JP3421318B2 - 固体過負荷継電器 - Google Patents

固体過負荷継電器

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JP3421318B2
JP3421318B2 JP2000502567A JP2000502567A JP3421318B2 JP 3421318 B2 JP3421318 B2 JP 3421318B2 JP 2000502567 A JP2000502567 A JP 2000502567A JP 2000502567 A JP2000502567 A JP 2000502567A JP 3421318 B2 JP3421318 B2 JP 3421318B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】（技術分野） 本発明は、電気過負荷継電器に関し、より詳しくは、固
体多重位相過負荷継電器に関する。
【０００２】（背景技術） 過負荷継電器は、典型的には過熱に起因し、ひいては過
度の電流の流れにより生じる損傷から電気機器を保護す
るため産業設備において採用される電気スイッチであ
る。典型的な場合では、電気機器は、三相モータであ
り、これは一般に接触器と呼ばれる別の継電器を介して
電源に接続される。接触器は、典型的には遠方に位置す
る別のスイッチにより制御される。
【０００３】従来の装備においては、過負荷継電器は、
接触器を制御する制御スイッチに直列に接続される。過
負荷状態が過負荷継電器により検出されると、過負荷継
電器は、スイッチを作動し、次に電気機器への電源を遮
断する接触器を減磁し、これにより電気機器への損傷を
防止する。
【０００４】過去において、例えば、米国特許出願（Ｕ
Ｓ−Ａ−４８７６６２２およびＵＳ−Ａ−５４５７５９
１）に開示されるように、過負荷継電器は、バイメタル
素子と熱伝達関係にある抵抗性ヒータを各位相に対して
利用しており、これがスイッチを制御する。例えば、十
分な熱入力が抵抗性ヒータからバイメタル素子に存在す
るような過負荷が感知されると、バイメタル素子は、接
触器コイルを減磁し関連する電気機器を電源から切離す
ため、その関連するスイッチを開く。
【０００５】より最近には、この抵抗性ヒータとバイメ
タル素子形式の継電器は、電気過負荷継電器により代え
られた。このような継電器は、例えば、米国特許出願
（ＵＳ−Ａ−５１７９４９５）または欧州特許出願（Ｅ
Ｐ−Ａ−０４６９２０７）に開示されている。このよう
な回路の出力は、比較的に低い電力であり、この結果、
出力が接触器コイル電流を制御するためには、電気−機
械スイッチが要求される。
【０００６】ある場合において、過負荷継電器が一旦、
引外しされると、開いた位置に残り、接触器への電流の
流れを妨げ、手動でリセットしなければならない。通
常、押しボタンが採用され、これにより操作員がシステ
ムをリセットするため押しボタンを押し、過負荷継電器
の接点を閉じ、電流を再度、接触器コイルに流し、接触
器接点を閉じ、電流を電気機器に供給する。
【０００７】過負荷の期間中、従来技術の過負荷継電器
は、典型的には過負荷がある期間に発生した後、引外
す。この遅延された引外しは、信号中の小さな変動又は
雑音による厄介な引外しを防げることとなる。しかし、
これらの継電器は、典型的には、最初の過負荷の検出と
継電器の引外しの期間は、警報又はアラームを発しな
い。この結果、使用者は、過負荷が発生しているのに気
付かずに、引外しのための修正動作を取ることができな
い。
【０００８】位相喪失の期間中、従来技術の継電器は、
典型的には、位相喪失が比較的短い時間期間に存在した
後に引外す。しかし、従来技術の継電器は、これらの遅
延間隔を決定するためＲＣタイミング回路を使用する。
ＲＣタイミング回路は、熱と湿度の変化に影響され易い
ので、ＲＣ時定数は、これらの変化と共に変化し、これ
が厄介な又は誤った継電器引外しを生じさせ、これがひ
いてはモータを損傷させる。
【０００９】（発明の開示） 引外しされた後、自動的にリセットする過負荷継電器を
提供することが望ましい。この様な場合、自動リセット
回路は、リセット押しボタン又は類似の機構を操作する
ことなく継電器を自動的にリセットするため周期的にリ
セット信号を引外し機構へ送る。
【００１０】過負荷継電器にとって、継電器の引外しに
先立って過負荷警報信号又は位相喪失警報信号を提供す
ることも望ましい。この警報は、使用者に過負荷又は位
相喪失が発生したことを知らせ、モータが運転停止され
る前に修正動作を取ることを可能にする。
【００１１】更に、過負荷継電器にとって、温度及び湿
度の変動の影響の少ない正確なタイミング回路を使用す
ることが望ましい。経済的に製造できる小さなパッケー
ジの信頼性があり、且つ正確な過負荷継電器を提供する
ことも望ましい。その上、選択された過負荷の値におけ
る引外しに正確にセットできる過負荷継電器を提供する
ことが望ましい。
【００１２】本発明は、新しく且つ改善された固体過負
荷継電器を提供する。好ましい実施例においては、この
継電器は、三相負荷、典型的にはモータをモニタする。
この過負荷継電器は、複数の電流感知回路を含み、その
各々が負荷への位相入力に関連し、夫々の位相入力への
電流を表す信号を提供する。加算回路は、これらの信号
を受け、位相入力への平均電流に関する信号を与える。
電源は、基準信号を与えるため動作可能であり、ＲＣ回
