JPH10201134A - 電源切替回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来は接点切替時の短絡電流を防ぐため、電
磁接触器、タイマ、複数のリレー等を用いていたため、
大型化されるとともにコストアップを招いていた。 【解決手段】 変圧器の一次側巻線と互いに異なる２つ
電源の出力端との間に接続され、一方の電源により操作
コイルが励磁されるａ接点およびｂ接点を有し、そのａ
接点を一方の電源の出力端と変圧器の一次側巻線との間
に接続し、ｂ接点を他方の電源の出力端と変圧器の一次
側巻線との間に接続した電源切替回路において、変圧器
の一次側巻線を分割して２回路とし、一方の巻線回路Ｎ
Ａと一方の電源Ａとを前記ａ接点を介して接続するとと
もに、他方の巻線回路ＮＢと他方の電源Ｂとを前記ｂ接
点を介して接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気機器のバック
アップ用に２系統の電源を備えた場合に、その電源の切
替をするための電源切替回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電源切替回路として、図３に示す
ものがある。これは互いに異なる商用電源Ａ、Ｂを備
え、それぞれの一方の出力線を互いに接続して共通線と
し、他方の出力線をリレー接点を介し切替可能にして、
それぞれを変圧器Ｔｒの一次側に接続したものである。
これらの接点は、開閉動作時にアークが発生して開閉タ
イミングが遅れることがあり、その場合は電源Ａと電源
Ｂが短絡される。しかも、短絡したときの両電源の位相
が一致すると、過大な電流が流れることになる。そのた
め従来の電源切替回路では、接点容量の大きい電磁接触
器を用いている。また、電磁接触器の操作用コイルＭＣ
は、一方の電源の出力に並列に接続される。

【０００３】図示例では電源Ａに操作用コイルＭＣを接
続し、それにより駆動されるａ接点を電源Ａ側に、ｂ接
点を電源Ｂ側にそれぞれ接続することにより、電源Ａに
より操作用コイルＭＣが通電されている間は、ａ接点が
閉じてｂ接点が開き、電源Ａが変圧器Ｔｒに接続され
る。この状態から電源Ａがダウンすると、操作用コイル
ＭＣの励磁がなくなり、ａ接点およびｂ接点がともに復
帰して、電源Ｂが変圧器Ｔｒに接続される。また、電源
Ａが復旧すると、操作用コイルＭＣが再び励磁されて、
ａ接点およびｂ接点が作動し、元のように電源Ａが変圧
器Ｔｒに接続される。すなわちこの電源切替回路では、
電源Ａを優先して変圧器Ｔｒに接続するように構成され
ている。

【０００４】また、他の従来例として、図４に示すもの
がある。これは図３の電磁接触器の代わりに、リレーと
タイマーを用いたことにより、ａ接点の動作タイミング
を調整可能にしたものである。すなわち、電源Ａがダウ
ンして復旧する際に、リレーによりｂ接点が開かれると
アークが発生しｂ接点の開のタイミングが遅れる。その
ため、その遅れ分を予めタイマにセットしておくことに
より、ａ接点の閉じるタイミングを遅らせて、ａ接点お
よびｂ接点がともに閉じられる瞬間がないようにしたも
のである。なお、この従来例でタイマの代わりにリレー
を複数個組み合わせて、ｂ接点の動作タイミングを遅ら
せる構成とする場合もあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の電源切
替回路は、前者の場合、電磁接触器を用いるため全体の
容積が大きくなるとともにコストアップになるという不
都合があった。また、後者の場合は、電磁接触器を用い
ないので、容積等が増大することはないものの、タイマ
の設定が面倒である。すなわち、アークの発生には再現
性が乏しいため、短絡を確実に防ごうとするとタイマ設
定時間を長くしなければならず、その場合は、両電源と
も変圧器Ｔｒに接続されない期間が増大することにな
り、本来の電源をバックアップする目的からはずれてし
まう。そのため、タイマの設定時間にも上限があり、最
小限の短絡期間の発生はやむをえなかった。具体的に
は、２つの電源が短絡された場合に発生する電流は１０
０Ａに達することもあり、そのための対策が必要であっ
た。そこで、接点切替時のタイミング不良により２つの
電源が短絡されても大電流の流れることのない電源切替
回路の開発が望まれていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで上記課題を解決す
るために、本発明は、変圧器の一次側巻線と互いに異な
る２つ電源の出力端との間に接続され、一方の電源によ
り操作コイルが励磁されるａ接点とｂ接点とを有し、そ
のａ接点を一方の電源の出力端と変圧器の一次側巻線と
の間に接続し、そのｂ接点を他方の電源の出力端と変圧
器の一次側巻線との間に接続した電源切替回路におい
て、変圧器の一次側巻線を分割して２回路とし、一方の
巻線回路と一方の電源とを前記ａ接点を介して接続する
とともに、他方の巻線回路と他方の電源とを前記ｂ接点
を介して接続する。それにより、接点切替時に、２つの
電源がとともに変圧器に接続される期間が発生しても、
変圧器の一次側巻線は互いに別回路となり、その分、イ
ンピーダンスが増大して電流の増大が抑制される。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図１に示す。
この実施形態では、電源が接続される変圧器Ｔｒの一次
側巻線を巻線ＮＡと巻線ＮＢとに２分割し、それぞれを
１００Ｖの商用電源Ａと電源Ｂに接続する。すなわち、
電源Ａ，Ｂと巻線ＮＡ，ＮＢとを接続するそれぞれ一方
の配線を互いに接続して共通にし、電源Ａと巻線ＮＡの
他方の配線上にリレー接点ａを接続し、電源Ｂと巻線Ｎ
Ｂの他方の配線上にリレー接点ｂを接続する。また、こ
れら接点ａ，ｂの操作用コイルＲｙをともに電源Ａに接
続したものである。

