JPH04119939U - 電源切換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 第１および第２電源を択一的に切換えて負荷
に接続する電源切換器に関し、電源の瞬断しか許容しな
い機器が負荷に含まれる場合に対処できるよう、アーク
短絡を伴うことなく高速で電源切換えができるようにす
ることを目的とする。 【構成】 電源（Ｐ１，Ｐ２）と負荷（Ｌ）の間に接続
され、かつ、相補的に開閉する主接触子（11, 12）と、
主接触子（11, 12）に並列接続すると共にこれらに連動
し、かつ、これらよりも早く閉、遅く開になる補助接触
子（21, 22）と、補助接触子（21, 22）に直列接続され
る電流制限素子（31, 32）とから構成する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、異なる２つの電源を択一的に切り換えて負荷に接続するための電源 切換器に関する。 電源供給の信頼性向上やエネルギーの有効利用等の観点から、電源を複数系統 、通常２系統、備えるというのが近年の傾向である。例えば電灯設備、電動機、 各種電気機器等の負荷を有する工場、ビル等においては、これまでの商用電源を 第１電源とするのに加えて、都市ガスや排熱等をエネルギー源とする第２電源を 備えるようになっている。この第２電源の代表例としてはコージェネレーション システムにおける発電機電源がある。

【０００２】 本考案は、負荷への供給電源を、第１電源から第２電源へまた第２電源から第 １電源へ切り換えるために用いる電源切換器について述べる。

【０００３】

【従来の技術】

図６は従来の電源切換器の原理構成図である。本図において、電源切換器は、 第１電源Ｐ１と負荷Ｌの間に接続される第１接触子１と、第２電源Ｐ２と負荷Ｌ の間に接続され、第１接触子１に対し相補的に開閉する第２接触子２からなる。 相補的にとは、第１接触子１が閉（または開）となるときに第２接触子２が開（ または閉）となることを意味する。いわばトランスファスイッチを構成する。両 者が相補的に開閉することを表すために図では、第１および第２接触子１，２の 間を一点鎖線でつないで示す。なお、第１および第２接触子を駆動するための電 磁コイル等については、ここでは記載を省略している。

【０００４】 図７は従来の電源切換器の動作を表すシーケンス図である。本図中Ｖ_L は負荷 Ｌに印加される電圧波形を表す。Ｖ_L は実際には交流波形であるが、図では理解 し易いように直流波形で示している。 本図のシーケンスでは、まず第１電源Ｐ１が負荷Ｌに接続されていて、その後 切換指令（１）により、第２電源Ｐ２に切り換えられ、またしばらくして、切換 指令（２）により第１電源Ｐ１に戻る、という典型的なモードを表している。

【０００５】 切換指令（１）が与えられる以前は電源切換器内の第１および第２接触子１， ２は図６に示すような開閉状態になっている。そして、切換指令（１）が電源切 換器に与えられると、該電源切換器内の電磁コイルの感応時間等による若干の遅 延を経た後、第１接触子１は閉から開となり、第２接触子２は開から閉となる。 なお、切換指令（２）が与えられた後は、上記と全く逆の状態になる。

【０００６】 上述した第１および第２接触子１，２の開閉時における切換わり時間は、図中 、ｔ１として示されているが、 このｔ１は通常20〜30msとかなり長く設定され ている。その理由は次のとおりである。 図６および図７を参照すると、第１接触子１が閉から開に向うとき、その開極 直後からしばらくは第１接触子の接点対間にアークが生ずる。もしこのアークが 消えないとする、実質的に第１接触子１は見かけ上閉のままであり、その後、第 ２接触子２が閉になったとすると、第１電源Ｐ１と第２電源Ｐ２との間でアーク 短絡を生じてしまう。この短絡アーク電流はきわめて大であり、障害を引き起こ す。この場合、Ｐ１の交流電圧位相とＰ２の交流電圧位相とが完全に一致してい るときは、そのようなアーク短絡は生じない。しかしながら実際には両者の交流 電圧位相が電源切換時において完全に一致することはまれであり、両者の交流電 圧の間には位相ずれがある。この位相ずれのために上記のアーク短絡が生ずるこ とになる。

