JP4044533B2 - Switching device - Google Patents
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Description
この発明は、負荷に供給される電圧変動を補償する電圧補償回路などのスイッチング回路とこのスイッチング回路に並列接続されたメカニカルリレーとを切り換える切換装置に関するものである。 The present invention relates to a switching device that switches a switching circuit such as a voltage compensation circuit that compensates for a voltage fluctuation supplied to a load and a mechanical relay connected in parallel to the switching circuit.
雷などにより電力系統の電圧が瞬時的に低下し、工場などの精密機器などが誤作動や一時停止することにより、生産ラインで多大な被害を被ることがある。このような被害を防ぐために、電力系統の瞬時的電圧低下(以下、瞬低と称す)などの電圧変動を監視して、電圧低下を補償する電圧変動補償装置が用いられている。
従来の電圧変動補償装置は、電力系統に直列に接続され、正負いずれかの極性で補償電圧を出力する複数の電圧補償回路で構成される。各電圧補償回路には、ダイオードが逆並列に接続された4個の半導体スイッチング素子から成るフルブリッジインバータ、および充電コンデンサが備えられ、充電コンデンサの直流電圧を交流に変換して出力する。また、各電圧補償回路の出力端には、高速機械式の定常短絡スイッチが並列に設けられる。各電圧補償回路内の充電コンデンサは、充電ダイオードと充電用トランスによってそれぞれ異なる電圧が充電され、電圧の比は概ね2のべき乗比に設定される。
The voltage of the electric power system is instantaneously reduced by lightning, etc., and precision equipment such as factories malfunctions or is temporarily stopped, which can cause great damage on the production line. In order to prevent such damage, a voltage fluctuation compensator that monitors voltage fluctuations such as an instantaneous voltage drop (hereinafter referred to as a momentary voltage drop) of the power system and compensates for the voltage drop is used.
A conventional voltage fluctuation compensator is configured by a plurality of voltage compensation circuits that are connected in series to a power system and output a compensation voltage with either positive or negative polarity. Each voltage compensation circuit is provided with a full bridge inverter composed of four semiconductor switching elements with diodes connected in antiparallel, and a charging capacitor, which converts the DC voltage of the charging capacitor into AC and outputs it. In addition, a high-speed mechanical steady short-circuit switch is provided in parallel at the output terminal of each voltage compensation circuit. The charging capacitors in each voltage compensation circuit are charged with different voltages by the charging diode and the charging transformer, and the voltage ratio is set to a power ratio of about 2.
定常時、電流は定常短絡スイッチを流れる。また電力系統の瞬低時には、開極指令により定常短絡スイッチの接点が開離しアークが発生するが、充電コンデンサの電荷を定常短絡スイッチを介した閉回路に、定常短絡スイッチを流れていた電流と逆極性に流す。これにより、定常短絡スイッチ電流に強制的に電流ゼロ点が形成され、定常短絡スイッチは速やかに遮断される。その後は、系統の電流が電圧補償回路を流れ、誤差電圧に応じて複数の電圧補償回路内から所望の組み合わせを選択し、その出力電圧の総和で電力系統の電圧低下を補償する(例えば、特許文献1参照)。 Constantly, current flows through a steady short circuit switch. Also, when the power system is momentarily reduced, the contact of the steady short circuit switch is opened by the opening command and an arc is generated. Flow in reverse polarity. As a result, a zero current point is forcibly formed in the steady short circuit switch current, and the steady short circuit switch is quickly cut off. After that, the system current flows through the voltage compensation circuit, selects a desired combination from the plurality of voltage compensation circuits according to the error voltage, and compensates the voltage drop of the power system by the sum of the output voltages (for example, patents) Reference 1).
上記のような従来の電圧補償装置では、系統電圧の瞬低発生時に定常短絡スイッチを遮断し、系統の電流が電圧補償回路を流れるように切り換えて、補償電圧を系統電圧に重畳して電圧補償動作を行う。
ところで、系統電圧に瞬低が発生すると、できるだけ早く補償動作を開始するのが望ましいが、定常短絡スイッチが開路した後に補償動作を開始する必要があり、定常短絡スイッチの遮断動作と補償動作の開始とは所定の遅延時間を要するものであった。このため、瞬低の発生から補償動作への移行を高速に行うには限界があるという問題点があった。
In the conventional voltage compensator as described above, the steady short-circuit switch is cut off when a system voltage suddenly drops, the system current is switched to flow through the voltage compensation circuit, and the compensation voltage is superimposed on the system voltage to compensate the voltage. Perform the action.
By the way, when a voltage drop occurs in the system voltage, it is desirable to start the compensation operation as soon as possible, but it is necessary to start the compensation operation after the steady short-circuit switch is opened. And required a predetermined delay time. For this reason, there is a problem in that there is a limit to performing the transition from the occurrence of the instantaneous drop to the compensation operation at high speed.
