JP2511923B2 - ハイブリツド電力制御装置 - Google Patents
ハイブリツド電力制御装置Info
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- H01H47/32—Energising current supplied by semiconductor device
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- Keying Circuit Devices (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は電気的スイッチング装置、特に、並列に接続
した機械的接点及びソリッドステート・スイッチング装
置を含むハイブリッド電力制御装置に係る。
した機械的接点及びソリッドステート・スイッチング装
置を含むハイブリッド電力制御装置に係る。
航空機の電気系統に使用されるスイッチング装置はサ
イズ及び重量を極力小さく抑えると同時にワット損及び
スイッチングの際の過渡現象を最小限に抑えるよう設計
しなければならない。電気機械式継電器は定常状態にお
いて、即ち、継電器がON、接点が閉の状態において、極
めて小さいワット損を伴うだけで高い電流をスイッチン
グできるという点で有利である。また、一般に、ソリッ
ドステート電力制御装置、ソリッドステート回路遮断器
またはソリッドステート・スイッチと呼ばれるソリッド
ステート・スイッチング装置はスイッチング動作が迅速
であり、スイッチング時の過渡現象が小さい点で有利で
ある。しかし、ソリッドステート・スイッチング装置に
は、多くの場合電圧降下により約1ワット/アンペア/
極のワット損を生じるという欠点がある。例えば、2
極、12.5アンペアのソリッドステート電力制御装置であ
ってその定格ワット損が34ワット(26.5ワットの開閉損
及び7.5ワットの制御電力を含む)となるものがあり、
このソリッドステート電力制御装置と類似の機械的回路
遮断器におけるワット損が5.5ワットであるのに比較し
て不利である。その結果生じる熱放散は極めて不都合で
あり、このことは種々の用途にソリッドステート電力制
御装置を使用すること、特に比較的高い電流定格に使用
したり、既存の装置構成において機械的回路遮断器の代
わりに使用したりすることを阻む要因となる。従って、
ソリッドステート・スイッチング素子と機械的スイッチ
ング素子の双方を含み、両者の長所を利用するハイブリ
ッド電力制御装置を構成することが望ましい。
イズ及び重量を極力小さく抑えると同時にワット損及び
スイッチングの際の過渡現象を最小限に抑えるよう設計
しなければならない。電気機械式継電器は定常状態にお
いて、即ち、継電器がON、接点が閉の状態において、極
めて小さいワット損を伴うだけで高い電流をスイッチン
グできるという点で有利である。また、一般に、ソリッ
ドステート電力制御装置、ソリッドステート回路遮断器
またはソリッドステート・スイッチと呼ばれるソリッド
ステート・スイッチング装置はスイッチング動作が迅速
であり、スイッチング時の過渡現象が小さい点で有利で
ある。しかし、ソリッドステート・スイッチング装置に
は、多くの場合電圧降下により約1ワット/アンペア/
極のワット損を生じるという欠点がある。例えば、2
極、12.5アンペアのソリッドステート電力制御装置であ
ってその定格ワット損が34ワット(26.5ワットの開閉損
及び7.5ワットの制御電力を含む)となるものがあり、
このソリッドステート電力制御装置と類似の機械的回路
遮断器におけるワット損が5.5ワットであるのに比較し
て不利である。その結果生じる熱放散は極めて不都合で
あり、このことは種々の用途にソリッドステート電力制
御装置を使用すること、特に比較的高い電流定格に使用
したり、既存の装置構成において機械的回路遮断器の代
わりに使用したりすることを阻む要因となる。従って、
ソリッドステート・スイッチング素子と機械的スイッチ
ング素子の双方を含み、両者の長所を利用するハイブリ
ッド電力制御装置を構成することが望ましい。
ハイブリッド電力制御装置は低い開閉損、即ち、直列
過負荷引はずしコイルを含み、フル・サイクル、ゼロ交
差点導通及び遮断方式で突入電流過渡現象を極力小さく
し、重過負荷の故障エネルギーを極力軽減するため過電
流引はずし時間を1サイクルまたはこれよりも速くなる
ように設定した等価定格の回路遮断器のそれよりも低い
開閉損を可能にする。
過負荷引はずしコイルを含み、フル・サイクル、ゼロ交
差点導通及び遮断方式で突入電流過渡現象を極力小さく
し、重過負荷の故障エネルギーを極力軽減するため過電
流引はずし時間を1サイクルまたはこれよりも速くなる
ように設定した等価定格の回路遮断器のそれよりも低い
開閉損を可能にする。
ただし、ゼロ交差点遮断を確実にするためには、簡単
な継電器接点位置感知方法が必要である。
な継電器接点位置感知方法が必要である。
本発明の目的は機械的継電器接点及びソリッドステー
ト・スイッチング装置の並列接続を利用し、継電器接点
が開くまでソリッドステート・スイッチの遮断を遅延さ
せることができるように簡単な接点位置感知手段を含む
ハイブリッド電力制御装置を提供することにある。
ト・スイッチング装置の並列接続を利用し、継電器接点
が開くまでソリッドステート・スイッチの遮断を遅延さ
せることができるように簡単な接点位置感知手段を含む
ハイブリッド電力制御装置を提供することにある。
この目的を達成するため、本発明は、電源に接続する
入力端子と、負荷に接続する出力端子と、コイル及び1
対の機械的接点を有し、接点が入力端子と出力端子の間
に接続されている継電器と、機械的接点と並列接続され
たソリッドステート・スイッチング装置と、継電器コイ
ルの付勢及び脱勢を行う継電器制御回路と、ソリッドス
テート・スイッチング装置の導通状態を制御する駆動回
