JPH0346934B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、直流を給電される抵抗とインダク
タンスとからなる負荷に直列に接続されている機
械式開閉装置を負荷電圧で充電された容量性蓄勢
装置で制御できる電子式開閉器によつて保護する
回路装置に関する。

〔従来技術とその問題点〕

前記の種類の公知の回路装置（ドイツ連邦共和
国特許公開公報第2312238号）においては、開閉
器接点の消耗を少なくするために双方向性三端子
サイリスタ（トライアツク）の形の開閉装置が機
械式開閉装置の接点に対して並列に接続されてい
る。誘導性の制御回路がこの開閉装置の制御電極
と開閉装置の少なくとも一つの出力端子とに接続
されており、その結果、運転の際にこの装置が電
流を通電する開閉器接点に接続されさらにこの開
閉器接点が開かれると、制御回路は自動的にトリ
ガパルスを発生し、このトリガパルスによつて開
閉装置はただちに導通状態になる。この装置は、
一方では機械式開閉装置が開かれても負荷と電源
との間の通電上の分離がなされていないという欠
点があり、他方ではトライアツクの交流電圧を使
用する場合には交流電圧の残りの半波部分の期間
中もすべて導通状態のまま続くという短所があ
り、また直流電圧を使用する場合にもトライアツ
クに対して直列にかつ電気開閉装置に対して並列
に接続される容量の大きなコンデンサが必要にな
るという短所がある。さらに接点を開く際に給与
電圧中に生ずる過度現象のためトライアツクのト
リガがひん繁に起こる。

抵抗とインダクタンスとから成る直流回路をア
ークなしで開閉するために、負荷に並列に接続し
た放流ダイオードを設け、負荷使用中はこの放流
ダイオードを阻止方向にはたらかせておくことも
公知である（ドイツ連邦共和国工業規格
DIN43235 4.1節）。回路を開いたのち負荷電流は
この放流回路に転流するから、インダクタンス中
に蓄えられたエネルギーは安全に減少させられ
る。電流の消滅速度は負荷回路の時定数によつて
左右されるから、場合によつて、たとえば電磁式
開閉装置の電磁操作器の運動の場合のようにしや
断のための機能が著しく遅延することもある。改
良された放流回路（ドイツ連邦共和国特許公告公
報第1175321号）においては、ダイオードに対し
て直列にコンデンサと抵抗との並列回路が接続さ
れている。しかし負荷電流が大きくなると、その
作用を十分なものとするためにやはり大きな静電
容量値が必要となり、これを実現するには多くの
費用がかかる。

〔発明の目的〕

この発明の目的は、抵抗とインダクタンスとか
ら成る負荷回路の残留エネルギーをしや断の際に
急速に減少させながらしかも機械式開閉装置の接
点の間に電圧が残留しないように前記の種類の回
路装置を改良することである。

〔発明の要点〕

前記の目的は頭記の種類の回路装置において、
電子式開閉器と非直線抵抗とが負荷に対して並列
に接続され、前記負荷電圧で充電された容量性蓄
勢装置が負荷と非直線抵抗とに対して並列に接続
されたコンデンサで構成されており、このコンデ
ンサの一方の端子が電子式開閉器の制御端子に接
続されている場合がとくに有利である。さらにコ
ンデンサの充放電用の電流通路が設けられている
場合が有利である。負荷電流が非直線抵抗に転流
するまでの時間は、コンデンサに対してツエナダ
イオードが並列に接続されている場合には、選択
された値用電圧に関係なく選択することができ
る。電子式開閉器としては電界効果トランジスタ
を用いることが有利であることが示された。

電界効果トランジスタのゲート・ソース間隙を
過渡電圧尖頭値から保護するためには、充電手段
がコンデンサに直列に接続されたツエナーダイオ
ードで構成される場合が有利である。開閉装置が
閉じている場合に非直線抵抗に電圧が加えられな
いことを確実にするためには、電子式開閉器と非
直線抵抗とから成る並列回路にダイオードが直列
に接続されている場合が有利である。したがつて
この抵抗の制限電圧は端子間の正規使用電圧を超
える値でなくてもよい。これによつて、好ましく
ない持続電流が流れる問題なしに、大電流を通電
可能な炭化硅素バリスタを使用することも可能と
なる。コンデンサに対しダイオードと抵抗とから
成る並列回路が直列に接続されている場合、さら
に前記の並列回路とは反対側のコンデンサ端子に
ツエナダイオードに対し並列に抵抗が接続され、
また抵抗とダイオードとの並列回路ならびに抵抗
とツエナダイオードとの並列回路のコンデンサと
は反対側の相互接続点間に別の抵抗が接続されて
いる場合には、容量性蓄勢装置の充放電がそれぞ
れ電流通路において行なわれることが可能にな
る。機械式開閉器を開くとき別の充電電流が流れ
るのをすばやく防止するためには、抵抗とダイオ
ードとの並列回路に対して直列に、このダイオー
ドに対し逆の極性をもつダイオードが接続されて
いる場合が有利である。構成素子開発の現在の水
準で電界効果トランジスタを使用する場合よりも
大きい電流値およびしや断電圧値を得るために
は、電子式開閉器がしや断可能なサイリスタであ
る場合が有利である。サイリスタの制御が機械式
開閉装置の先行補助接点ならびに遅延補助接点を
介して行なわれる場合には、サイリスタの制御を
簡単に行なうことができる。

