JP6348614B2 - 容量結合型消弧回路及び装置 - Google Patents
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Description
1.コンデンサC1と抵抗R1(抵抗R1として他の電流制限素子が用いられてもよい)による直列回路は、消弧時にサイリスタへ駆動信号を伝達する役割を果たし、その直列回路は、電圧制限素子(図1、図3参照)または電子スイッチ(図2参照)を介して、サイリスタの主回路の入力端と出力端との間に接続され、機械スイッチSW1のノーマルオープン状態において瞬間的な過電圧を吸収する役割も果たし、サイリスタを保護するとともに、RCスナバ回路を別途に設置する必要がなく、回路が簡素化される。高圧消弧に適用する場合には、本発明による容量結合型消弧回路を数個直列接続して使用すればよい。
2.消弧時にコンデンサがサイリスタへ駆動信号を伝達し、コンデンサの両端電圧が急変できない物理的特徴を利用し、機械スイッチがオンやオフする瞬間に、非常に高い電圧立ち上がりレートが発生される。ここで用いられるコンデンサは、容量が1μFの数分の一から数十分の一と小さいものであっても、大きな駆動電流が得られてサイリスタをオンに駆動することができる。商用周波数の条件下でコンデンサに流れる商用周波数電流が小さく、電圧制限素子(図1、図3参照)または電子スイッチ(図2参照)を用いて、コンデンサに流れる商用周波数電流をバイパスすることによって、電子スイッチに対する耐電圧要求を大幅に低下させ、電子スイッチの両端のdV/dtを大幅に低下させ、電子スイッチの定格耐電圧値は機械スイッチの両端の動作電圧よりも小さい値を用いることができ、電子スイッチのコストが下がるとともに電子スイッチの信頼性が向上される。
3.機械スイッチのオン時のバウンスの消弧が必要であり、かつサイリスタのオンの方が機械スイッチのオンよりも早くならないようにする必要がある場合には、機械スイッチのノーマルオープン状態で、コンデンサに流れる電流がサイリスタのトリガ電流よりも小さく、かつ、電子スイッチは、サイリスタの両端電圧がゼロクロスするまたはゼロとなる時に、電子スイッチの出力端が、サイリスタをオンに駆動する駆動信号をサイリスタのゲートへ伝達できる動作状態(電子スイッチ出力端のオン・オフ状態)になるようにコンデンサの容量値を設計することにより、機械スイッチがオンする前にサイリスタがオンすることを避け、機械スイッチのオン時のバウンスの消弧を行い、負荷をオンする瞬間の大電流によるサイリスタへの衝撃が低減される。
4.機械スイッチの両端電圧がゼロとなる時、機械スイッチがオフされ、サイリスタのオン時間はゼロであってもよい。
1.電圧検出回路(C)によりリアルタイムに機械スイッチSW1のオンを検出して、容量結合型消弧回路(B)のサイリスタが、機械スイッチSW1のオンが検出される前にオンすることを防止し、オン時の大電流によるサイリスタへの衝撃が低減され、サイリスタの不要なオン時間が減少される。同様に、電圧検出回路(C)を、サイリスタの主回路の両端電圧のゼロクロス点の検出に用いることもでき、制御回路(A)は、電圧がゼロクロスするまたはゼロとなる時に、サイリスタをオンにする制御信号を与えて、容量結合型消弧回路(B)のサイリスタが、機械スイッチSW1のオンが検出される前にオンすることを避け、オン時の大電流によるサイリスタへの衝撃が低減され、サイリスタの不要なオン時間が減少される。
2.電圧検出回路(C)は、機械スイッチSW1のオフを検出するものであり、機械スイッチSW1がオフする瞬間に電圧のゼロ点となれば(アーク無しで機械スイッチSW1をオフすれば)、容量結合型消弧回路(B)のサイリスタがオンされず、このとき、制御回路(A)は、電圧検出回路(C)から与えられる電圧信号に基づいて、容量結合型消弧回路(B)のサイリスタのオン制御信号を閉じて、容量結合型消弧回路(B)のサイリスタが、機械スイッチSW1がオフされた条件で誤ってオンすることを防止し、サイリスタが、機械スイッチSW1の両端電圧がゼロとなるときにオフし、オン時間がゼロであってもよいという利点がある。