【０００８】ここで、変圧器Ｔｒの鉄心断面積を適当な
値に設定し、一次側の巻線ＮＡを１００、巻線ＮＢを１
００、二次側の巻線を２４とした巻数比で設計すると、
電源Ａ，Ｂいずれの場合も一次側の電圧が１００Ｖであ
れば二次側の電圧は２４Ｖに変圧されて負荷に供給され
る。この実施形態では、変圧器Ｔｒ単体が、従来の変圧
器に比べて、見かけ上２００Ｖ／２４Ｖ変圧比相当とな
り一次巻線は２倍の巻数になるものの、もともと一次巻
線は二次巻線に対し断面積の小さい電線を使用している
ので、変圧器Ｔｒの容積は若千の増加ですむ。

【０００９】次に、この実施形態の動作について説明す
る。図１において、電源Ａと電源Ｂとから同時に電圧が
印加された場合、両接点の操作コイルＲｙが電源Ａによ
り励磁され、ａ接点は閉じられ、ｂ接点は開かれる。そ
の結果、電源Ａが選択されて変圧器Ｔｒの巻線ＮＡが通
電状態となる。また、電源Ｂのみから電圧が印加された
場合は、操作コイルＲｙが励磁されないため、ａ接点は
開かれた状態に、ｂ接点は閉じられた状態にそれぞれ復
帰する。その結果、電源Ｂが選択されて変圧器Ｔｒの巻
線ＮＢが通電状態となる

【００１０】次にこの状態から電源Ａの電圧が復帰する
と、操作コイルＲｙが励磁されて、ａ接点、ｂ接点が作
動して電源Ａから巻線ＮＡへ通電されると同時に、電源
Ｂから巻線ＮＢへの通電が断たれる。すなわち、この回
路では、電源Ａおよび巻線ＮＡが優先される。ここで、
電源Ａにより操作コイルＲｙが励磁されて、ａ接点が閉
じ、ｂ接点が開かれる場合について考えてみると、ｂ接
点は開かれた瞬間にアークを発生し、わずかの期間では
あるが引き続き導通状態が保たれる。同時にその間もａ
接点は閉じられているため、ａ接点、ｂ接点がともに閉
じられて、電源Ａと電源Ｂが短絡状態となる。しかしな
がら、この実施形態では、後述するように、電源Ａと電
源Ｂが短絡されても、それによる電流増大を最小限にす
ることができる。

【００１１】図２（ａ）は電源Ａと変圧器Ｔｒの一次巻
線ＮＡとで形成される閉回路を、図２（ｂ）は電源Ｂと
変圧器Ｔｒの一次巻線ＮＢとで形成される開回路を、そ
れぞれ等価回路的に模擬した図である。図において、電
源Ａと電源ＢのインピーダンスをそれぞれＺＡ，ＺＢ、
変圧器Ｔｒの一次側の巻線ＮＡと巻線ＮＢの巻線インピ
ーダンスをそれぞれＺＴＡ，ＺＴＢ、変圧器Ｔｒの二次
側巻線インピーダンスをＺＴ（一次換算）、変圧器Ｔｒ
の励磁インピーダンスをＺｏ（一次換算）、負荷インピ
ーダンスをＺｂ（一次換算）とする。

