JPH03143295A - 静止形開閉器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は負荷を通断電制御するための半導体スイッチン
グ素子を備えた静止形開閉器に関する。

（従来の技術） 例えば、負荷たる三相誘導電動機を運転させる場合、半
導体スイッチング素子としてサイ°リスタを備えた静止
形開閉器を用いるようにしたものが供されている。

ところが、この種の静止形開閉器における半導体スイッ
チング素子たるサイリスタはサージ電圧等により短絡故
障を生ずることがあるので、従来では、サイリスタの短
絡故障を検出する故障検出ユニットを設けるようにして
いる。

（発明が解決しようとする課題） 従来の構成では、静止形開閉器の他に故障検出ユニット
を設ける必要があるので、夫々を接続する信号線の数が
多くなり、それだけ、ノイズの影響が多くなって誤動作
し易くなり、又、信号線数が多いことから配線工数が増
加し、且つ、故障検出ユニット分の設置スペースも必要
になって、総じて、高価になるという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、内部に故障検出機能を備えるようにして、信号線数を
少なくなし得、ノイズによる誤動作を極力防止し得、配
線工数を少なくし得るとともに、設置スペースも少なく
て済み、総じて、安価になし得る静止層開閉器を提供す
るにある。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明の静止層開閉器は、ケース内に負荷を通断電制御
するための主半導体スイッチング素子を設け、この主半
導体スイッチング素子をオン。

オフ制御する制御回路を設け、前記主半導体スイッチン
グ素子の故障を検出する故障検出回路を設け、この故障
検出回路を、前記主半導体スイッチング素子の出力を整
流する整流回路と、この整流回路の出力により付勢され
る検出器と、この検出器の付勢回路に介在された補助半
導体スイッチング素子と、前記制御回路による前記主半
導体スイッチング素子の制御状態を検出して前記補助半
導体スイッチング素子のオン、オフ状態を切換える状態
検出手段とから構成することを特徴とする。

（作用） 本発明の静止層開閉器によれば、制御回路が主半導体ス
イッチング素子をオン制御して負荷の通電制御を行なっ
ている場合には、状態検出手段がこれに応じて補助半導
体スイッチング素子をオフ状態とすることから、整流回
路に出力が生じても検出器が動作することはない。又、
制御回路が主半導体スイッチング素子をオフ制御して負
荷を断電状態にしている場合には、状態検出手段がこれ
に応じて補助半導体スイッチング素子をオン状態とする
ことから、整流回路に出力が生じれば検出器が動作する
。即ち、検出器が動作するのは、制御回路が主半導体ス
イッチング素子をオフ制御しているにもかかわらず整流
回路が出力を生じている場合であり、これは主半導体ス
イッチング素子が短絡故障している状態なのである。

（実施例） 以下、本発明の一実施例につき図面を参照しながら説明
する。

先ず、全体の構成について第３図乃至第７図に従って述
べる。

第３図乃至第５図において、１は前面部の上。

下端部に各３個の段部２，３が形成されたケースであり
、内部には後述するように種々の回路部品が組込まれる
ようになっている。このケース１の上方側の各段部２に
は略り字形をなす例えばＲｌＳ及びＴ相用の３個の電源
側端子４．５及び６がねじ７，８及び９によって取付け
られており、その電源側端子４．５及び６上には前方側
に突出する接続導体４ａ、５ａ及び６ａが取付けられて
いる。又、ケース１の下方側の各段部３には前記電源側
端子４．５及び６と同様の負荷側端子１０１１及び１２
がねじ１３．１４及び１５により取付けられており、こ
れらの上にも前記接続導体４ａ、５ａ及び６ａと同様の
接続導体（１１ａのみ図示、第６図参照）が取付けられ
ている。１６は前記ケース１の一部をなすようにそのケ
ース】の前面開口部にこれを閉塞すべく装着されるカバ
ーであり、その前面部の右端部には４個の段部１７が形
成され、前面部の左端部には３個の段部１８が形成され
ている。又、このカバー１６の２個の段部］７には略り
字形をなす外部接続用端子１９及び２０がねじ２１及び
２２により取付けられており、その後方に突出する部分
を接続片部１９ａ及び２０ａとしている。又、カバー１
６の残りの２個の段部１７及び３個の段部１８にも外部
接続用端子１９及び２０と同様の外部接続用端子２３２
４及び２５，２６．２７がねじ２８，２９及び３０．３
１．３２によって取付けられており、２３ａ、２４ａ及
び２５ａ、２６ａ、２７ａは夫々の接続片部である。

