JP3633416B2 - スイッチング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は接点のアーク放電を防止したスイッチング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、負荷を接点で開閉するスイッチング装置は図５のように交流電源１に負荷２と接点３の直列回路が接続されているのが一般的であった。
【０００３】
このようなスイッチング装置の場合、交流電源１の電圧波形（図６のａ）に対して、ｔ１で接点が閉じた時はチャタリングが発生し、ｔ２で接点が開いた時は、アーク放電が発生する。図６のｂは接点に流れる電流波形を示す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のスイッチング装置の場合、高容量のヒーター負荷（例えばＡＣ１００Ｖで１ｋＷ）を頻繁に開閉する用途には、開閉によるアーク放電などで接点が摩耗しても必要とする開閉回数を満たすために大きな接点を設ける必要があった。
【０００５】
また、特開昭６０−１１９１２８号公報に示されているようなアーク放電が発生しないスイッチング装置も考えられているが、双方向性サイリスタのゲート感度が悪いために、数Ｗ〜十数Ｗの抵抗が必要となるという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、簡単な構成で、開閉時のアーク放電を抑え、接点の寿命を飛躍的に向上させるスイッチング装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明は、交流電源に対し、負荷と接点の直列回路を接続し、接点と並列に双方向性サイリスタを接続し、前記負荷と前記接点との接続点と双方向性サイリスタのゲート電極との間に抵抗とコンデンサの直列回路を接続し、双方向性サイリスタのＴ１電極とゲート電極間に抵抗を設け、前記双方向性サイリスタのＴ１電極とゲート電極間の抵抗値は前記接点が開いている間は前記双方向性サイリスタが点弧しない値に設定してあり、前記双方向性サイリスタは点弧しないが、前記接点が開閉することにより、前記接点の両端に急峻な電圧変化が生じた場合に前記双方向性サイリスタのゲートに点弧電流を流すようにしたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、交流電源に対し、負荷と接点の直列回路を接続し、接点と並列に双方向性サイリスタを接続し、前記負荷と前記接点との接続点と双方向性サイリスタのゲート電極との間に抵抗とコンデンサの直列回路を接続し、双方向性サイリスタのＴ１電極とゲート電極間に抵抗を設け、前記双方向性サイリスタのＴ１電極とゲート電極間の抵抗値は前記接点が開いている間は前記双方向性サイリスタが点弧しない値に設定してあり、前記双方向性サイリスタは点弧しないが、前記接点が開閉することにより、前記接点の両端に急峻な電圧変化が生じた場合に前記双方向性サイリスタのゲートに点弧電流を流すようにしたものであり、接点が閉じるときのチャタリングによるアーク放電、接点が開くときのアーク放電を双方向性サイリスタがオンすることにより抑制し、接点の寿命を向上させる特徴を有する。
【０００９】
請求項２記載の発明は、交流電源に対し、負荷と接点の直列回路を接続し、接点と並列に双方向性サイリスタと過電流保護素子の直列回路を接続し、前記負荷と前記接点との接続点、または双方向性サイリスタと過電流保護素子の接続点と、双方向性サイリスタのゲート電極との間に抵抗とコンデンサの直列回路を接続し、双方向性サイリスタのＴ１電極とゲート電極間に抵抗を設け、前記双方向性サイリスタのＴ１電極とゲート電極間の抵抗値は前記接点が開いている間は前記双方向性サイリスタが点弧しない値に設定してあり、前記双方向性サイリスタは点弧しないが、前記接点が開閉することにより、前記接点の両端に急峻な電圧変化が生じた場合に前記双方向性サイリスタのゲートに点弧電流を流すように構成したものであり、接点が閉じるときのチャタリングによるアーク放電、接点が開くときのアーク放電を双方向性サイリスタがオンすることにより抑制し、接点の寿命を向上させるとともに、故障などで双方向性サイリスタが短絡し連続オンしたときに、過電流保護素子が働き、双方向性サイリスタが焼損するのを防ぐ特徴を有する。
【００１０】
請求項３記載の発明は、双方向性サイリスタのＴ１電極とゲート電極間にコンデンサを設けることにより、双方向性サイリスタがノイズで誤点弧するのを防ぐ特徴を有する。
【００１１】
【実施例】
（実施例１）