路は、加算回路に接続される。比較器が基準信号及びＲ
Ｃ回路の両方に接続され、ＲＣ回路からの信号を基準信
号と比較し、平均電流信号が過負荷を示す時は、過負荷
信号を与える。スイッチが過負荷信号に応じ、負荷への
電力の流れを阻止するため使用され、このスイッチに過
負荷継電器を関連させても良い。
【００１３】好ましくは、電源は、電流センサに接続さ
れ、電力を電流センサから受ける。好ましくは、電流セ
ンサは、変流器であり、相互に並列に接続され、その入
力は、電源と直列に接続される。
【００１４】好ましくは、電圧クランプ装置が変流器と
電源の間に接続される。好ましい実施例においては、こ
のクランプ装置は、ツエナ・ダイオードである。一実施
例においては、電力ダンプ回路が電圧クランプ装置に接
続され、その電力消失を減少させる。
【００１５】好ましくは、本発明の過負荷継電器は、電
流感知装置に、具体的には、回路変圧器に位相入力の１
つの位相の喪失を感知するため加算回路に接続される障
害検出回路を含む。好ましくは、障害検出回路は、複数
の比較器を含み、各比較器が負荷の各位相に提供され、
各比較器に入力回路が提供される。各入力回路は、関連
する位相に対する電流信号を受けるため対応する電流感
知回路に接続され、平均電流信号を受け、その合計に関
する信号を対応する比較器に供給するため加算回路に接
続される。
【００１６】好ましい実施例においては、デジタル・パ
ルス拡張器回路が比較器とスイッチの間に介在し、電流
が対応する導体に存在するかどうかを示すため比較器か
らのパルス列をＤＣ信号に変換する。このデジタル・パ
ルス拡張器回路は、位相の喪失が所定の時間期間におい
て検出された後に位相喪失信号を発するデジタル位相喪
失タイマに接続される。これは、継電器が信号の小さな
変動又は雑音で引外されるのを防止する。
【００１７】本発明の別の面によれば、過負荷又は位相
喪失状態が検出された時、警報信号を発する過負荷又は
位相喪失警報回路が提供される。大体の場合において、
最初の過負荷又は位相喪失状態と継電器の引外しの間に
は遅延があるので（面倒な引外しを防止するために）、
これらの警報信号は、継電器の引外しに先立って発せら
れ、そのため操作員に過負荷又は位相喪失が発生したこ
とを警告し、これにより使用者が引外しに先立って修正
動作を取ることを可能にする。他の利点は、添付図面に
関して行われる以下の記載により明らかになる。
【００１８】（発明を実施するための最良の形態） 本発明による過負荷継電器の例示として実施例が図１に
おて概略の形態で全体的に示される。本発明は、一般的
に三相負荷に結合されるが、用途は、これに限定されな
い。位相導体は、１０、１２、１４で示され、これら
は、負荷（示されず）に接続される。個々の変流器１
６、１８、２０は、それぞれ導体１０、１２、１４に関
連し、導線２２を経由して並列に接続される。
【００１９】各変流器１６、１８、２０に関連するの
は、電流感知抵抗２４である。各変流器１６、１８、２
０とその関連する電流感知抵抗２４との間に位置するの
は、接続点２６、２８、３０であり、この接続点から関
連する位相導体を流れる電流を表す電流信号が取出され
る。ダイオード３１、３２は、位相導体の各電流信号に
対して整流器として機能し、その直流信号が線２２を経
由して全体的に３４で示される第１の電源回路に印加さ
れる。ツエナ・ダイオード３６は、電気クランプとして
共通点と第１の電源回路３４の間に位置し、具体的に
は、ダイオード３１、３２の整流器と第１の電源回路３
４の間に接続される。
【００２０】第１の電源回路３４は、負荷抵抗３８と電
圧を蓄積するコンデンサ４４を含む。全体的に示される
４８は、障害中に障害回路に給電するため（以下に詳細
に述べるように）第２の電源回路を提供する。第２の電
源回路４８は、ダイオード４０と電圧を蓄積するコンデ
ンサ４２を含む。第１の電源回路３４のコンデンサ４４
は、第２の電源回路４８とダイオード４１により分離さ
れている。以下に、より詳細に記述されるように、これ
は、コンデンサ４４に蓄積された電圧が障害中に余りに
も早く減少するのを防止する。
【００２１】好ましい実施例においては、継電器は、集
積回路５０を含む。図１に示すように、集積回路５０
は、位相喪失検出回路１００、位相喪失タイマ回路１２
０、電圧ロックアウト回路１３０、過負荷警報回路１４
０、発振回路１５０、自動リセット回路１６０、三相増
幅回路１７０、位相喪失比較回路１８０、出力ドライバ
回路１９０および警報回路２１０を含む。
【００２２】電圧ロックアウト回路１３０は、基準電圧
Ｖ＋を提供する基準電圧回路１３２を含む。この電圧
は、図１並びに図２Ａおよび２Ｂにおいて記号Ｖ＋を持
つ種々の構成部分の基準電圧として使用される。電圧ロ
ックアウト回路１３０は、比較器１３４及び分圧抵抗１
３６、１３８を含む。この抵抗１３６、１３８は、電圧
Vccを第１の電源３４から受け、この電圧に比例する電
圧１３９を発生する。電圧１３９は、基準電圧Ｖ＋と比
較するため比較器１３４に与えられる。比較器１３４
は、電圧１３９が所定値より高く且つ基準電圧Ｖ＋が安
定している時はいつでも「電力良好」信号を与える。電
圧ロックアウト回路１３０は、基準電圧が安定していな
い時に過負荷継電器が誤って引外されるのを防止するた
め利用される。電圧ロックアウト回路１３０は、第２の
電源回路４８のコンデンサ４２がソレノイドを引外すた
