JPH0119223B2

JPH0119223B2 -

Info

Publication number: JPH0119223B2
Application number: JP40381A
Authority: JP
Inventors: Akira Ozaka; Yasushi Shinohara; Akishi Abe
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-01-07
Filing date: 1981-01-07
Publication date: 1989-04-11
Also published as: JPS57113529A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は電磁接触器の開閉時にサージ電圧が発
生するのを防止する電磁接触器の駆動装置に関す
る。

一般に直流操作形電磁接触器をしや断する場合
その操作コイルに蓄えられた大きな誘導エネルギ
ーをしや断することになり大きなサージ電圧を発
生する。そのため、操作接点間に大きなアークを
発生し接点を消耗させることになる。また、サー
ジ電圧が隣接して配置される他の弱電回路を誤動
作させることもある。

このようなサージ電圧を吸収するため、電磁接
触器の操作コイルと並列に大形のコンデンサと抵
抗の直列接続したサージ吸収回路を接続したり、
あるいは操作コイルと並列にフライホイールダイ
オードを接続している。

しかしながら、前者はコンデンサの容量を大き
くしないとサージ電圧を完全に吸収することはで
きず、装置が大型・高価となる。また、操作接点
の容量は電流の大きさと時定数によつて決まる
が、インダクタンス分があるため操作接点の容量
も大きくなる。後者はサージ電圧を完全に吸収で
き、かつ操作接点の容量を小さくできるが、しや
断時間が長くなる。そのため、電磁接触器の釈放
動作が遅くなりしや断能力の低下をきたすことに
なる。

また、他の方法として操作コイルと並列にツエ
ナーダイオードを接続する方法もあるが、容量が
小さく電磁接触器に使用されていないのが実情で
ある。

このように、従来の方法は操作接点の容量を小
さくできしや断時間を短かくできるというものは
なく、両者を満足する装置の開発が強く要望され
ている。

一方、大容量の電磁接触器では操作コイルの小
形化と省電力を目的として、オーバーシユート方
式が採られる。オーバーシユート方式は操作コイ
ルと直列に抵抗器を接続し、電磁接触器の投入時
のみ直列抵抗器を短絡するものである。直列抵抗
器の開閉は電磁接触器の自己の補助接点（常閉接
点）で行つている。このオーバーシユート接点は
主接点の投入の観点から他の補助接点よりも接点
間の開路距離が小さくなり接点寿命が短かくな
る。このため、部品点数を減少させることは勿論
信頼性の点からもオーバーシユート接点を不要に
することが望まれている。

本発明の目的は上記の点に対処して成されたも
ので、その目的とするところは操作接点の容量を
小さくできると共にオーバーシユート接点を不要
にでき、しかもしや断時間を短かくできる電磁接
触器の駆動装置を提供することにある。

本発明の特徴とするところは電磁接触器の操作
コイルと２個のトランジスタを直列接続し、この
直列回路と並列にフライホイールダイオードを接
続し、電磁接触器の電磁エネルギーを少なくとも
一方のトランジスタで消費させると共に、他方の
トランジスタで並例に接続されたオーバーシユー
ト用抵抗器を開閉させるようにしたことにある。

以下、本発明を第１図に示す実施例において詳
細に説明する。

第１図において、５はダイオードをグレーツ結
線した単相全波整流回路であり、その電源側の入
力端子６，７は操作接点８を介して電源に接続さ
れる。入力端子６，７の間に接続されるサージア
ブソーバ９は整流回路５を外来サージより保護す
る。整流回路５の正側出力母線は出力端子１０に
接続され、負側出力母線はトランジスタ１１のエ
ミツタに接続される。トランジスタ１１のコレク
タはトランジスタ１２のエミツタ及びオーバーシ
ユート用抵抗器１３の一端に接続される。トラン
ジスタ１２のコレクタ及び抵抗器１３の他端は出
力端子１４に接続される。トランジスタ１１，１
２はそれぞれ電流増幅率を大にするためダーリン
トン接続されている。出力端子１０，１４間には
電磁接触器の操作コイル１５が接続される。一
方、整流回路５の正側母線からダイオード１６、
コンデンサ１７を介して整流回路５の負側母線に
接続され、ダイオード１６とコンデンサ１７の接
続点からそれぞれ抵抗器１８，１９を介してそれ
ぞれトランジスタ１１，１２のベースに、抵抗器
２０及びツエナーダイオード２１を介してトラン
ジスタ２２のベースに接続される。トランジスタ
２２のコレクタはトランジスタ１２のベースに接
続され、そのエミツタは負側母線に接続される。
抵抗器２０と並列にダイオード２３が接続され、
抵抗器２０とツエナーダイオード２１の接続点と
負側母線の間のコンデンサ２４が接続される。ま
た、トランジスタ１１のベースとコレクタの間に
は帰還抵抗器２５が接続されている。