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施例を示すスイッチング装置の回路図で、交流電源１に負荷２と接点３の直列回路を接続し、接点３と並列に双方向性サイリスタ４を接続し、前記負荷２と前記接点３との接続点と双方向性サイリスタ４のゲート電極との間に抵抗５コンデンサ６の直列回路を接続し、双方向性サイリスタ４のゲート電極とＴ１電極との間に抵抗７を接続している。
【００１２】
本実施例では、負荷２を１０００Ｗ（抵抗値は１０Ω）、抵抗５を１００Ω、コンデンサ６を０．１μＦ、抵抗７を４７Ωとする。
【００１３】
図４は各部の波形を表し、ａが交流電源１の電圧波形、ｂが接点３に流れる電流波形、ｃが双方向性サイリスタ４に流れる電流波形を示している。ｔ１は接点３が閉じた時点、ｔ２は接点３が開いた時点である。
以上のように構成されたスイッチング装置について、その動作を説明する。
接点３が開いている間は、負荷２により抵抗５、コンデンサ６を介して双方向性サイリスタ４のゲート電極に電圧が発生するが、双方向性サイリスタ４が点弧しない値に抵抗７の抵抗値を設定してある。接点３が閉じた時（ｔ１）負荷２を通じて接点３の両端には、急峻な電圧変化が発生する。この急峻な電圧変化により抵抗５，コンデンサ６を介して、双方向性サイリスタ４のゲート電極にパルス電流が印加され、双方向性サイリスタ４はオンする。チャタリングが発生しても、開閉する度に接点３の両端には急激な電圧変化が発生し、双方向性サイリスタ４のゲート電極には電流が流れるためにチャタリングの間は双方向性サイリスタ４はオンし、接点３のアーク放電は抑制される。
【００１４】
なお，双方向性サイリスタ４のゲート電極−Ｔ１間に抵抗が内蔵されている場合、内蔵の抵抗値によっては抵抗７はなくてもよい。
一方、接点３が開いた時（ｔ２）も、負荷２を通じて接点３の両端には急激な電圧変化が発生する。この急峻な電圧変化により抵抗５，コンデンサ６を介して、双方向性サイリスタ４のゲート電極にパルス電流が印加され、双方向性サイリスタ４はオンし、交流電源１の電圧がゼロボルトになるまでは、双方向性サイリスタ４はオンし続ける。この結果、接点３が開いた時もアーク放電は抑制される。
【００１５】
（実施例２）
図２は本発明の第２の実施例を示すスイッチング装置の回路図で、交流電源１に負荷２と接点３の直列回路を接続し、接点３と並列に双方向性サイリスタ４と電流ヒューズ８（過電流保護素子に相当する）の直列回路を接続し、前記双方向性サイリスタ４と前記電流ヒューズ８の接続点と、前記双方向性サイリスタ４のゲート電極との間に抵抗５とコンデンサ６の直列回路を接続し、双方向性サイリスタ４のゲート電極とＴ１電極との間に抵抗７を接続している。
【００１６】
以上のように構成された第２の実施例について説明する。第１の実施例において、双方向性サイリスタ４が正常時には、双方向性サイリスタ４に流れる電流は接点３が開閉する時点のみの極めて短時間であるが、双方向性サイリスタ４が故障し短絡状態になったならば、接点３が開いている間双方向性サイリスタ４に負荷電流が流れるため、電流ヒューズ８に流れる電流は双方向性サイリスタ４が正常時と異常時で大きな差がある。このため、双方向性サイリスタ４が正常時には電流ヒューズ８が溶断せず、短絡時に溶断するように電流ヒューズ８の電流容量を設定しておけば、故障などによる双方向性サイリスタ４の短絡時に電流ヒューズ８が溶断し、双方向性サイリスタ４の異常発熱による火災などの事故を未然に防ぐことができる。なお、本実施例では双方向性サイリスタ４と電流ヒューズ８の接続点と、双方向性サイリスタ４のゲート電極との間に抵抗５とコンデンサ６の直列回路を接続したが、負荷２と接点３との接続点と双方向性サイリスタ４のゲート電極との間に抵抗５とコンデンサ６の直列回路を接続しても良い。
【００１７】
（実施例３）
図３は本発明の第１の実施例と第２の実施例のスイッチング装置の双方向性サイリスタ４のゲート電極とＴ１電極との間にコンデンサ９を接続し、外来ノイズで双方向性サイリスタ４が誤点弧するのを防止している。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、接点の開閉時にのみゲート電流が発生して双方向性サイリスタがオンするので、双方向性サイリスタは小容量でよく、接点にアーク放電が発生しないので、比較的小さな接点で高電圧、大電流の開閉ができ、信頼性が向上するとともに、接点の開閉ノイズも抑制できる。また、接点はリレー接点、手動スイッチ、サーモスタットの接点などあらゆる有接点に通用するなど，優れたスイッチング装置を実現できるものである。
【００１９】