路とを含むハイブリッド電力制御装置であって、継電器
コイル電流感知回路が継電器コイルの脱勢ののち継電器
コイルを流れる電流を表す第1信号を出力することと、
駆動回路が前記信号に応答し、信号が所定値以下に低下
するとスイッチング装置を遮断することを特徴とするハ
イブリッド電力制御装置を提供する。
入力端子と、負荷に接続する出力端子と、コイル及び1
対の機械的接点を有し、接点が入力端子と出力端子の間
に接続されている継電器と、機械的接点と並列接続され
たソリッドステート・スイッチング装置と、継電器コイ
ルの付勢及び脱勢を行う継電器制御回路と、ソリッドス
テート・スイッチング装置の導通状態を制御する駆動回
路とを含むハイブリッド電力制御装置であって、継電器
コイル電流感知回路が継電器コイルの脱勢ののち継電器
コイルを流れる電流を表す第1信号を出力することと、
駆動回路が前記信号に応答し、信号が所定値以下に低下
するとスイッチング装置を遮断することを特徴とするハ
イブリッド電力制御装置を提供する。
本発明は、ハイブリッド電力制御装置の入力端子に電
力を供給し、入力端子と出力端子の間に接続されたソリ
ッドステート・スイッチング装置を導通させることによ
り負荷に給電し、継電器のコイルに電流を供給すること
により、ソリッドステート・スイッチング装置と並列に
接続されている1対の機械的接点を閉じ、コイルへの給
電と断つ段階から成る電力制御方法であって、コイルへ
の給電が断たれたのち、コイルを流れる電流を表わす信
号を形成し、信号が所定値以下に低下するとソリッドス
テート・スイッチング装置を遮断する段階を特徴とする
電力制御方法をも提案する。
力を供給し、入力端子と出力端子の間に接続されたソリ
ッドステート・スイッチング装置を導通させることによ
り負荷に給電し、継電器のコイルに電流を供給すること
により、ソリッドステート・スイッチング装置と並列に
接続されている1対の機械的接点を閉じ、コイルへの給
電と断つ段階から成る電力制御方法であって、コイルへ
の給電が断たれたのち、コイルを流れる電流を表わす信
号を形成し、信号が所定値以下に低下するとソリッドス
テート・スイッチング装置を遮断する段階を特徴とする
電力制御方法をも提案する。
本発明のハイブリッド電力制御装置は簡単な接点位置
感知手段を含み、有効なパルス幅変調方式で継電器を付
勢することによって電源回路の構成を簡単にすることが
できる。接点位置はコイルの脱勢ののち継電器コイルを
流れる電流をモニタすることによって感知される。
感知手段を含み、有効なパルス幅変調方式で継電器を付
勢することによって電源回路の構成を簡単にすることが
できる。接点位置はコイルの脱勢ののち継電器コイルを
流れる電流をモニタすることによって感知される。
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説
明する。
明する。
本発明の好ましい実施例を判り易く説明するため、先
ず、第1図に示した公知のソリッドステート電力制御装
置について考察する。第1図の機能的ブロックダイヤグ
ラムは電源に接続する入力端子12と、負荷に接続する出
力端子14との間に接続された、例えばSCRまたはトラン
ジスタ/ダイオード回路から成るソリッドステート・ス
イッチ10を示す。制御スイッチ18が閉じると電源回路16
が入力端子12から給電されて2つのレベルの直流電圧を
出力する。+DC電圧はソリッドステート・スイッチ駆動
回路に、+DC Reg電圧は低レベル論理エレクトロニクス
にそれぞれ供給される。制御スイッチ18は電源回路に給
電したり給電を停止したりすることでソリッドステート
電力制御装置をそれぞれON/OFF状態にするON/OFF制御手
段として働く。
ず、第1図に示した公知のソリッドステート電力制御装
置について考察する。第1図の機能的ブロックダイヤグ
ラムは電源に接続する入力端子12と、負荷に接続する出
力端子14との間に接続された、例えばSCRまたはトラン
ジスタ/ダイオード回路から成るソリッドステート・ス
イッチ10を示す。制御スイッチ18が閉じると電源回路16
が入力端子12から給電されて2つのレベルの直流電圧を
出力する。+DC電圧はソリッドステート・スイッチ駆動
回路に、+DC Reg電圧は低レベル論理エレクトロニクス
にそれぞれ供給される。制御スイッチ18は電源回路に給
電したり給電を停止したりすることでソリッドステート
電力制御装置をそれぞれON/OFF状態にするON/OFF制御手
段として働く。
過負荷保護回路20は変流器22によって負荷電流を感知
し、もし過負荷状態が発生しその状態が回路の電流−時
間引はずし閾値を越える時間にわたって継続すれば、制
御論理回路24へ引はずし信号を供給する。ゼロ交差点検
知回路26は電源電圧がゼロ交差すると同時に論理回路24
に同期パルスを供給し、これによりソリッドステート電
力制御装置導通/遮断信号をゲートする。フルサイクル
制御の場合には、例えば0度または180度における唯一
のゼロ交差点が利用される。
し、もし過負荷状態が発生しその状態が回路の電流−時
間引はずし閾値を越える時間にわたって継続すれば、制
御論理回路24へ引はずし信号を供給する。ゼロ交差点検
知回路26は電源電圧がゼロ交差すると同時に論理回路24
に同期パルスを供給し、これによりソリッドステート電
力制御装置導通/遮断信号をゲートする。フルサイクル
制御の場合には、例えば0度または180度における唯一
のゼロ交差点が利用される。
ソリッドステート電力制御装置のON/OFF状態を制御す
る手段として制御スイッチ18を使用する代わりに、制御
入力端子28を介して別の制御信号を利用してもよい。入
力端子28は制御/状態回路30と接続しており、回路30は
状態端子32を介して、ソリッドステート電力制御装置の
動作状態を表す信号を出力する。この状態信号は導通、
遮断、引はずし、素子故障またはこれらの状態の組合わ
