JPS5937613B2 - Semiconductor circuit breaker - Google Patents

Semiconductor circuit breaker

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JPS5937613B2
JPS5937613B2 JP51018026A JP1802676A JPS5937613B2 JP S5937613 B2 JPS5937613 B2 JP S5937613B2 JP 51018026 A JP51018026 A JP 51018026A JP 1802676 A JP1802676 A JP 1802676A JP S5937613 B2 JPS5937613 B2 JP S5937613B2
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breaker
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resistor
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晃三 佐藤
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体しゃ断器に係り、特にスイッチング素子
にパワートランジスタを使用した半導体しゃ断器に関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor breaker, and more particularly to a semiconductor breaker using a power transistor as a switching element.

従来の半導体しゃ断器としてサイリスタを用いたサイリ
スタしゃ断器がある。
There is a thyristor breaker using a thyristor as a conventional semiconductor breaker.

サイリスクしゃ断器は故障時サイリスクに逆電流を流し
てオフする方式であったので、逆電流を供給する転流回
路を必要とする。
Since the SIRISC circuit breaker was designed to turn off by passing a reverse current through the SIRISK in the event of a failure, it required a commutation circuit to supply reverse current.

以下第1図により、サイリスタしゃ断器を簡単に説明す
る。
The thyristor breaker will be briefly explained below with reference to FIG.

第1図に於て1′は電源、2′は変流器、3′は主サイ
リスタユニット、4′は負荷、5′及び6′は補助ダイ
オード、7′は補助サイリスク、8’、9’及び10′
は充放電回路、11′は検出回路、12′は制御回路、
13′は整流器、14′はトランス、15′は交流電源
をそれぞれを示している。
In Figure 1, 1' is a power supply, 2' is a current transformer, 3' is a main thyristor unit, 4' is a load, 5' and 6' are auxiliary diodes, 7' is an auxiliary thyristor, 8', 9' and 10'
is a charging/discharging circuit, 11' is a detection circuit, 12' is a control circuit,
13' is a rectifier, 14' is a transformer, and 15' is an AC power source.

第1図に示す如く、常時は交流電源15′を整流器13
′により直流に変換しコンデンサー10’−1を充電し
ておき、短絡故障時変流器2′によりそれを検出して検
出回路11′、制御回路12′を通して、補助サイリス
タ7′を点弧させ、補助ダイオード5′及び6′を介し
て主サイリスタユニット3′に逆電流を流していた。
As shown in FIG. 1, the AC power supply 15' is normally connected to the rectifier 13
' converts it to direct current and charges the capacitor 10'-1, and in the event of a short-circuit failure, the current transformer 2' detects it and fires the auxiliary thyristor 7' through the detection circuit 11' and the control circuit 12'. , a reverse current was flowing through the main thyristor unit 3' through the auxiliary diodes 5' and 6'.

このためコンデンサ10’−1を含む充放電回路8’、
9’、10’、補助ダイオード5/。
For this reason, a charging/discharging circuit 8' including a capacitor 10'-1,
9', 10', auxiliary diode 5/.

6′等を含む転流回路を必要とし、この転流回路を形成
した各構成要素はしゃ断器全体の30%位のコストを占
めていた。
A commutation circuit including circuit breaker 6', etc. is required, and each component forming this commutation circuit accounts for about 30% of the total cost of the breaker.

またスペース的に於ては35%は占めており、更にコン
デンサio’−iの充電々圧は主回路電圧よりも高い場
合が普通であり、主回路が低圧でも、コンデンサ10’
−1の電圧は高圧で、高圧扱いとなる欠点があった。
In addition, it occupies 35% of the space, and the charging voltage of capacitor io'-i is usually higher than the main circuit voltage, so even if the main circuit voltage is low, capacitor 10'
-1 voltage is high voltage and has the disadvantage of being treated as high voltage.