また、故障などで双方向性サイリスタが短絡し、連続オンしたときに過電流保護素子が働き、双方向性サイリスタが異常発熱するのを防ぐなど、安全性の高いスイッチング装置を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例のスイッチング装置の回路図
【図２】本発明の第２の実施例のスイッチング装置の回路図
【図３】本発明の第３の実施例のスイッチング装置の回路図
【図４】（ａ）本発明のスイッチング装置における交流電源の電圧波形図
（ｂ）本発明のスイッチング装置における接点に流れる電流波形図
（ｃ）本発明のスイッチング装置における双方向性サイリスタに流れる電流波形図
【図５】従来のスイッチング装置の回路図
【図６】（ａ）従来のスイッチング装置の交流電源の電圧波形図
（ｂ）従来のスイッチング装置の接点に流れる電流波形図
【符号の説明】
１ 交流電源
２ 負荷
３ 接点
４ 双方向性サイリスタ
５、７ 抵抗
６、９ コンデンサ
８ 電流ヒューズ
【発明の属する技術分野】
本発明は接点のアーク放電を防止したスイッチング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、負荷を接点で開閉するスイッチング装置は図５のように交流電源１に負荷２と接点３の直列回路が接続されているのが一般的であった。
【０００３】
このようなスイッチング装置の場合、交流電源１の電圧波形（図６のａ）に対して、ｔ１で接点が閉じた時はチャタリングが発生し、ｔ２で接点が開いた時は、アーク放電が発生する。図６のｂは接点に流れる電流波形を示す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のスイッチング装置の場合、高容量のヒーター負荷（例えばＡＣ１００Ｖで１ｋＷ）を頻繁に開閉する用途には、開閉によるアーク放電などで接点が摩耗しても必要とする開閉回数を満たすために大きな接点を設ける必要があった。
【０００５】
また、特開昭６０−１１９１２８号公報に示されているようなアーク放電が発生しないスイッチング装置も考えられているが、双方向性サイリスタのゲート感度が悪いために、数Ｗ〜十数Ｗの抵抗が必要となるという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、簡単な構成で、開閉時のアーク放電を抑え、接点の寿命を飛躍的に向上させるスイッチング装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明は、交流電源に対し、負荷と接点の直列回路を接続し、接点と並列に双方向性サイリスタを接続し、前記負荷と前記接点との接続点と双方向性サイリスタのゲート電極との間に抵抗とコンデンサの直列回路を接続し、双方向性サイリスタのＴ１電極とゲート電極間に抵抗を設け、前記双方向性サイリスタのＴ１電極とゲート電極間の抵抗値は前記接点が開いている間は前記双方向性サイリスタが点弧しない値に設定してあり、前記双方向性サイリスタは点弧しないが、前記接点が開閉することにより、前記接点の両端に急峻な電圧変化が生じた場合に前記双方向性サイリスタのゲートに点弧電流を流すようにしたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、交流電源に対し、負荷と接点の直列回路を接続し、接点と並列に双方向性サイリスタを接続し、前記負荷と前記接点との接続点と双方向性サイリスタのゲート電極との間に抵抗とコンデンサの直列回路を接続し、双方向性サイリスタのＴ１電極とゲート電極間に抵抗を設け、前記双方向性サイリスタのＴ１電極とゲート電極間の抵抗値は前記接点が開いている間は前記双方向性サイリスタが点弧しない値に設定してあり、前記双方向性サイリスタは点弧しないが、前記接点が開閉することにより、前記接点の両端に急峻な電圧変化が生じた場合に前記双方向性サイリスタのゲートに点弧電流を流すようにしたものであり、接点が閉じるときのチャタリングによるアーク放電、接点が開くときのアーク放電を双方向性サイリスタがオンすることにより抑制し、接点の寿命を向上させる特徴を有する。
【０００９】
請求項２記載の発明は、交流電源に対し、負荷と接点の直列回路を接続し、接点と並列に双方向性サイリスタと過電流保護素子の直列回路を接続し、前記負荷と前記接点との接続点、または双方向性サイリスタと過電流保護素子の接続点と、双方向性サイリスタのゲート電極との間に抵抗とコンデンサの直列回路を接続し、双方向性サイリスタのＴ１電極とゲート電極間に抵抗を設け、前記双方向性サイリスタのＴ１電極とゲート電極間の抵抗値は前記接点が開いている間は前記双方向性サイリスタが点弧しない値に設定してあり、前記双方向性サイリスタは点弧しないが、前記接点が開閉することにより、前記接点の両端に急峻な電圧変化が生じた場合に前記双方向性サイリスタのゲートに点弧電流を流すように構成したものであり、接点が閉じるときのチャタリングによるアーク放電、接点が開くときのアーク放電を双方向性サイリスタがオンすることにより抑制し、接点の寿命を向上させるとともに、故障などで双方向性サイリスタが短絡し連続オンしたときに、過電流保護素子が働き、双方向性サイリスタが焼損するのを防ぐ特徴を有する。