めに十分なエネルギを有することを保証する。
【００２３】集積回路５０の三相増幅回路１７０は、反
転演算増幅器１７２を含み、全体的に８０で示す図１の
ポテンショメータ回路に接続される。三相増幅回路１７
０およびポテンショメータ回路８０は、接続点２６、２
８、３０からの信号を加算し増幅するように構成され
る。より詳しくは、接続点２６、２８、３０からの信号
は、負であり、これらは、加算接続点４６に供給され、
この接続点は、三相増幅回路１７０の反転演算増幅器１
７２の入力に接続される。三相増幅回路１７２の正の出
力は、位相導体１０、１２、１４を流れる平均電流に比
例する。ポテンショメータ８２を含む調節可能な帰還回
路は、接続点４６と反転演算増幅器１７２の出力の間に
接続される。使用者は、この調節可能な帰還回路を選択
されたモータの過負荷アンペア数に応じて継電器を引外
すために調節することができる。
【００２４】当業者には理解されるように、反転演算増
幅器１７２の帰還構成により過負荷アンペア数の設定値
は、ポテンショメータ８２の抵抗の逆関数である。従っ
て、ポテンショメータ８２の抵抗が減少すると、アンペ
ア数の設定が増加し、この逆が成り立つ。しかし、アン
ペア数は、抵抗の逆関数であるので、ポテンショメータ
８２の抵抗が比較的に低い（アンペア数が比較的に高
い）時は、抵抗の小さな変化がアンペア数の設定に大き
な影響を有する。これに対し、ポテンショメータ８２の
抵抗が比較的に高い（アンペア数が比較的に低い）時
は、抵抗の変化は、アンペア数の設定への影響が少な
い。この結果、より高いアンペア数の設定において、ポ
テンショメータ８２を正確にセットすることは困難であ
る。その理由は、抵抗の小さな変化が結果としてアンペ
ア数の設定に実質的な変化を生じるからである。このこ
とは、固体過負荷継電器は、通常、小形であり、小さな
ポテンショメータを有するので、特に問題である。
【００２５】この問題を軽減するため、ポテンショメー
タ８２が調節されるとき、アンペア数の設定に対して、
より線形な効果を有するように、その抵抗を変化させる
のが好ましい。このことは、使用者がポテンショメータ
８２を所定のアンペア数の設定に対して、より正確に設
定することを可能にする。図３は、ポテンショメータの
ノブの回転の関数としてポテンショメータ８２の好まし
い抵抗を示す。この例において、ノブは、０度の位置か
ら２８０度の位置まで回転でき、ポテンショメータ８２
の抵抗は、ノブ回転の関数として増加する。しかし、従
来のポテンショメータとは異なり、ノブが回転される
と、ポテンショメータ８２の抵抗は、第１の直線割合で
増加しノブが所定の回転位置において第２の直線割合に
変化する。
【００２６】より詳しくは、図３に示すように、ポテン
ショメータ８２の抵抗は、ノブが約１４０度（最大回転
の約５０パーセント）回転するまでは第１の直線割合で
増加し、約１４０度から２８０度までは第２の直線割合
で増加する。この結果、ポテンショメータ８２のノブが
最大回転の約５０パーセント回転すると、ポテンショメ
ータ８２の抵抗は、その最大の５０パーセントより少な
い値だけ増加する。この点において、ノブが５０パーセ
ントを超えて回転すると、抵抗は、その約１００パーセ
ントまで、より高い直線割合で増加する。これに対し
て、従来のポテンショメータは、典型的にはノブの全体
の回転の間、単一の抵抗の直線割合を有する。２つの直
線割合を有するポテンショメータ８２は、使用者がポテ
ンショメータのノブの設定によって特定の過負荷定格を
より容易にセットすることを可能にし、特にポテンショ
メータの最少抵抗の設定（これは継電器の最大過負荷定
格に対応する）を可能にしている。
【００２７】当業者には、本質的に同じ効果、例えば、
対数割合、非直線割合、多重直線割合（２つ以上）等を
達成するため、ノブの回転に対して他の抵抗変化割合を
有するようにポテンショメータ８２を構成できることが
理解される。開示された２つの直線割合のポテンショメ
ータは、単なる例である。同様に、０から２８０度のノ
ブの回転を有する開示されたポテンショメータは、例に
過ぎなく、いかなる形式の可変抵抗も使用できる。
【００２８】反転演算増幅器１７２の出力は、抵抗器５
４、５６及びコンデンサ５８から成るＲＣ回路９０に接
続され、その出力は、集積回路５０の位相喪失比較回路
１８０に入力される。より具体的には、ＲＣ回路９０の
出力信号は、過負荷比較器１８２に入力され、基準電圧
信号Ｖ＋と比較される。この過負荷比較器１８２は、発
振を防ぐために内蔵されたヒステリシスを有する。この
構成により、平均電流を示す信号が基準電圧信号Ｖ＋を
所定の量だけ超過すると、過負荷信号が過負荷比較器１
８２の出力１８４に出される。この出力１８４は、出力
ドライバ回路１９０のＯＲゲート１９２の入力に接続さ
れ、ＯＲゲート１９２の出力は、いつ電力レベルが良好
かを示す電圧ロックアウト回路１３０の電力良好出力と
共に、ＡＮＤゲート１９４の入力に接続される。ＡＮＤ
ゲート１９４の両方の入力が存在すれば、ＡＮＤゲート
１９４は、ＭＯＳＦＥＴの出力ドライバ１９６をターン
オンするための過負荷信号を出力する。出力ドライバ１
９６は、スイッチング・トランジスタ９２に接続され
る。スイッチング・トランジスタ９２は、障害コイル・
スイッチ９４及び第２の電源回路４８と直列に接続され
ている。
【００２９】この結果、平均電流を示す信号が基準電圧
信号Ｖ＋を所定の量だけ超過または電力レベルが良好で