このような欠点はサイリスタを使用しているために、限
流しゃ断する時に、どうしても逆電流を流す必要性があ
るところから生じたものである。
These drawbacks arise from the fact that, due to the use of thyristors, it is necessary to flow a reverse current when current limiting is cut off.

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、主回路電流
素子としてパワートランジスタラ使用して、従来のサイ
リスタ式の逆電流を流すための転流回路を不要とし、大
幅なコストダウン及びスペース縮少を図り、且つしゃ断
器全体の回路が全て低圧回路ですむようにし、安全性の
向上を図り、故障電流が発生した時、3相同時しゃ断を
行い、負荷への欠相給電を防止し、インバータ電源に於
て負荷電流の波形が変っても、また周囲温度が変っても
、負荷に最大許容電流を供給できる半導体しゃ断器を提
供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and uses a power transistor as the main circuit current element to eliminate the need for a conventional thyristor type commutation circuit for flowing reverse current, resulting in significant cost reduction and space saving. In order to improve safety by reducing the size of the circuit breaker and making it possible to use only low-voltage circuits, when a fault current occurs, three phases are cut off at the same time to prevent phase loss from being supplied to the load. To provide a semiconductor breaker capable of supplying maximum allowable current to a load even if the waveform of the load current changes or the ambient temperature changes in an inverter power source.

以下本発明の一実施例を第2図を参照して説明する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

第2図に於て1は3相交流電源、1−1゜1−2,1−
3はR相、S相、T相の各相の電源である。
In Figure 2, 1 is a 3-phase AC power supply, 1-1゜1-2, 1-
3 is a power supply for each phase of R phase, S phase, and T phase.

2は3相負荷を示し、2−1.2−2゜2−3はR相、
S相、T相の各相の負荷を示す。
2 indicates a three-phase load, 2-1.2-2゜2-3 is the R phase,
The load of each phase of S phase and T phase is shown.

3は変流器で、3−1,3−2はR相、T相の各相の変
流器を示す。
3 is a current transformer, and 3-1 and 3-2 are current transformers for each phase, R phase and T phase.

4は補助変圧器で4−L4−2.4−3.4−4.4−
5は1次から5次までのそれぞれの巻線である。
4 is the auxiliary transformer 4-L4-2.4-3.4-4.4-
5 is each winding from the first order to the fifth order.

5はR相半導体しゃ断器ユニットで、5−1〜5−4の
ダイオードからなる単相全波整流器、5−5は抵抗器、
5−6はコンデンサ、5−7は抵抗器、5−8はフォト
カプラの受光素子、5−9は抵抗器、5−10はスピー
ドアップコンデンサ、5−11 、5−12はパワート
ランジスタ、5−13はダイオード、5−14は非直線
サージ吸収素子、5−15はダイオード、5−16は抵
抗器、5−17はコンデンサ、5−18は感温抵抗素子
で、これらの構成要素からできている。
5 is an R-phase semiconductor breaker unit, a single-phase full-wave rectifier consisting of diodes 5-1 to 5-4, 5-5 a resistor,
5-6 is a capacitor, 5-7 is a resistor, 5-8 is a photocoupler light receiving element, 5-9 is a resistor, 5-10 is a speed-up capacitor, 5-11 and 5-12 are power transistors, -13 is a diode, 5-14 is a non-linear surge absorption element, 5-15 is a diode, 5-16 is a resistor, 5-17 is a capacitor, and 5-18 is a temperature-sensitive resistance element. ing.

6,7はS相、T相半導体しゃ断器ユニットで前記R相
半導体しゃ断器ユニット5と同じなので詳細は省略する
Reference numerals 6 and 7 denote S-phase and T-phase semiconductor breaker units, which are the same as the R-phase semiconductor breaker unit 5, so the details will be omitted.