この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、電圧補償回路などのスイッチング回路とこのスイッチング回路に並列接続されたメカニカルリレーとを切り換える切換装置において、メカニカルリレーを流れる電流を遮断して上記スイッチング回路を介した電力供給に切り換える一連の切換動作を高速化することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a switching device for switching a switching circuit such as a voltage compensation circuit and a mechanical relay connected in parallel to the switching circuit. An object of the present invention is to speed up a series of switching operations to cut off the current flowing through and switch to power supply via the switching circuit.
この発明に係る切換装置は、電源に接続されたメカニカルリレーと、該メカニカルリレーに並列に接続されたスイッチング回路とを備えて負荷への電力供給を行う装置構成であり、上記メカニカルリレーの両極間に該メカニカルリレーの開路検出のための検出回路を備える。また、該検出回路が、上記メカニカルリレーが並列接続された電流源と、上記メカニカルリレーが並列接続され所定の電圧を超えると通電可能となる電圧リミット手段と、該電圧リミット手段に通電する電流を検出する電流検出手段と、上記電源、負荷間に流れる電流の該検出回路への流入を防止する流入防止手段とを備える。そして、上記メカニカルリレーの開放時に、該メカニカルリレーを介して流れていた上記電流源からの電流が上記電圧リミット手段を介して流れることを上記電流検出手段により検出して上記メカニカルリレーの開路を検出するものである。 The switching device according to the present invention is a device configuration that includes a mechanical relay connected to a power source and a switching circuit connected in parallel to the mechanical relay to supply power to a load, and between the two poles of the mechanical relay. Is provided with a detection circuit for detecting the opening of the mechanical relay. In addition, the detection circuit includes a current source connected in parallel to the mechanical relay, a voltage limit unit that can be energized when the mechanical relay is connected in parallel and exceeds a predetermined voltage, and a current that flows through the voltage limit unit. Current detecting means for detecting, and inflow preventing means for preventing the current flowing between the power source and the load from flowing into the detecting circuit. When the mechanical relay is opened, the current detection means detects that the current from the current source that was flowing through the mechanical relay flows through the voltage limit means, and detects the opening of the mechanical relay. To do.
この発明による切換装置では、メカニカルリレーの開放時に、該メカニカルリレーの開路を高速に検出できるため、スイッチング回路を介した電力供給への切換動作を高速化できる。 In the switching device according to the present invention, when the mechanical relay is opened, the opening of the mechanical relay can be detected at a high speed, so that the switching operation to the power supply via the switching circuit can be speeded up.
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1について説明する。図1はこの発明の実施の形態1による切換装置の概略構成図である。
図1に示すように、交流電源1からの電力は、双方向スイッチング回路としての電圧補償回路3を介して負荷20に接続され、電力が供給される。また、電圧補償回路3をバイパスするためのメカニカルリレー4が電圧補償回路3に並列に接続され、電源電圧が定常時には、メカニカルリレー4を閉じて電圧補償回路3をバイパスし、電源電圧が低下すると、メカニカルリレー4を開放して電圧補償回路3を介した電力供給へ切り換える。電圧補償回路3は補償電圧を出力し、この補償電圧を電源電圧に重畳して負荷20に供給する。
As shown in FIG. 1, power from the
またメカニカルリレー4の両極間に該メカニカルリレー4の電流遮断、即ち開路を検出する開路検出回路21が接続される。開路検出回路21は、メカニカルリレー4と並列接続され所定の電圧(以下、リミット電圧と称す)を超えると通電可能となる電圧リミット手段22と、この電圧リミット手段22に直列接続された電流検出器23と、メカニカルリレー4と並列接続される電流源24とを備える。さらに、交流電源1から負荷20への本線の電流が開路検出回路21側に流入するのを防止するための流入防止手段25を備える。また、電圧リミット手段22のリミット電圧は、電圧補償回路3が該回路を介した電力供給におけるスイッチングのオン電圧よりも低い電圧に設定しておく。
Further, an open
このような切換装置において、開路検出回路21の動作について以下に説明する。
メカニカルリレー4が閉極状態で、交流電源1からメカニカルリレー4を介して負荷20へ電力供給されているとき、電圧リミット手段22はリミット電圧以下では通電しないため、電流源24からの電流は、メカニカルリレー4側を流れる。
次に、メカニカルリレー4の開放時には、メカニカルリレー4が開路するとメカニカルリレー4の両極間の電圧が上昇し、該両極間の電圧がリミット電圧を超えると、電流源24の電流は電圧リミット手段22を流れる。電流検出器23は電圧リミット手段22に通電する電流を検出して、メカニカルリレー4の開路を検出する。
In such a switching device, the operation of the open
When the
Next, when the
メカニカルリレー4の開路が検出されると、電圧補償回路3を介した電力供給へ速やかに切り換え、電圧補償回路3は補償電圧を電源電圧に重畳する補償動作を行う。電圧リミット手段22のリミット電圧は、電圧補償回路3におけるスイッチングのオン電圧よりも低い電圧であるため、補償動作中も開路検出回路21では、電流源24からの電流は電圧リミット手段22を流れ続ける。なお、開路検出回路21は流入防止手段25を備えているため、電圧リミット手段22が通電時であっても交流電源1から負荷20への本線の電流が電圧リミット手段22を介して流れることはない。
When the opening of the
このように、メカニカルリレー4の開放時にメカニカルリレー4の開路を開路検出回路21にて高速に検出できる。また、開路検出回路21は、電流源24と電圧リミット手段22とを備えて、電流源21からの電流が電圧リミット手段22を介して流れることを検出する構成であるため、電源電圧が零付近に低下していても、また負荷20が非常に小さい場合でも、電源電圧の極性、低下レベルおよび負荷の大きさに拘わらず、安定して信頼性の高い動作によりメカニカルリレー4の開路が検出できる。
ところで、電圧補償回路3では、電源電圧低下が発生するとできるだけ早く補償動作を開始するのが望ましいが、メカニカルリレー4が開路した後に補償動作を開始する必要がある。この実施の形態では、開路検出回路21を備えてメカニカルリレー4の開路を高速に検出するため、補償動作への信頼性の高い切り換え動作を高速に行うことができる。
Thus, when the
By the way, in the
実施の形態2.