あると、継電器を従来の方法で機械的に引外すために障
害コイルスイッチ９４は励磁される。ＭＯＳＦＥＴの出
力ドライバ１９６は、障害コイル・スイッチ９４の動作
を可能にするために十分な長さのパルスをスイッチング
・トランジスタ９２に与えるために使用される。比較回
路１８０の比較器１８２と電圧ロックアウト回路１３０
の比較器１３４のヒステリシスは、継電器の引外しを確
保するために十分な長さのパルス幅を受ける。
【００３０】抵抗５４、５６及びコンデンサ５８から成
るＲＣ回路９０は、所定の時間期間内に引外しがあった
かどうかを決定するメモリを提供し、このメモリは、引
外しがあれば、ＲＣ回路を迅速に引外しをさせる。ＲＣ
回路９０は、さらに、負荷が過度の電力を要求する始動
時のように、短い過負荷状態を発生させるための遅延を
提供する。抵抗５４と５６及びコンデンサ５８を含むＲ
Ｃ回路９０の時定数は、コンデンサ５８の比較的遅い放
電のために比較的大きい値を有する。この結果、平均電
流の別の増加により決定された引外しの直前に以前の引
外しがあった場合、コンデンサ５８は、完全に放電せ
ず、終局的にＭＯＳＦＥＴの出力ドライバ１９６をトリ
ガするレベルに迅速に充電される。明らかに、繰返し始
動時のように、現在の引外しと以前の引外しとの間の経
過時間が短い程、より迅速に現在の引外しは発生する。
この特徴は、引外し時間があらゆる情況において一定で
ある場合に生じるような負荷の加熱を防止するために意
図されている。このような場合、相互に短時間に発生す
る引外しは、負荷の十分な冷却を許さず、損傷が生じる
結果となる。
【００３１】障害コイル・スイッチ９４が励磁される
と、第１の電源回路３４及び第２の電源回路４８は、ダ
イオード４０、コンデンサ４２及び障害コイル・スイッ
チ９４のソレノイドを経由して短絡される。この結果、
第１の電源回路３４の電圧は、障害コイル・スイッチが
励磁される期間を減少する。第１の電源回路３４の電圧
が減少して、基準電圧Ｖ＋より小さくなると、電圧ロッ
クアウト回路１３０の比較器１３４は、電力良好信号を
低下する。この状態は、ＡＮＤゲート１９４に入力さ
れ、出力ドライバ１９６をリセットし、スイッチング・
トランジスタ９２をリセットし、障害コイル・スイッチ
９４を減磁する。このことは、所定値以下の電圧の間、
出力ドライバ１９６がラッチするのを抑え、第１の電源
回路３４を短絡させ、第１の電源回路３４が正常動作電
圧に達するのを妨げる。
【００３２】過負荷継電器は、１つ又はそれ以上の位相
喪失時に引外しをする手段を提供する。即ち、位相導体
１０、１２、１４の１つの電力が無くなると、その状態
は、感知され残りの２つの動作位相の対応する増加と無
関係に引外しを生じさせる。
【００３３】より詳しくは、位相喪失検出回路１００の
一連の３つの比較器１０１、１０２、１０３は、それぞ
れ図１及び図２Ａに示す関連する位相導体を通る電流及
び全部の位相導体を通る平均電流の合計を示す信号を受
けるように接続される。図２Ａから理解できるように、
比較器１０３の入力は、導線１０６であり、２つの抵抗
１１０、１１２の接続点１０８に接続される。抵抗１１
２は、平均電流信号を受けるため演算増幅器１７２の入
力に接続され、抵抗１１０は、関連する位相導体の電流
を示す信号を受けるため接続点３０に接続される。比較
器１０１、１０２の入力も、同様な導線及び抵抗が同様
に接続される。
【００３４】比較器１０１、１０２、１０３の出力は、
それぞれ、パルス拡張回路１１４、１１６、１１８に接
続される。好ましくは、パルス拡張回路１１４、１１
６、１１８は、デジタル・タイマである。比較器１０
１、１０２、１０３の出力は、デジタル・タイマ１１
４、１１６、１１８のリセット入力に入力される。デジ
タル・タイマは、リセット入力が低状態のままである
と、タイムアウト・シーケンスを始め、所定の時間後、
より詳しくは、所定数のクロック信号を受けた後、非反
転出力を高状態（反転出力を低状態）にする。この間
に、デジタル・タイマがリセット信号を受信すると、デ
ジタル・タイマは、リセットされ、タイムアウト・シー
ケンスを再開する。デジタル・タイマの反転出力は、ミ
ラーである。この結果、位相が導体１０、１２、１４に
存する時は、パルス信号が比較器１０１、１０２、１０
３から出力されることが理解される。これらのパルス信
号は、デジタル・タイマ１１４、１１６、１１８をリセ
ットし、タイマがタイムアウト・シーケンスを完了する
のを妨げる。この結果、デジタル・タイマ１１４、１１
６、１１８の反転出力は、高状態のままである。
【００３５】デジタル・パルス拡張器１１４、１１６、
１１８の反転出力は、位相喪失タイマ回路１２０のＮＡ
ＮＤゲート１２１の入力に接続され、その出力は、ＮＡ
ＮＤゲート１２２に接続され、ＮＡＮＤゲート１２２
は、いつ電力が良好であるかを示す信号を電圧ロックア
ウト回路１３０から受ける。図２Ａは、選択的位相喪失
可能化信号１２３を示す。この選択信号も、ＮＡＮＤゲ
ート１２２に入力され、制御信号として動作する。
【００３６】ＮＡＮＤゲート１２２の出力は、位相喪失
タイマ１２４のリセット入力に入力される。好ましく
は、位相喪失タイマ１２４は、デジタル・タイマであ
る。
【００３７】従って、ＮＡＮＤゲート１２２に入力され
る信号のいずれかが低状態であれば、高信号が位相喪失
タイマ１２４のリセット入力に入力され、このタイマ１
２４がタイムアウトになるのを防止し、その非反転出力