8は半導体しゃ断器制御回路で、8−1〜8−4は単相
全波の整流器を構成するダイオード、8−5は抵抗器、
8−6はコンデンサ、8−7は人、切信号の接点、8−
8は大表示用発光ダイオード、8−9はNPN)ランジ
スタ、8−10は定電圧ダイオード、8−11はダイオ
ード、8−12はダイオード、8−13は定電圧ダイオ
ード、8−14は抵抗器、8−15〜8−17はフォト
カプラの発光素子、8−18は抵抗器、8−19はコン
デンサ、8−20は定電圧ダイオード、8−21は抵抗
器、8−22は発光ダイオード、8−23はゲートター
ンオフサイリスタ(以下GTOと称す)、8−24はダ
イオード、8−25はダイオード、8−26は定電圧ダ
イオード、8−27は可変抵抗器、8−28は抵抗器、
8−29は過負荷継電器、8−30〜8−35は三相全
波の整流器を構成するダイオードで、8−36は抵抗器
、8−37はダイオード、8−38は可変抵抗器、8−
39は定電圧ダイオードでこれらの各要素から構成され
る。
8 is a semiconductor breaker control circuit, 8-1 to 8-4 are diodes that constitute a single-phase full-wave rectifier, 8-5 is a resistor,
8-6 is a capacitor, 8-7 is a person, contact point for disconnection signal, 8-
8 is a large display light emitting diode, 8-9 is an NPN) transistor, 8-10 is a constant voltage diode, 8-11 is a diode, 8-12 is a diode, 8-13 is a constant voltage diode, 8-14 is a resistor , 8-15 to 8-17 are photocoupler light emitting elements, 8-18 is a resistor, 8-19 is a capacitor, 8-20 is a constant voltage diode, 8-21 is a resistor, 8-22 is a light emitting diode, 8-23 is a gate turn-off thyristor (hereinafter referred to as GTO), 8-24 is a diode, 8-25 is a diode, 8-26 is a constant voltage diode, 8-27 is a variable resistor, 8-28 is a resistor,
8-29 is an overload relay, 8-30 to 8-35 are diodes that constitute a three-phase full-wave rectifier, 8-36 is a resistor, 8-37 is a diode, 8-38 is a variable resistor, 8-36 is a resistor, 8-37 is a diode, 8-38 is a variable resistor, −
Reference numeral 39 denotes a constant voltage diode, which is composed of each of these elements.

9は半導体しゃ断器の制御電源である。9 is a control power source for the semiconductor breaker.

次に上記構成の半導体しゃ断器の動作を説明する。Next, the operation of the semiconductor breaker having the above configuration will be explained.

半導体しゃ断器の制御パワーは制御電源9より供給され
る。
Control power for the semiconductor breaker is supplied from a control power source 9.

補助変圧器化により変成され、半導体しゃ断器制御回路
旦へ第5次巻線4−5から供給され、ダイオード8−1
〜8−4により構成される単相全波の整流器により直流
電圧に変換する。
It is transformed by converting it into an auxiliary transformer, is supplied to the semiconductor breaker control circuit from the fifth winding 4-5, and is connected to the diode 8-1.
It is converted into a DC voltage by a single-phase full-wave rectifier constituted by 8-4.

抵抗器8−5とコンデンサ8−6によりフィルター回路
を構成し、直流電圧を平滑にする。
A filter circuit is configured by a resistor 8-5 and a capacitor 8-6 to smooth the DC voltage.

人、可信号接点8−7が閉となると、抵抗器8−18一
定電圧ダイオード8−20とコンデンサ8−19の並列
回路−抵抗器8−2l−NPNI−ランジスタ8−9の
ベースとエミッタ間−抵抗器8−14−フォトカプラの
発光素子8−15〜8−17のパスでNPNI−ランジ
スタ8−9のベース電流が流れる。
When the signalable contact 8-7 is closed, the resistor 8-18 is connected between the parallel circuit of the constant voltage diode 8-20 and the capacitor 8-19, the resistor 8-2l, the NPNI, and the base and emitter of the transistor 8-9. - The base current of the NPNI transistor 8-9 flows through the path of the resistor 8-14 and the light emitting elements 8-15 to 8-17 of the photocoupler.