〔発明の実施例〕

第１図はこの発明の実施例を示すもので、端子
１は直流電源の正極に、端子２は負極に接続され
ている。開閉器３が閉じている場合には、この直
流電圧は抵抗４とインダクタンス５とで形成され
る負荷に加えられている。負荷電流は矢印６の方
向に流れる。本発明による回路装置は負荷に対し
て並列に端子７および８に接続されている。第１
の補助電流は端子７からツエナダイオード９、ツ
エナダイオード１０、限流抵抗１１およびダイオ
ード１２を経て端子８へ流れ、この電流によつて
ツエナーダイオード１０にはツエナ電圧が発生さ
れる。コンデンサ１３はこのツエナー電圧で充電
される。接続点１４にはこの電圧の正極が、接続
点１５には負極が生じる。第２の補助電流は端子
７から抵抗１６およびダイオード１２を経て端子
８へ流れる。この電流通路は最初はあまり重要で
はない。開閉器３が閉じている場合には、ダイオ
ード１７には阻止方向に電圧が加えられており、
電界効果トランジスタ１８あるいは非直線抵抗１
９を経て電流が流れることを阻止する。電界効果
トランジスタ１８のゲート電極は、ダイオード９
の順方向電圧降下によつてソース電極に比し負の
バイアス電圧をかけられている。開閉器３が開か
れると、負荷のインダクタンス５に蓄えられたエ
ネルギによつて電流は引き続いて矢印６の方向に
流される。この際誘導の法則によつて、開閉器３
のアーク電圧が電源電圧の瞬時値に到達するやい
なや、端子７および８の間に加えられる電圧の極
性が反転する。そこで端子７が負極、または端子
８が正極となる。これによつてまずダイオード１
２が阻止状態になる。コンデンサ１３は抵抗２０
および１６ならびにダイオード２１を介して放電
し、したがつて接続点１４は端子７に対して正の
電位を保つている。これによつて電界効果トラン
ジスタ１８は導通状態になる。負荷電流６は端子
８からダイオード１７および電界効果トランジス
タ１８を経て端子７へ流れる。端子８と７の間に
は、ダイオード１７の順方向電圧降下と電界効果
トランジスタ１８のドレーン・ソース間残留電圧
との合成されたわずかな電圧しか加えられていな
い。したがつてこの回路装置は端子７および８の
間に接続されたフライホイールダイオードと類似
の作用をする。開放された開閉間隙３は電気絶縁
上安全状態におかれる。コンデンサ１３が十分に
放電されてしまうと、電界効果トランジスタ１８
は高抵抗になる。それで負荷電流６は非直線抵抗
１９に転流される。この非直線抵抗はその電圧降
下が電界効果トランジスタ１８のドレーン・ソー
ス間の許容電圧を下回るように選定されている。
この高い対向電圧によつて、インダクタンス５に
まだ蓄えられている残留エネルギは確実に急速に
減少する。この場合開かれている開閉器３にはも
はやアークは発生しない。なぜならばこの空隙は
すでに高い絶縁耐力をそなえているからであう。
これによつて所望の作用が得られる。

ダイオード１７を挿入することにより、非直線
抵抗１９には、開閉器３が閉じている場合には公
知のようにその両端に電圧が加わらないことにな
る。これによつてこの抵抗の制限電圧が端子１お
よび２の間の常規使用電圧を超えた値である必要
はなくなる。この事実によつて、抵抗１９の代わ
りに大電流を通電できる炭化硅素バリスタを使用
することも可能となり、その場合に好ましくない
持続電流がこの抵抗に流れることもない。