次にその動作を第２図を参照して説明する。

今、電磁接触器を付勢するための操作接点８を
第２図ａの如く時刻t₁に閉路し、入力端子６，７
間に交流電圧を入力したとする。この交流電圧は
全波整流回路５で整流され、第２図ｂに示す如き
直流となる。コンデンサ１７はダイオード１６を
通して充電され、所定電位になると、トランジス
タ１１のベースには第２図ｃの如き電流が、また
トランジスタ１２のベースには第２図ｅの如き電
流が流れる。そのためトランジスタ１１，１２は
ON状態となり、電磁接触器１５には第２図ｈの
如き電圧が印加される。電磁接触器１５はインダ
クタンスが大きいため第２図ｉの如きリツプルの
少ない電流が流れる。この時のトランジスタ１
１，１２のコレクタ・エミツク間電圧はON状態
のため低く（1V程度）、その電圧はそれぞれ第２
図ｆ，ｇの如き波形となる。従つて、トランジス
タ１１のコレクタ・ベース間電圧も低く（1V弱）
帰還抵抗器２５には第２図ｊに示すようにほとん
ど電流が流れない。一方、コンデンサ２４は抵抗
器２０を介して第２図ｄの如く図示の極性で充電
される。コンデンサ２４は抵抗器２０とコンデン
サ２４で定まる時定数で決定されるが、電磁接触
器の投入動作時間を考慮して決定する。コンデン
サ２４の充電電圧がツエナーダイオードのツエナ
ー電圧Vzより高くなる時刻t₂になると、ツエナ
ーダイオード２１を通してトランジスタ２２のペ
ースに電流が流れトランジスタ２２はON状態と
なる。従つて、トランジスタ１２のベース電位は
ほぼ零になり抵抗器１９を通つてトランジスタ１
２のベースに流れていた電流はトランジスタ２２
の方に流れ、トランジスタ１２のベース電流は第
２図ｅの如く零となる。これにより、トランジス
タ１２はOFF状態になり、トランジスタ１２の
コレクタ・エミツタ間には操作コイル１５とオー
バーシユート用抵抗器１３で分圧比で決まる第２
図ｇの如き電圧が現われる。操作コイル１５に印
加される電圧も第２図ｈの如き低下する。時刻t₂
以後は操作コイル１５にオーバーシユート用抵抗
器１３が接続されるため、操作コイル１５に流れ
る電流は第２図ｉの如く小さくなる。しかし、電
磁接触器は操作コイル１５の付勢によつて時刻t₂
までに投入を完了しており最低保持電流（定格電
流の10〜30％）になるまで釈放しないため投入状
態を維持する。時刻t₁からt₂まで時間は電磁接触
器の投入時間（数100ｍｓ）に比べ充分長い時間
（例えば1sec）に選び、これは抵抗器２０とコン
デンサ２４の充電時定数で決定される。

