JP2704588B2 - 過電流保護装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、電源に負荷を接続した
主回路に過大電流が流れたとき、瞬時もしくは所定の遅
延時間後に主回路をしゃ断して、負荷を保護する過電流
保護装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種、装置としては、主回路の電流が
所定値以上になると瞬時あるいは限時を有して主回路を
しゃ断する静止形の過電流保護装置が用いられている。

【０００３】この継電装置は、例えば３相交流回路とし
て示される主回路の各相にそれぞれ設けた変流器の出力
端に整流回路を接続して、各相に流れる電流のうち、最
大の絶対値を有する電流に相関する直流電流を出力する
入力電流検出手段と、

【０００４】上記整流回路の出力端に、ダイオード、抵
抗を介して駆動電源用コンデンサを接続すると共に、上
記抵抗の端子間に上記主回路に流れる電流に比例した電
圧を出力する電流検出用コンデンサを接続し、上記駆動
電源用コンデンサの端子間には、ダイオードを介して主
回路に介設した回路しゃ断器をしゃ断する引外しコイル
とサイリスタを直列に挿入して、サイリスタのゲート点
弧により引外しコイルを励磁する引外しコイル励磁手段
と、

【０００５】上記駆動電源用コンデンサの端子間にトラ
ンジスタのエミッタ・コレクタ間と瞬時しゃ断電流検出
用抵抗とを直列に接続して、上記検出用抵抗に流れる電
流によって生ずる端子電圧が瞬時しゃ断の設定値を超え
たとき、瞬時に上記サイリスタをゲート点弧するように
した瞬時しゃ断手段と、

【０００６】上記電流検出用コンデンサの端子電圧から
導出した検出電圧と限時しゃ断の設定値と比較する比較
器の出力により、検出電圧が設定値以下のときは、上記
トランジスタのベース・アース間に直列に挿入した２つ
のツエナーダイオードの１つを側路させて上記駆動電源
用コンデンサの端子電圧を低く（例えば１０Ｖ）し、上
記検出電圧が設定値を超えたときは上記側路を解除し
て、上記端子電圧を高く（例えば３０Ｖ）するようにし
た駆動電源制御手段と、

【０００７】上記サイリスタのゲートに、プログラマブ
ル・ユニジャンクション・トランジスタ（以下ＰＵＴ）
のカソードを接続し、このＰＵＴは、ゲートに定電圧電
源を接続し、アノードに上記電流検出用コンデンサの出
力により限時用抵抗を介して充電される限時用コンデン
サの端子電圧を印加せしめるよう接続して、上記サイリ
スタをＰＵＴの導通によりゲート点弧せしめるようにし
た限時しゃ断手段とを具備して、主回路に過電流が流れ
たとき、瞬時もしくは限時しゃ断するようにしたものが
公知である。（実公昭６３−２１１４６号公報）

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし乍ら、上記のよ
うに構成されたものにあっては、瞬時しゃ断手段と限時
しゃ断手段は別個に設けなければならず、しかも引外し
コイルを励磁する駆動電源用コンデンサの端子電圧は、
しゃ断時には引外しコイルを確実に励磁するため高い電
圧にし、常時は低い電圧に保持するようにしてあるの
で、端子電圧を低下させるとき、コンデンサを放電させ
なければならず、この放電によって誤動作を生じるおそ
れを有し、これを防止する回路や駆動電源の制御回路、
限時しゃ断における限時用コンデンサの充電時定数を定
める抵抗回路等回路構成が複雑となり、高価なものにな
るという問題を有している。

【０００９】本発明は上述した点に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、簡略化した構成で、的確
に瞬時もしくは限時しゃ断して負荷を過電流から保護す
ることができるようにしたものを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、主回路に流れる電流を負の直流電圧として
導出し、これを基準電圧と加算した出力が負のときのみ
積分させ、この積分出力が検出電圧に達したとき、主回
路をしゃ断するように構成したことを特徴とする。