【０００７】 そこで一般的には、第１接触子１（または第２接触子２）が開極してから第２ 接触子２（または第１接触子１）が閉となるまでの時間を十分長くとり、一方の 接触子の開極時におけるアークが完全に消滅するのを待って、他方の接触子を閉 にしている。このために、20〜30msの切換わり時間ｔ１が要求されている。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】 上述した20〜30msの切換わり時間ｔ１は、負荷Ｌにとっては電源断（停電）の 時間に相当する。通常、このような20〜30ms程度の時間の電源断は、一般の電灯 負荷や電動機負荷等に何の障害も生じさせない。 ところが、近年、既述した各種電気機器に、パーソナルコンピュータ、ワーク ステーション、ワードプロセッサ等のＯＡ機器が多く含まれるようになった。こ れらのＯＡ機器は電源断を最も嫌うものであり、その時間が長いといわゆるシス テムダウンが生じてしまう。つまり、これらのＯＡ機器には電源の瞬断しか許容 されない。この瞬断は通常10ms程度である。なお、このような瞬断しか許容しな い電気機器は上記のＯＡ機器以外にも存在する。例えば、自己保持機能を備えた リレーシーケンス制御盤等である。

【０００９】 かくして、従来の電源切換器においては、切換わり時間ｔ１が長く、電源の瞬 断しか許容しないような電気機器が負荷Ｌの中に含まれていると、当該電気機器 の正常動作に支障を及ぼすという問題が生ずる。もし単純にそのｔ１を短縮する よう接触子１および２の駆動機構を調整したとすれば、こんどは、上述した電源 間のアーク短絡という重大な障害を招いてしまう。

【００１０】 したがって本考案は上記問題に鑑み、アーク短絡を生じさせることなく、かつ 、瞬断しか許容しない負荷にも対応し得る電源切換器を提供することを目的とす るものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

図１は本考案に係る電源切換器の原理構成図である。本考案に係る電源切換器 は図示する構成を有しており、参照番号11は、第１電源Ｐ１と負荷Ｌの間に接続 される第１主接触子（第１接触子１に相当）、12は、第２電源Ｐ２と負荷Ｌの間 に接続され、第１主接触子に対し相補的（図中、一点鎖線で示す）に開閉する第 ２主接触子（第２接触子２に相当）、21は、第１主接触子11に並列接続し、かつ 、第１主接触子11に連動（図中、点線で示す）してこれよりも早く閉、遅く開と なる第１補助接触子、22は、第２主接触子12に並列接続し、かつ、第２主接触子 12に連動（図中、点線で示す）してこれよりも早く閉、遅く開となる第２補助接 触子、31は、第１補助接触子21に直列接続する第１電流制限素子、32は、第２補 助接触子22に直列接続する第２電流制限素子である。

【００１２】 さらに好ましくは、第３電流制限素子33を設ける。この素子33は、第１主接触 子11および第２主接触子12の間の中間接続点と、第１補助接触子21および第２補 助接触子22の間の中間接続点との間に接続する。

【００１３】

【作用】

図２は本考案に係る電源切換器の動作説明に用いるシーケンス図であり、前述 した図７に対応する。 切換指令（１）が与えられると、まず第１主接触子11が開極し、閉から開に変 わる。このためＶ_L は点線ａ１に沿って下降しようとする。ところが、第１主接 触子11よりも遅く開となる第１補助接触子21が遅れて開になるから、図中の実線 ｂ１に沿ってＶ_L が下降することになる。点線ａ１のカーブから実線ｂ１のカー ブに移る際、電圧降下が生じている様子が図に示されているがこれは、主接触子 11が開になった直後で、かつ、補助接触子21が開になる直前に、第１電源Ｐ１と 負荷Ｌの間に第１電流制限素子31が挿入され、ここで電圧降下が生ずるからであ る。この電流制限素子31は、その後、補助接触子21が開極した直後におけるアー ク電流を抑制する役目を果す。つまり補助接触子21はアークを伴うことなく開と なる接触子である。しかし反面、このとき、負荷Ｌへの供給電圧は低下してしま う。そこで、負荷Ｌへの供給電圧の低下が該負荷の正常動作に支障を及ぼさない ように電流制限素子31（後述の第２電流制限素子32についても同じ）の値を予め 調整しておく。

【００１４】 引続き、第２主接触子12よりも早く閉になる第２補助接触子22が閉となり、図 中の実線ｂ２に沿ってＶ_L が上昇する。このときの第２補助接触子22の閉極は第 ２電流制限素子32を通して行われる。この第２電流制限素子32の存在により、第 １電流制限素子31と併せて、Ｐ１とＰ２間の短絡に基づく第１主接触子21でのア ーク短絡の発生が防止される。そしてこの補助接触子22の閉極に引続いて本来の 第２主接触子12が閉となる。図中の点線ａ２は、図７における対応部分のＶ_L に 相当する。

【００１５】 以上の説明は、第１主および補助接触子11, 21が開へ、第２主および補助接触 子12, 22が閉へそれぞれ切り換わる際の動作（切換指令（１）による）について 述べたが、この逆に、切換指令（２）が与えられたとき、すなわち、第２主およ び補助接触子12, 22が開へ、第１主および補助接触子21，11が閉へそれぞれ切り 換わる際の動作についても全く同様である。