せを表すことができる。論理回路24は制御/状態回路、
ゼロ交差点回路及び過負荷保護回路から入力を得て、駆
動回路34及び制御/状態回路30に信号を出力する。駆動
回路34は論理回路制御信号を増幅し、ソリッドステート
・スイッチを導通させる。この駆動回路は公知の各種分
離インターフェースによって論理回路とソリッドステー
ト・スイッチを分離する。
る手段として制御スイッチ18を使用する代わりに、制御
入力端子28を介して別の制御信号を利用してもよい。入
力端子28は制御/状態回路30と接続しており、回路30は
状態端子32を介して、ソリッドステート電力制御装置の
動作状態を表す信号を出力する。この状態信号は導通、
遮断、引はずし、素子故障またはこれらの状態の組合わ
せを表すことができる。論理回路24は制御/状態回路、
ゼロ交差点回路及び過負荷保護回路から入力を得て、駆
動回路34及び制御/状態回路30に信号を出力する。駆動
回路34は論理回路制御信号を増幅し、ソリッドステート
・スイッチを導通させる。この駆動回路は公知の各種分
離インターフェースによって論理回路とソリッドステー
ト・スイッチを分離する。
第2図は本発明の低損失ハイブリッド電力制御装置の
機能的ブロックダイヤグラムである。図から明らかなよ
うに、この電力制御装置は第1図に示した公知ソリッド
ステート電力制御装置の構成要素のほかに、ソリッドス
テート・スイッチ10と並列接続された1対の機械的接点
36、継電器制御回路38、及び継電器制御回路とのインタ
ーフェース手段を含む変形論理回路24′をも含む。機械
的継電器接点36はハイブリッド電力制御装置の開閉中に
起こる過渡状態を除いて、電力制御装置が導通状態にあ
る限り、負荷電流に低電圧損のパスを提供する。継電器
制御回路38は継電器コイルを含み、論理回路24′からの
K-ON信号に応動する。継電器制御回路はまた、ソリッド
ステート・スイッチの動作を継電器の動作と整合させる
継電器位置指示信号K-POSを論理回路24′に供給する。
機能的ブロックダイヤグラムである。図から明らかなよ
うに、この電力制御装置は第1図に示した公知ソリッド
ステート電力制御装置の構成要素のほかに、ソリッドス
テート・スイッチ10と並列接続された1対の機械的接点
36、継電器制御回路38、及び継電器制御回路とのインタ
ーフェース手段を含む変形論理回路24′をも含む。機械
的継電器接点36はハイブリッド電力制御装置の開閉中に
起こる過渡状態を除いて、電力制御装置が導通状態にあ
る限り、負荷電流に低電圧損のパスを提供する。継電器
制御回路38は継電器コイルを含み、論理回路24′からの
K-ON信号に応動する。継電器制御回路はまた、ソリッド
ステート・スイッチの動作を継電器の動作と整合させる
継電器位置指示信号K-POSを論理回路24′に供給する。
第3図は第2図に示したハイブリッド電力制御装置を
略示する回路図であり、公知の回路素子は機能ブロック
で示してある。従って、以下の説明は主として本発明に
固有の、かつ導通、遮断及び過負荷引はずしの際にソリ
ッドステート・スイッチと継電器接点を制御し、同期さ
せる論理回路及び継電器制御回路に関するものである。
略示する回路図であり、公知の回路素子は機能ブロック
で示してある。従って、以下の説明は主として本発明に
固有の、かつ導通、遮断及び過負荷引はずしの際にソリ
ッドステート・スイッチと継電器接点を制御し、同期さ
せる論理回路及び継電器制御回路に関するものである。
継電器コイルKに対する付勢手段に鑑み、開放動作を
迅速にすると共に、所要のソリッドステート電力制御回
路、電圧、コストなどに応じて選択可能な広範囲のコイ
ル電圧定格を使用できるDCタイプの継電器コイルを利用
することが望ましい。電力制御装置を115ボルトrms電力
系に使用する場合、電源電圧を全波整流しかつピーク・
フィルタリングすることによって容易に150ボルトDC濾
過電圧が得られる。本発明の目的の1つは電力損を軽減
することにあるから、この150ボルトDCを直列レギュレ
ータによって継電器コイル定格電圧に適応させるのは非
現実的である。しかし、150ボルトDC電圧をパルス幅変
調し、デューティーサイクルを変化させることによっ
て、継電器に対する広範囲の平均DC電圧を供給すること
ができる。また、継電器コイルはインダクタンスを含ん
でいるから、適当なパルス周波数及びパルス幅と共に継
電器L/R時定数を正しく利用することでコイル自体がフ
ィルタ作用を果たして連続的な継電器コイル電流を維持
することができる。
迅速にすると共に、所要のソリッドステート電力制御回
路、電圧、コストなどに応じて選択可能な広範囲のコイ
ル電圧定格を使用できるDCタイプの継電器コイルを利用
することが望ましい。電力制御装置を115ボルトrms電力
系に使用する場合、電源電圧を全波整流しかつピーク・
フィルタリングすることによって容易に150ボルトDC濾
過電圧が得られる。本発明の目的の1つは電力損を軽減
することにあるから、この150ボルトDCを直列レギュレ
ータによって継電器コイル定格電圧に適応させるのは非
現実的である。しかし、150ボルトDC電圧をパルス幅変
調し、デューティーサイクルを変化させることによっ
て、継電器に対する広範囲の平均DC電圧を供給すること
ができる。また、継電器コイルはインダクタンスを含ん
でいるから、適当なパルス周波数及びパルス幅と共に継
電器L/R時定数を正しく利用することでコイル自体がフ
ィルタ作用を果たして連続的な継電器コイル電流を維持
することができる。
この動作を行う第3図の回路では、ハイブリッド電力
制御装置がON状態なら、ダーリントン形パルス幅変調ス
イッチが継電器コイルに150ボルトDCパルスを供給する
ことによって継電器コイルKを付勢する。パルスの周波
数は周波数Fcの論理信号をこの周波数を所定の数Nで除
算する分周回路に供給するクロック発振器40によって与
えられる。その結果得られる信号の持続時間はN/Fc,周