つぎに第６図及び第７図において、３３は主回路を構成
する３組の主半導体スイッチング素子例えばサイリスタ
で、これらはアルミニウム板から形成された基板３４に
取着され、この基板３４がケース１にその底板をなすよ
うに取付けられている。そして、各組のサイリスタ３３
の一端部が前記電源側端子４．５及び６に接続され、各
組のサイリスタ３３の他端部が負荷側端子１０，１１及
び１２に接続されている。３５は基板３４上にサイリス
タ３３を覆うようにシリコーン樹脂或いはエポキシ樹脂
で所定厚さに形成された防湿絶縁用樹脂層である。３６
はケース１内の段部３７に防湿絶縁用樹脂層３５との間
に空気層３８を形成するように取着された回路基板で、
これには回路部品たる半導体素子３９．コンデンサ４０
等が取付けられている。また、各組のサイリスタ３３の
ゲート端子３３ａは空気層３８を通って上方へ突出し回
路基板３６の所定の導体パターンに半田付けされている
。４１は回路基板３６上に半導体素子３９、コンデンサ
４０等を覆うようにシリコーン樹脂或いはエポキシ樹脂
で所定厚さに形成された防湿絶縁用樹脂層である。４２
はケース１内の段部４３に防湿絶縁用樹脂層４１との間
に空気層４４を形成するように取着された回路基板で、
これには半導体素子４５．リレー４６等が取付けられて
いる。４７は回路基板４２上に半導体素子４５リレー４
６等を覆うようにシリコーン樹脂或いはエポキシ樹脂で
所定厚さに形成された防湿絶縁用樹脂層である。そして
、回路基板３６には接続ピン４８が突設されていて、こ
の接続ピン４８が回路基板４２の所定の導体パターンに
半田付けされている。４つは防湿絶縁用樹脂層４７との
間に空気層５０を形成するようにしてカバー１６に取着
された回路基板で、これにはソケット５１が取付けられ
ており、このソケット５１には回路基板４２に突設され
た接続ピン５２が挿通されている。

又、前記電源側端子４，５及び６の接続導体４ａ。

５ａ及び６ａ、負荷側端子１．０．１１及び１２の接続
導体（１１ａのみ図示）、外部接続用端子１つ及び２０
の接続片部１９ａ及び２０ａは夫々回路基板４つに挿通
されて所定の導体パターンに半田付けされるようになっ
ており、これによって、外部接続用端子１つ及び２０は
導体パターンを介して前記電源側端子６及び４に夫々接
続されるようになっている。更に、前記外部接続用端子
２３乃至２７の接続片部２３ａ乃至２７ａも回路基板４
９に挿通されて所定の導体パターンに半田付けされるよ
うになっており、これによって、外部接続用端子２３乃
至２７は導体パターンを介して回路基板３６．４２及び
４９に後述するように構成される制御回路５３及び故障
検出回路５４（第１図参照）に接続されるようになって
いる。

次に本実絶倒静止形開閉器の組立て手順について説明す
る。

（１）先ず、サイリスタ３３を取着した基板３４をケー
ス１の底部に取付けてサイリスタ３３をケース１内に収
容すると共に、サイリスタ３３の両端部を夫々電源側端
子４．５及び６並びに負行側端子１０．１１及び１２に
接続する。次に、シリコーン樹脂或いはエポキシ樹脂を
ケース１内にその開口部５５（第６図参照）より注入し
て樹脂層３５を形成する。

（２）回路基板３６をケース１の段部３７に取付け、樹
脂層３５との間に空気層３８を形成する。

つぎに、サイリスタ３３のゲート端子３３ａを回路基板
３６の所定の導体パターンに半田付けする。

そして、シリコーン樹脂或いはエポキシ樹脂をケース１
内の回路基板３６上に注入して樹脂層４１を形成する。

（３）回路基板４２をケース１の段部４３に取付け、接
続ピン４８を回路基板４２の所定の導体パターンに半田
付けする。そして、シリコーン樹脂或いはエポキシ樹脂
をケース１内の回路基板４２上に注入して樹脂層４７を
形成する。