【００１１】

【作用】定常時においては、加算した出力は正であるた
め、主回路はしゃ断されない。主回路に過電流が流れた
とき、加算した出力が負となり、その大きさによって積
分した出力の傾きが変化することによって過電流の大き
さに応じた瞬時もしくは限時しゃ断の指令が送出され、
これによって主回路をしゃ断する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図１乃至図２によ
り説明する。図１は基本的な構成を示すブロック図で、
同図において、１は交流電源、２は交流電源１にトライ
アック等のスイッチング素子３を介して接続された電動
機等からなる負荷である。４は、主回路５に設けた変流
器６から接続されて、主回路５に過電流が流れたとき、
その大きさに応じて瞬時あるいは限時しゃ断の指令をゲ
ート駆動回路８を介してスイッチング素子３に送出する
ようにした過電流検出回路である。７は上記交流電源１
に接続されて、上記過電流検出回路４やゲート駆動回路
８に定電圧電源Ｖｃｃを出力するようにした制御電源回
路である。

【００１３】そして、上記過電流検出回路４を具体化し
て示す図２によってさらに説明すると、同図において、
主回路５は３相交流回路として示され、主回路５に流れ
る電流を検出するための変流器６は、３相のうち２相
（本例ではＵ，Ｖ相）にそれぞれ６ｕ，６ｖとして設け
られている。

【００１４】上記変流器６ｕ，６ｖの出力端には、ダイ
オードをブリッジ接続して形成した整流回路ＤＢ₁ ，Ｄ
Ｂ₂ の入力端がそれぞれ接続され、この整流回路Ｄ
Ｂ₁ ，ＤＢ₂ の正側出力端を回路接地し、負側出力端は
抵抗Ｒ₁ ，Ｒ₂ をそれぞれ介して回路接地して、上記抵
抗Ｒ₁ ，Ｒ₂ の端子から、上記主回路５のＵ，Ｖの各相
に流れる電流に比例した直流の負電圧Ｖｕ，Ｖｖをそれ
ぞれ出力するようになっている。

【００１５】そして、上記整流回路ＤＢ₁ の負側出力端
と抵抗Ｒ₁ の接続点に、抵抗Ｒ₃ と定電圧ダイオードＺ
Ｄ₁ を並列に接続した回路の一方端を接続し、同様に整
流回路ＤＢ₂ の負側出力端と抵抗Ｒ₂ の接続点に、抵抗
Ｒ₄ と定電圧ダイオードＺＤ₂ を並列に接続した回路の
一方端を接続し、上記抵抗Ｒ₃ と定電圧ダイオードＺＤ
₁ の並列回路の他方端と、上記抵抗Ｒ₄ と定電圧ダイオ
ードＺＤ₂ の並列回路の他方端とを共通接続し、この共
通接続点（以下、ａ点という）に、定電圧電源Ｖｃｃと
回路接地間に直列に挿入した抵抗Ｒ₅ とＲ₆ の接続点
（以下、分圧点ｂという）を抵抗Ｒ₇ を介して接続し
て、加算回路を形成し、この加算回路のａ点から、上記
抵抗Ｒ₅ ，Ｒ₆ の分圧比であらかじめ設定した基準電圧
Ｖｒｅｆと、上記整流回路ＤＢ₁ ，ＤＢ₂ の負側出力端
に接続した抵抗Ｒ₁ ，Ｒ₂ からそれぞれ出力される負電
圧Ｖｕ，Ｖｖとを加算して出力するようになっている。

【００１６】上記加算回路の出力端（ａ点）に、非反転
入力端子を回路接地した演算増幅器Ａ₁ の反転入力端子
を接続し、この演算増幅器Ａ₁ の反転入力端子に、アノ
ードが回路接地したダイオードＤ₁ のカソードを接続す
ると共に、出力端子との間にコンデンサＣ₁ を挿入して
積分回路を形成し、上記ａ点の電圧Ｖａ（即ち、Ｖｒｅ
ｆとＶｕ，Ｖｖとを加算した電圧）が負の値のときの
み、演算増幅器Ａ₁ の出力端子（ｃ点）から積分した出
力電圧Ｖｃを送出するようになっている。