次に、上記実施の形態1による切換装置における、開路検出回路21の具体的構成の例を図2を用いて詳細に説明する。
図に示すように、交流電源1の電源電圧が正極性の時にメカニカルリレー4の開路を検出するための第1の開路検出回路21aと、電源電圧が負極性の時にメカニカルリレー4の開路を検出するための第2の開路検出回路21bとを備えて、上記実施の形態1で示した開路検出回路21とする。第1の開路検出回路21aは、メカニカルリレー4と並列接続され所定の電圧(以下、リミット電圧と称す)を超えると通電可能となる第1の電圧リミット手段としての第1のホトカプラ22aと、メカニカルリレー4と並列接続される第1の電流源24a(24a1、24a2)としての第1のコンデンサ24a1および第1のインピーダンス24a2と、流入防止手段としての流入防止ダイオード25aと、第1のコンデンサ24a1を充電するためのインピーダンス26aとを備える。また、第2の開路検出回路21bは、メカニカルリレー4と並列接続され所定の電圧(以下、リミット電圧と称す)を超えると通電可能となる第2の電圧リミット手段としての第2のホトカプラ22bと、メカニカルリレー4と並列接続される第2の電流源24b(24b1、24b2)としての第2のコンデンサ24b1および第2のインピーダンス24b2と、流入防止手段としての流入防止ダイオード25bと、第2のコンデンサ24b1を充電するためのインピーダンス26bとを備える。
Embodiment 2. FIG.
Next, an example of a specific configuration of the open
As shown in the figure, the first open
第1のホトカプラ22a、第2のホトカプラ22bは、それぞれ複数個のダイオードと電流センサとを備えて構成され、電圧補償回路3におけるスイッチングのオン電圧よりも低い、例えば1.5Vのリミット電圧をそれぞれ有し、該リミット電圧を超えると通電すると共に電流センサにより通電電流を検出する。各流入防止ダイオード25a(25b)は、第1のホトカプラ22a(第2のホトカプラ22b)を構成するダイオードと互いに逆極性に接続されて、第1のホトカプラ22a(第2のホトカプラ22b)と共に流入防止手段として機能し、交流電源1から負荷20への本線の双方向電流の流入を阻止する。
各コンデンサ24a1(24b1)にはツェナーダイオードが並列接続され、このコンデンサ24a1(24b1)とインピーダンス24a2(24b2)とで構成される電流源24a(24b)にて電流が開路検出回路21a(21b)に供給される。
Each of the
A zener diode is connected in parallel to each capacitor 24a1 (24b1), and a current is supplied to the open
このように構成される第1、第2の開路検出回路21a、21bの動作について、図3および図4に基づいて以下に説明する。なお、図において、31〜33は電圧補償回路3を構成する複数の電圧補償ユニットであるが、この電圧補償回路3の詳細については後述する。
メカニカルリレー4が閉極状態で、交流電源1からメカニカルリレー4を介して負荷20へ電力供給されているとき、第1のホトカプラ22a、第2のホトカプラ22bはそれぞれリミット電圧以下では通電しないため、第1の開路検出回路21a内では、図3(a)に示すように、第1の電流源24a(24a1、24a2)からの電流はメカニカルリレー4側を流れる。同様に第2の開路検出回路21b内でも、図3(b)に示すように、第2の電流源24b(24b1、24b2)からの電流はメカニカルリレー4側を流れる。
The operation of the first and second open
When the
次に、メカニカルリレー4の開放時には、メカニカルリレー4が開路するとメカニカルリレー4の両極間の電圧が上昇する。図4(a)に示すように、交流電源1の電源電圧が正極性の時は、メカニカルリレー4の両極間の電圧が第1のホトカプラ22aのリミット電圧を超えた時点で、第1のホトカプラ22aが通電し、第1の電流源24aの電流は第1のホトカプラ22aを介して流れると共に、電流センサにより通電電流を検出する。これによりメカニカルリレー4の開路が検出される。
また図4(b)に示すように、交流電源1の電源電圧が負極性の時は、メカニカルリレー4の両極間の電圧が第2のホトカプラ22bのリミット電圧を超えた時点で、第2のホトカプラ22bが通電し、第2の電流源24bの電流は第2のホトカプラ22bを介して流れると共に、電流センサにより通電電流を検出する。これによりメカニカルリレー4の開路が検出される。
Next, when the
Further, as shown in FIG. 4B, when the power supply voltage of the
このように、第1の開路検出回路21aと第2の開路検出回路21bとにより、電源電圧がいずれの極性の時もメカニカルリレー4の開放時にメカニカルリレー4の開路を高速に検出でき、上記実施の形態1と同等の効果が得られる。
As described above, the first open
実施の形態3.