（４）回路基板４９に電源側端子４，５及び６の各接続
導体４ａ、５ａ及び６ａ並びに負荷側端子１０．１１及
び１２の各接続導体（１１ａのみ図示）を挿通して所定
の導体パターンに半田付けし、この回路基板４つをカバ
ー１６内に装着することによって外部接続用端子１９及
び２０の接続片部１９ａ及び２０ａと外部接続用端子２
３乃至２７の接続片部２３ａ乃至２７ａとを回路基板４
９に挿通させ、しかる後これらを所定の導体パタンに半
田付けする。そして、このように回路基板４９を装着し
たカバー１６をケース１の前面開口部にこれを閉塞する
ように配置し、接続ピン５２をソケット５１に嵌合させ
、接続導体４ａ乃至６ａ及び１ｌａ（１個のみ図示）を
電源側端子４０ 乃至６及び負荷側端子］０乃至１２上にねじ７乃至９及
び１３乃至１５により固定する。しかる後、カバー１６
を複数本例えば４本のねじ５６によりケース１に取付け
る。

而して、本実絶倒静止形開閉器の使用に際しては、第１
図に示すように構成する。即ち、２００ボルトの三相交
流電源の電源線５７．５８及び５９が電源側端子４５及
び６に電磁接触器６０の常開の主スイッチ６１．６２及
び６３を介して接続され、その電磁接触器６０は電源線
５つと外部接続用端子２４との間に接続される。尚、６
４は電磁接触器６０の常開の補助スイッチである。又、
三相交流負荷たる三相誘導電動機６５の負荷線６６．６
７及び６８は負荷側端子１０．１１及び１２に接続され
る。６つは直流電源であり、その正端子は外部接続用端
子２７に接続され、負端子は制御スイッチ７０を介して
外部接続用端子２６に接続される。そして、電源線５７
と外部接続用端子２３との間には常開の押釦スイッチか
らなる運転スイッチ７１と常閉の押釦スイッチからなる
停止１ 化スイッチ７２との直列回路が接続され、運転スイッチ
７１に並列に補助スイッチ６４が接続される。

さて、制御回路５３及び故障検出四路５４の構成につい
て第２図に従って述べる。

先ず、制御回路５３において、各組のサイリスタ３３は
逆並列接続された２個のサイリスタからなり、夫々のゲ
ート端子３３ａと電源側端子４゜５及び６並びに負荷側
端子１０．１１及び１２との間には点弧回路７３が構成
されている。更に、各点弧回路７３は全波整流回路７４
の交流入力端子に接続され、その全波整流回路７４の直
流出力端子間にはフォトカプラ７５のフォトサイリスタ
７５ａが接続されている。そして、３個のフォトカプラ
７５の発光ダイオード７５ｂは、抵抗７６及び状態検出
手段としてのフォトカプラ７７の発光素子たる発光ダイ
オード７７ａとともに直列に接続されて外部接続用端子
２７．２６間に接続されている。

次に、故障検出回路５４について述べる。７８２ は６個のダイオード７８ａ乃至７８ｆを三相ブリッジ接
続してなる整流回路としての全波整流回路であり、その
３つの交流入力端子は負荷側端子１０．１１及び１２に
接続され、両直流出力端子は直流母線７９ａ、７９ｂに
接続されている。更に、直流母線７９ａ、７９ｂ間には
、抵抗８０．検出器たる電磁リレー８１及び補助半導体
スイッチング素子たるＮＰＮ形のトランジスタ８２のコ
レクタ、エミッタ間からなる直列回路と、抵抗８３及び
定電圧ダイオード８４からなる直流回路とが接続されて
いる。又、定電圧ダイオード８４に並列に抵抗８５及び
コンデンサ８６の直列回路が接続され、その抵抗８５と
コンデンサ８６との共通接続点は定電圧ダイオード８７
を介してトランジスタ８２のベースに接続されていると
ともに抵抗８８及びフォトカプラ７７の受光素子たるフ
ォトトランジスタ７７ｂのコレクタ、エミッタ間を直列
に介して直流母線７９ｂに接続されている。尚、電磁リ
レー８１は可動接片Ｃ２常開側固定接片ａ及び常閉側固
定接片すを有する切換スイッチから３ なるリレースイッチ８１ａを備えており、その可動接片
Ｃは外部接続用端子２３に接続され、固定接片ａ、ｂは
外部接続用端子２５．２４に夫々接続されている。