【００１６】 図１に示す第３電流制限素子33は、次の役目を果す。上記の切換指令（１）が 与えられた場合を例にとると、第１補助接触子21が開極するとき、第１電流制限 素子31により、ここでのアークは発生しない筈である。しかし、万一このアーク が発生し、かつ、第２主接触子12が閉になるときまでこのアークが切れずに持続 したとすると、このアークを介し第１および第２電源Ｐ１およびＰ２間は短絡す る。このような場合に対処すべく、第３電流制限素子33を設け、第１電流制限素 子31と併せて、当該アーク短絡の発生を抑圧する。

【００１７】 結局、図２から明らかなとおり、開極時のアークを生じさせることなく、従来 の切り換わり時間ｔ１（20〜30ms）が、ｔ２（10ms以下）へとほぼ半減せしめら れ、高速の電源切換器が実現されることになる。

【００１８】

【実施例】

図３は本考案に基づく一実施例の結線図であり、３相３線式の場合を示してい る。勿論、単相や３相４線式の場合にも適用可能である。なお、負荷ＬのうちＯ Ａ機器等の単相負荷はいずれかの２相の間に接続される。本図中、前述した構成 要素と同様のものには同一の参照番号または記号を付して示す（以後の図におい て同じ）。

【００１９】 本図中の電流制限素子（31, 32, 33）としてはそれぞれ抵抗（例えば２Ω）を 用いたが、リアクトルを用いても構わない。 また本図中の補助接触子（21, 22）は、既述のとおり、主接触子（11, 12）よ りも早く閉、遅く開となるいわば早閉遅開形の接触子であるが、この早閉遅開動 作を実現するために、図では“ゲタの歯”状の構造の接触子として模式的に表し ている。すなわち、このゲタの歯（導電体）の存在によって、対応する主接触子 が閉になるときはこれよりも前に閉になり、一方、主接触子が開になるときは、 これよりも後に開となる。しかし、実際には、例えば次のような構造を採用して おり、単純かつ安価にその早閉遅開を実現する。

【００２０】 図４は本考案に係る補助接触子およびこれと連動する主接触子の構成例を示す 図である。本図において、上側は第１および第２主接触子11, 12であり、下側は 第１および第２補助接触子21, 22である。２つの主接触子11および12は例えばシ ーソー形のクランク機構（絶縁体）により相補的に開閉する。ただし図では簡略 のため一点鎖線でそのシーソー形のクランク機構を表す。シーソーの中央の支点 は41で示し、２つの主接触子11および12は、図示する実線矢印の方向または点線 矢印の方向に上下動する。

【００２１】 また各主接触子の可動接点側にコイルばね51, 52、接点板ばね61, 62が設けら れており、主接触子が開から閉に向うときは、これらのばね部材を圧縮しながら 閉成し、これらのばね部材の復元力によって、各接触子の接点対は弾性をもって 接触し合い、良好な接触を維持する。 上述した第１および第２主接触子11, 12の構造と同様の構造が、第１および第 ２補助接触子21, 22にも適用される。したがって42は上述した支点、71, 72はコ イルばね、81, 82は接点板ばねである。

【００２２】 これら第１および第２補助接触子21, 22は、第１および第２主接触子11, 12と “連動”して、かつこれら主接触子11, 12に対し“早閉遅開”動作をする。この “連動”を実現するために、支点41と支点42を同軸上に配置し（図中、点線で表 す）、主接触子（11, 12）側のシーソー動作がそのまま補助接触子（21, 22）側 のシーソー動作として伝達されるようにする。

【００２３】 また上記の“早閉遅開”動作については、主接触子側の開極ストロークＤに対 し、補助接触子側の開極ストロークｄを短くすることによって実現する。例えば 、Ｄ＝14mmに対し、ｄ＝12mmである。このため、補助接触子側には介在物（上記 の例によれば２mm厚）91および92が固定接点側に挿入される。 例えば第２主接触子（第１主接触子11に関しても同じ）12が開から閉に向うと き、これと連動して開から閉に向う第２補助接触子（第１補助接触子21に関して も同じ）は、開極ストロークの違い（Ｄ＞ｄ）により、当然第１主接触子12より も早く閉になる。これにより“早閉”が達成される。なお、このとき、ばね部材 72, 82（52,62 も同じ）は十分圧縮される。