上記実施の形態2で示した切換装置では、負荷20がリアクトル負荷であれば、直流的にはほぼ0Ωであるから、交流電源1が短絡状態になった場合や停電時には、メカニカルリレー4が開路しても、メカニカルリレー4の両極間の電圧がホトカプラ22a(22b)のリミット電圧を超えず、開路の検出が不可能となる場合がある。
この実施の形態では、第1の開路検出回路21a内の第1のインピーダンス24a2を例えば10〜20kHzの所定の周期で変化させ、第1の電流源24aからの電流を高周波化させる。これにより、負荷20がリアクトル負荷であっても負荷20のインピーダンスを高くすることができる。このため、交流電源1が短絡状態になった場合や停電時においても、メカニカルリレー4が開路すると、メカニカルリレー4の両極間の電圧がホトカプラ22aのリミット電圧を超えてホトカプラ22aが通電し、開路の検出ができる。
In the switching device shown in the second embodiment, if the
In this embodiment, the first impedance 24a2 in the first open
なお、この実施の形態3は、交流電源1が短絡状態になった場合や停電時を想定した構成であるため、電源電圧の極性に拘わらず開路検出回路21a(21b)を使用できる。このため、第1の開路検出回路21a内の第1のインピーダンス24a2あるいは、第2の開路検出回路21b内の第2のインピーダンス24b2の少なくとも一方を所定の周期で変化させればよい。
In addition, since this
なお、上記実施の形態2、3において、第1の開路検出回路21a内の第1の電流源24aからの出力電流値と、第2の開路検出回路21b内の第2の電流源24bからの出力電流値との差を所定値以上とする。
仮に両者が同等の出力電流値であれば、メカニカルリレー4が開路しても以下のように電流が流れる。即ち、第1のコンデンサ24a1に充電された電荷は、第2のコンデンサ24b1を経て第1のコンデンサ24a1に戻る閉ループを流れ、ホトカプラ22a(22b)は通電しない。このため、例えば第1の開路検出回路21a内の第1の電流源24aからの出力電流値を170mAに、第2の開路検出回路21b内の第2の電流源24bからの出力電流値を20mAにして所定値以上の差を持たせると、メカニカルリレー4の開路を確実に検出できる。
In the second and third embodiments, the output current value from the first current source 24a in the first open
If both output current values are equal, even if the
実施の形態4.
次に、上記実施の形態1〜3で双方向スイッチング回路に用いた電圧補償回路3について図5に基づいて詳細に説明する。なお、この場合、電圧補償回路3は交流電源1として電力系統に接続され、系統電圧の瞬低を補償するように動作するものを示す。
図に示すように、電力系統から送電線1aを介して供給される電力は、変圧器2により降圧されて、電圧補償回路3を介して需要家(負荷20)に供給される。電圧補償回路3は、電力系統と直列に接続される複数(この場合3個)の電圧補償ユニット31〜33で構成され、この電圧補償回路3をバイパスするために並列に接続されたメカニカルリレー4と、給電制御を行う制御回路5とを備える。
Next, the
As shown in the figure, the power supplied from the power system via the transmission line 1 a is stepped down by the transformer 2 and supplied to the consumer (load 20) via the
各電圧補償ユニット31〜33は、正負いずれかの極性で補償電圧を出力し、系統電圧に重畳することで系統電圧の瞬低を補償する。各電圧補償ユニット31〜33には、ダイオードが逆並列に接続された4個のIGBT8〜11から成るフルブリッジの単相インバータとしての第1〜第3ビットインバータa1〜a3と、エネルギ蓄積手段としてのコンデンサ7a1〜7a3と、各コンデンサ7a1〜7a3を充電するための半波整流回路を構成する充電ダイオード17a1〜17a3および抵抗6a1〜6a3と、充電用トランス14の2次巻線13a1〜13a3とが備えられる。なお、第1〜第3ビットインバータa1〜a3の交流側は直列に電力系統に接続される。また、充電用トランス1次側には共通の1次巻線12が電力系統と接続されて配設される。
また、第1〜第3ビットインバータa1〜a3はIGBT8〜11以外の自己消弧型半導体スイッチング素子で構成しても良い。
Each of the
Further, the first to third bit inverters a1 to a3 may be formed of self-extinguishing semiconductor switching elements other than the
コンデンサ7a1〜7a3の充電電圧V1〜V3は、IGBT8〜11のオン/オフ制御により正負いずれかの極性で電力系統に接続される。各電圧補償ユニット31〜33内のコンデンサ7a1〜7a3に充電される電圧の比は概ね2のべき乗比に設定されている。つまり、以下の関係を満足させる。
V3=2×V2=2×2×V1
またコンデンサ7a1〜7a3の静電容量の比は4:2:1、抵抗6a1〜6a3の比を1:2:4とする。
Charging voltages V1 to V3 of capacitors 7a1 to 7a3 are connected to the power system with either positive or negative polarity by on / off control of
V3 = 2 × V2 = 2 × 2 × V1
The capacitance ratio of the capacitors 7a1 to 7a3 is 4: 2: 1, and the ratio of the resistors 6a1 to 6a3 is 1: 2: 4.