【００１２】それにより、両閉回路がａ接点とｂ接点間
でアーク短絡した瞬間の電流は、電気回路論の重ね合わ
せの理により、各閉回路ごとの電圧とインピーダンスと
により流れる電流の総和となる。また、実施形態で対象
にしている回路は、変圧器二次巻線インピーダンスと変
圧器励磁インピーダンス及びこの種の負荷のインピーダ
ンスの値が小さいので、それらを無視することができ
る。その結果、短絡電流は、電源Ａと電源Ｂ間で、主に
変圧器Ｔｒの一次巻線ＮＡと一次巻線ＮＢとで形成され
る直列回路を流れ、その近似値は、次式により求められ
る。

【００１３】

【数１】短絡電流＝（電源Ａ電圧十電源Ｂ電圧）／（Ｚ
Ａ＋ＺＢ＋ＺＴＡ＋ＺＴＢ）

【００１４】ここで、電源Ａと電源Ｂの電圧は１００Ｖ
であり、通常この種の変圧器の一次巻線インピーダンス
は５Ω程度であり、また、電源インピーダンスも十分小
さい値なので無視すると、最大短絡電流は、次式の値と
なり、大幅に低減できる。

【００１５】

【数２】短絡電流＝２００Ｖ／（５Ω＋５Ω）＝２０Ａ

【００１６】なお、短絡時に一瞬ではあるが、変庄器Ｔ
ｒの一次側の巻線全体に最高で２００Ｖが印加される
が、一次／二次総巻数比が２００Ｖ／２４Ｖ相当の変圧
比に設定してあり、鉄心飽和による回路の異常現象も心
配無く、変圧器Ｔｒの二次側に接続されている負荷に対
しても著しい電圧変動がなくなる。また、接点切替時
の、短絡時間も一瞬なので、変圧器Ｔｒの一次巻線に対
し、通電容量を増すためとくに断面積の大きい電線を使
用する必要もない。こうして、短絡電流が一瞬流れた後
に、ｂ接点が完全に開放しａ接点が接触して電源Ａに切
り替わり、変庄器Ｔｒの巻線ＮＡへ入力された電力は１
００Ｖ／２４Ｖに変圧されて負荷に供給される。

【００１７】このようにして、上述した実施形態では、
電源Ａと電源Ｂ間で短絡が発生しても、短絡電流が変圧
器巻線インピーダンスにより抑制されるため、小容量の
ＡＣリレーの使用が可能となる。また、本発明では、変
圧器Ｔｒの容積は若千増加するものの、回路全体では、
従来例のように電磁接触器や複数のリレーを組合わせる
ことがなくなり、小容量のリレー１個の使用ですみ、電
源切替回路のコストダウン及び回路の小型化が可能とな
る。なお、実施形態では２系統の電源を切り替えるため
片切りの切替回路を用いたが、両切りの切替回路の場合
も同様に適用可能である。

【００１８】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、２つ
の電源が接続される変圧器の一次側巻線を２分割して電
源と巻線をそれぞれ対応させて接続したことにより、接
点切替時に、２つの電源がとともに変圧器に接続される
期間が発生しても、変圧器の一次側巻線が互いに別回路
となり、その分、インピーダンスが増大して電流の増大
が抑制される。その結果、従来用いていた電磁接触器、
タイマやリレーからなる遅延回路が不要となり、その
分、小型化とコストダウンが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す図である。

【図２】図１の回路構成を示すブロック図である。

【図３】従来例を示す図である。

【図４】従来例を示す図である。

【符号の説明】

Ａ，Ｂ 電源 ａ，ｂ 接点 ＮＡ，ＮＢ 一次側巻線 Ｒｙ 操作用コイル Ｔｒ 変圧器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 変圧器の一次側巻線と互いに異なる２つ
   電源の出力端との間に接続され、一方の電源により操作
   コイルが励磁されるａ接点とｂ接点とを有し、そのａ接
   点を一方の電源の出力端と変圧器の一次側巻線との間に
   接続し、そのｂ接点を他方の電源の出力端と変圧器の一
   次側巻線との間に接続した電源切替回路において、 変圧器の一次側巻線を分割して２回路とし、一方の巻線
   回路と一方の電源とを前記ａ接点を介して接続するとと
   もに、他方の巻線回路と他方の電源とを前記ｂ接点を介
   して接続したことを特徴とする電源切替回路。