これによりコレクタ電流が流れ大表示の発光ダイオード
8−8が点灯する。
As a result, a collector current flows and the large display light emitting diode 8-8 lights up.

フォトカプラの発光部素子8−15〜8−17に充分な
電流が流れ半導体しゃ断器ユニット5内の受光素子5−
8であるフォトトランジスタはそれぞれ高速度にスイッ
チオンする。
Sufficient current flows through the light emitting elements 8-15 to 8-17 of the photocoupler and the light receiving element 5- in the semiconductor breaker unit 5.
8 phototransistors each switch on at high speed.

後述するように、これにより、パワートランジスタ5−
12はスイッチオンし負荷2にパワーが供給される。
As described later, this causes the power transistor 5-
12 is switched on and power is supplied to the load 2.

同様にS相、T相半導体しゃ断器ユニット5,7におい
てもスイッチオンし負荷2にパワーが供給される。
Similarly, the S-phase and T-phase semiconductor breaker units 5 and 7 are also switched on, and power is supplied to the load 2.

次に短絡故障が発生すると故障電流は変流器3−1、ま
たは3−2により検出され、この2次電流は更にダイオ
ード8−30〜8−35により構成される3相全波の整
流器で整流され、抵抗器8−28および可変抵抗器8−
27により電圧信号に変換される。
Next, when a short circuit fault occurs, the fault current is detected by current transformer 3-1 or 3-2, and this secondary current is further processed by a three-phase full-wave rectifier consisting of diodes 8-30 to 8-35. rectified, resistor 8-28 and variable resistor 8-
27 into a voltage signal.

可変抵抗器8−270C−L間の電圧が定電圧ダイオー
ド8−26のツェナー電圧値以上となると、ダイオード
8−25を経由して、GTO8−23のゲートに信号が
供給され、GTO8−23はONする。
When the voltage across the variable resistor 8-270C-L exceeds the Zener voltage value of the constant voltage diode 8-26, a signal is supplied to the gate of the GTO 8-23 via the diode 8-25, and the GTO 8-23 Turn on.

これによりコンデンサ8−19の電荷はトリップ表示用
の発光ダイオード8−22−GTo 8〜−23のA−
に間−一定電圧ダイオード8−13−ダイオード8−1
2−抵抗器8−21のパスで流れ、またフォトカプラの
発光素子8−17〜8−15−抵抗器8−14−NPN
)ランジスタ8−9のエミッタ、ベース間と定電圧ダイ
オード8−10、ダイオード8−11の並列回路を流れ
る。
As a result, the charge on the capacitor 8-19 is transferred to the light emitting diode 8-22-GTo 8--23 A- for trip display.
Between - constant voltage diode 8-13 - diode 8-1
2-flow through the path of resistor 8-21, and photocoupler light emitting elements 8-17 to 8-15-resistor 8-14-NPN
) It flows between the emitter and base of the transistor 8-9 and through a parallel circuit of the constant voltage diode 8-10 and the diode 8-11.

これによりNPN)ランジスタ8−9のエミッタとベー
ス間に逆電流を供給し、高速度にスイッチオンさせる。
This supplies a reverse current between the emitter and base of the NPN transistor 8-9, causing it to switch on at high speed.

パワートランジスタ5−12の過電流耐量および許容熱
損失が小さいため故障時高速度にベース信号をオフして
やらないと破壊することになるので、高速度にベース信
号をスイッチオフさせる技術が必要である。
Since the overcurrent withstand capacity and allowable heat loss of the power transistor 5-12 are small, if the base signal is not turned off quickly in the event of a failure, the power transistor 5-12 will be destroyed, so a technique for switching off the base signal quickly is required.