波数はFc/Nである。継電器コイルの電圧定格が26ボルト
DC及び48ボルトDCならば、Fcの典型的な値は例えば1乃
至10KHz、Nの典型的な値は例えば4乃至8となる。
制御装置がON状態なら、ダーリントン形パルス幅変調ス
イッチが継電器コイルに150ボルトDCパルスを供給する
ことによって継電器コイルKを付勢する。パルスの周波
数は周波数Fcの論理信号をこの周波数を所定の数Nで除
算する分周回路に供給するクロック発振器40によって与
えられる。その結果得られる信号の持続時間はN/Fc,周
波数はFc/Nである。継電器コイルの電圧定格が26ボルト
DC及び48ボルトDCならば、Fcの典型的な値は例えば1乃
至10KHz、Nの典型的な値は例えば4乃至8となる。
ハイブリッド電力制御装置がON状態となると、分周器
42によって形成された論理信号がANDゲート44において
継電器ON信号K-ONと組み合わされて継電器駆動信号KDR
を形成し、継電器が付勢される。トランジスタQ3がこの
継電器駆動信号KDRを受信し、Q1-Q2パルス幅変調スイッ
チに対するベース駆動信号を出力することにより、継電
器コイルKに150ボルトDCピーク・パルスを供給する。
42によって形成された論理信号がANDゲート44において
継電器ON信号K-ONと組み合わされて継電器駆動信号KDR
を形成し、継電器が付勢される。トランジスタQ3がこの
継電器駆動信号KDRを受信し、Q1-Q2パルス幅変調スイッ
チに対するベース駆動信号を出力することにより、継電
器コイルKに150ボルトDCピーク・パルスを供給する。
ハイブリッド電力制御装置がON状態にある限り、K-ON
信号がトランジスタQ4にゲート信号を供給し、その結
果、Q4が導通し、抵抗器R4によってクランプされる。た
だし、ハイブリッド電力制御装置がOFF状態となるかま
たは引はずされると、トランジスタQ3及びQ4へのゲート
信号が同時に除かれ、その結果、継電器コイルKが脱勢
される。脱勢されたのち、コイルの磁場が崩壊する結果
として発生する電流が流れるように、継電器コイルを挟
んで分路ダイオードを接続する。このように電流の流れ
を中断させないことによって継電器接点の開放を遅延さ
せる。第3図のトランジスタQ4が遮断されると、抵抗器
R4が継電器コイル回路に挿入され、ダイオードCR2が分
路ダイオードとして作用する。その結果、コイル・イン
ダクタンス、回路抵抗と、LK(RK+R4)に比例する時定
数とで決まる速度で継電器コイルの電流IKが急速に減少
する。ただし、LKは継電器コイルのインダクタンス、RK
はコイルの抵抗である。Q4、R4高速ドロップアウト回路
のない試作回路では典型的な継電器ドロップアウト時間
が約5msであった。R4として、5.1kΩ抵抗器を使用した
ところ、この時間は約1.0乃至1.5msに短縮されたが、重
過負荷状態が発生した場合、供給電圧が400Hzであると
して、ハイブリッド電力装置は1サイクルに相当する時
間以内に引はずし可能であるから、この短縮は有意義で
ある。
信号がトランジスタQ4にゲート信号を供給し、その結
果、Q4が導通し、抵抗器R4によってクランプされる。た
だし、ハイブリッド電力制御装置がOFF状態となるかま
たは引はずされると、トランジスタQ3及びQ4へのゲート
信号が同時に除かれ、その結果、継電器コイルKが脱勢
される。脱勢されたのち、コイルの磁場が崩壊する結果
として発生する電流が流れるように、継電器コイルを挟
んで分路ダイオードを接続する。このように電流の流れ
を中断させないことによって継電器接点の開放を遅延さ
せる。第3図のトランジスタQ4が遮断されると、抵抗器
R4が継電器コイル回路に挿入され、ダイオードCR2が分
路ダイオードとして作用する。その結果、コイル・イン
ダクタンス、回路抵抗と、LK(RK+R4)に比例する時定
数とで決まる速度で継電器コイルの電流IKが急速に減少
する。ただし、LKは継電器コイルのインダクタンス、RK
はコイルの抵抗である。Q4、R4高速ドロップアウト回路
のない試作回路では典型的な継電器ドロップアウト時間
が約5msであった。R4として、5.1kΩ抵抗器を使用した
ところ、この時間は約1.0乃至1.5msに短縮されたが、重
過負荷状態が発生した場合、供給電圧が400Hzであると
して、ハイブリッド電力装置は1サイクルに相当する時
間以内に引はずし可能であるから、この短縮は有意義で
ある。
継電器コイルKが脱勢されると、コイル内磁場の崩壊
で引続き電流が流れ、従って、継電器の開放と同時に抵
抗R4間に誘導電圧が発生する。この誘導電圧は先ず極め
て急速に高いピーク電圧まで上昇してからゼロにむかっ
て減少する。継電器接極子が接点開放の方向に移動し始
めると電流崩壊速度が変化し、R4を流れる電流、従っ
て、R4間電圧の第2ピークが現れるから、限界電圧レベ
ル検知技術を利用することにより、R4電圧レベルが継電
器接点開放点以下に崩壊してソリッドステート・スイッ
チ10の開放を起動し、ハイブリッド電力制御装置遮断動
作を完了させる時点を感知することができる。従って、
比較的信頼性の低い接点位置指示装置を使用しなくて
も、抵抗R4間電圧に基づいて継電器接点位置指示信号K-
POSが得られる。ダイオードCR3、抵抗器R5、R6及びコン
デンサC1から成る回路はR4電圧信号を論理制御回路24′
の低レベル論理装置で利用するのに必要な電圧逓降、分
離及びフィルタリングを行う。
で引続き電流が流れ、従って、継電器の開放と同時に抵
抗R4間に誘導電圧が発生する。この誘導電圧は先ず極め
て急速に高いピーク電圧まで上昇してからゼロにむかっ
て減少する。継電器接極子が接点開放の方向に移動し始
めると電流崩壊速度が変化し、R4を流れる電流、従っ
て、R4間電圧の第2ピークが現れるから、限界電圧レベ
ル検知技術を利用することにより、R4電圧レベルが継電
器接点開放点以下に崩壊してソリッドステート・スイッ
