JP3254934B2 - 電子式回路遮断器の電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電流検出変流器の出
力だけで作動する電子式回路遮断器の電源装置に関し、
変流器の出力規模を小さくしても引き外しトリップコイ
ルへの引き外し電流を確保する構成に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来の電子式回路遮断器の回路構
成を示すブロック図である。図において、１は交流電
路、ＦＦはこの交流電路１に直列接続された回路遮断器
２の主接点、３はこの主接点ＦＦを引き外すための引外
し装置例えばトリップコイル、４は交流電路１に流れる
電流を検出する変流器、５は変流器４の２次側に接続さ
れた整流回路、６は後述する開閉器１０を介して整流回
路５の出力側に接続された検出抵抗、７は上記開閉器１
０に並列接続された制御電源、８はこの制御電源７と並
列接続されて電源電圧を供給されると共に検出抵抗６と
接続されて検出された電圧信号のレベルが所定値を越え
ると所定の時間後に出力信号を出す時限回路、９は時限
回路８の出力により開より閉に操作されトリップコイル
３への通電を制御するスイッチであり、一般にサイリス
タが用いられている。１０は整流回路５の出力側に検出
抵抗６を介して接続され、制御電源７の後述のパルスデ
ューティ変調器７４の出力で開閉される例えばＮＰＮト
ランジスタを用いた開閉器である。１０ａは整流回路５
からトリップコイル３への通電路へ設けられた逆流防止
のダイオードである。

【０００３】制御電源７の構成として、７１は整流回路
５の正の出力側とトリップコイル３の間に接続された逆
流防止装置例えばダイオード、７２はダイオード７１の
カソードとトランジスタ１０のエミッタ間に接続された
平滑コンデンサ、７３はこの平滑コンデンサ７２と並列
接続された基準電圧発生回路、７４はパルスデューティ
ー変調器であり、基準電圧発生回路７３と平滑コンデン
サ７２の間に設けられ、制御電源７の出力電圧Ｖｏｕｔ
と基準電圧発生回路７３の出力電圧Ｖｒｅｆとを比較
し、出力電圧Ｖｏｕｔが出力電圧Ｖｒｅｆより越えてい
る期間に応じたパルス幅のパルス列信号をトランジスタ
１０のベースに出力する。１２は数オームの動作抵抗１
１を介して開閉器１０と並列接続された定電圧素子であ
るツェナーダイオード、１３は時限回路８からスイッチ
９に出力される動作信号をトリガ信号８Ｓとして取り込
み時に１パルスを出力する短絡制御手段であるワンパル
ス発生回路、７５はコレクタとエミッタのそれぞれが制
御手段であるパルスデューティー変調器７４の出力とし
て制御電源７の（ー）ラインに接続され、ベースにワン
パルス発生回路１３よりパルス信号を受ける例えばＮＰ
Ｎトランジスタを用いた開閉器である。

【０００４】次に動作について説明する。交流電路１に
負荷電流ＩLが流れると変流器４の２次側に交流の２次
電流が流れ、整流回路５はこの交流の２次電流を整流し
て直流電流Ｉ1に変換する。直流電流Ｉ1が小さい間は動
作抵抗１１、ダイオード７１を通して平滑コンデンサ７
２を充電し、検出抵抗６を通って整流回路５へ帰る。し
かし、負荷電流ＩLが大きくなりそれに比例して大きな
直流電流Ｉ1が平滑コンデンサ７２に流れると平滑コン
デンサ７２の充電電圧は大きくなる。そして平滑コンデ
ンサ７２の充電電圧に比例する制御電源７の出力電圧Ｖ
ｏｕｔが基準電圧発生回路７４より出力されている基準
電圧Ｖｒｅｆより大きくなると、パルスデュティー変調
器７４よりパルスが開閉器１０に出力され開閉器１０は
閉となる。従って制御電源７に流れる余剰エネルギーは
開閉器１０にバイパスされ検出抵抗６で消費される。制
御電源７のパルスデュティー変調器７４はその＋入力端
子に印加される電圧が大きくなるとその出力パルスデュ
ティーが大きくなる特性を持ち、制御電源７の出力電圧
Ｖｏｕｔをほぼ一定に保つ。

