位との間に設けられている、
請求項１に記載の切換装置。
前記整流信号を平滑化した平滑信号を分圧し、前記平滑信号を分圧した分圧信号を前記リレー回路の一端に供給する分圧回路を更に備える、請求項１又は２に記載の切換装置。
前記入力部および前記整流回路の間に設けられており、前記入力部および前記整流回路の間を電気的に絶縁するトランス回路を更に備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の切換装置。
前記トランス回路は、
前記入力部に接続される第１巻線と、
前記整流回路に接続され、前記第１巻線よりも巻数が少ない第２巻線と
を有する、請求項４に記載の切換装置。
三相電源と、
前記三相電源の電源出力を前記対象装置に供給するか否かを切り換える、請求項１から５のいずれか一項に記載の前記切換装置と
を備える、電源供給システム。