チ10の開放を起動し、ハイブリッド電力制御装置遮断動
作を完了させる時点を感知することができる。従って、
比較的信頼性の低い接点位置指示装置を使用しなくて
も、抵抗R4間電圧に基づいて継電器接点位置指示信号K-
POSが得られる。ダイオードCR3、抵抗器R5、R6及びコン
デンサC1から成る回路はR4電圧信号を論理制御回路24′
の低レベル論理装置で利用するのに必要な電圧逓降、分
離及びフィルタリングを行う。
次いで第3図の回路と共に第4図の波形を参照しなが
ら、ハイブリッド電力制御装置の動作を説明する。第4
図にはタイムインターバルT1、T2、T3ごとに3列の波形
を示した。タイムインターバルT1はハイブリッド電力制
御装置の導通を表す波形を含む。波形Pinは端子12に供
給される入力である。時点t1において制御スイッチ18が
閉じて電源回路に給電する。その結果、電源回路出力電
圧+DCが上昇し、ゼロ交差点回路26から同期パルスZCO
が現れる。ZCOパルスの正の立上がり縁は正確に入力波
形の負のスロープ交差点に現れる。回路46によって与え
られる短い時間遅延に続いて、信号整形回路47の出力に
制御スイッチ時間遅延信号CSWTDが現れ、制御スイッチ1
8における接点バウンドが消えたのちに初めて電源回路
の電圧上昇を可能にする。信号成形回路47の作用によ
り、遅延信号CSWTDの電圧変化が迅速に行われる。D型
フリップフロップ48のクロック作用により時点t2におい
て次の正ZCO電圧パルスが現れるのと同時にON信号が現
れる。次いでANDゲート49の出力にK-ON信号が現れる。
従って、時点t2において駆動回路が付勢されてソリッド
ステート・スイッチ10を導通させ、端子14の出力に入力
電圧Pinを印加する一方ANDゲート44でFc/N及びK-ON信号
をゲートして継電器駆動信号を形成することにより継電
器コイルKにパルス幅変調電圧VKを供給する。尚、第4
図におけるVK、KDR及びIK信号の時間目盛は図示の目盛
よりもはるかに細かくなければならないが、波形を詳細
に図示するため、あえて粗い目盛を選んだ。
ら、ハイブリッド電力制御装置の動作を説明する。第4
図にはタイムインターバルT1、T2、T3ごとに3列の波形
を示した。タイムインターバルT1はハイブリッド電力制
御装置の導通を表す波形を含む。波形Pinは端子12に供
給される入力である。時点t1において制御スイッチ18が
閉じて電源回路に給電する。その結果、電源回路出力電
圧+DCが上昇し、ゼロ交差点回路26から同期パルスZCO
が現れる。ZCOパルスの正の立上がり縁は正確に入力波
形の負のスロープ交差点に現れる。回路46によって与え
られる短い時間遅延に続いて、信号整形回路47の出力に
制御スイッチ時間遅延信号CSWTDが現れ、制御スイッチ1
8における接点バウンドが消えたのちに初めて電源回路
の電圧上昇を可能にする。信号成形回路47の作用によ
り、遅延信号CSWTDの電圧変化が迅速に行われる。D型
フリップフロップ48のクロック作用により時点t2におい
て次の正ZCO電圧パルスが現れるのと同時にON信号が現
れる。次いでANDゲート49の出力にK-ON信号が現れる。
従って、時点t2において駆動回路が付勢されてソリッド
ステート・スイッチ10を導通させ、端子14の出力に入力
電圧Pinを印加する一方ANDゲート44でFc/N及びK-ON信号
をゲートして継電器駆動信号を形成することにより継電
器コイルKにパルス幅変調電圧VKを供給する。尚、第4
図におけるVK、KDR及びIK信号の時間目盛は図示の目盛
よりもはるかに細かくなければならないが、波形を詳細
に図示するため、あえて粗い目盛を選んだ。
第4図から明らかなように、継電器コイルのインダク
タンスによってフィルタ作用が行われるから、パルス幅
変調電圧を供給されるにも係らず、継電器コイル電流IK
は直流である。時点t3において、継電器接点36が閉じて
ソリッドステート・スイッチ10を短絡させるから、負荷
電流はすべて継電器接点を流れ、従って、スイッチ電圧
の降下及び電力損は極めて小さい。ソリッドステート・
スイッチはこの時点で電流を搬送していないがON状態の
ままであるから、例えば振動や衝撃による継電器接点の
バウンドが起こっても負荷電圧が中断されることはな
い。
タンスによってフィルタ作用が行われるから、パルス幅
変調電圧を供給されるにも係らず、継電器コイル電流IK
は直流である。時点t3において、継電器接点36が閉じて
ソリッドステート・スイッチ10を短絡させるから、負荷
電流はすべて継電器接点を流れ、従って、スイッチ電圧
の降下及び電力損は極めて小さい。ソリッドステート・
スイッチはこの時点で電流を搬送していないがON状態の
ままであるから、例えば振動や衝撃による継電器接点の
バウンドが起こっても負荷電圧が中断されることはな
い。
第4図のタイム・インターバルT2はハイブリッド電力
制御装置の遮断動作を示す。時点t4において、制御スイ
ッチ18が開いて遮断を開始し、電源回路16への給電を立
ち、その結果、この回路の出力電圧+DCが崩壊する。時
間遅延回路46の作用下に、時点t4よりも前にすでに出力
されていた制御スイッチ時間遅延信号CSWTDが時点t5に
おいてタイムアウトするのと同様に、KDR及びVK信号が
除かれる。時点t5においてK-ON信号が除かれると、トラ
ンジスタQ4が遮断され、抵抗器R4のクランプが解かれ、
その結果、抵抗器R4が継電器コイルKと直列に挿入され
る。R4の抵抗値は継電器コイル抵抗よりも高いから、継
電器コイルのエネルギーが極めて迅速に放散し、その結
果、継電器コイル電流が急速に崩壊し、継電器接点が開
く。すでに述べたように、R4間に発生する電圧パルスが
開放した継電器接点の位置を示す信号IKLを形成する。
この信号は先ず急速にピークに達してから崩壊し、時点
t6において継電器開放に伴って減少速度を緩め、最終的
にゼロにまで落ちる。ILK信号電圧が限界レベルVth以上