【００１７】上記演算増幅器Ａ₁ の出力端には、抵抗Ｒ
₈ を介して出力端子がいわゆるオープンコレクタとなっ
た比較器ＣＯＭ₁ の非反転入力端子を接続し、この比較
器ＣＯＭ₁ の非反転入力端子と、定電圧電源Ｖｃｃに抵
抗Ｒ₁₃を介して接続された該比較器ＣＯＭ₁ の出力端子
との間に、帰還用のダイオードＤ₂ を挿入し、比較器Ｃ
ＯＭ₁ の反転入力端子には、定電圧電源Ｖｃｃと回路接
地間に直列に挿入した抵抗Ｒ₉ とＲ₁₀の接続点（以下、
ｄ点という）を、抵抗Ｒ₁₁を介して接続し、上記抵抗Ｒ
₉ の端子間に抵抗Ｒ₁₂とリセット用スイッチＳＷ₁ を直
列に接続した手動リセット回路と、初期リセット用のコ
ンデンサＣ₂ とを並列に挿入して比較回路を形成し、比
較器ＣＯＭ₁ により、上記抵抗Ｒ₉ とＲ₁₀の分圧比から
あらかじめ設定した検出電圧Ｖｄと、積分入力Ｖｃとを
比較し、積分入力Ｖｃが検出電圧Ｖｄに達したとき、該
比較器ＣＯＭ₁ の出力信号を“Ｈ”レベルに反転すると
ともに、この“Ｈ”レベルの出力信号を、上記リセット
用スイッチＳＷ₁ が閉路されるまでダイオードＤ₂ で保
持して、主回路５のスイッチング素子３のゲートに、ゲ
ート駆動回路８を介して、しゃ断指令として送出するよ
うになっている。

【００１８】そして、上記ゲート駆動回路８は、例え
ば、定電圧電源Ｖｃｃと回路接地間にホトカプラの発光
ダイオードとトランジスタのコレクタ・エミッタ間を直
列に接続し、上記トランジスタのベースにアンド回路の
出力端を接続し、このアンド回路の入力端の一方に図示
しない制御回路からの制御指令を入力させ、入力端の他
方には、ノット回路を介して上記過電流検出回路４の出
力端を接続して、定常時は、制御指令によってゲート駆
動制御を行い、過電流発生時には制御指令によるゲート
駆動を阻止してスイッチング素子３をしゃ断せしめるよ
うになっている。

【００１９】また、上記スイッチング素子３は、例え
ば、上記ゲート駆動回路の発光ダイオードの発光により
導通するホトカプラの受光トライアックを、抵抗を介し
て、主回路５に設けたトライアックの端子間に接続し
て、この主回路５のトライアックを上記受光トライアッ
クの導通によりゲート点弧せしめるようになっている。

【００２０】次に、その動作を図３及び図４と共に説明
する。図示しない電源スイッチの投入及び図示しない制
御回路からの制御指令によるスイッチング素子３のゲー
ト点弧により、交流電源１が負荷２に主回路５を介して
供給され、負荷２が駆動すると共に、制御電源回路７の
出力端から定電圧電源Ｖｃｃが過電流検出回路４、ゲー
ト駆動回路８に供給される。

【００２１】これをうけた過電流検出回路４のコンデン
サＣ₂ が充電され（リセット用スイッチＳＷ₁ は開路の
まま）、この充電電流が抵抗Ｒ₁₀に流れ、ｄ点から検出
電圧Ｖｄが出力され、比較器ＣＯＭ₁ の出力信号を
“Ｌ”レベルにする初期リセット動作が行われる。

【００２２】この際、上記検出電圧Ｖｄは、コンデンサ
Ｃ₂ の充電初期にあっては充電電流も大きいため、抵抗
Ｒ₉ とＲ₁₀の分圧比で定まる値の電圧により、高くなっ
て確実に初期リセット動作を行うことになる。

【００２３】そして、上記コンデンサＣ₂ の充電が終了
するにつれて抵抗Ｒ₉ に電流が流れ、コンデンサＣ₂ の
充電が終了すると、定電圧電源Ｖｃｃによる電流は抵抗
Ｒ₉，Ｒ₁₀に流れ、あらかじめ設定した値の検出電圧Ｖ
ｄがｄ点から比較器ＣＯＭ₁の反転入力端子に出力され
る。