メカニカルリレー4および各ビットインバータa1〜a3内の4個のIGBT8〜11は、系統電圧を監視してその瞬低を検出しそれに基づく給電制御を行う制御回路5に接続される。
制御回路5では、系統電圧の瞬低を検出すると、メカニカルリレー4に開極指令4aを発生すると共に、補償電圧を発生させる電圧補償ユニット31〜33の組み合わせを選択し、各電圧補償ユニット31〜33の各ビットインバータa1〜a3の駆動信号8a1〜11a1、8a2〜11a2、8a3〜11a3を発生する。各電圧補償ユニット31〜33からそれぞれ発生される出力電圧の総和により、電圧補償回路3は、0〜7階調の補償電圧を発生することができ、最大の補償電圧は、Vc=7×V1となる。
The
When the
系統電圧が定常時、メカニカルリレー4は閉極状態で、電流はメカニカルリレー4を流れる。系統電圧の瞬低時には、メカニカルリレー4を開放し、図6(a)に示すように、目標電圧である基準電圧となるように電圧補償回路3は補償電圧を発生して系統電圧に重畳する。このとき、各ビットインバータa1〜a3は図6(b)に示すように電圧を出力し、これらの出力は、系統にて組み合わされて8階調の補償電圧で精度良く電圧補償を行う。
また、コンデンサ7a1〜7a3は、1次側が系統に接続された充電用トランス14を用いてゆっくり充電される。
When the system voltage is steady, the
The capacitors 7a1 to 7a3 are slowly charged using a charging
このように多数階調制御による補償電圧で精度良く電圧補償を行う電圧補償回路3を用いた切換装置において、上記実施の形態2、3による開路検出回路21を備えてメカニカルリレー4の開路を高速に検出することにより、切換動作を含む電圧補償動作の信頼性がさらに高まる。
In this way, in the switching device using the
実施の形態5.
上記各実施の形態で示した切換装置において、メカニカルリレー4の開放時の電流遮断について図7に基づいて以下に説明する。
電圧補償回路3は、ダイオードが逆並列に接続されたIGBTなどの半導体スイッチング素子を複数個備えて双方向スイッチング回路を構成するが、電圧補償回路3を介した電力供給時のオン電圧を、メカニカルリレー4の開放時に発生するアーク電圧よりも低いものとする。なお、気中で遮断するメカニカルリレー4のアーク電圧は、例えば30Vであるが、IGBT1個のオン電圧は、例えば2Vであるため、複数個のIGBTを備えた電圧補償回路3のオン電圧を上記アーク電圧よりも低く構成できる。
そして、メカニカルリレー4の開放時には、前もって電圧補償回路3のスイッチング状態を、電源側、負荷側の両端子間で短絡状態としておく。
In the switching device shown in each of the above embodiments, the current interruption when the
The
Then, when the
メカニカルリレー4の開放前に、電圧補償回路3のスイッチング状態を、電源側、負荷側の両端子間で短絡状態としても、メカニカルリレー4が閉極状態であり、損失の殆ど無いメカニカルリレー4を介して交流電源1から負荷20へ電力供給される。次に、メカニカルリレー4の開放時には、メカニカルリレー4の接点が開離し、アーク電圧を発生しようとする。しかし、このアーク電圧よりも、電圧補償回路3の電源側、負荷側の両端子間を短絡するスイッチング状態のオン電圧の方が低いため、メカニカルリレー4の両極間の電圧が上昇してアーク電圧が発生するより早く電圧補償回路3側に転流してメカニカルリレー4が高速に遮断する。
この後、電圧補償回路3のスイッチング状態を切り換えて、補償電圧を出力して電源電圧に重畳する補償動作を行う。
Even if the switching state of the
Thereafter, the switching state of the
上述したように、電圧補償回路3では、電源電圧低下が発生するとできるだけ早く補償動作を開始するのが望ましいが、メカニカルリレー4が開路した後に補償動作を開始する必要がある。この実施の形態では、メカニカルリレー4をアーク電圧が発生するよりも早く高速に遮断することができ、補償動作への切り換え動作を高速に行うことができる。
As described above, in the
また、上記実施の形態1〜3で示した開路検出回路21を併せて備えると、メカニカルリレー4をアーク電圧が発生するよりも早く高速に遮断することができて、しかも開路(遮断)を開路検出回路21により高速に検出できるため、補償動作への信頼性の高い切り換え動作をさらに高速に行うことができる。
なお、開路検出回路21で用いる電圧リミット手段22が通電可能となるリミット電圧は、電圧補償回路3の電源側、負荷側の両端子間を短絡するスイッチング状態のオン電圧よりも低いため、電圧補償回路3側へ転流してメカニカルリレー4が遮断するより早く開路検出回路21で開路検出してしまうが、開路検出後、瞬時に遮断に至るため問題はない。