である限り、フリップフロップ48のD入力側のORゲート
50によって入力信号が維持されるから、フリップフロッ
プ48のON出力信号がORゲート52の出力を高く維持するこ
とにより、ソリッドステート・スイッチ10を付勢状態に
維持する。時点t7においてIKL信号がVthレベル以下に低
下すると、フリップフロップ48へのD入力信号が除かれ
る。次いで時点t8における次の正のZCOパルスで、フリ
ップフロップ48がトグル・オフすることにより、ソリッ
ドステート・スイッチを脱勢し、負荷を電源から遮断す
る。このようにして同期ゼロ交差点遮断が行われる。
制御装置の遮断動作を示す。時点t4において、制御スイ
ッチ18が開いて遮断を開始し、電源回路16への給電を立
ち、その結果、この回路の出力電圧+DCが崩壊する。時
間遅延回路46の作用下に、時点t4よりも前にすでに出力
されていた制御スイッチ時間遅延信号CSWTDが時点t5に
おいてタイムアウトするのと同様に、KDR及びVK信号が
除かれる。時点t5においてK-ON信号が除かれると、トラ
ンジスタQ4が遮断され、抵抗器R4のクランプが解かれ、
その結果、抵抗器R4が継電器コイルKと直列に挿入され
る。R4の抵抗値は継電器コイル抵抗よりも高いから、継
電器コイルのエネルギーが極めて迅速に放散し、その結
果、継電器コイル電流が急速に崩壊し、継電器接点が開
く。すでに述べたように、R4間に発生する電圧パルスが
開放した継電器接点の位置を示す信号IKLを形成する。
この信号は先ず急速にピークに達してから崩壊し、時点
t6において継電器開放に伴って減少速度を緩め、最終的
にゼロにまで落ちる。ILK信号電圧が限界レベルVth以上
である限り、フリップフロップ48のD入力側のORゲート
50によって入力信号が維持されるから、フリップフロッ
プ48のON出力信号がORゲート52の出力を高く維持するこ
とにより、ソリッドステート・スイッチ10を付勢状態に
維持する。時点t7においてIKL信号がVthレベル以下に低
下すると、フリップフロップ48へのD入力信号が除かれ
る。次いで時点t8における次の正のZCOパルスで、フリ
ップフロップ48がトグル・オフすることにより、ソリッ
ドステート・スイッチを脱勢し、負荷を電源から遮断す
る。このようにして同期ゼロ交差点遮断が行われる。
第4図におけるタイム・インターバルT3の波形はハイ
ブリッド電力制御装置の引はずし動作を示す。これらの
波形は引はずしロックアウト回路54からの出力信号TLO
がハイブリッド電力制御装置を開路させ、フルサイクル
制御が行われないことを除けばタイム・インターバルT2
における遮断を示す波形と似ている。時点t9において過
負荷保護開路20からの過電流引はずし信号に応答して引
はずしロックアウト信号TLOが発生すると同時にON、K-O
N、KDR及びVK信号がゼロとなり、継電器開放が起動され
る。ここでも継電器接極子の移動に伴って継電器電流信
号IKLが時点t10において減少速度を緩め、次いで接点t1
1においてVth電圧以下に降下して、継電器が開路したこ
とを指示する。これと同様にORゲート52の出力における
電力スイッチ駆動信号が除かれる。ソリッドステート・
スイッチ10としてシリコン制御整流器を使用した場合に
は、時点t12に示すようにSCRsの自然転流により次のゼ
ロ交差において遮断が行われる。ソリッドステート・ス
イッチとしてトランジスタを利用すれば、ORゲート52の
出力における駆動信号が除かれる時点t11に負荷電流が
遮断される。従って、フル・サイクル制御なしで過電流
障害信号に応答して迅速なハイブリッド電力制御装置の
負荷電流遮断が行われるから、引はずし時間を短縮する
ことで重過負荷電流の持続時間を制限することができ
る。本発明に従って単極1アンペア、115ボルトrms,400
Hzの電力制御装置と2極7アンペア、115ボルトrms,400
Hzの電力制御装置を構成した。1アンペア装置における
遮断時間は故障電流状態中に閉じた場合には1/2サイク
ル、すでにON状態にある時に故障信号を印加された場合
には3/4サイクルであった。また、定格1乃至12.5アン
ペアに対応する直列電流コイルをそれぞれ具備する)等
価定格の電気機械的開路遮断器で得られるよりも低いス
イッチ電圧降下が得られた。さらにまた、電力制御装置
におけるエネルギー放散は1アンペア定格では50%、1
2.5アンペア定格で70%、それぞれ軽減された。
ブリッド電力制御装置の引はずし動作を示す。これらの
波形は引はずしロックアウト回路54からの出力信号TLO
がハイブリッド電力制御装置を開路させ、フルサイクル
制御が行われないことを除けばタイム・インターバルT2
における遮断を示す波形と似ている。時点t9において過
負荷保護開路20からの過電流引はずし信号に応答して引
はずしロックアウト信号TLOが発生すると同時にON、K-O
N、KDR及びVK信号がゼロとなり、継電器開放が起動され
る。ここでも継電器接極子の移動に伴って継電器電流信
号IKLが時点t10において減少速度を緩め、次いで接点t1
1においてVth電圧以下に降下して、継電器が開路したこ
とを指示する。これと同様にORゲート52の出力における
電力スイッチ駆動信号が除かれる。ソリッドステート・
スイッチ10としてシリコン制御整流器を使用した場合に
は、時点t12に示すようにSCRsの自然転流により次のゼ
ロ交差において遮断が行われる。ソリッドステート・ス
イッチとしてトランジスタを利用すれば、ORゲート52の
出力における駆動信号が除かれる時点t11に負荷電流が
遮断される。従って、フル・サイクル制御なしで過電流
障害信号に応答して迅速なハイブリッド電力制御装置の
負荷電流遮断が行われるから、引はずし時間を短縮する
ことで重過負荷電流の持続時間を制限することができ
る。本発明に従って単極1アンペア、115ボルトrms,400