3.本装置に接続される機械スイッチSW1が一旦オフすると、容量結合型消弧回路(B)のサイリスタが直ちにオンされる。本装置は、容量結合型消弧回路(B)のサイリスタに接続される電流センサから帰還される電流信号を用いて、制御回路(A)により直ちに容量結合型消弧回路(B)のサイリスタをオフするように制御して、サイリスタを急速にオフさせる目的を実現する。半サイクルと短いオン時間であれば、正確で確実に消弧する目的を達成でき、これは、本発明による容量結合型消弧装置のサイリスタの使用率、及び、本発明による容量結合型消弧装置の信頼性、実用性、経済性を大幅に向上させる。
4.容量結合型消弧回路(B)に流れるサイリスタのオン電流の動作時間がミリ秒のレベルと極めて短いため、サイリスタの主回路の導線が小さくても極大な動作電流を負担できるので、電流センサとしてマイクロ変流器を用いることができ、フィードスルー接続形態を採用しているが、直接に主回路の導線を変流器に直列接続する形態であってもよい。変流器は、体積が小さく、コストが低いという特性を有し、装置全体と一体化させやすい。
1.電圧検出回路(C)によりリアルタイムに機械スイッチSW1のオンを検出して、容量結合型消弧回路(B)のサイリスタが、機械スイッチSW1のオンが検出される前にオンすることを防止し、オン時の大電流によるサイリスタへの衝撃が低減され、サイリスタの不要なオン時間が減少される。
2.本装置に接続される機械スイッチSW1が一旦オフすると、容量結合型消弧回路(B)のサイリスタが直ちにオンされる。本装置は、容量結合型消弧回路(B)のサイリスタに接続される電流センサから帰還される電流信号を用いて、制御回路(A)により直ちに容量結合型消弧回路(B)のサイリスタをオフするように制御して、サイリスタを急速にオフさせる目的を実現する。半サイクルと短いオン時間であれば、正確で確実に消弧する目的を達成でき、これは、本発明による容量結合型消弧装置のサイリスタの使用率、及び、本発明による容量結合型消弧装置の信頼性、実用性、経済性を大幅に向上させる。
3.容量結合型消弧回路(B)に流れるサイリスタのオン電流の動作時間がミリ秒のレベルと極めて短いため、サイリスタの主回路の導線が小さくても極大な動作電流を負担できるので、電流センサとしてマイクロ変流器を用いることができ、フィードスルー接続形態を採用しているが、直接に主回路の導線を変流器に直列接続する形態であってもよい。変流器は、体積が小さく、コストが低いという特性を有し、装置全体と一体化させやすい。
1.変流器CT1により機械スイッチSW1のオン電流を検出し、機械スイッチSW1のオンやオフ過程をリアルタイムに検出する。機械スイッチSW1が一旦オンすると、制御回路(A)は、直ちに容量結合型消弧回路(B)のサイリスタのオン制御信号を与え、機械スイッチにバウンスが起こると、サイリスタにより電流がバイパスされ、容量結合型消弧回路(B)のサイリスタの極めて短いオン時間で快速に消弧するという目的を実現し、容量結合型消弧回路(B)のサイリスタが、機械スイッチSW1のオンが検出される前にオンすることを避け、オン時の大電流によるサイリスタへの衝撃が低減され、サイリスタの不要なオン時間が減少される。
2.機械スイッチSW1がオフする過程において、機械スイッチSW1に流れる電流が、容量結合型消弧回路(B)のサイリスタによりバイパスされ、機械スイッチSW1がアーク無しでオフされる。変流器CT1からの電流信号の出力が無くなると、制御回路(A)は、容量結合型消弧回路(B)のサイリスタのオン制御信号を閉じて、サイリスタがオフされ、サイリスタの極めて短いオン時間で快速に消弧するという目的を実現し、オン時間を半サイクルまでに短くすることができ、これは、消弧装置のサイリスタの使用率、及び、消弧装置の信頼性、実用性、経済性を大幅に向上させる。
Claims (28)
- 容量結合型消弧回路であって、機械スイッチの両端に並列接続されるサイリスタを備え、前記サイリスタをオンに駆動する駆動信号が、前記サイリスタの主回路によってコンデンサを介して前記サイリスタのゲートに伝達され、前記駆動信号の回路には、少なくとも電子スイッチが接続され、前記電子スイッチは前記コンデンサに直列接続される容量結合型消弧回路。