前述のNPN)ランジスタ8−9に逆電流を供給するこ
とにより、フォトカプラの発光素子8−15〜8−17
の発光は高速度に停止する。
By supplying a reverse current to the aforementioned NPN) transistor 8-9, the photocoupler light emitting elements 8-15 to 8-17
The light emission stops at a high speed.

逆電流の供給によりNPNトランジスタ8−9は極めて
高速度にオフする。
The supply of reverse current turns off the NPN transistors 8-9 at an extremely high speed.

これは逆電流により蓄積キャリアーが高速度に除去され
るためである。
This is because the accumulated carriers are removed at high speed by the reverse current.

これによりフォトカプラの発光素子5−8 、(61,
7−8)は高速度にスイッチオンし、パワートランジス
タ5−12、(6−12,7−12)がほぼμSeCの
オーダで同時にスイッチオンし、故障電流は高速度に除
去される。
As a result, the photocoupler light emitting elements 5-8, (61,
7-8) is switched on at high speed, power transistors 5-12 and (6-12, 7-12) are simultaneously switched on at approximately μSeC order, and the fault current is removed at high speed.

GTO8−23はONしたままであるので、トリップ表
示用の発光ダイオード8−22はONしたままである。
Since the GTO 8-23 remains on, the trip display light emitting diode 8-22 remains on.

GTO8−23のリセット動作は入、切信号の接点8−
7を切にする事によってGTO8−23の電流を保持電
流以下としてオフさせる。
GTO8-23 reset operation is on/off signal contact 8-
By turning off GTO8-23, the current of GTO8-23 is made lower than the holding current and turned off.

次に過負荷時のトリップ動作について説明する。Next, the tripping operation at the time of overload will be explained.

過負荷時、過負荷継電器8−29により電圧信号が発生
し、ダイオード8−24を経由してGTO8−23のゲ
ートへ、ゲート信号を供給する。
During overload, a voltage signal is generated by overload relay 8-29, which supplies a gate signal to the gate of GTO 8-23 via diode 8-24.

以降の動作は短絡故障発生時のトリップ動作と同一であ
るので省略する。
The subsequent operation is the same as the tripping operation when a short-circuit fault occurs, so it will be omitted.

次に半導体しゃ断器制御回路80指令による各相半導体
しゃ断器ユニツ)5,6,7の動作について説明する。
Next, the operation of each phase semiconductor breaker unit 5, 6, and 7 according to the commands of the semiconductor breaker control circuit 80 will be explained.

各相の半導体しゃ断器ユニット5゜6.7の絶縁と制御
電源の供給は補助変圧器久の第2次から第4人造の巻線
4−2〜4−4により行う。
Insulation of the semiconductor breaker unit 5.6.7 of each phase and supply of control power are performed by the second to fourth artificial windings 4-2 to 4-4 of the auxiliary transformer.

R相の半導体しゃ断器ユニット5の動作について説明す
る。
The operation of the R-phase semiconductor breaker unit 5 will be explained.

補助変圧器4の第2次巻線4−2の交流電圧をダイオー
ド5−1〜5−4からなる単相全波整流器により整流し
、抵抗器5−5とコンデンサ5−6より構成されたフィ
ルターにより平滑にして、抵抗器5−7、フォトカプラ
の受光素子5−8、抵抗器5−9、スピードアップコン
デンサ5−10を通してダーリントン接続されたパワー
トランジスタ5−11,5−12のベースとエミッタ間
にベース電流を供給する。
The AC voltage of the secondary winding 4-2 of the auxiliary transformer 4 is rectified by a single-phase full-wave rectifier consisting of diodes 5-1 to 5-4, and is composed of a resistor 5-5 and a capacitor 5-6. The bases of power transistors 5-11 and 5-12 are smoothed by a filter and connected to the bases of power transistors 5-11 and 5-12 through a resistor 5-7, a photocoupler light receiving element 5-8, a resistor 5-9, and a speed-up capacitor 5-10. Supply base current between emitters.