Hzの電力制御装置と2極7アンペア、115ボルトrms,400
Hzの電力制御装置を構成した。1アンペア装置における
遮断時間は故障電流状態中に閉じた場合には1/2サイク
ル、すでにON状態にある時に故障信号を印加された場合
には3/4サイクルであった。また、定格1乃至12.5アン
ペアに対応する直列電流コイルをそれぞれ具備する)等
価定格の電気機械的開路遮断器で得られるよりも低いス
イッチ電圧降下が得られた。さらにまた、電力制御装置
におけるエネルギー放散は1アンペア定格では50%、1
2.5アンペア定格で70%、それぞれ軽減された。
第3図の回路をさらに具体的に説明するため、本発明
のハイブリッド電力制御装置を構成する各素子の値を表
Iに示す。
のハイブリッド電力制御装置を構成する各素子の値を表
Iに示す。
表 I 回路素子 タイプ Q1 2N6212 Q2 MPSA93 Q3 ZVNO545B Q4 ZNNO545B CR1 5.1V CR2 1N649 CR3 1N4146 CR4 1N4146 C1 0.01μfd C2 0.068μfd C3 4.0 μfd C4 0.068μfd C5 220pfd R1 22KΩ R2 5.1KΩ R3 51 KΩ R4 5.1KΩ R5 100 KΩ R6 13 KΩ R7 51 KΩ R8 6.2KΩ R9 100 KΩ R10 100 KΩ R11 249 KΩ R12 64.9KΩ R13 100 KΩ K Backcock BR19・S662 本発明のハイブリッド電力制御装置は、ハイブリッド
電力制御装置の入力端子に電力を供給し、入力端子と出
力端子の間に接続されたソリッドステート・スイッチン
グ装置を導通させることにより負荷に給電し、継電器の
コイルに電流を供給することにより、ソリッドステート
・スイッチング装置と並列に接続されている1対の機械
的接点を閉じ、コイルへの給電と断つ段階から成る電力
制御方法であって、コイルへの給電が断たれたのち、コ
イルを流れる電流を表わす信号を形成し、信号が所定値
以下に低下するとソリッドステート・スイッチング装置
を遮断する段階を特徴とする電力制御方法に従って動作
する。
電力制御装置の入力端子に電力を供給し、入力端子と出
力端子の間に接続されたソリッドステート・スイッチン
グ装置を導通させることにより負荷に給電し、継電器の
コイルに電流を供給することにより、ソリッドステート
・スイッチング装置と並列に接続されている1対の機械
的接点を閉じ、コイルへの給電と断つ段階から成る電力
制御方法であって、コイルへの給電が断たれたのち、コ
イルを流れる電流を表わす信号を形成し、信号が所定値
以下に低下するとソリッドステート・スイッチング装置
を遮断する段階を特徴とする電力制御方法に従って動作
する。
好ましい実施例では、継電器コイルへの給電が断たれ
ると継電器コイルと直列に抵抗器が挿入されることによ
って前記信号が発生する。この信号はコイル、抵抗器及
びダイオードを含むループを循環する電流が抵抗器の両
端間に発生させる崩壊電圧の波形によって形成される。
この電圧波形は継電器接点が開き、ソリッドステート・
スイッチの遮断が可能となる時点を検知するのに利用さ
れる。好ましい実施例では、回路の能率、融通性、及び
経済性を高めるため、継電器コイルのインダクタンスを
利用してパルス幅変調駆動電圧をフィルタする。これに
より、開路時間を1サイクル以内に短縮して重故障時の
エネルギー流を制限することができ、ソリッドステート
・スイッチと継電器接点の動作を整合させてゼロ交差点
導通/遮断を同期化でき、正常動作時におけるスイッチ
損を、従ってエネルギーの放散を軽減することができ
る。
ると継電器コイルと直列に抵抗器が挿入されることによ
って前記信号が発生する。この信号はコイル、抵抗器及
びダイオードを含むループを循環する電流が抵抗器の両
端間に発生させる崩壊電圧の波形によって形成される。
この電圧波形は継電器接点が開き、ソリッドステート・
スイッチの遮断が可能となる時点を検知するのに利用さ
れる。好ましい実施例では、回路の能率、融通性、及び
経済性を高めるため、継電器コイルのインダクタンスを
利用してパルス幅変調駆動電圧をフィルタする。これに
より、開路時間を1サイクル以内に短縮して重故障時の
エネルギー流を制限することができ、ソリッドステート
・スイッチと継電器接点の動作を整合させてゼロ交差点
導通/遮断を同期化でき、正常動作時におけるスイッチ
損を、従ってエネルギーの放散を軽減することができ
る。
以上、好ましい実施例に関連して本発明を説明した
が、本発明の範囲内で種々の変更が可能であることは当
業者にとって明白であろう。例えば、種々の周波数のAC
回路に利用される、あるいはDC用として利用される多極
電力制御装置にも本発明を応用できる。従って、頭書の
特許請求の範囲はこれらの変更態様をも包含するもので
ある。
が、本発明の範囲内で種々の変更が可能であることは当
業者にとって明白であろう。例えば、種々の周波数のAC
回路に利用される、あるいはDC用として利用される多極
電力制御装置にも本発明を応用できる。従って、頭書の
特許請求の範囲はこれらの変更態様をも包含するもので
ある。
第1図は公知のソリッドステート電力制御装置を示すブ
ロックダイヤグラム。 第2図は本発明の一実施例であるハイブリッド電力制御
装置を示すブロックダイヤグラム。 第3図は第2図に示したハイブリッド電力制御装置を一
部ブロックダイヤグラムで示す回路図。 第4図は第3図図示回路の作用を示す一連の波形であ
る。 10……ソリッドステート・スイッチ 36……機械的接点 38……リレー制御回路
ロックダイヤグラム。 第2図は本発明の一実施例であるハイブリッド電力制御
装置を示すブロックダイヤグラム。 第3図は第2図に示したハイブリッド電力制御装置を一
部ブロックダイヤグラムで示す回路図。 第4図は第3図図示回路の作用を示す一連の波形であ