而して、本実施例の作用につき説明する。

先ず、通常の運転動作について述べる。今、運転スイッ
チ７１がオンされると、電源線５７．運転スイッチ７１
．停止スイッチ７２．外部接続用端子２３．電磁リレー
８１のリレースイッチ８１ａの接片（ｃ−ｂ）間、外部
接続用端子２４．電磁接触器６０及び電源線５つの経路
で電磁接触器６０の励磁コイルが電源電圧により付勢さ
れ、その電磁接触器６０が動作して主スイツチ６１乃至
６３及び補助スイッチ６４をオンさせる。そして、補助
スイッチ６４のオンにより、その後に運転スイッチ７１
がオフされても電磁接触器６０は動作状態に自己保持さ
れる。このような状態で、制御スイッチ７０がオンされ
ると、直流電源６９の正端子、外部接続用端子２７．抵
抗７６．３個の発光ダイオード７５ｂ１発光ダイオード
７７ａ、外４ 部接続用端子２６．制御スイッチ７０及び直流電源６９
の負端子の経路で３個の発光ダイオード７５ｂ及び発光
ダイオード７７ａに直流電源６５の直流電源電圧が供給
され、これらの発光ダイオドア５ｂ及び７７ａが発光す
る。そして、発光ダイオード７５ｂの発光により３個の
フォトカプラ７５のフォトサイリスタ７５ａがオンし、
各点弧回路７３により３組のサイリスタ３３に点弧信号
が与えられる。これにより、３組のサイリスタ３３がオ
ンして電源線５７．５８及び５９を負荷線６６．６７及
び６８に接続するようになり、三相誘導電動機６５が運
転を開始する。又、３組のサイリスタ３３の出力たる負
荷側端子１０乃至１２相互間の交流出力電圧は全波整流
回路７８により全波整流されて直流母線７９ａ、７９ｂ
間に直流電圧として出力され、この直流電圧により定電
圧ダイオード８４の両端子間には降圧された所定の直流
電圧が発生する。この定電圧ダイオード８４による所定
の直流電圧によりコンデンサ８６が充電されることにな
るが、前述したようにフォト力５ ブラフ７のフォトトランジスタ７７ｂがオンしている時
には、そのコンデンサ８６は抵抗８８及びフォトトラン
ジスタ７７ｂを介して放電するので、コンデンサ８６の
充電電圧は定電圧ダイオード８７のツェナー電圧まで達
することはなく、トランジスタ８２はベース電流が供給
されずにオフ状態にある。従って、全波整流回路７８が
直流電圧を出力しても電磁リレー８１が動作することは
ない。

その後、制御スイッチ７０がオフされると、３個のフォ
トカプラ７５の発光ダイオード７５ｂ及びフォトカプラ
７７の発光ダイオード７７ａが断電されて消光し、フォ
トサイリスタ７５ａ及びフォトトランジスタ７７ｂがオ
フする。これにより、３組のサイリスタ３３がオフし、
三相誘導電動機６５が断電されて停止する。又、前述し
たような三相誘導電動機６５の運転中において、停止ス
イッチ７２が短時間だけオフされると、電磁接触器６０
の励磁コイルが断電され、その電磁接触器６０が復帰し
て主スイツチ６１乃至６３及び補助スイッチ６４がオフ
し、三相誘導電動機６５が断電６ されて停止する。

さて、３組のサイリスタ３３の内の２組以上が短絡故障
している場合を考えてみる。今、前述したように、運転
スイッチ７１がオンされると、電磁接触器６０が動作し
て主スイツチ６１乃至６３及び補助スイッチ６４をオン
させているとする。

この場合、制御スイッチ７０がオフ状態にあると、３個
のフォトカプラ７５の発光ダイオード７５ｂ及びフォト
カプラ７７の発光ダイオード７７ｂは断電されて消光状
態にある。これにより、３個のフォトサイリスタ７５ａ
がオフしているので、３組のサイリスタ３３はオフ状態
にあるはずであるが、前述したように３組のサイリスタ
３３の内の２組以上が短絡故障してオン状態にあること
がら、全波整流回路７８は直流電圧を出力するようにな
る。従って、定電圧ダイオード８４に所定の直流電圧が
生じてコンデンサ８６が充電されるようになり、この場
合には、フォトカプラ７７の発光ダイオード７７ａが消
光していてフォトトランジスタ７７ｂがオフしているの
で、コンデンサ８６が７ 放電することはない。その後、コンデンサ８６の充電電
圧が定電圧ダイオード８７のツェナー電圧に達すると、
その定電圧ダイオード８７がオンしてトランジスタ８２
にベース電流が供給され、そのトランジスタ８２がオン
する。これにより、電磁リレー８１の励磁コイルが全波
整流回路７８の直流電圧により付勢されることにより電
磁リレー８１が動作し、そのリレースイッチ８１ａの接
片（ｃ−ｂ）間をオフさせ接片（Ｃ−ａ）間をオンさせ
る。この電磁リレー８１のリレースイッチ８１ａの接片
（ｃ−ｂ）間のオフにより電磁接触器６０の励磁コイル
が断電され、電磁接触器６０が復帰して主スイツチ６１
乃至６３及び補助スイッチ６４をオフさせる。尚、この
リレースイッチ８１ａの接片（Ｃ−ａ）間のオンにより
図示しない電磁リレーを動作自己保持させて、この電磁
リレーにより警報器を動作させるようにしてもよい。

