JPH0142096B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 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。

〔従来の技術〕

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。

〔発明が解決しようとする課題〕

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。

一方、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。

本発明の目的は、操作接点の容量を小さくでき
ると共に、しや断時間を短くするのを簡単な構成
で行なえる電磁接触器の駆動装置を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の電磁接触器の駆動装置は、操作接点開
放時の電磁コイルの放電電流の一部を帰還抵抗に
よつてトランジスタのベースに流し、残りの放電
電流をトランジスタ自身のコレクタおよびエミツ
タの抵抗により消費させることにある。

〔作用〕

このため、操作接点へのエネルギーの伝達は少
なく、アークを極小に押えられ、操作接点の摩耗
を少なくできるので、操作接点のしや断容量は小
さくてよく、通電容量のみ考えればよいから、操
作接点は小形化できる。

〔実施例〕

以上、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４は単相全波整流回路であり、
その電源側の入力端子１，２は操作接点１２を介
して電源に接続される。入力端子１，２の間に接
続されるサージアブソーバ３は整流回路４を外来
サージより保護する。整流回路４の正側出力母線
は出力端子９に接続され、負側出力母線はトラン
ジスタ７のエミツタＥに接続される。

トランジスタ７のコレクタＣは出力端子１０に
接続される。トランジスタ７は電流増幅率を大に
するためダーリントン接続されている。出力端子
９，１０間には電磁接触器の操作コイル１１が接
続されるが、操作コイル１１はトランジスタ（エ
ミツタＥ−コレクタＣ）７と直列に接続される。

一方、整流回路４の正側母線から抵抗器５、コ
ンデンサ６を介して整流回路４の負側母線に接続
され、抵抗器５とコンデンサ６の間からトランジ
スタ７のベースに接続される。またトランジスタ
７のベースＢとコレクタＣの間には帰還抵抗器８
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、電磁接触器の操作コイル１１を付勢するた
め操作接点１２を第２図ａの如く時刻t₁に閉路し
て入力端子１，２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４で整流され、
第２図ｂの如き脈流となつて出力される。

そして、抵抗５を通してコンデンサ６を充電
し、コンデンサ６がある電圧（トランジスタのベ
ース・エミツタ間電圧であり1V程度である）に
達するとトランジスタ７のベースに第２図ｃの如
き電流が流れる。

そのため、トランジスタ７はON状態となり、
全波整流回路４の出力から、トランジスタ７を通
して第２図ｅの如き電圧が電磁接触器の操作コイ
ル１１に印加される。電磁接触器の操作コイル１
１はインダクタンスが大きいため、第２図ｆの如
きリツプルの少ない電流が流れる。

この時、トランジタ７のコレクタ・エミツタ電
電圧はON状態のため低く（1V程度）、第２図ｄ
の如き波形となる。従つて、トランジスタ７のコ
レクタ・ベース間電圧も低く（1V弱）、帰還抵抗
器８には第２図ｇの如くほとんど電流が流れな
い。

また、トランジスタ７はダーリントン接続し、
電流増幅率を良くしているから、操作接点１２が
閉じている時に、抵抗５からトランジスタ７のベ
ースに流れる電流は、小さい電流を流しても増幅
され、トランジスタ７を動作させることができ
る。したがつて、抵抗５、コンデンサ６を小形化
することができるので、駆動装置を小型化でき
る。

次に、電磁接触器の操作コイル１１を消勢する
ために第２図の時刻t₂において操作接点１２を閉
路したとする。この時、全波整流回路４の出力は
第２図ｂの如く零となり、コンデンサ６に充電さ
れていた電圧は、トランジスタ７のベースを通し
て第２図ｃの如く放電し始める。この間トランジ
スタ７は第２図ｄの如くON状態を保持する。し
かし、ベース電流が少なくなるとともにコレク
タ・エミツタ間電圧は上昇し始める。

一方、出力電圧は第２図ｅの如く、電源からの
脈流入力がなくなつたため、電磁接触器の操作コ
イル１１の逆起電力により反転する。この時の操
作コイル１１の放電回路は、トランジスタ７、全
波整流回路４を通つて矢印Ａの如く形成されるた
め、トランジスタ７と全波整流回路４のダイオー
ドによる順電圧降下分（約2V程度）が生じる。
そのため、電流は同図ｆのように操作コイル１１
の時定数Ｌ／Ｒで減少し始める。

コンデンサ６の電荷が放電しおえるとともに、
トランジスタ７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７のコレクタ・エミツタ
間インピーダンスは増加する。

一方、出力電流は操作コイル１１のインダクタ
ンスにより第２図ｆの如く流れ続けるため、コレ
クタ・エミツタ間電圧は第２図ｄの如く上昇し始
め、出力電圧も第２図ｅの如く上昇する。しか
し、この時（時刻t₃）トランジスタ７のコレク
タ・ベース間電圧も上昇するため、帰還抵抗器８
を通つて第２図ｇの如くコレクタＣからベースＢ
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７は完全
にOFFとはならない。