る。 10……ソリッドステート・スイッチ 36……機械的接点 38……リレー制御回路
Claims (7)
- 【請求項1】電源に接続する入力端子と、負荷に接続す
る出力端子と、コイル及び1対の機械的接点を有し、接
点が入力端子と出力端子の間に接続されている継電器
と、機械的接点と並列接続されたソリッドステート・ス
イッチング装置と、継電器コイルの付勢及び脱勢を行う
継電器制御回路と、ソリッドステート・スイッチング装
置の導通状態を制御する駆動回路とを含むハイブリッド
電力制御装置であって、継電器コイル電流感知回路が継
電器コイルの脱勢ののち継電器コイルを流れる電流を表
す第1信号を出力することと、駆動回路が前記信号に応
答し、信号が所定値以下に低下するとスイッチング装置
を遮断することを特徴とするハイブリッド電力制御装
置。 - 【請求項2】継電器コイル電流感知回路が継電器コイル
と直列に接続された抵抗器から成ることを特徴とする特
許請求の範囲第1項に記載のハイブリッド電力制御装
置。 - 【請求項3】継電器制御回路が抵抗器と並列の主導通パ
スを有する第2ソリッドステート・スイッチング装置を
含むことを特徴とする特許請求の範囲第2項に記載のハ
イブリッド電力制御装置。 - 【請求項4】パルス幅変調DC電源が継電器コイルに電圧
パルスを供給するようにしたことを特徴とする特許請求
の範囲第2項に記載のハイブリッド電力制御装置。 - 【請求項5】抵抗器及び継電器コイルの直列回路と並列
にダイオードを接続したことを特徴とする特許請求の範
囲第2項に記載のハイブリッド電力制御装置。 - 【請求項6】駆動回路が継電器コイルを流れる電流を表
わす第1信号にON信号を組合わせる論理回路から成り、
ON信号が第1論理レベルであるかまたは第1信号が限界
レベル以上である限りソリッドステート・スイッチング
装置を導通させることを特徴とする特許請求の範囲第1
項に記載のハイブリッド電力制御装置。 - 【請求項7】ハイブリッド電力制御装置の入力端子に電
力を供給し、入力端子と出力端子の間に接続されたソリ
ッドステート・スイッチング装置を導通させることによ
り負荷に給電し、継電器のコイルに電流を供給すること
により、ソリッドステート・スイッチング装置と並列に
接続されている1対の機械的接点を閉じ、コイルへの給
電と断つ段階から成る電力制御方法であって、コイルへ
の給電が断たれたのち、コイルを流れる電流を表わす信
号を形成し、信号が所定値以下に低下するとソリッドス
テート・スイッチング装置を遮断する段階を特徴とする
電力制御方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US06/822,715 US4704652A (en) | 1986-01-27 | 1986-01-27 | Hybrid electrical power controller |
US822715 | 1992-01-21 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62190620A JPS62190620A (ja) | 1987-08-20 |
JP2511923B2 true JP2511923B2 (ja) | 1996-07-03 |
Family
ID=25236769
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62017138A Expired - Lifetime JP2511923B2 (ja) | 1986-01-27 | 1987-01-27 | ハイブリツド電力制御装置 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4704652A (ja) |
JP (1) | JP2511923B2 (ja) |
DE (1) | DE3701916A1 (ja) |
FR (1) | FR2594257A1 (ja) |
GB (1) | GB2185856B (ja) |
Families Citing this family (41)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US5473202A (en) * | 1992-06-05 | 1995-12-05 | Brian Platner | Control unit for occupancy sensor switching of high efficiency lighting |
JP2791344B2 (ja) * | 1992-07-30 | 1998-08-27 | セイコープレシジョン株式会社 | 異常電流遮断回路 |
DE4226656A1 (de) * | 1992-08-12 | 1994-02-17 | Buderus Sell | Schaltvorrichtung für funkenfreies Schalten |
FR2696062B1 (fr) * | 1992-09-23 | 1994-12-09 | Sgs Thomson Microelectronics | Commutateur électrique de puissance commandé et procédé de commutation d'un circuit électrique de puissance. |
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DE19515417C2 (de) * | 1995-04-26 | 1998-10-15 | Siemens Ag | Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines Leistungs-MOSFET |
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