１２６を低状態のままにすることは理解される。従っ
て、選択的位相喪失可能化信号１２３が低状態であれ
ば、位相喪失タイマ１２４は、高リセット信号を受け、
その非反転出力を高状態にすることができないことが理
解される。このことは、電力良好信号が低状態でも同様
である。位相が導体１０、１２、１４が存在すれば、Ｎ
ＡＮＤゲート１２１の出力は、低状態のままであり、Ｎ
ＡＮＤゲート１２２の出力が高状態のままにされ、位相
喪失タイマ１２４がタイムアウトになるのを防止する。
【００３８】しかし、導体１０、１２、１４の１つの位
相が喪失すると、ＮＡＮＤゲート１２１の出力は、高状
態になることが理解される。電力良好信号及び選択的位
相喪失可能化信号１２３が高状態であれば、低リセット
信号が位相喪失タイマ１２４に入力される。これによ
り、タイマ１２４は、タイムアウト・シーケンスを開始
し、所定数のクロック信号を受信した後、その非反転出
力１２６を高状態にする。デジタル・タイマ１２４は、
リセット信号が低状態になると、デジタル・タイマの非
反転出力１２６は、所定数のクロック信号を受信した
後、好ましくは、リセット信号が低状態になった後、約
２.０から２.９秒後に高状態になる。この時間期間の遅
延は、面倒な引外しを防止する。
【００３９】デジタル・タイマ１２４の非反転出力１２
６は、出力ドライバ回路１９０のＯＲゲート１９２に入
力される。上述のように、ＯＲゲート１９２の出力は、
いつ電力レベルが良好であるかを示す電圧ロックアウト
回路１３０からの信号と共にＡＮＤゲート１９４に入力
される。ＡＮＤゲート１９４の両方の入力が存在すれ
ば、ＡＮＤゲート１９４は、過負荷信号をＭＯＳＦＥＴ
の出力ドライバ１９６に供給し、障害コイル・スイッチ
９４と直列に接続されたスイッチング・トランジスタ９
２を動作させる。
【００４０】この結果、導体１０、１２、１４の少なく
とも１つの位相が喪失し、ある時間期間、好ましくは約
２.０から２.９秒にわたり位相が喪失したままである
と、継電器を従来の方法で磁気的に引外すため障害コイ
ル・スイッチ９０は、励磁される。再び、ＭＯＳＦＥＴ
の出力ドライバ１９６は、障害コイル・スイッチ９４の
動作を可能にするのに十分の長さのパルスをスイッチン
グ・トランジスタ９２に与えるため使用される。比較器
１３４のヒステリシスは、継電器の引外しを確実にする
ために十分な長さのパルス幅を受ける。
【００４１】好ましい実施例においては、パルス拡張器
１１４、１１６、１１８は、位相喪失タイマ１２４と共
に離散的ＲＣ回路タイマではなく、集積回路のデジタル
・タイマから成る。一般に、デジタル・タイマは、ＲＣ
タイマよりもより正確であり、温度及び湿度の変化に余
り影響されず、製造又は使用中に余り汚染されない。加
えて、デジタル・タイマは、集積回路で実施でき、これ
は、スペースを節約し、効率的且つ一貫した製造に便利
である。この結果、集積回路のデジタル・タイマ１１
４、１１６、１１８、１２４は、小さく且つ安価なパッ
ケージにおける信頼性のある回路を有する。
【００４２】発振回路１５０の発振器１５２は、クロッ
ク信号１５４を発生する。クロック信号１５４は、従来
の方法でタイマをクロックするためデジタル・タイマ１
１４、１１６、１１８、１２４の各々に入力される。
【００４３】好ましい実施例において、過負荷継電器
は、１４０で全体的に示される過負荷警報回路を含み、
継電器の引外しに先立って警報信号を提供する。より詳
しくは、導体１０、１２、１４を流れる平均電流を示す
増幅器１７２の出力は、比較器１４２に入力される。こ
の信号は、比較器１４２に入力される基準信号Ｖ＋と比
較される。この構成により、平均電流を示す信号が基準
信号Ｖ＋を所定値だけ超えると、比較器１４２から信号
が出力され、ＡＮＤゲート１４６に接続される。この比
較器１４２は、発振を防ぐためヒステリシスを含んでい
る。いつ電力レベルが良好であるかを示す電圧ロックア
ウト回路１３０からの信号もＡＮＤゲート１４６の入力
に印加される。両方の信号が存在すると、ＡＮＤゲート
１４６は、ＭＯＳＦＥＴのドライバ１４８のゲートに信
号を与え、共通点への警報信号路を完成する。この警報
信号路は、可聴又は可視アラーム（図示されない）の信
号路を従来の方法で完成するため使用できる。これは、
使用者に継電器の引外しに先立って過負荷状態が発生し
たという迅速な警告を与え、修正行動を取ることを可能
にする。
【００４４】位相喪失中の別個の警報回路が２１０によ
り全体的に図２Ａに示される。より詳しくは、上述のＮ
ＡＮＤゲート１２２の出力は、導体１０、１２、１４の
いずかの位相が喪失している間は、低状態であり、イン
バータ２１２に接続される。インバータ２１２は、ＮＡ
ＮＤ１２２からの信号を反転し、この信号をＭＯＳＦＥ
Ｔのドライバ２１４のゲートに入力し、共通点への位相
喪失出力信号路を完成する。共通点へのこの信号路は、
従来の方法における可聴又は可視アラーム（図示されな
い）のための信号路を完成するために使用できる。この
結果、導体１０、１２、１４のいずれかの位相が喪失す
ると、位相喪失出力信号を発することができる。この信
号は、位相喪失タイマ１２４により提供される遅延の前
に発せられる。これは、使用者に継電器の引外しに先立
って過負荷状態が発生したという迅速な警告を与え、修
正行動を取ることを可能にする。
【００４５】１つの実施例においては、過負荷継電器の
発振回路１５０は、発振器１５２、スイッチ・モード・