フォトカプラの受光素子5−8がスイッチオンするとコ
ンデンサ5−10によりスピードアップされダーリント
ン接続のパワートランジスタ5−11 、5−12は高
速度にスイッチオンする。
When the light receiving element 5-8 of the photocoupler is switched on, the speed is increased by the capacitor 5-10, and the Darlington-connected power transistors 5-11 and 5-12 are switched on at high speed.

交流電力の半波はダイオード5−13を通して、逆の半
波はパワートランジスタ5−12を通して負荷2に供給
される。
A half-wave of AC power is supplied to the load 2 through a diode 5-13, and a reverse half-wave is supplied to the load 2 through a power transistor 5-12.

パワートランジスタ5−12がスイッチオンした時のサ
ージエネルギーはダイオード5−15を通してコンデン
サ5−17に吸収される6抵抗器5−16はコンデンサ
5−17の放電用の抵抗器である。
Surge energy when the power transistor 5-12 is switched on is absorbed by the capacitor 5-17 through the diode 5-15.The resistor 5-16 is a resistor for discharging the capacitor 5-17.

サージエネルギーは非直線サージ吸収素子5−14によ
っても吸収される。
Surge energy is also absorbed by the non-linear surge absorbing element 5-14.

人、切信号の接点8−7が開となりNPNI−ランジス
タ8−9がスイッチオフし、フォトカプラの発光素子8
−15の発光が停止するとフォトカプラの受光素子5−
8がオフし、ベース電流はしゃ断される。
The contact 8-7 of the OFF signal is opened, the NPNI transistor 8-9 is switched off, and the light emitting element 8 of the photocoupler is turned off.
-15 stops emitting light, the photocoupler's light receiving element 5-
8 is turned off and the base current is cut off.

フォトカプラの応答としては100Nsecから数μs
ecの範囲のものが多い。
The photocoupler response ranges from 100Nsec to several μs.
Many are in the ec range.

本発明に使用するフォトカプラの応答もこの範囲の応答
で充分であり、短絡事故が発生してから、故障電流を除
去する迄に要する時間は数10μsec以内で高速度し
ゃ断ができパワートランジスタ5−12は破壊しない。
The response of the photocoupler used in the present invention is also sufficient within this range, and the time required from the occurrence of a short-circuit accident to the removal of the fault current is within several tens of microseconds, and high-speed cutoff is possible. 12 is not destroyed.

過電流保護は過負荷故障時、過負荷継電器8−29によ
り過負荷を検出し、前述と同様の動作によりパワートラ
ンジスタ5−12.(6i2,7−12)をオフにする
For overcurrent protection, when an overload failure occurs, the overload is detected by the overload relay 8-29, and the power transistors 5-12. (6i2,7-12) is turned off.

高周波電動機をMGで駆動する場合は流れる負荷電流も
正弦波で起動から定常運転迄正弦波電流の大きさと周波
数を検出するように過負荷継電器を設計してよいが、イ
ンバータ(VVVF票動では加速中、負荷電流の大きさ
、周波数の他に波形も変わるので、負荷電流の大きさを
電流ピーク値で等制約に検出することは困難である。
When driving a high-frequency motor with an MG, the overload relay may be designed to detect the magnitude and frequency of the sinusoidal current in the flowing load current from startup to steady operation. In addition to the magnitude and frequency of the load current, the waveform also changes, so it is difficult to detect the magnitude of the load current with equal constraints based on the current peak value.

インバータの転流方式によっても出力電圧波形が変わり
、負荷電流の波形も異なる。
The output voltage waveform changes depending on the inverter's commutation method, and the load current waveform also differs.

一方過負荷継電器にフィルターを設け、充放電のタイム
コンスタントを犬きく(0,1秒〜1秒)とると実用的
な実行値電流の検出はできるが過負荷故障時、ピーク電
流も大きくなりパワートランジスタ5−12のエミッタ
とコレクタ間の電圧が上昇し、オーバーヒートする恐れ
がある。
On the other hand, if a filter is installed in the overload relay and the charging/discharging time is kept constant (0.1 seconds to 1 second), a practical actual value current can be detected, but in the event of an overload failure, the peak current will also increase and the power will increase. The voltage between the emitter and collector of transistor 5-12 increases, which may cause overheating.