次に電磁接触器を消勢するために時刻t₃におい
て操作接点８を開路したとする。全波整流回路５
の出力電圧は第２図ｂの如く零となり、コンデン
サ１７の充電電荷は抵抗器１８とトランジスタ１
１の経路あるいは抵抗器１９とトランジスタ２２
の経路で放電される。トランジスタ２２はコンデ
ンサ１７の充電電圧がツエナーダイオード２１の
ツエナー電圧Vz以下になるとOFF状態になる。
トランジスタ２２のOFFするとコンデンサ１７
の充電電荷はトランジスタ１２のベースにも流れ
るようになる。この間のトランジスタ１１は第２
図ｆの如くON状態を保持する。トランジスタ１
２も一時的にON状態に戻るが複雑になるため、
ここではOFF状態のままとして説明する。トラ
ンジスタ１１はベース電流が少なくなると、その
コレクタ・エミツタ間電圧が上昇する。一方、出
力端子１０，１４間の電圧は第２図ｈの如く電磁
接触器の操作コイル１５の逆起電力となり、その
極性が反転する。この時の操作コイル１５の放電
回路はトランジスタ１２がOFFしているものと
すればオーバーシユート用抵抗器１３、トランジ
スタ１１、全波整流回路５を通つて実線矢印Ａの
如く形成される。この瞬間において操作コイル１
５の電磁エネルギーはまずオーバーシユート用抵
抗器１３により消費され、逆起電圧は第２図ｈの
如く漸減波形となる。この時の減衰時定数は操作
コイル１５の抵抗値をＲ、インダクタンスをＬ、
オーバーシユート抵抗値をRsとすればＬ／（Ｒ
＋Rs）となる。従つて、操作コイル１５に流れ
る電流も第２図ｉの如くＬ／（Ｒ＋Rs）なる時
定数で減少する。コンデンサ１７の充電電荷が放
電しおえるとともにトランジスタ１１のベース電
流は第２図ｃの如く少なくなり、トランジスタ１
１のコレクタ・エミツタ間の抵抗が増加する。一
方、操作コイル１５に流れる電流は操作コイル１
５のインダクタンスにより第２図ｉの如く流れ続
けるため、トランジスタ１１のコレクタ・エミツ
タ間電圧は第２図ｆの如く上昇し始め、出力端子
１０，１４間の電圧も第２図ｈの如く上昇する。
しかし、この時（時刻t₄）トランジスタ１１のコ
レクタ・ベース間電圧も上昇するため、帰還抵抗
器２５を通つて第２図ｊの如くコレクタからベー
スに電流が流れ込み、ベース電流は第２図ｃの如
くわずかに流れ続けるため、トランジスタ１１は
完全にOFFとはならない。この時のトランジス
タ１１のコレクタ・エミツタ間電圧は帰還抵抗値
とトランジスタ１１の電流増幅率で決定されるあ
る一定の値までしか上昇しない。そして操作コイ
ル１５の電磁エネルギーはトランジスタ１１にお
ける電圧降下とオーバーシユート用抵抗器１３の
電圧降下により、トランジスタ及び抵抗器１３か
らの熱となつてトランジスタに取り付けられた冷
却片及び抵抗器表面から放散され、出力電流は第
２図ｉの如く急激に減少する。トランジスタは操
作コイル１２の逆起電圧による大きなエネルギー
を熱に変え、それらの熱を全て冷却片を通して放
出できるため、高頻度で多数回（電磁接触器の寿
命に該当し、数100万回要する。）の開閉動作にも
耐えることができ、トランジスタを損傷すること
がない。トランジスタ１１のコレクタ・エミツタ
間の等価抵抗をr_ceとすれば、放電回路の時定数
はＬ／ＲからＬ／（Ｒ＋Rs＋r_ce）へと小さくな
り、出力電流の減少が速くなる。本発明ではオー
バーシユート抵抗器１３とトランジスタ１１の両
方で電磁エネルギーを放散するため、いずれか一
方のみ用いる方法よりはさらに出力電流の減少が
速くなる。そして、さらに出力電流が第２図ｉの
如く減少を続けるが、この時トランジスタ１１は
コレクタ電流の減少とともに電流増幅率が下がる
性質をもつているため、コレクタ電流の減少とと
もにコレクタ・エミツタ間インピーダンスは上昇
し続け、従つて電流とインピーダンスの積となる
コレクタ・エミツタ間電圧の変化は少なく、一定
に近い値を保持する。第２図ｈの出力電圧は抵抗
器１３及びトランジスタ１１を通して放電される
ため第２図ｆ，ｇを加えた波形を反転した波形と
なる。出力電流ｉが時刻t₅において零となるとト
ランジスタ１１はOFFとなり、動作は停止する。
しかし操作コイル１５はインダクタンスにより第
２図ｈの如く残留電圧があり、これはオーバーシ
ユート用抵抗器１３、帰還抵抗２５、トランジス
タ１１のベース、全波整流回路を通つて放電され
る。

以上のように動作するのであるが、操作コイル
１５に蓄積されたエネルギーはトランジスタ１１
および抵抗器１３の熱となつて急速に放出され、
電磁接触器の釈放動作を速くすることができる。
また、操作接点８に加わるサージ電圧は整流回路
５のダイオードの電圧降下分（約1V）で極めて
小さくなる。しかもコイルのエネルギーの放電は
第２図矢印Ａの如く行われるため、操作接点８へ
のエネルギーの伝達はなく、アークは極小に押え
られ、従つて接点の摩耗を少なくできる。そのた
め操作接点のしや断容量は小さくてよく、通電容
量のみを考えればよいため、小形のリレー接点で
駆動できる。

ここで、抵抗器１８，１９，２０の抵抗値は抵
抗器１３の抵抗値に比し、トランジスタ１１の電
流増幅率に相当する数百倍の値のため、トランジ
スタ２２のON−OFFに伴い、トランジスタ２２
に大きな電流が流れることはない。