ドライバ１５７、デユーテイ・サイクル・スイッチ１５
８及びＭＯＳＦＥＴ１５９を含む。スイッチ・モード・
ドライバ１５７は、発振器１５２に接続され、デユーテ
イ・サイクル信号１５６を出力する。このデユーテイ・
サイクル信号１５６は、ＭＯＳＦＥＴ１５９のゲートに
接続され、第１の電源３４と共通点の間に直列に接続さ
れる。この結果、デユーテイ・サイクル信号が高状態で
あると、ＭＯＳＦＥＴ１５９は、導通し、第１の電源回
路３４は、共通点で短絡される。これは、ツエナダイオ
ード３６の電力浪費を低下させ、継電器の全体の電力消
費を低下させ、継電器により発生する熱を減少させる。
スイッチ・モード・ドライバ１５７のデユーテイ・サイ
クル信号は、デユーテイ・サイクル・スイッチ１５８を
閉じることにより選択的に変更できる。例えば、スイッ
チ・モード・ドライバ１５７は、スイッチ１５８が開い
ている時、第１のデユーテイ・サイクルを提供し、デユ
ーテイ・サイクル・スイッチ１５８が閉じている時、第
２のデユーテイ・サイクルを提供する。
【００４６】加えて、集積回路のデユーテイ・サイクル
・ピンは、図２Ｂに示すように発振器１５２に接続され
る。発振器１５２は、テスト中は、テスト入力１５３が
共通点に接続され信号が基準クロック信号１５４を不能
にする。別個の予め選択されたクロック信号は、デユー
テイ・サイクル・ピンを経由して発振器１５２に入力さ
れ、この別個の信号は、テスト・クロック信号としてク
ロック線１５４に出力される。
【００４７】本発明の電力ダンプ回路及びテスト・クロ
ック回路は、本質的に集積回路５０に含まれることが理
解される。このことは、これらの装置をデジタルで実施
することを可能にし、スペースを節約し、コンポーネン
トの数を減少させ、効率的且つ信頼性のある製造を容易
にする。
【００４８】好ましい実施例において、継電器は、全体
的に１６０及び２００で示す第１および第２の自動リセ
ット回路を含む。図１に示すように、第１の電源回路３
４は、コンデンサ２０２と抵抗２０４を含む第２の自動
リセット回路２００に接続される。正常動作中は、コン
デンサ２０２は、第１の電源回路３４の電圧に比例する
電圧を蓄積する。過負荷引外し状態の後にコンデンサ２
０２に発生した電圧は、抵抗２０４を経て減少する。ダ
イオード２０６は、第２の自動リセット回路１６０の別
の共通点(Vs)を提供する。これは、第１および第２の自
動リセット回路１６０、２００が他の継電器回路、例え
ば、第１の電源回路３４の電圧(Vcc)と共通点(Vs)の間
に接続される回路とは無関係に動作することを可能にす
る。
【００４９】第２の自動リセット回路１６０は、第１の
自動リセット回路２００のコンデンサ２０２に発生した
電圧が基準電圧以下に減少した時にパルスを提供する。
このパルスは、リセット・コイル・スイッチ２０８をラ
ッチするのに使用される。より詳しくは、コンデンサ２
０２の電圧は、抵抗１６１、１６２により分割される。
これは、コンデンサ２０２に発生した電圧に比例する電
圧信号を接続点１６３に提供する。接続点１６３の電圧
は、比較器１６４に入力される。自動リセット基準電圧
は、自動リセット基準回路１６５により提供され、この
基準電圧も、接続点１６３の電圧と比較するため比較器
１６４に入力される。接続点１６３の電圧が基準電圧以
下に減少した時、比較器１６４は、信号をパルス発生器
１６６に出力し、そのパルス信号をリセット・コイル・
スイッチ２０８と直列に接続されるスイッチング・トラ
ンジスタ２０７に出力する。この結果、スイッチング・
トランジスタ２０７がパルスをパルス発生器１６６から
受けると、コンデンサ２０２からリセット・コイル・ス
イッチ２０８を経てＶＳへの信号路を完成する。これ
は、継電器をリセットするリセット・コイル・スイッチ
２０８をラッチする。従って、障害の間、コンデンサ２
０２の電圧は、一定時間の期間に減少し、継電器をリセ
ットすることが理解される。
【００５０】前述のことから、本発明による過負荷継電
器は、ヒータの必要性およびヒータ又はこれからの熱を
消散する手段を収容する容積を除外していることが理解
される。さらに、本発明は、位相喪失の場合に負荷のい
ずれの部分も過熱される前に急速に切離しできるよう
に、残りの動作位相導体の電流レベルの増加と無関係に
引外しを可能にしている。
【００５１】デジタル・タイマ１１４、１１６、１１
８、１２４は、高度に正確なタイミング機能を提供し、
熱及び湿度の変動に余り影響されない信頼性がありコン
パクトな電気継電器を提供することが理解される。更
に、過負荷警報回路１４０は、継電器の引外しに先立っ
て警報信号を出す。この警報信号は、負荷の運転停止に
先立って使用者に警告するために使用でき、望むならば
対抗手段を取れるようにすることが理解される。加え
て、第１および第２の自動リセット回路１６０、２００
は、引外し後の自動リセット機能を有する。これは、使
用者による継電器の手動リセットの必要性が除外できる
ことが理解される。
【００５２】幾つかの場合においては、本発明を高温度
環境のような苛酷な環境において使用するのが望まし
い。従って、本発明において使用されるコンデンサは、
より高い温度において対抗し、正確に動作するように製
造される。このことは、さらに本発明の継電器がより高
い温度の定格コンデンサで一定の温度範囲において使用
される場合、そのコンデンサは、より低い温度の定格コ