本発明ではフィルターの充放電のタイムコンスタントを
0.7秒前後にとり、過負荷継電器8−29の動作時間
前でも、パワートランジスタ5−12 、 (6−12
、7−12)の温度をパワートランジスタと1体的に取
付けた感温抵抗素子5−18により検出し、パワートラ
ンジスタの温度が上昇許容値の上限の値迄に上昇したら
感温抵抗素子5−18の抵抗変化として検出しパワート
ランジスタ5−12のベース信号をしゃ断し、主回路電
流をオフにする。
In the present invention, the time constant for charging and discharging the filter is set at around 0.7 seconds, and even before the operation time of the overload relay 8-29, the power transistors 5-12, (6-12
, 7-12) is detected by the temperature-sensitive resistance element 5-18 which is integrally attached to the power transistor, and when the temperature of the power transistor rises to the upper limit of the allowable rise value, the temperature-sensitive resistance element 5-18 is detected. 18 is detected as a resistance change, the base signal of the power transistor 5-12 is cut off, and the main circuit current is turned off.

本発明の以外の方法として、波形の影響がなくなる迄、
しゃ断器の定格電流をアップする方法もあるがこの場合
だと、本発明のものより約1.5倍迄に定格電流を上げ
る必要があり、極めて不経済となる欠点がある。
As a method other than the present invention, until the influence of the waveform disappears,
There is a method of increasing the rated current of the breaker, but in this case, it is necessary to increase the rated current to about 1.5 times that of the present invention, which has the drawback of being extremely uneconomical.

1.5倍に定格電流をアップする場合普通1ランクフイ
ンの大きなもの、パワーあるいは大きな定格のパワート
ランジスタを要するのでスペースも太き(なる欠点があ
る。
Increasing the rated current by 1.5 times usually requires a large one-rank fin, power transistor, or a power transistor with a large rating, so the space is also large (which has the disadvantage of being large).

本発明はこれらの欠点を前述の手段により除去したもの
である。
The present invention eliminates these drawbacks by the means described above.

次にこの動作について説明する。Next, this operation will be explained.

パワートランジスタ5−12に1体的に取付けられた、
感温抵抗素子5−18に抵抗器8−36と定電圧ダイオ
ード8−39のフィルター回路を通して直流の定電圧を
印加しこの定電圧により、一定バイアス電流を感温抵抗
素子5−18に流して感温抵抗素子の感温応答速度を上
げる。
integrally attached to the power transistor 5-12,
A constant DC voltage is applied to the temperature-sensitive resistance element 5-18 through a filter circuit of a resistor 8-36 and a constant voltage diode 8-39, and this constant voltage causes a constant bias current to flow through the temperature-sensitive resistance element 5-18. Increase the temperature response speed of the temperature sensitive resistance element.

これによりパワートランジスタ5−12の温度が上昇許
容値を越えない設定温度値になると約数μsecで抵抗
を変化させ応答する。
As a result, when the temperature of the power transistor 5-12 reaches a set temperature value that does not exceed the allowable rise value, the resistance is changed in about several microseconds to respond.

常時約数10にΩであったものを、動作特約数100Ω
に急変させることができる。
What was always a divisor of 10 Ω has been changed to an operating special divisor of 100 Ω.
can be suddenly changed.

感温抵抗素子動作時、可変抵抗器8−380C−L間の
電圧が上昇しダイオード8−37を介してGTO8−2
3にゲート信号を送る。
When the temperature sensitive resistance element operates, the voltage between the variable resistor 8-380C-L increases and the voltage across the GTO 8-2 increases through the diode 8-37.
Send gate signal to 3.