【０００５】しかしながら交流電路１に流れる負荷電流
ＩLが更に大きくなり、それに伴って検出抵抗６に流れ
る直流電流Ｉ1が増加すると、検出抵抗６の両端に発生
する電圧が上昇する。その電圧上昇を時限回路８は検出
し、所定時間後にスイッチ９に対し動作信号を出力し閉
動作させる。スイッチ９が閉すると、トリップコイル３
に後述する励磁電圧が印加され、この励磁電圧とトリッ
プコイル３のリアクタンスで決る励磁電流によって励磁
され、回路遮断器２の主接点ＦＦが引き外され交流電路
１に流れる負荷電流ＩＬを遮断する。またスイッチ９へ
の動作信号出力と同時に、トリガ信号をワンパルス発生
回路１３に出力し開閉器７５を閉とする。この結果、パ
ルスデューティー変調器７４の出力は開閉器７５を通し
て制御電源７の（ー）ライン側に導出され、パルスデュ
ーティー変調器７４より出力が出ているにも拘らず開閉
器１０は開状態となる。そのため、直流電流Ｉ1は平滑
コンデンサ７２に流れ続け充電電圧を上昇させる。充電
電圧が一定値になると定電圧素子１２はブレイクダウン
して平滑コンデンサ７２への充電電流をバイパスし、そ
の充電電圧の上昇を阻止する。この様にワンパルス発生
回路１３より１パルスが出力され開閉器１０が開の間
は、トリップコイル３に印加される励磁電圧は定電圧素
子１２のツェナー電圧と動作抵抗１１の間に発生した電
圧とを加算した値となり、通常のＶｏｕｔをトリップコ
イル３に印加した場合に比べ励磁電圧は高くなり回路遮
断器の遮断動作速度を早めるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、最近、回路遮
断器内に変流器４を内蔵して且つ回路遮断器を小型にす
る傾向がある。この場合、変流器４を小型にする必要か
ら鉄心を小さくしてさらに２次巻線の線径を細くした方
が占有体積が小さくなる。２次巻線の線径を細くすれば
インピーダンスが高くなりトリップコイル３に流れる電
流が制限されトリップコイル３の電磁力低下により遮断
速度が遅くなったり、できなくなることがある。この対
応として昇圧チョッパー回路によりコンデンサへ蓄積し
た電荷を遮断動作時にトリップコイル３に流すことがお
こなわれる。しかし昇圧チョッパー回路の作動開始時に
コンデンサへ突入電流が流れ、これが制御電源の電圧降
下を招き時限回路の時限特性の不安定、誤動作を生じる
ことがある。

【０００７】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、昇圧チョッパー回路の作動開始時
にコンデンサへ突入電流を抑制して制御電源の電圧降下
をなくして時限回路の時限特性の不安定、誤動作を防ぐ
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る電子式回路遮断器の電源装置は、交流電路に流れる電
流に対応する２次出力を得る変流器の２次側に接続され
た整流回路と、整流回路の出力が所定のレベル以上で所
定の時限継続したときトリップコイルへ通電するサイリ
スタを閉成する時限回路と、時限回路の駆動電力を整流
回路から編成する制御電源と、制御電源より定電流ダイ
オードを介して電力供給を受ける昇圧チョッパー回路
と、サイリスタを介して昇圧チョッパー回路のコンデン
サをトリップコイルに整流回路と並列接続したものであ
る。

【０００９】この発明の請求項２に係る電子式回路遮断
器の電源装置は、請求項１のものに整流回路の出力が所
定のレベル以上となったことを検知する電流検出回路
と、この電流検出回路の検知出力により上記整流回路の
出力が所定のレベル以上のとき昇圧チヨッパー回路を作
動させ、上記整流回路の出力が所定のレベル未満のとき
上記昇圧チヨッパー回路の作動を止める第２の開閉素子
とを備えたものである。

【００１０】この発明の請求項３に係る電子式回路遮断
器の電源装置は、請求項１又は請求項２のものに、時限
回路からのサイリスタ閉成信号と同時に出力される動作
信号により昇圧チヨッパー回路の作動を止める第３の開
閉素子とを備えたものである。