【００２４】上記負荷２の応動によって、主回路５の各
相に電流が流れる。この電流は変流器６ｕ，６ｖによっ
て検出され、検出された電流は整流回路ＤＢ₁ ，ＤＢ₂
によって全波整流され、抵抗Ｒ₁ ，Ｒ₂ に主回路５の
Ｕ，Ｖ相に流れる電流に比例した負電圧Ｖｕ，Ｖｖが生
じる。この負電圧Ｖｕ，Ｖｖを基準電圧Ｖｒｅｆと加算
した電圧Ｖａがａ点から演算増幅器Ａ₁ の反転入力端子
に出力される。

【００２５】この際、加算した電圧Ｖａが、０又は正の
値の場合（Ｖａ≧０）、演算増幅器Ａ₁ は正方向の積分
動作をしないので、該増幅器Ａ₁ の出力信号は“Ｌ”レ
ベルのままである。従って、比較器ＣＯＭ₁ の出力信号
も“Ｌ”レベルであって、過電流検出回路４からしゃ断
指令は送出されないことになる。

【００２６】換言すれば、定常状態にあっては、主回路
５に流れる電流を検出した負電圧（本例ではＶｕ，Ｖ
ｖ）を、基準電圧Ｖｒｅｆと加算した結果が０又は正の
値となるよう上記基準電圧Ｖｒｅｆを負荷２からあらか
じめ設定すればよいことになる。

【００２７】主回路５に過電流が流れて、上記加算した
電圧Ｖａが、負の値になった場合（Ｖａ＜０）、演算増
幅器Ａ₁ によってコンデンサＣ₁ を通じて積分動作し、
該増幅器Ａ₁ の出力電圧Ｖｃは、図３で示すように、Ｖ
ｃ＝１／Ｃ₁ Ｒ∫Ｖａｄｔ（但し、｜Ｖａ｜＜Ｖｚ、Ｒ
≒Ｒ₃ //Ｒ₄ //Ｒ₇ ）で積分されて上昇し、この積分さ
れた電圧Ｖｃが検出電圧Ｖｄに達したとき（Ｖｃ≧Ｖ
ｄ）、比較器ＣＯＭ₁ の出力信号が“Ｈ”レベルに反転
し、（図３ＣＯＭ₁ の出力）、これがダイオードＤ₂ を
介して非反転入力端子に帰還され、この状態が保持され
る。

【００２８】上記比較器ＣＯＭ₁ の“Ｈ”レベルの出力
信号をうけたゲート駆動回路８は、例えば、ノット回路
の出力信号を“Ｌ”レベルに反転して制御指令とのアン
ド回路の出力信号を“Ｌ”レベルに反転させ、トランジ
スタをオフしてホトカプラの発光ダイオードの発光を停
止させる。

【００２９】即ち、主回路５に過電流が流れると、加算
した電圧Ｖａは負の値となり、この大きさに応じて、積
分の傾きが変化し、積分された電圧Ｖｃが検出電圧Ｖｄ
に達するまでの時間が変化して、上記検出電圧Ｖｄに達
したとき比較器ＣＯＭ₁ の出力信号が“Ｈ”レベルに反
転し、この“Ｈ”レベルの出力信号によってゲート駆動
回路８の制御指令によるゲート点弧を阻止して、スイッ
チング素子３をオフして主回路５をしゃ断し、負荷２を
過電流から保護する。

【００３０】この際、整流回路ＤＢ₁ ，ＤＢ₂ から導出
される負電圧Ｖｕ，Ｖｖの波形は、図３，図４のＶｕ，
Ｖｖで示すように、全波整流波形となるため、過電流の
大きさによって加算した電圧Ｖａが断続的に負の値とな
ってもコンデンサＣ₁ によって平滑され、積分された電
圧Ｖｃは直線的に上昇することになる。