【００２４】 次に第２主接触子12が閉から開に向うとき、第２補助接触子22も閉から開に向 うが、開極ストロークの違い（Ｄ＞ｄ）により、第２主接触子12の方が開極し始 めても、第２補助接触子22の方は依然閉のままであり開極しない。この間、該接 触子22の上記ばね部材（72, 82）は、その可動接点をその固定接点に押しつけて いる。そして、第２補助接触子22がさらに開き、ばね部材の復元力が完全に消失 したとき（ばねが伸び切ったとき）、開極が始まる。ここに“遅開”が達成さる 。したがって、ばね部材は、図４の構成例において、少なくとも第１および第２ 補助接触子21, 22の側に備えられている必要がある。

【００２５】 実験例によれば、主接触子11, 12についての切換わり時間ｔ１（図２参照）が 20msのとき（従来どおり）、補助接触子21, 22についての切換わり時間ｔ２（図 ２参照）は８〜10msであった。つまり、アーク短絡を伴わない、８〜10msという 高速切換えが確認された。 図５は本考案に係る電源切換器を構成する装置の概観を表す図であり、正面か ら見た図である。また３相３線式に対応したものであり、各３個の抵抗体（電流 制限素子）31, 32および33が合計９個配列されている。図中、参照番号11および 12は第１および第２主接触子の配置を示し、21および22は第１および第２補助接 触子の配置を示す。補助接触子21, 22が使用状態にあるのは図２において、ｔ１ −ｔ２（ｔ１とｔ２の差）のわずかな時間であり、また、電流制限素子の介在に より主接触子側よりも小さい電流を取扱うので、補助接触子は主接触子よりも小 容量（小形）でよい。なお、図中の点線で示す部分11′および12′は、電磁機構 部分（図４のＭＧ１，ＭＧ２）ならびに既述のシーソー形のクランク機構部分の 配置を表し、また、21′および22′は既述のシーソー形のクランク機構部分の配 置を表す。

【００２６】

【考案の効果】

以上詳述したように本考案によれば、20〜30msという長い電源切換え時間では システムダウンを起こすようなＯＡ機器等を含む負荷が接続される場合に好適な 、すなわち電源の瞬断で切換えを完了できる電源切換器が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る電源切換器の原理構成図である。

【図２】本考案に係る電源切換器の動作説明に用いるシ
ーケンス図である。

【図３】本考案に基づく一実施例の結線図である。

【図４】本考案に係る補助接触子およびこれと連動する
主接触子の構成例を示す図である。

【図５】本考案に係る電源切換器を構成する装置の概観
を表す図である。

【図６】従来の電源切換器の原理構成図である。

【図７】従来の電源切換器の動作を表すシーケンス図で
ある。

【符号の説明】

11…第１主接触子 12…第２主接触子 21…第１補助接触子 22…第２補助接触子 31…第１電流制限素子 32…第２電流制限素子 33…第３電流制限素子 71, 72…コイルばね 81, 82…接点板ばね 91, 92…介在物 Ｐ１…第１電源 Ｐ２…第２電源 Ｌ…負荷

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 関根 富雄 東京都世田谷区用賀３−８−13

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１電源（Ｐ１）および第２電源（Ｐ
   ２）を択一的に切換えて負荷（Ｌ）に接続する電源切換
   器において、前記第１電源と前記負荷の間に接続される
   第１主接触子（11）と、前記第２電源と前記負荷の間に
   接続され、前記第１主接触子に対し相補的に開閉する第
   ２主接触子（12）と、前記第１主接触子に並列接続し、
   かつ、該第１主接触子に連動してこれよりも早く閉、遅
   く開となる第１補助接触子（21）と、前記第２主接触子
   に並列接続し、かつ、該第２主接触子に連動してこれよ
   りも早く閉、遅く開となる第２補助接触子（22）と、前
   記第１補助接触子に直列接続する第１電流制限素子（3
   1）と、前記第２補助接触子に直列接続する第２電流制
   限素子（32）と、からなることを特徴とする電源切換
   器。
2. 【請求項２】 前記第１主接触子（11）および前記第２
   主接触子（12）の間の中間接続点と、前記第１補助接触
   子（21）および前記第２補助接触子（22）の間の中間接
   続点との間に、第３電流制限素子（33）を接続する請求
   項１に記載の電源切換器。
3. 【請求項３】 前記第１補助接触子（21）および前記第
   ２補助接触子（22）の各々における接点対間の開極スト
   ローク（ｄ）を、前記第１主接触子（11）および前記第
   ２主接触子（12）の各々における接点対間の開極ストロ
   ーク（Ｄ）よりも短く設定し、かつ、少なくとも該第１
   および第２補助接触子の各々における前記接点対が相互
   に弾性をもって接触し合うためのばね部材（71, 72, 8
   1, 82）を有する請求項２に記載の電源切換器。