【００１１】

【作用】この発明に係る電子式回路遮断器の電源装置
は、制御電源の余剰電流を昇圧チョッパー回路により昇
圧しコンデンサに蓄積された高電圧の電荷をトリップコ
イル回路に印加することにより、トリップコイル回路に
回路内に含まれる変流器の２次巻線のインピーダンスを
障害とせず、トリップコイルの引き外し励磁電流をうる
ことができる。そして、昇圧チョッパー回路の作動開始
時のコンデンサへの突入電流を定電流ダイオードが抑制
して、制御電源の電圧降下による時限回路の不安定、誤
動作を防ぐ。

【００１２】また、電流検出回路により、変流器の２次
出力が所定レベルより小さいことを検知して、変流器の
２次出力が所定レベルより小さいときは第２の開閉素子
により昇圧チヨッパー回路の作動を停止して制御電源の
電力不足をなくする。

【００１３】また、時限回路からのサイリスタ閉成信号
と同時に出力される動作信号により第３の開閉素子を介
して昇圧チヨッパー回路の作動を停止することで、トリ
ップコイルへ電荷を放出した昇圧しコンデンサへの充電
電流を抑制して制御電源の電圧降下による遮断動作の不
安定をなくする。

【００１４】

【実施例】

実施例１．図１はこの発明による電子式回路遮断器の回
路構成を示すブロック図である。図において、図３と同
一符号は同一又は相当部分を示す。図において，７０は
本実施例における制御電源、１４は動作開始時にコンデ
ンサへの突入電流を抑制するための定電流ダイオード、
１５はこの定電流ダイオード１４と直列に接続されたイ
ンダクタンス、１６はフリーホイリングダイオード、１
７はフリーホイリングダイオード１６のアノード側と後
述の開閉素子２１との間に接続された逆流防止用のダイ
オード、１８はフリーホイリングダイオード１６を介し
てインダクタンス１５と接続されたコンデンサ、１９は
コンデンサ１８と並列接続された定電圧素子であるツェ
ナーダイオード、２０はコンデンサ１８と並列接続され
た放電抵抗、２３はコンデンサ１８とトリップコイル３
との間に接続された逆流防止用のダイオード、２１はダ
イオード１７のカソード側と制御電源７０の（−）ライ
ンの間に接続され、後述のパルス発振器７６の出力で開
閉される例えばＮＰＮトランジスタを用いたチョッパー
としての開閉素子である。７６は制御電源７０と並列接
続されて電源電圧を供給されると共に所定のパルス幅の
パルス列信号を開閉素子２１であるトランジスタのベー
スに出力するパルス発振器である。これらのインダクタ
ンス１５、フリーホイリングダイオード１６、コンデン
サ１８、開閉素子２１、パルス発振器７６等で昇圧チョ
ッパー回路を形成している。

【００１５】次に動作について説明する。交流電路１に
負荷電流ＩLが流れ、変流器４の２次側に電圧が誘起さ
れると、制御電源７０が作動を開始する。制御電源７０
の余剰エネルギー（電流）は昇圧チョッパー回路へ流
れ、制御電源７０の電圧がパルス発振器７６の作動可能
電圧に達すると、周知の昇圧チョッパー作用によりコン
デンサ１８の電圧は制御電源７０より高い電圧に保持さ
れコンデンサ１８へ大きな電荷が蓄えられる。

【００１６】交流電路１の負荷電流ＩLが増大し時限回
路８の作動によりスイッチ９が閉路されトリップコイル
３に引き外し電流を流すのは、上記従来例と同様であ
る。しかし、該実施例１においては、スイッチ９の閉路
により、コンデンサ１８とコンデンサ７２からの電荷
（電流）が得られ、コンデンサ１８はその電圧が高いの
で変流器４の２次巻線のインピーダンスが高くても、ト
リップコイル３の励磁電流が得られ、回路遮断器の遮断
動作が遅れがなくなる。