また、ダイオード１６はコンデンサ１７の電荷
が、操作コイル１５を通つて放電されるのを防ぐ
ためのもので、抵抗器に置き換えることもでき
る。さらに、ダイオード２３は抵抗器２０とコン
デンサ２４の時定数が大きく、抵抗器２０を通し
て放電すると放電時間が長くなるため、放電時間
を短かくなるように設けたものである。放電時間
が長いと電磁接触器を釈放后、短時間后に再投入
しようとするとコンデンサ２４に残つている電圧
により、オーバーシユートする時間（第３図t₁−
t₂間）が短かくなる可能性がある。また、サージ
アブソーバ９は外来サージから整流回路５を保護
しているのみであり、外来サージの恐れがない場
合や、整流回路５の耐サージ性が充分大きい場合
は特に設ける必要はない。

第３図は本発明によるサージ電圧の大きさと電
磁接触器のしや断時間と他の方式とを比較した特
性図である。

第３図において特性(イ)はサージアブソーバをつ
けない場合の操作コイル１５の印加電圧V_Lと電
流I_Lであり、操作接点８の開離と同時にアークが
発生し、高電圧とともに電流は急激に減少する。
特性(イ)から明らかなように、釈放時間はT₁と短
いが、高いサージ電圧を発生する。特性(ニ)はフラ
イホイールダイオードを使用した場合で、フライ
ホイールダイオードと操作コイルを通る循環回路
が形成され、ダイオードの順電圧降下（約0.6V）
のみの逆起電力となり、負荷電流はコイルの時定
数Ｌ／Ｒでゆつくりと減衰する。サージ電圧はほ
とんど発生しないが、釈放時間T₄が極端に長く
なる。特性(ハ)はコンデンサと抵抗によるサージア
ブソーバの場合でコンデンサ、抵抗およびコイル
からなる回路が形成され、直列に抵抗が接続され
るため、時定数は小さくなり、より速く減衰す
る。しかし、上述したように欠点を有する。

第３図の特性(ロ)は本発明によるもので、サージ
電圧を小さくできると釈放時間もT₄と短かくな
る。

なお、本発明による電圧V_Lの波形が矩形に近
い波形となる理由は次の通りである。操作接点８
をOFFした時、コンデンサ１１はOFF状態に移
行し、コレクタ電流は徐々に減少して行くが、同
時にベース電流も減少するため、コレクタ・エミ
ツタ間の等価インピーダンスは増加し、（コレク
タ・エミツタ間電圧）＝（コレクタ・エミツタ間等
価インピーダンス）×（コレクタ電流）の変化は少
なく、一定電圧を示すようになる。この時のベー
ス電流はコレクタ電流÷電流増幅率で決定され
る。

第４図は本発明の他の実施例を示すもので、ト
ランジスタとしてPNP型を用いた場合である。

この場合にも第１図の実施例と同様に行えるの
は明らかであろう。

ここで、上述の実施例ではフライホイールダイ
オードとして全波整流回路を用いているが１個の
ダイオードでもよいのは勿論である。ただし、全
波整流回路にすると操作電源が交流および直流の
両方に用いることができる。

以上に説明したように、本発明によれば電磁接
触器のしや断時間が短くできると共に操作接点の
容量を小さくでき、その上オーバーシユート接点
を電磁接触器に設ける必要がなく信頼性を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２
図はその動作波形図、第３図は本発明による特性
図、第４図は本発明の他の実施例を示す回路図で
ある。５……全波整流回路図、１１，１２……トラン
ジスタ、１３……オーバーシユート用抵抗器、１
５……電磁接触器の操作コイル、８……操作接
点。

Claims

【特許請求の範囲】

１操作接点が閉路することにより電圧を印加さ
れる直流母線と、この直流母線間に接続される電
磁接触器の操作コイルおよび２個のトランジスタ
の直列回路と、前記トランジスタのうち一方の第
１トランジスタのコレクタ・エミツタ間に接続さ
れた並列抵抗器と、他方の第２トランジスタのコ
レクタ・ベース間に接続された帰還抵抗器と、前
記直流母線間に接続されるフライホイールダイオ
ードとを具備し、前記操作接点の投入時には前記
２個のトランジスタを操作接点の投入と同時にオ
ンにして所定時間後に第１トランジスタをオンに
し、前記操作接点の開放時には前記第１トランジ
スタをオフにして前記操作コイルの発生する電磁
エネルギーを前記並列抵抗器と第２トランジスタ
のコレクタ・エミツタ間の抵抗で消費させるよう
にしたことを特徴とする電磁接触器の駆動装置。