【００３１】次に、上記整流回路ＤＢ₁ ，ＤＢ₂ から導
出した負電圧Ｖｕ，Ｖｖが定電圧ダイオードＺＤ₁ ，Ｚ
Ｄ₂ のツェナー電圧Ｖｚ₁ ，Ｖｚ₂ を超えた場合、定電
圧ダイオードＺＤ₁ ，ＺＤ₂ に抵抗Ｒ₃ ，Ｒ₄ をバイパ
スして電流が流れるため、図４に示すように、コンデン
サＣ₁ が急速充電されて積分の傾きが急となり、積分さ
れた電圧Ｖｃが急上昇して検出電圧Ｖｄに達し、比較器
ＣＯＭ₁ の出力信号を瞬時的に“Ｈ”レベルに反転し
て、しゃ断指令を送出することになる。従って、過電流
が短絡電流に近い大電流になる程瞬時に主回路をしゃ断
することになって、負荷の保護は勿論、回路素子の保護
を図ることができる。

【００３２】また、上記過電流時、演算増幅器Ａ₁ の反
転入力端子と回路接地間に挿入したダイオードＤ₁ の導
通により、上記反転入力端子の電圧が極端に低下するの
を防止して、該増幅器Ａ₁ の保護を図るようになってい
る。

【００３３】このように、過電流の大きさに応じて時限
特性を滑らかに可変することができるので、過電流継電
装置と同様の時限特性になり、負荷の突入電流等で誤動
作させることのない過電流保護を行うことができる。

【００３４】そして、過電流状態が解除されても比較器
ＣＯＭ₁ の出力信号は“Ｈ”レベルに保持されているの
で、これを解除するには上記リセット用スイッチＳＷ₁
を閉路して検出電圧Ｖｄを高い値にすることにより、Ｖ
ｃ＜Ｖｄの関係にして比較器ＣＯＭ₁ の出力信号を強制
的に“Ｌ”レベルに反転させて過電流状態の解除を行
い、次の過電流保護動作に待機する。

【００３５】上記実施例において、主回路５は３相交流
回路として説明したが、これに限定する必要はなく、単
相回路に適用することができることは勿論、要旨を変更
しない範囲で種々変形することできることは勿論であ
る。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、主回路に流れる電流を
直流の負電圧として導出するようにしてあるから、制御
電源電圧を高くすることなく構成することができ、か
つ、上記負電圧と基準電圧とを加算した電圧が負のとき
のみ積分して瞬時あるいは限時しゃ断のための過電流検
出を行うようになっているので、過電流が短絡に近い大
電流時まで検出して保護することができ、負荷の的確な
過電流保護は勿論、回路素子の保護を行うことができ
る。

【００３７】このことは負電圧と加算する基準電圧の設
定により、検出範囲をシフトすることができ、負荷の適
用範囲を拡大することができるという大きな利点とな
る。

【００３８】また、積分は加算した電圧が負のとき、そ
の大きさに応じて積分の傾きが変化するようになってい
るので、瞬時あるいは限時しゃ断の検出を別個に設ける
必要もなく、単一構成で行うことができ、制御電源の切
替え等の回路も不要となり、またこれら誤動作防止手段
も不要となって回路構成をきわめて簡略化することがで
き、装置の小型化、経済化を図って過電流を保護するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すブロック図

【図２】図１の過電流検出回路を具体化して示すブロッ
ク図

【図３】過電流検出の動作説明図

【図４】図３より大きい過電流検出の動作説明図

【符号の説明】

１ 交流電源 ２ 負荷 ３ スイッチング素子 ４ 過電流検出回路 ５ 主回路 ６ 変流器 ８ ゲート駆動回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源と、上記交流電源にスイッチン
   グ素子を介して接続された負荷と、この負荷と上記スイ
   ッチング素子との間に介挿された変流器から接続され
   て、上記スイッチング素子をオンオフ制御する過電流検
   出回路とを備える過電流保護装置において、上記過電流
   検出回路は、上記変流器の出力を整流回路を介して導出
   される負電圧とあらかじめ設定した基準電圧とを加算す
   る加算回路と、この加算回路の出力が負の値であるとき
   のみ上記加算回路の出力を積分する積分回路と、この積
   分回路の出力があらかじめ設定した検出電圧を超えたと
   き上記スイッチング素子にしゃ断指令を送出する比較回
   路とにより構成し、過電流の大きさに応じて上記積分回
   路の出力の傾きが変化することにより瞬時もしくは限時
   しゃ断を行うことを特徴とする過電流保護装置。