- 前記コンデンサは、抵抗とともに直列回路を構成し、前記駆動信号が、前記直列回路と前記電子スイッチとを介して前記サイリスタのゲートに接続される
ことを特徴とする請求項1に記載の容量結合型消弧回路。 - 前記電子スイッチには、前記電子スイッチを保護するための電圧制限素子が接続されており、前記電圧制限素子は前記コンデンサに直列接続され、前記電圧制限素子は前記サイリスタのゲートを介して前記電子スイッチに並列接続される
ことを特徴とする請求項2に記載の容量結合型消弧回路。 - 前記電子スイッチの耐電圧値は、前記サイリスタの主回路の両端の動作電圧よりも小さい
ことを特徴とする請求項1に記載の容量結合型消弧回路。 - 前記電子スイッチは、半導体スイッチである
ことを特徴とする請求項1に記載の容量結合型消弧回路。 - 前記電子スイッチは、フォトカプラ、またはフォトカプラ駆動によるトランジスタ回路である
ことを特徴とする請求項1に記載の容量結合型消弧回路。 - 前記サイリスタは、単方向サイリスタであり、前記単方向サイリスタは、第1の単方向サイリスタと第2の単方向サイリスタとからなり、前記第1の単方向サイリスタは、前記第2の単方向サイリスタと逆並列接続され、
前記電子スイッチは、第1の電子スイッチと第2の電子スイッチとを含み、
前記コンデンサは、抵抗とともに直列回路を構成し、前記第1の単方向サイリスタのゲートは、前記第1の電子スイッチを介して前記直列回路の一端に接続され、前記第2の単方向サイリスタのゲートは、前記第2の電子スイッチを介して前記直列回路の他端に接続され、前記第1の電子スイッチおよび前記第2の電子スイッチには、第1の電圧制限素子、第2の電圧制限素子がそれぞれ接続されている
ことを特徴とする請求項1に記載の容量結合型消弧回路。 - 前記第1の電圧制限素子および前記第2の電圧制限素子は、ツェナーダイオードまたはツェナーダイオードの等価素子であり、
前記第1の電圧制限素子のカソードは、前記第1の電子スイッチの電圧入力端に接続され、前記第1の電圧制限素子のアノードは、前記第1の単方向サイリスタのカソードに接続され、
前記第2の電圧制限素子のカソードは、前記第2の電子スイッチの電圧入力端に接続され、前記第2の電圧制限素子のアノードは、前記第2の単方向サイリスタのカソードに接続される
ことを特徴とする請求項7に記載の容量結合型消弧回路。 - 前記サイリスタは、双方向サイリスタであり、前記駆動信号が、前記双方向サイリスタの第2のアノードによって前記コンデンサを介して前記双方向サイリスタのゲートに伝達される
ことを特徴とする請求項1に記載の容量結合型消弧回路。 - 前記サイリスタは、単方向サイリスタであり、前記駆動信号が、前記単方向サイリスタのアノードによって前記コンデンサを介して前記単方向サイリスタのゲートに伝達される
ことを特徴とする請求項1に記載の容量結合型消弧回路。 - 前記サイリスタの主回路の両端電圧がゼロクロスするまたはゼロとなる時に、前記電子スイッチの出力端は、前記駆動信号を前記サイリスタのゲートに伝達できる動作状態になる
ことを特徴とする請求項1に記載の容量結合型消弧回路。 - 前記機械スイッチのノーマルオープン状態において、前記コンデンサに流れる電流は、前記サイリスタのトリガ電流よりも小さい
ことを特徴とする請求項1に記載の容量結合型消弧回路。 - 前記コンデンサは、電流制限素子とともに直列回路を構成し、前記直列回路は、前記電子スイッチまたは電圧制限素子を介して、前記サイリスタの主回路の入力端と出力端との間に接続される
ことを特徴とする請求項1に記載の容量結合型消弧回路。 - 前記電子スイッチは、ゼロクロス出力付きの電子スイッチである
ことを特徴とする請求項1に記載の容量結合型消弧回路。 - 前記駆動信号は、前記機械スイッチのオン時のバウンスまたは遮断の際に発生される、前記コンデンサに流れる電流である