ンデンサよりも実質的に長い寿命を有する利益を与え
る。この理由は、コンデンサの定格寿命が典型的には定
格電圧及び温度の関数であり、定格値より低い電圧及び
温度で動作するコンデンサがその寿命を著しく増加させ
るからである。
【００５３】事実、好ましい実施例においては、本発明
の過負荷継電器は、摂氏１０５度の定格コンデンサを使
用する。これは、高い温度環境（例えば、摂氏８５度付
近）において正確な動作を行い、実質的にコンデンサの
より長い寿命を有する。同様に、本発明において使用さ
れるコンデンサは、本発明のコンデンサに印加される電
圧が一般的に約１４.５ボルトの直流電圧の範囲内であ
るが、好ましくは、２５ボルトの直流電圧の定格を有す
る。これは、障害率を減少させ、コンデンサの寿命を実
質的に延長する。
【００５４】過負荷継電器に使用される回路板及び電気
素子の耐久性及び寿命を増加させるため、基板及び素子
をシリコーン又はポリウレタンのような保護被覆に浸漬
又は塗布しても良い。
【００５５】最後に、本発明は、多重位相負荷の過負荷
継電器であるとして説明したが、当業者には前記のもの
は単一位相の負荷保護にも有用性が見出されることが理
解される。このような場合、過負荷保護に関する限り、
本発明の利益を達成するため、３つの変流器１６、１
８、２０を経て単相導体を通過させればよい。 ［図面の簡単な説明］
【図１】本発明による過負荷継電器の概略図である。
【図２】本発明による集積回路のブロック図である。
【図３】本発明によるポテンショ・メータの抵抗対ポテ
ンショ・メータのノブ回転のグラフ図である。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02H 3/04 - 3/253 H02H 7/06 - 7/097

Claims (25)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 誘導機に電力を供給する少なくとも１つ
    の位相導体（１０、１２、１４）を監視するモニタ装置
    であって、前記モニタ装置は、 前記位相導体に流れる電流を示す少なくとも１つの電流
    信号を提供する電流感知回路（１６、１８、２０、２
    ４）と、 前記位相導体を前記誘導機から切離す切離しスイッチ
    （９４）と、 前記位相導体を前記誘導機に接続する接続スイッチ（２
    ０８）と、 前記電流感知回路に接続され、前記電流信号の少なくと
    も１つの所定の状態に応じて前記切離しスイッチを作動
    させる切離し信号を発生する障害決定回路（５０）と、 前記切離しスイッチが作動した後、前記接続スイッチを
    自動的に作動させる自動リセット信号を発生するリセッ
    ト回路（１６０、２００）と、 前記電流感知回路から前記電流信号を受け電源電圧(Vc
    c)を供給する電源回路（３４）とを含み、 前記リセット回路は、前記電源回路に接続されコンデン
    サ（２０２）および抵抗（２０４）を有する第１の自動
    リセット回路（２００）と、前記電源回路に接続され自
    動リセット基準電圧を発生する自動リセット基準回路
    （１６５）および前記自動リセット基準電圧と前記コン
    デンサの電圧に比例する電圧（１６３）とを受ける比較
    器（１６４）を有する第２の自動リセット回路（１６
    ０）とを含み、 前記第１の自動リセット回路の前記コンデンサは、正常
    動作時は前記電源電圧に比例する電圧を蓄積し、前記切
    離しスイッチが前記位相導体を前記誘導機から切離す時
    は前記抵抗を通して放電し、 前記第２の自動リセット回路の前記比較器は、前記コン
    デンサの電圧に比例する前記電圧が前記自動リセット基
    準電圧より減少するときに前記接続スイッチを自動的に
    作動させる前記自動リセット信号を発生することを特徴
    とする前記モニタ装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のモニタ装置であって、前
    記第１のリセット回路（２００）の前記コンデンサは、
    摂氏１０５度まで２５ボルトの直流電圧で動作する前記
    モニタ装置。
  3. 【請求項３】 請求項１記載のモニタ装置であって、前
    記第１のリセット回路（２００）は、保護被覆されてい
    る前記モニタ装置。
  4. 【請求項４】 請求項１記載のモニタ装置であって、前
    記障害決定回路（５０）は、デジタル・パルス拡張器
    （１１４、１１６、１１８）を有する位相喪失検出回路
    （１００）を含む前記モニタ装置。
  5. 【請求項５】 請求項１記載のモニタ装置であって、前
    記所定の状態は、前記導体の位相の喪失を含む前記モニ
    タ装置。
  6. 【請求項６】 請求項１記載のモニタ装置であって、前
    記所定の状態は、前記電流信号の少なくとも１つが所定
    値を超えることを含む前記モニタ装置。
  7. 【請求項７】 請求項６記載のモニタ装置であって、さ
    らに、前記障害決定回路に接続され、前記位相導体の電
    流の受入不可能な増加に対応する所定値を設定する調整
    可能なポテンショメータ回路（８０）を含む前記モニタ
    装置。
  8. 【請求項８】 請求項７記載のモニタ装置であって、前
    記ポテンショメータ回路（８０）は、調節時に多重直線