Further, when the open
Note that the limit voltage at which the voltage limit means 22 used in the open
なお、上記各実施の形態では、交流電源1に電圧補償回路3を接続したものを示したが、電圧補償回路3に限るものではなく、半導体スイッチング素子を用いた他の双方向スイッチング回路でも良く、同様の効果が得られる。
In the above embodiments, the
また、図8に示すように、交流電源1の代わりに直流電源41を用いても良く、その場合は、スイッチング回路として半導体スイッチング素子を備えた単方向スイッチング回路42を適用できる。このような直流電源41からの電力供給の場合、メカニカルリレー4の開放時に従来発生していたアーク電圧は0クロス点が無いため、遮断させるのに、例えば30ms程度の時間の要するものであった。ここでは、単方向スイッチング回路42のオン電圧を、メカニカルリレー4の開放時に発生するアーク電圧よりも低いものとし、メカニカルリレー4の開放時には、前もって単方向スイッチング回路42のスイッチング状態を、電源側、負荷側の両端子間で短絡状態としておく。このため、メカニカルリレー4の開放時にアーク電圧が発生するより早く単方向スイッチング回路42側に転流してメカニカルリレー4が高速に、例えば5ms程度の時間で遮断する。
Further, as shown in FIG. 8, a DC power supply 41 may be used instead of the
実施の形態6.
次に、上記実施の形態5において、メカニカルリレー4の開路検出を別の方法を用いたものを図9に基づいて以下に示す。
図に示すように、交流電源1からの電力は、双方向スイッチング回路としての電圧補償回路3を介して負荷20に接続され、電力が供給される。また、電圧補償回路3をバイパスするためのメカニカルリレー4が電圧補償回路3に並列に接続され、電源電圧が定常時には、メカニカルリレー4を閉じて電圧補償回路3をバイパスし、電源電圧が低下すると、メカニカルリレー4を開放して電圧補償回路3を介した電力供給へ切り換える。電圧補償回路3は補償電圧を出力し、この補償電圧を電源電圧に重畳して負荷20に供給する。
また、メカニカルリレー4の通電電流を検出する電流検出器43を、メカニカルリレー4に直列に接続する。
Next, in the fifth embodiment, the detection of the opening of the
As shown in the figure, power from the
In addition, a
また、上記実施の形態5で示したように、電圧補償回路3は、ダイオードが逆並列に接続されたIGBTなどの半導体スイッチング素子を複数個備えて双方向スイッチング回路を構成するものであり、電圧補償回路3を介した電力供給をするオン電圧を、メカニカルリレー4の開放時に発生するアーク電圧よりも低いものとする。そして、メカニカルリレー4の開放時には、前もって電圧補償回路3のスイッチング状態を、電源側、負荷側の両端子間で短絡状態としておく。
Further, as shown in the fifth embodiment, the
この実施の形態では、メカニカルリレー4の開放時に、電流検出器43にてメカニカルリレー4の通電電流を検出することで、メカニカルリレー4の開路が速やかに検出できる。
このため、メカニカルリレー4をアーク電圧が発生するよりも早く高速に遮断することができて、しかも開路(遮断)を速やかに検出できるため、補償動作への信頼性の高い切り換え動作を高速に行うことができる。
また、このような開路検出は、負荷20がある程度以上の場合に適用でき、電源電圧の低下レベルに拘わらず速やかな開路検出が可能である。
In this embodiment, when the
For this reason, since the
Further, such open circuit detection can be applied when the
なお、開路検出のための電流検出器43を設ける代わりに、図10に示すように、メカニカルリレー4の両端電圧を検出する電圧検出器44を設けても良い。メカニカルリレー4の開放時に、メカニカルリレー4が開路すると、メカニカルリレー4の両極間の電圧が上昇する。この上昇した電圧を電圧検出器44にて検出することで、メカニカルリレー4の開路が速やかに検出できる。このため、補償動作への信頼性の高い切り換え動作を高速に行うことができる。
また、このような電圧検出器44による開路検出は、電源電圧が零付近以外の状態で適用でき、負荷20の大きさに拘わらず速やかな開路検出が可能である。
Instead of providing the
Further, such open circuit detection by the
実施の形態7.