ことを特徴とする請求項1に記載の容量結合型消弧回路。 - 請求項1から15のいずれか一つに記載の容量結合型消弧回路を備え、少なくとも、前記電子スイッチの制御端に接続される制御回路をさらに備える
ことを特徴とする容量結合型消弧装置。 - 前記サイリスタの主回路には、出力端が前記制御回路に接続される電流センサが接続され、前記電流センサは、前記サイリスタのオン電流を検出し、前記機械スイッチのオフを検出するものであり、
前記制御回路は、前記電流センサにより前記機械スイッチのオフが検出されると、前記サイリスタのオン制御信号を閉じ、前記サイリスタのオン時間は半サイクルまでに短い
ことを特徴とする請求項16に記載の容量結合型消弧装置。 - 前記機械スイッチの主回路には、電流センサが接続され、前記電流センサは、前記機械スイッチに流れる電流を検出し、前記機械スイッチのオフを検出するものであり、
前記電流センサの出力端は、前記制御回路に接続され、前記制御回路は、前記電流センサにより前記機械スイッチのオフが検出されると、前記サイリスタのオン制御信号を閉じ、前記サイリスタのオン時間は半サイクルまでに短い
ことを特徴とする請求項16に記載の容量結合型消弧装置。 - 前記機械スイッチの主回路には、電流センサが接続され、前記電流センサは、前記機械スイッチに流れる電流を検出し、前記機械スイッチのオンを検出するものであり、
前記電流センサの出力端は、前記制御回路に接続され、前記制御回路は、前記電流センサにより前記機械スイッチのオンが検出されると、前記サイリスタのオン制御信号を与える
ことを特徴とする請求項16に記載の容量結合型消弧装置。 - 前記制御回路は、前記電流センサにより前記機械スイッチのオンが検出されると、前記機械スイッチのオン時のバウンスの消弧のために前記サイリスタのオン制御信号を与える
ことを特徴とする請求項19に記載の容量結合型消弧装置。 - 前記電流センサは、変流器である
ことを特徴とする請求項17から20のいずれか一つに記載の容量結合型消弧装置。 - 前記サイリスタには、電圧検出回路が接続され、前記電圧検出回路の出力端は、前記制御回路に接続され、前記電圧検出回路は、前記機械スイッチのオンを検出するものであり、前記制御回路は、前記電圧検出回路により前記機械スイッチのオンが検出されると、前記サイリスタのオン制御信号を与える
ことを特徴とする請求項16に記載の容量結合型消弧装置。 - 前記制御回路は、前記電圧検出回路により前記機械スイッチのオンが検出されると、前記機械スイッチのオン時のバウンスの消弧のために前記サイリスタのオン制御信号を与える
ことを特徴とする請求項22に記載の容量結合型消弧装置。 - 前記電圧検出回路の入力端は、前記サイリスタの主回路の入出力端に接続される
ことを特徴とする請求項22に記載の容量結合型消弧装置。 - 前記電圧検出回路の入力端は、前記サイリスタの主回路の負荷端に接続される
ことを特徴とする請求項22に記載の容量結合型消弧装置。 - 前記サイリスタの主回路の両端には、電圧検出回路が接続され、前記電圧検出回路の出力端は、前記制御回路に接続され、前記電圧検出回路は、前記サイリスタの主回路の両端の電圧信号を検出するものであり、前記制御回路は、前記電圧検出回路により前記サイリスタの主回路の両端電圧がゼロクロスするまたはゼロとなることが検出されると、前記サイリスタのオン制御信号を与える
ことを特徴とする請求項16に記載の容量結合型消弧装置。 - 前記サイリスタの主回路の両端には、電圧検出回路が接続され、前記電圧検出回路の出力端は、前記制御回路に接続され、前記電圧検出回路は、前記機械スイッチのオフを検出するものであり、前記制御回路は、前記電圧検出回路により前記機械スイッチのオフが検出されると、前記サイリスタのオン制御信号を閉じる
ことを特徴とする請求項16に記載の容量結合型消弧装置。 - 前記電圧検出回路は、抵抗とフォトカプラを含み、前記抵抗は、前記フォトカプラの制御端に接続される
ことを特徴とする請求項22から27のいずれか一つに記載の容量結合型消弧装置。
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