【００１７】昇圧チョッパー回路側のコンデンサ１８へ
はその電荷を充電するのに若干の時間をを必要とするの
で、どちらかと言えば変流器４の２次電圧の低い領域で
ある、回路遮断器の定格電流の１２５〜５００％のとき
の引き外しに有効である。定格電流の５００％を越える
領域では変流器４の２次電圧が高く、整流回路５からダ
イオード１０ａを介してトリップコイル３への励磁電流
が充分得られる。

【００１８】実施例２．図２はこの発明の実施例２を示
す電子式回路遮断器の回路構成を示すブロック図であ
る。図において、１〜２０、７０〜７６は上記実施例１
において説明のものと同一である。３１は制御電源７０
と並列接続されて電源電圧を供給されると共に検出抵抗
６と接続されて検出された電圧信号のレベルが所定値を
越えると出力信号の出力を止める電流検出回路、３２は
コレクタとエミッタのそれぞれがパルス発振器７６と制
御電源７０の（−）ラインに接続され、ベースに電流検
出回路３１より信号を受ける例えばＮＰＮトランジスタ
を用いた開閉器としての第２の開閉素子である。

【００１９】上記実施例１において、変流器４の２次出
力電圧の非常に低い領域である回路遮断器の定格電流の
７０％以内では制御電源７０と昇圧チョッパー回路の両
方を作動させるには変流器４の２次出力が不足する。そ
こで上記電流検出回路３１および第２の開閉素子３２を
設け、検出抵抗６の電圧信号のレベルが所定値以下のと
きは第２の開閉素子３２を閉路としてパルス発振器７６
の出力を短絡して昇圧チョッパーの開閉素子２１の作動
を止めて昇圧チョッパー回路への電流消費をなくして、
制御電源７０の作動エネルギーを確保する。回路遮断器
の定格電流以内では一般に回路遮断器の遮断動作は不要
であり、昇圧チョッパー回路のコンデンサ１８へのエネ
ルギー蓄積がなくても支障はない。また、交流電路１の
負荷電流が回路遮断器の定格電流近くなり電流検出回路
３１がその出力を中止すると、第２の開閉素子３２が開
路となり、昇圧チョッパー回路は作動を始める。回路遮
断器の電流遮断動作が行なわれる最低の定格電流の１２
５％では過電流状態での通電時間は規格上では１時間以
内、実機で数十分であり、電流検出回路３１が昇圧チョ
ッパーの開閉素子２１を作動可能にしてコンデンサ１８
へのエネルギー蓄積時間は充分確保できる。従って、２
次巻線のインピーダンスが高い変流器４を用いても電子
式回路遮断器としての動作に支障をなくることができ
る。

【００２０】実施例３．図３はこの発明の実施例３を示
す電子式回路遮断器の回路構成を示すブロック図であ
る。図において、１〜２０、３１、３２、７０〜７６上
記実施例２において説明のものと同一である。３３は時
限回路８からスイッチ９に出力される動作信号８０と同
時に出力される動作信号８１をベースに受け、コレクタ
とエミッタのそれぞれがパルス発振器７６と制御電源７
０の（−）ラインに接続される例えばＮＰＮトランジス
タを用いた開閉器としての第３の開閉素子である。

【００２１】上記実施例１および実施例２において、負
荷電流ＩＬが過電流引外し領域となり、時限回路８から
スイッチ９の閉路信号が出力されると、トリップコイル
３に引き外し電流が整流回路５からダイオード１０ａを
介し、コンデンサ１８からダイオード２３を介して流れ
る。このとき昇圧チョッパー回路はコンデンサ１８の再
充電のために一時的に定電流ダイオード１４の許容限度
いっぱいに制御電源７０から大きな電流が供給されよう
として、制御電源７０の電圧降下をもたらし、時限回路
８およびスイッチ９の動作を不安定にして、トリップコ
イル３への通電が途中で阻害され、回路遮断器の遮断動
作が充分になされないことがある。

【００２２】該実施例３では、時限回路８からスイッチ
９に出力される動作信号８０と同時に出力される動作信
号８１を第３の開閉素子へ入力して、第３の開閉素子を
閉路とする。これによりパルス発振器７６の出力を短絡
して開閉素子２１のチヨッパー動作中断して昇圧チョッ
パー回路の昇圧作用を停止させ、スイッチ９の閉成によ
りトリップコイル３への通電開始と同時に昇圧チョッパ
ー回路の動作を止めるので、昇圧チョッパー回路への多
大な電流の流入を抑制して、制御電源７０の電圧降下を
なくして、回路遮断器の遮断動作を安定させることがで
きる。