上記各実施の形態による切換装置の双方向スイッチング回路に用いる電圧補償回路3について上記実施の形態4で説明したが、電圧補償回路3の別例について以下に示す。
図11はこの発明の実施の形態7による切換装置の構成を示す図である。なお、電圧補償回路3を中心に示しているため、便宜上、交流電源1および負荷20の図示は省略する。
図に示すように、電圧補償回路3は、交流電源1に直列に接続される複数(この場合4個)の電圧補償ユニット31〜34で構成され、この電圧補償回路3をバイパスするために並列に接続されたメカニカルリレー4を備える。
Embodiment 7 FIG.
Although the
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a switching device according to Embodiment 7 of the present invention. Since the
As shown in the figure, the
各電圧補償ユニット31〜34は、正負いずれかの極性で補償電圧を出力し、電源電圧に重畳することで電源電圧の低下を補償する。各電圧補償ユニット31〜34には、ダイオードが逆並列に接続された4個のIGBT、あるいはMOSFETから成るフルブリッジの単相インバータとしての第1〜第4ビットインバータa1〜a4、およびツェナーダイオードD1〜D4が並列接続されたエネルギ蓄積手段としてのコンデンサC1〜C4を備える。
コンデンサC1〜C4の充電電圧V1〜V4は、IGBT、MOSFETのオン/オフ制御により正負いずれかの極性で電力系統に接続される。各電圧補償ユニット31〜34内のコンデンサC1〜C4に充電される電圧の比は概ね2のべき乗比、即ち、1:2:4:8に設定されている。
Each
The charging voltages V1 to V4 of the capacitors C1 to C4 are connected to the power system with either positive or negative polarity by on / off control of the IGBT and MOSFET. The ratio of the voltages charged in the capacitors C1 to C4 in each
電源電圧の定常時、メカニカルリレー4は閉極状態で、電流はメカニカルリレー4を流れる。電源電圧の瞬低時には、メカニカルリレー4を開放し、基準電圧となるように電圧補償回路3は補償電圧を発生して電源電圧に重畳する。このとき、各ビットインバータa1〜a4の出力は組み合わされて16階調の補償電圧で精度良く電圧補償を行う。
When the power supply voltage is steady, the
また、図に示すように、電圧補償ユニット33、34におけるコンデンサC3、C4の一方の端子、この場合負極側に第1、第2の充電回路50、51が電源端子との間に接続される。なお、56、63は抵抗である。
コンデンサC3に接続される第1の充電回路50は、トランジスタ52、ツェナーダイオード53、抵抗54およびダイオード55で構成され、抵抗54にかかる電圧を一定にして一定の充電電流を流す。この場合、交流電源1からメカニカルリレー4、第1〜第3ビットインバータa1〜a3、第1の充電回路50を経由して流れる充電電流により、第1〜第3ビットインバータa1〜a3に接続される各コンデンサC1〜C3を充電する。 またコンデンサC4に接続される第2の充電回路51は、トランジスタ57、ツェナーダイオード58、抵抗59およびダイオード60と、さらにスイッチング素子61と抵抗62とで構成され、抵抗59にかかる電圧を一定にして一定の充電電流を流す。この場合、交流電源1から第4ビットインバータa4、第2の充電回路51を経由して流れる充電電流により、コンデンサC4を充電する。
As shown in the figure, the first and
The
なお、各コンデンサC1〜C4への充電は、定常時のメカニカルリレー4を介して負荷に電力供給している状態で行い、補償動作中は行わない。また、各第1〜第4ビットインバータa1〜a4内のそれぞれ4個のスイッチング素子A〜Dを、全てオフすることにより各ビットインバータa1〜a4を介してコンデンサC1〜C4が充電できる。
The charging of the capacitors C1 to C4 is performed in a state where power is supplied to the load via the
この実施の形態では、充電回路50、51を備えて、交流電源1から各ビットインバータa1〜a4を介してコンデンサC1〜C4を充電するようにしたため、充電トランスが必要なく、小型で簡略な装置構成で充電できる。
また、高い電圧が必要な第4ビットインバータa4に接続されるコンデンサC4のみ、第2の充電回路51を用いて充電し、他の3個のビットインバータa1〜a3にそれぞれ接続されるコンデンサC1〜C3は、共通の第1の充電回路50を用いて充電するようにしたため、充電のための回路構成がさらに簡略となると共に、効率の良い充電が可能になる。
In this embodiment, the charging
Further, only the capacitor C4 connected to the fourth bit inverter a4 that requires a high voltage is charged using the
なお、第1の充電回路50を用いて充電する3個のコンデンサC1〜C3は、所望のコンデンサC1〜C3の組み合わせを選択して充電することができる。コンデンサC1〜C3全てを充電する場合は、図12に示す充電電流の経路により充電されるが、例えば、コンデンサC1、C3のみを充電する場合は、図13に示す充電経路で充電する。このとき、第2ビットインバータa2のスイッチング素子Dのみをオンし、他の全てのスイッチング素子をオフすることで、第2ビットインバータa2の電源側、負荷側の両端子間が短絡してコンデンサC2が充電経路から外れ、コンデンサC1、C3のみが充電できる。このように、共通の第1の充電回路50を用いた簡略な回路構成であり、しかも各ビットインバータa1〜a3のスイッチング制御により所望のコンデンサC1〜C3の組み合わせを選択して充電できるため、所望の充電電圧に良好な制御で、さらに効率良く充電できる。
なお、図12、図13は、3個のビットインバータa1〜a3にそれぞれ接続されるコンデンサC1〜C3を第1の充電回路50を用いて充電する様子の説明図であり、他の回路構成は、便宜上省略して図示している。
The three capacitors C1 to C3 that are charged using the