このように水災絶倒は、３組のサイリスタ３３をオン、
オフ制御する制御回路５３の他に、サイリスタ３３の出
力を全波整流する全波整流回路７８ ８と、この余波整流回路７８の出力電圧により付勢され
る電磁リレー８１と、この電磁リレー８１の付勢回路に
介在されたトランジスタ８２と、制御回路５３の制御ス
イッチ７０のオン及びオフに応じてトランジスタ８２を
オフ状態及びオン状態にするフォトカプラ７７とを具備
してなる故障検出回路５４を設けるようにしたものであ
る。従って、ケース１内に組込まれた故障検出回路５４
によりサイリスタ３３の短絡故障を検出することができ
るので、従来の如き静止形開閉器とは別に故障検出ユニ
ットを設ける場合に比し、互いの間を接続する信号線の
数を少なくすることができ、それだけノイズの影響を少
なくし得て、誤動作を極力防止することができる。更に
、信号線数を少なくし得ることから、配線工数も少なく
でき、しかも、静止形開閉器の１台だけ用いればよいこ
とから設置スペースも少なくて済み、総じて、安価に製
作することができる。

尚、上記実施例では状態検出手段としてフォトカプラ７
７を用いるようにしたが、代りに、例え９ ば電磁コイルとホール素子とを組合せたものを用いるよ
うにしてもよい。

その他、本発明は上記し且つ図面に示す実施例にのみ限
定されるものではなく、例えば負荷としては三相誘導電
動機に限らず他の交流電動機であってもよい等、要旨を
逸脱しない範囲内で適宜変形して実施し得ることは勿論
である。

［発明の効果］ 本発明の静止形開閉器は以上説明したように、ケース内
に、主半導体スイッチング素子をオンオフ制御する制御
回路の他に主半導体スイッチング素子の短絡故障を検出
して検出器を動作させる故障検出回路を設けるようにし
たので、外部に対する信号線数を少なくし得、ノイズに
よる誤動作を極力防止し得、配線工数を少なくし得ると
ともに、設置スペースも少なくて済み、総じて、安価に
なし得るという優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は全体の電気的
構成図、第２図は制御回路及び故障検　０ 出回路の具体的な電気的構成図、第３図は正面図、第４
図は上面図、第５図は側面図、第６図及び第７図は夫々
第３図中■−■線及び■−■線に沿う断面図である。 図面中、１はケース、４乃至６は電源側端子、１０乃至
１２は負荷側端子、１９．２０及び２３乃至２７は外部
接続用端子、３３はサイリスタ（主半導体スイッチング
素子）、５３は制御回路、５４は故障検出回路、６０は
電磁接触器、６５は三相誘導電動機（負荷）、７０は制
御スイッチ、７７はフォトカプラ（状態検出手段）　、
７７　ａは発光ダイオード、７７ｂはフォトトランジス
タ、７８は全波整流回路（整流回路）、８１は電磁リレ
ー（検出器）、８２はトランジスタ（補助半導体スイッ
チング素子）を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ケースと、このケース内に設けられ負荷を通断電制
   御するための主半導体スイッチング素子と、この主半導
   体スイッチング素子をオン、オフ制御する制御回路と、
   前記主半導体スイッチング素子の故障を検出する故障検
   出回路とを具備し、前記故障検出回路は、前記主半導体
   スイッチング素子の出力を整流する整流回路と、この整
   流回路の出力により付勢される検出器と、この検出器の
   付勢回路に介在された補助半導体スイッチング素子と、
   前記制御回路による前記主半導体スイッチング素子の制
   御状態を検出して前記補助半導体スイッチング素子のオ
   ン、オフ状態を切換える状態検出手段とから構成されて
   いることを特徴とする静止形開閉器。