ツエナーダイオード１０は、選択された使用電
圧がツエナ電圧よりも高い場合に限り、負荷電流
を抵抗１９へ転流させるまでの時間が選択された
使用電圧に左右されないように作用する。ツエナ
ダイオード９は電界効果トランジスタ１８のゲー
ト・ソース間隙を過渡電圧尖頭値から保護する。

抵抗１６の下側の端子は接続点２２に接続する
代わりに、接続点１５に接続することもできる。
これによつて定常閉路状態における電力損失が減
少する。さらにこの場合にはコンデンサ１３の電
圧利用率を改善するために設けられたダイオード
２１を省略することができる。しかし第１図によ
る回路構成に比べると、コンデンサ１３の完全充
電に必要な端子１および２の間の最小電圧が高く
なる。

第２図はしや断可能なサイリスタを使用した第
２の回路装置を示す。この図において第１図と同
じ部品には同じ符号をつけてある。構成素子開発
の現在の水準にあつても、第１図の回路の場合よ
りは大きい電流値およびしや断電圧値を得ること
が可能である。

開閉器３が閉じている場合には、端子７からツ
エナーダイオード１０、抵抗１１およびダイオー
ド１２を経て端子８へと補助電流が流れる。コン
デンサ１３はツエナーダイオード１０のツエナ電
圧に充電される。開閉器３に結合した常時閉路接
点３ａは開いており、遅延動作形常時開路接点３
ｂは閉じている。開閉器３が開かれると、端子７
および８の間の電圧の極性が反転する。これによ
つて正の制御電流が端子８からダイオード１７、
限流抵抗２４およびまだ短い時間閉じている開閉
器の接点３ｂを経てしや断可能なサイリスタ２３
の制御電極へ流れる。この電流によつてサイリス
タは点弧し、端子８および７の間に放流回路がで
きて、負荷電流はこ回路に転流する。同じように
開閉器の接点３ｂが開かれたあと開閉器の接点３
ａが閉じる。これによつてコンデンサ１３の負極
端子がしや断可能なサイリスタ２３の制御電極に
つながり、したがつてこのサイリスタはふたたび
阻止状態となる。そこで負荷電流は非直流抵抗１
９へ転流し、これによつて負荷のインダクタンス
５に蓄えられたエネルギをアークほ発生に至らず
に減少させることができる。

位相制御された直流電圧による運転において
は、機械式開閉器が開かれたときには放流回路を
形成するが、給電直流電圧に万一にも負の瞬時値
が発生した場合には放流回路を形成しないような
補助の電子式あるいは機械式開閉素子を使用する
ことが有利である。

第２図による実施例において、定常状態におい
て放流効果が始まることを防止するためには、遅
延動作形常時開路接点３ｂの代わりに、たとえば
開閉器３に結合された付荷的な遅延動作形常時閉
路接点を前記常時開路接点３ｂに対して直列に接
続することにより一種の重複閉路接点を構成させ
ることが有利である。これによつてサイリスタ２
３は開閉器３のしや断過程中しか点弧しない。

開閉器３に結合された機械式補助開閉器は、た
とえば電磁接触器のコイル電圧によつて制御され
る電子回路によつて置き換えると有利である。こ
れによつてサイリスタ２３の点弧および消弧の時
間的経過の設計に際して、機械的に結合された開
閉器を使用する場合よりも大きい自由度をうるこ
とが可能になる。抵抗とインダクタンスとから成
る複数の負荷が共通の整流器から供給され、しか
も開閉器３が閉じていること整流器からくる配線
がたとえば上位の保護装置によつてしや断される
可能性がある場合には、この回路網に蓄えられる
すべてのエネルギは能動化された放流回路を経て
減少することになろう。電子式開閉器あるいは非
直線抵抗の過負荷を防止するために、必要とあれ
ば開閉器３と負荷および電子式開閉器の並列回路
との間に正常運転中導通状態にあるダイオード２
５を接続することができる。

前記の回路の主な長所は、開閉器３に対して導
通性のバイパスがないことである。したがつてこ
の開閉器が開路状態において回路が確実に切り離
される。閉路状態では負荷回路に直列な半導体回
路がないから、回路の電力損失はわずかである。

これによつてさらに市販の交流電磁接触器をさ
ほどの改造もせずに直流電磁接触器として使用す
ることが可能である。とくにいつそう高いアーク
電圧に速く到達するために複数のしや断間隙を直
列に接続する場合にそれが可能である。さらに大
きな時定数をもつ抵抗とインダクタンスとから成
る負荷をひんぱんに開閉しなければならない直流
電磁接触器の消耗現象を決定的に減少させること
が可能である。