FIG. 12 and FIG. 13 are explanatory diagrams showing how the capacitors C1 to C3 connected to the three bit inverters a1 to a3 are charged using the
1 交流電源、2 電圧補償回路、4 メカニカルリレー、
7a1〜7a3 コンデンサ、20 負荷、21 開路検出回路、
21a 第1の開路検出回路、21b 第2の開路検出回路、22 電圧リミット手段、22a 第1の電圧リミット手段としての第1のホトカプラ、
22b 第2の電圧リミット手段としての第2のホトカプラ、23 電流検出器、
24 電流源、24a1 第1のコンデンサ、24a2 第1のインピーダンス、
24b1 第2のコンデンサ、24b2 第2のインピーダンス、25 流入防止手段、
25a,25b 流入防止ダイオード、31〜34 電圧補償ユニット、
41 直流電源、42 単方向スイッチング回路、43 電流検出器、
44 電圧検出器、50 第1の充電回路、51 第2の充電回路、
a1 単相インバータとしての第1ビットインバータ、
a2 単相インバータとしての第2ビットインバータ、
a3 単相インバータとしての第3ビットインバータ、
a4 単相インバータとしての第4ビットインバータ、C1〜C4 コンデンサ。
1 AC power supply, 2 voltage compensation circuit, 4 mechanical relay,
7a1-7a3 capacitor, 20 load, 21 open circuit detection circuit,
21a first open circuit detection circuit, 21b second open circuit detection circuit, 22 voltage limit means, 22a first photocoupler as first voltage limit means,
22b Second photocoupler as second voltage limit means, 23 Current detector,
24 current source, 24a1 first capacitor, 24a2 first impedance,
24b1 second capacitor, 24b2 second impedance, 25 inflow prevention means,
25a, 25b inflow prevention diode, 31-34 voltage compensation unit,
41 DC power supply, 42 unidirectional switching circuit, 43 current detector,
44 voltage detector, 50 first charging circuit, 51 second charging circuit,
a1 1st bit inverter as a single phase inverter,
a2 Second bit inverter as a single phase inverter,
a3 Third bit inverter as a single phase inverter,
a4 Fourth bit inverter as a single-phase inverter, C1 to C4 capacitors.
Claims (11)
上記メカニカルリレーの両極間に該メカニカルリレーの開路検出のための検出回路を備え、
該検出回路が、上記メカニカルリレーが並列接続された電流源と、上記メカニカルリレーが並列接続され所定の電圧を超えると通電可能となる電圧リミット手段と、該電圧リミット手段に通電する電流を検出する電流検出手段と、上記電源、負荷間に流れる電流の該検出回路への流入を防止する流入防止手段とを備え、
上記メカニカルリレーの開放時に、該メカニカルリレーを介して流れていた上記電流源からの電流が上記電圧リミット手段を介して流れることを上記電流検出手段により検出して上記メカニカルリレーの開路を検出することを特徴とする切換装置。 In a switching device for supplying power to a load comprising a mechanical relay connected to a power source and a switching circuit connected in parallel to the mechanical relay,
A detection circuit for detecting an open circuit of the mechanical relay is provided between both poles of the mechanical relay,
The detection circuit detects a current source in which the mechanical relay is connected in parallel, a voltage limit unit that is energized when the mechanical relay is connected in parallel and exceeds a predetermined voltage, and a current that is supplied to the voltage limit unit. Current detection means, and inflow prevention means for preventing the current flowing between the power source and the load from flowing into the detection circuit,
When the mechanical relay is opened, the current detection means detects that the current from the current source that was flowing through the mechanical relay flows through the voltage limit means, and detects the opening of the mechanical relay. A switching device characterized by the above.
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