【００２３】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００２４】制御電源の余剰電流を昇圧チヨッパー回路
により昇圧しコンデンサに蓄積させた高電圧の電荷をト
リップコイル回路に印加することにより、トリップコイ
ル回路内に含まれる変流器の２次巻線の高インピーダン
スを障害とせず、トリップコイルの引き外し励磁電流を
得ることができ、交流電路の電流検出の変流器を小形に
できる。

【００２５】また、変流器の２次出力が所定レベルより
小さいことを検知する電流検出回路を設け、この検知結
果により変流器の２次出力が所定レベルより小さいとき
は第２の開閉素子により昇圧チヨッパー回路の作動を停
止して昇圧チヨッパー回路への電流を抑制するので制御
電源の電力不足がなくなる。

【００２６】また、時限回路からのサイリスタ閉成信号
と同時に出力される動作信号により昇圧チヨッパー回路
の作動を停止する第３の開閉素子を設けることで、トリ
ップコイルへ電荷を放出したコンデンサへの再充電電流
を抑制して制御電源の電圧降下による遮断動作の不安定
がなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１の電子式回路遮断器の回路
構成を示すブロック図である。

【図２】この発明の実施例２の電子式回路遮断器の回路
構成を示すブロック図である。

【図３】この発明の実施例３の電子式回路遮断器の回路
構成を示すブロック図である。

【図４】従来の電子式回路遮断器の回路構成を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１ 交流電路、 ２ 回路遮断器、 ３ トリップ
コイル ４ 変流器、 ５ 整流器、 ８ 時限回路、
９ サイリスタ １５ インダクタンス、 １６ フリーホイリングダ
イオード １８ コンデンサ、 ２１ 第１の開閉素子、 ３
１ 電流検出回路 ３２ 第２の開閉素子、 ３３ 第３の開閉素子 ７０ 制御電源、 ７６ パルス発振器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−26589（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−60791（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−91648（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−124215（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02H 3/08 - 3/10

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電路を開閉する遮断機構と、上記交
   流電路に流れる負荷電流に対応する２次出力を得る変流
   器と、この変流器の２次側に接続された整流回路と、こ
   の整流回路の出力が所定のレベル以上で所定の時限継続
   したときサイリスタを閉成する時限回路と、上記サイリ
   スタの閉成による上記整流回路からの通電により上記遮
   断機構を引き外し開路動作させるトリップコイルと、上
   記時限回路の駆動電力を上記整流回路から編成する制御
   電源と、この制御電源からの一方の極出力に定電流ダイ
   オードを通して直列に接続されたインダクタンスと、こ
   のインダクタンスと直列に接続された第１の開閉素子
   と、この第１の開閉素子と並列に接続されたコンデンサ
   と、前記インダクタンスを発振させ前記コンデンサの充
   電電圧を所定の電圧値に昇圧させるよう第１の開閉素子
   を制御するパルス発振器からなる昇圧チョッパー回路と
   を備え、前記コンデンサを上記サイリスタを介して上記
   トリップコイルに上記整流回路と並列に接続したことを
   特徴とする電子式回路遮断器の電源装置。
2. 【請求項２】 記整流回路の出力が所定のレベル以上と
   なったことを検知する電流検出回路と、この電流検出回
   路の検知出力により上記記整流回路の出力が所定のレベ
   ル以上のとき昇圧チョッパー回路を作動させ、上記記整
   流回路の出力が所定のレベル未満のとき上記昇圧チョッ
   パー回路の作動を止める第２の開閉素子とを備えたこと
   を特徴とする請求項１記載の電子式回路遮断器の電源装
   置。
3. 【請求項３】 時限回路からのサイリスタ閉成信号と同
   時に出力される動作信号により昇圧チョッパー回路の作
   動を止める第３の開閉素子とを備えたことを特徴とする
   請求項１または２記載の電子式回路遮断器の電源装置。