【００１０】
請求項３記載の発明は、双方向性サイリスタのＴ１電極とゲート電極間にコンデンサを設けることにより、双方向性サイリスタがノイズで誤点弧するのを防ぐ特徴を有する。
【００１１】
【実施例】
（実施例１）
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施例を示すスイッチング装置の回路図で、交流電源１に負荷２と接点３の直列回路を接続し、接点３と並列に双方向性サイリスタ４を接続し、前記負荷２と前記接点３との接続点と双方向性サイリスタ４のゲート電極との間に抵抗５コンデンサ６の直列回路を接続し、双方向性サイリスタ４のゲート電極とＴ１電極との間に抵抗７を接続している。
【００１２】
本実施例では、負荷２を１０００Ｗ（抵抗値は１０Ω）、抵抗５を１００Ω、コンデンサ６を０．１μＦ、抵抗７を４７Ωとする。
【００１３】
図４は各部の波形を表し、ａが交流電源１の電圧波形、ｂが接点３に流れる電流波形、ｃが双方向性サイリスタ４に流れる電流波形を示している。ｔ１は接点３が閉じた時点、ｔ２は接点３が開いた時点である。
以上のように構成されたスイッチング装置について、その動作を説明する。
接点３が開いている間は、負荷２により抵抗５、コンデンサ６を介して双方向性サイリスタ４のゲート電極に電圧が発生するが、双方向性サイリスタ４が点弧しない値に抵抗７の抵抗値を設定してある。接点３が閉じた時（ｔ１）負荷２を通じて接点３の両端には、急峻な電圧変化が発生する。この急峻な電圧変化により抵抗５，コンデンサ６を介して、双方向性サイリスタ４のゲート電極にパルス電流が印加され、双方向性サイリスタ４はオンする。チャタリングが発生しても、開閉する度に接点３の両端には急激な電圧変化が発生し、双方向性サイリスタ４のゲート電極には電流が流れるためにチャタリングの間は双方向性サイリスタ４はオンし、接点３のアーク放電は抑制される。
【００１４】
なお，双方向性サイリスタ４のゲート電極−Ｔ１間に抵抗が内蔵されている場合、内蔵の抵抗値によっては抵抗７はなくてもよい。
一方、接点３が開いた時（ｔ２）も、負荷２を通じて接点３の両端には急激な電圧変化が発生する。この急峻な電圧変化により抵抗５，コンデンサ６を介して、双方向性サイリスタ４のゲート電極にパルス電流が印加され、双方向性サイリスタ４はオンし、交流電源１の電圧がゼロボルトになるまでは、双方向性サイリスタ４はオンし続ける。この結果、接点３が開いた時もアーク放電は抑制される。
【００１５】
（実施例２）
図２は本発明の第２の実施例を示すスイッチング装置の回路図で、交流電源１に負荷２と接点３の直列回路を接続し、接点３と並列に双方向性サイリスタ４と電流ヒューズ８（過電流保護素子に相当する）の直列回路を接続し、前記双方向性サイリスタ４と前記電流ヒューズ８の接続点と、前記双方向性サイリスタ４のゲート電極との間に抵抗５とコンデンサ６の直列回路を接続し、双方向性サイリスタ４のゲート電極とＴ１電極との間に抵抗７を接続している。
【００１６】
以上のように構成された第２の実施例について説明する。第１の実施例において、双方向性サイリスタ４が正常時には、双方向性サイリスタ４に流れる電流は接点３が開閉する時点のみの極めて短時間であるが、双方向性サイリスタ４が故障し短絡状態になったならば、接点３が開いている間双方向性サイリスタ４に負荷電流が流れるため、電流ヒューズ８に流れる電流は双方向性サイリスタ４が正常時と異常時で大きな差がある。このため、双方向性サイリスタ４が正常時には電流ヒューズ８が溶断せず、短絡時に溶断するように電流ヒューズ８の電流容量を設定しておけば、故障などによる双方向性サイリスタ４の短絡時に電流ヒューズ８が溶断し、双方向性サイリスタ４の異常発熱による火災などの事故を未然に防ぐことができる。なお、本実施例では双方向性サイリスタ４と電流ヒューズ８の接続点と、双方向性サイリスタ４のゲート電極との間に抵抗５とコンデンサ６の直列回路を接続したが、負荷２と接点３との接続点と双方向性サイリスタ４のゲート電極との間に抵抗５とコンデンサ６の直列回路を接続しても良い。
【００１７】
（実施例３）