    割合で変化する可変抵抗（８２）を含む前記モニタ装
    置。
  9. 【請求項９】 請求項７記載のモニタ装置であって、前
    記ポテンショメータ（８０）は、調節時に非直線割合で
    変化する可変抵抗（８２）を含む前記モニタ装置。
  10. 【請求項１０】 請求項１記載のモニタ装置であって、
    前記障害決定回路（５０）は、前記位相導体の電流の受
    入不能な増加に応じて前記切離しスイッチを作動する前
    に警報信号を発生する過負荷警報回路（１４０）を含む
    前記モニタ装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１記載のモニタ装置であって、
    前記障害決定回路（５０）は、前記所定の状態の下で前
    記切離しスイッチの作動を妨げる電圧決定信号を発生す
    る電圧決定回路（１３０）を含む前記モニタ装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１１記載のモニタ装置であっ
    て、前記電圧決定回路は、保護被覆されている前記モニ
    タ装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１記載のモニタ装置であって、
    前記位相導体は、前記電流感知回路と磁気的に結合され
    ている前記モニタ装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１２記載のモニタ装置であっ
    て、前記電圧決定回路（１３０）は、基準電圧を発生す
    る基準電圧発生器（１３２）を含む前記モニタ装置。
  15. 【請求項１５】 請求項１４記載のモニタ装置であっ
    て、前記電圧決定回路（１３０）は、前記基準電圧器
    （１３２）に接続された比較器（１３４）を含み、前記
    比較器の出力は、位相喪失タイマ回路（１２０）に接続
    されるモニタ装置。
  16. 【請求項１６】 請求項１記載のモニタ装置であって、
    前記障害決定回路（５０）は、前記電流信号の少なくと
    も１つの所定の状態に応じて警報信号を発する警報回路
    （１４０）を含み、前記警報信号は、前記切離しスイッ
    チの作動に先立って発生するモニタ装置。
  17. 【請求項１７】 請求項１６記載のモニタ装置であっ
    て、更に前記位相導体の平均電流に関係する信号を提供
    する加算回路を含み、前記警報回路は、前記位相導体の
    平均電流に関係する信号を基準信号と比較し、前記平均
    電流に関係する信号が前記基準信号より大きい時に警報
    信号を発する前記モニタ装置。
  18. 【請求項１８】 請求項１６記載のモニタ装置であっ
    て、前記所定の状態は、前記位相導体の位相の喪失を含
    む前記モニタ装置。
  19. 【請求項１９】 請求項１８記載のモニタ装置であっ
    て、更に、前記位相導体の平均電流に関係する信号を提
    供する加算回路を含み、 前記障害決定回路は、前記加算回路に結合され、比較回
    路（１０１、１０２、１０３）および前記比較回路に結
    合されたデジタル・パルス拡張器回路（１１４、１１
    ６、１１８）を含む位相喪失検出回路（１００）と、前
    記位相喪失検出回路に接続された位相喪失タイマ回路
    （１２０）と、前記位相喪失タイマ回路に接続された警
    報回路（２１０）とを含む前記モニタ装置。
  20. 【請求項２０】 請求項１７又は請求項１９に記載のモ
    ニタ装置であって、更に、前記加算回路に接続された遅
    延回路（９０）を含み、前記遅延回路は、前記位相導体
    の平均電流を表す遅延された信号を発生し、遅延された
    信号は、三相比較回路（１８０）に入力され、前記三相
    比較回路は、遅延された信号が過度電流状態を示す時に
    前記切離しスイッチを作動する前記モニタ装置。
  21. 【請求項２１】 請求項２０記載のモニタ装置であっ
    て、前記遅延回路は、抵抗およびコンデンサを有するＲ
    Ｃ回路含む前記モニタ装置。
  22. 【請求項２２】 請求項２１記載モニタ装置であって、
    前記ＲＣ回路は、摂氏１０５度まで動作する定格を有す
    るコンデンサ（５８）を含む前記モニタ装置。
  23. 【請求項２３】 請求項２１記載のモニタ装置であっ
    て、前記ＲＣタイミング回路は、保護被覆される前記モ
    ニタ装置。
  24. 【請求項２４】 請求項２１記載のモニタ装置であっ
    て、前記遅延回路は、前記切離しスイッチの前の作動を
    記憶し、前記切離しスイッチが所定の以前の時間期間内
    に作動された場合に少ない遅延で接続スイッチを作動す
    る前記モニタ装置。
  25. 【請求項２５】 請求項２１記載のモニタ装置であっ
    て、更に、 基準電圧信号を発生する基準電圧発生器（１３２）を含
    み、 前記三相比較回路は、遅延された前記信号を前記基準電
    圧信号と比較する第１の比較器（１８２）を含み、 前記警報回路は、少なくとも１つの位相導体の平均電流
    に関係する前記信号を前記基準電圧信号と比較する第２
    の比較器（１４２）を含む前記モニタ装置。
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