〔発明の効果〕

この発明によれば、電子式開閉器と非直線抵抗
とが負荷に対して並列に接続されているので、機
械式開閉装置が開かれるとこの回路装置の端子間
電圧の極性が反転し、それによつて電子式開閉器
の制御電極の電位が制御されて電子式開閉器が導
通状態となり、負荷電流はまずこの電子式開閉器
に転流する。ついで蓄勢装置の配電完了あるいは
機械式開閉器補助接点の動作などにより電子式開
閉器が阻止状態となり、負荷電流はさらに非直線
抵抗に転流する。この非直線抵抗の電圧降下が大
きいので残留負荷電流は急速に減少する。この間
に機械式開閉器は開放状態となりその接点間隙の
絶縁耐力は高くなつているのでアークは発生しな
い。その結果として抵抗とインダクタンスとから
成る負荷回路の残留エネルギをしや断の際に急速
に減少させながらしかも機械式開閉装置の接点の
間に電圧が残留しないような回路装置が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は電子式開閉器として電界効果トランジ
スタを使用した回路装置、第２図は電子式開閉器
としてしや断可能なサイリスタを使用した回路装
置を示す図である。 ３……機械式開閉装置、４……負荷の抵抗、５
……負荷のインダクタンス、１３……容量性蓄勢
装置、１８，２３……電子式開閉器、１９……非
直線抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直流を給電される抵抗とインダクタンスとか
   ら成る負荷に直列に接続されている機械式開閉装
   置を、負荷電圧で充電された容量性蓄勢装置によ
   り制御可能な電子式開閉器によつて保護する回路
   装置において、電子式開閉器と非直線抵抗とが負
   荷に対して並列に接続され、前記負荷電圧で充電
   された容量性蓄勢装置が負荷と非直線抵抗に対し
   て並列に接続されたコンデンサからなり、このコ
   ンデンサの一方の端子が電子式開閉器の制御端子
   に接続されていることを特徴とする回路装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載のものにおい
   て、コンデンサの充電用および放電用の電流路が
   それぞれ区別して設けられていることを特徴とす
   る回路装置。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載のものにおい
   て、コンデンサにツエナダイオードが並列に接続
   されていることを特徴とする回路装置。 ４ 特許請求の範囲第１項から第３項までのいず
   れかに記載のものにおいて、電子式開閉器が電界
   効果トランジスタであることを特徴とする回路装
   置。 ５ 特許請求の範囲第２項から第４項までのいず
   れかに記載のものにおいて、充電手段がコンデン
   サに直列に接続されたツエナダイオードで構成さ
   れていることを特徴とする回路装置。 ６ 特許請求の範囲第５項に記載のものにおい
   て、ツエナダイオードに対して並列に抵抗が接続
   されており、この並列回路のコンデンサとは反対
   側の相互接続点に別の抵抗の一方端が接続されて
   おり、この別の抵抗の他方端がコンデンサとツエ
   ナダイオードとの並列回路の接続点に別の抵抗と
   ともに接続されていることを特徴とする回路装
   置。 ７ 特許請求の範囲第１項から第６項までのいず
   れかに記載のものにおいて、電子式開閉器と非直
   線抵抗とから成る並列回路にダイオードが直列に
   接続されていることを特徴とする回路装置。 ８ 特許請求の範囲第２項から第７項までのいず
   れかに記載のものにおいて、コンデンサに対して
   ダイオードと抵抗とから成る並列回路が直列に接
   続されていることを特徴とする回装置。 ９ 特許請求の範囲第８項に記載のものにおい
   て、抵抗とダイオードとの並列回路とは反対側の
   コンデンサ端子にツエナダイオードに対し並列に
   抵抗が接続され、また抵抗とダイオードとの並列
   回路ならびに抵抗とツエナダイオードとの並列回
   路の、それぞれコンデンサとは反対側の相互接続
   点間に別の抵抗が接続されていることを特徴とす
   る回路装置。 １０ 特許請求の範囲第８項または第９項に記載
   のものにおいて、抵抗とダイオードとの並列回路
   に対して直列に、該ダイオードに対し逆の極性を
   もつ別のダイオードが接続されていることを特徴
   とする回路装置。 １１ 特許請求の範囲第１項から第１０項までの
   いずれかに記載のものにおいて、電子式開閉器が
   しや断可能なサイリスタであることを特徴とする
   回路装置。 １２ 特許請求の範囲第１１項に記載のものにお
   いて、サイリスタの制御が機械式開閉装置の先行
   補助接点ならびに遅延補助接点を介して行われる
   ことを特徴とする回路装置。