図３は本発明の第１の実施例と第２の実施例のスイッチング装置の双方向性サイリスタ４のゲート電極とＴ１電極との間にコンデンサ９を接続し、外来ノイズで双方向性サイリスタ４が誤点弧するのを防止している。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、接点の開閉時にのみゲート電流が発生して双方向性サイリスタがオンするので、双方向性サイリスタは小容量でよく、接点にアーク放電が発生しないので、比較的小さな接点で高電圧、大電流の開閉ができ、信頼性が向上するとともに、接点の開閉ノイズも抑制できる。また、接点はリレー接点、手動スイッチ、サーモスタットの接点などあらゆる有接点に通用するなど，優れたスイッチング装置を実現できるものである。
【００１９】
また、故障などで双方向性サイリスタが短絡し、連続オンしたときに過電流保護素子が働き、双方向性サイリスタが異常発熱するのを防ぐなど、安全性の高いスイッチング装置を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例のスイッチング装置の回路図
【図２】本発明の第２の実施例のスイッチング装置の回路図
【図３】本発明の第３の実施例のスイッチング装置の回路図
【図４】（ａ）本発明のスイッチング装置における交流電源の電圧波形図
（ｂ）本発明のスイッチング装置における接点に流れる電流波形図
（ｃ）本発明のスイッチング装置における双方向性サイリスタに流れる電流波形図
【図５】従来のスイッチング装置の回路図
【図６】（ａ）従来のスイッチング装置の交流電源の電圧波形図
（ｂ）従来のスイッチング装置の接点に流れる電流波形図
【符号の説明】
１ 交流電源
２ 負荷
３ 接点
４ 双方向性サイリスタ
５、７ 抵抗
６、９ コンデンサ
８ 電流ヒューズ
Claims (3)
- 交流電源に対し、負荷と接点の直列回路を接続し、接点と並列に双方向性サイリスタを接続し、前記負荷と前記接点との接続点と前記双方向性サイリスタのゲート電極との間に抵抗とコンデンサの直列回路を接続し、前記双方向性サイリスタのＴ１電極とゲート電極間に抵抗を設け、前記双方向性サイリスタのＴ１電極とゲート電極間の抵抗値は前記接点が開いている間は前記双方向性サイリスタが点弧しない値に設定してあり、前記双方向性サイリスタは点弧しないが、前記接点が開閉することにより、前記接点の両端に急峻な電圧変化が生じた場合に前記双方向性サイリスタのゲートに点弧電流を流すように構成したスイッチング装置。
- 交流電源に対し、負荷と接点の直列回路を接続し、接点と並列に双方向性サイリスタと過電流保護素子の直列回路を接続し、前記負荷と前記接点との接続点、または双方向性サイリスタと過電流保護素子の接続点と、双方向性サイリスタのゲート電極との間に抵抗とコンデンサの直列回路を接続し、双方向性サイリスタのＴ１電極とゲート電極間に抵抗を設け、前記双方向性サイリスタのＴ１電極とゲート電極間の抵抗値は前記接点が開いている間は前記双方向性サイリスタが点弧しない値に設定してあり、前記双方向性サイリスタは点弧しないが、前記接点が開閉することにより、前記接点の両端に急峻な電圧変化が生じた場合に前記双方向性サイリスタのゲートに点弧電流を流すように構成したスイッチング装置。
- 前記双方向性サイリスタのＴ１電極とゲート電極間にコンデンサを設けた請求項１または２に記載のスイッチング装置。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN102024612A (zh) * | 2010-06-20 | 2011-04-20 | 唐华山 | 浸湿性接触智能控制电力负荷开关 |
| CN105428118A (zh) * | 2014-12-11 | 2016-03-23 | 广州市金矢电子有限公司 | 灭弧装置及无弧开关 |
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-
2000
- 2000-02-01 JP JP2000023677A patent/JP3633416B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN105428118B (zh) * | 2014-12-11 | 2018-06-22 | 广州市金矢电子有限公司 | 灭弧装置及无弧开关 |
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| JP2001217702A (ja) | 2001-08-10 |
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