この時、トランジスタ７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７の電流増
幅率で決定されるある一定値までしか上昇しな
い。そして操作コイル１１の電磁エネルギーつま
り放電電流はトランジスタ７における電圧降下に
より、トランジスタ７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から放散され、出力
電流は第２図ｆの如く急激に減少する。

トランジスタ７は、操作コイルの逆起電圧によ
る大きなエネルギーを熱に換え、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７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＋r_ce）へと小さくなり、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ｆの如く減少を続けるが、この時トランジス
タ７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ｅの出力電圧は、放電回路に他のインピ
ーダンスがないため、第２図ｄを反転した波形と
なる。出力電流が時刻t₄において第２図ｆの如く
零となるとトランジスタ７は、OFFとなり、動
作は停止する。しかし操作コイル１１にはインダ
クタンスにより第２図ｅの如く残留電圧があり、
これは帰還抵抗８、トランジスタ７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
１１に蓄積されたエネルギーは、トランジスタへ
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１２に加わるサージ電圧は整流
回路４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３図矢印Ａの如く行われるため、操作接点
１２へのエネルギーの伝達はなく、アークは極小
に押えられる。

従つて、接点の摩耗を少なくできる。そのため
操作接点しや断容量は小さくてよくて、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。

更に、釈放動作の速応化とリレー接点を小型化
するためには、帰還抵抗器を付加するという簡単
な構成で実現できる。

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ａ，ｂはサージアブソーバをつけない場
合で縦軸の負荷電圧VLおよび負荷電流ILと横軸
の釈放時間t₁〜t₄との関係を示す特性図である。

特性図１の駆動回路は、直流母線間に操作接点
と操作コイルとを直列接続して構成する。操作接
点を切ると、アークを発生する。この時の第３図
ａ，ｂに示す如くアークによる急峻的な電圧１と
放電電流１の急激な低下を生ずる。放電電流１は
短い釈放時間t₁で消弧され、操作コイルを短時間
で釈放電流以下にして、図示していない電磁接触
器の接点を開放する。しかしながら、この回路で
は、急峻的な逆電圧１によりサージを発生し、他
の電気機器に悪影響を与える。

特性図３は、特性図１の操作コイルに並列に抵
抗を接続した場合である。操作接点を切つた時に
生ずる放電電流３は、抵抗により順次消費され、
逆電圧３は特性図１より小さくできるが、放電電
流３が釈放電流以下になるのに釈放時間t₁より長
い釈放時間t₃を要する。この結果、電磁接触器の
接点を解放するしや断時間が長くなり、接点が溶
着する。

特性図４は、特性図１の回路操作コイルにダイ
オードを並列接続した場合である。放電電流はダ
イオードと操作コイルとの間を循環し、時定数
Ｌ／Ｒでゆつくり減衰するので、逆電圧はほとん
ど発生しないが、釈放電流以下になる釈放時間t₄
が極端に長くなり、特性図３と同様な問題を生ず
る。

特性図２は本発明によるもので、操作接点１２
の開離と同様に発生した逆電圧は、上述の如く電
圧が高くならず、接点溶着を生じない釈放時間t₂
に抑えることができる。逆電圧が高くならず矩形
に近い波形となる理由は、次の通りである。

操作接点をOFFした時、トランジスタ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７′としてPNP型を用いる場合であ
る。この場合、操作接点１２を開放する時に生ず
る電磁コイル１１の放電電流の一部は、整流回路
４の（＋）側からトランジスタ７′のエミツタＥ
−ベースＢ−帰還抵抗８−電磁コイル１１−整流
回路４の（−）側に流れる通路と、残りの放電電
流は整流回路４の（＋）側からトランジスタ７′
のエミツタＥ−コレクタＣ−電磁コイル１１−整
流回路４の（−）側に流れる通路とがある。この
結果、放電電流のほとんどはエミツタＥとコレク
タＣとの間の抵抗で消費されることにより、第１
図と同様な効果を達成することができる。

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。

〔発明の効果〕

以上説明したように、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
量を小さくできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である電磁接触器の
駆動装置に使用した回路図、第２図ＡないしＧは
第１図の動作波形図、第３図Ａ，Ｂ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。 ４……全波整流回路、７……トランジスタ、１
１……電磁接触器の操作、１２……操作接点。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 整流回路と、整流回路に入力する入力電流を
   入、切する操作接点と、整流回路の出力側の直流
   母線間に接続された電磁接触器の操作コイルとト
   ランジスタとの直列回路と、トランジスタのコレ
   クタとベースとの間に接続された帰還抵抗とを備
   え、操作接点開放時に電磁コイルの放電電流の一
   部を帰還抵抗によつてベースに流し、残りの放電
   電流をトランジスタ自身のコレクタおよびエミツ
   タ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。