以降の動作は前述の短絡故障時、過負荷時の動作と同様
であり、パワートランジスタ5−12は高速度にオフに
なる。
The subsequent operation is similar to the operation at the time of short-circuit failure or overload described above, and the power transistor 5-12 is turned off at a high speed.

感温抵抗素子を用いているので、四季を通じて周囲温度
が変化しパワートランジスタ5−12の許容電流が四季
を通じて異っても(周囲温度大で許容電流率)感温抵抗
素子5−18によりパワートランジスタ5−12の温度
上昇を検出して破壊する前にオフするので、過負荷継電
器8−29の設定値を負荷側からの要求があれば許容値
の極限進上げることができる。
Since a temperature-sensitive resistance element is used, even if the ambient temperature changes throughout the seasons and the allowable current of the power transistor 5-12 varies throughout the seasons (allowable current rate at high ambient temperature), the power is maintained by the temperature-sensitive resistance element 5-18. Since the temperature rise of the transistor 5-12 is detected and turned off before it is destroyed, the set value of the overload relay 8-29 can be increased to the maximum allowable value if requested by the load side.

従って極めて効率のよい使用となり経済的である。Therefore, it is used very efficiently and is economical.

本発明の半導体しゃ断器を下位に使用し、上位にサイリ
スクしゃ断器を使用しても下位しゃ断器は短絡事故発生
時でも、パワートランジスタのベース電流に直流電流増
幅率(hFE)を乗じた値のコレクタ電流しか流れず、
上位サイリスタしゃ断器の設定動作値の電流値にはいた
らず、確実に下位しゃ断器が先にトリップし選択しゃ断
が確実に行われる。
Even if the semiconductor breaker of the present invention is used at the lower level and the silice breaker is used at the upper level, even in the event of a short-circuit accident, the lower level breaker will maintain the value of the base current of the power transistor multiplied by the DC current amplification factor (hFE). Only collector current flows,
The current value does not reach the set operating value of the upper thyristor breaker, and the lower breaker is reliably tripped first, ensuring selective breaker.

一方上位にも下位にもサイリスタしゃ断器を使用した場
合短絡事故発生時下位しゃ断器がトリップするまでは、
上位、下位とも同じ故障電流が流れ、その最大値が本発
明のしゃ断器を下位に使用した時の最大値よりはるかに
大きな値となり上位サイリスタしゃ断器の検出回路も動
作し、下位および上位のサイリスタしゃ断器が同時にト
リップするという不具合の生ずることもあった。
On the other hand, if a thyristor breaker is used on both the upper and lower sides, until the lower circuit breaker trips when a short circuit occurs,
The same fault current flows in both the upper and lower parts, and its maximum value is much larger than the maximum value when the breaker of the present invention is used in the lower part.The detection circuit of the upper thyristor breaker also operates, and the thyristor breaker of the lower part and the upper part Problems sometimes occurred in which the circuit breakers tripped at the same time.

この欠点を本発明の半導体しゃ断器を使用すれば完全に
除去することができる。
This drawback can be completely eliminated by using the semiconductor breaker of the present invention.

主回路にパワートランジスタを使用し、電流検出を変流
器で行う本発明の場合、サイリスタ方式の半導体しゃ断
器と比較して極めて優れた特長がある。
The present invention, which uses a power transistor in the main circuit and uses a current transformer to detect current, has extremely superior features compared to a thyristor type semiconductor breaker.

サイリスタ方式の半導体しゃ断器では故障電流を検出し
てから逆電流を供給して故障電流を限流しはじめるまで
、主回路の故障電流はバックパワーの大きさに比例して
増大し、変流器にもその電流が流れてしまうという欠点
があった。
In a thyristor-type semiconductor breaker, the fault current in the main circuit increases in proportion to the magnitude of the back power, from when the fault current is detected to when the fault current is limited by supplying a reverse current. However, the disadvantage was that the current would flow through it.

然し主回路にパワートランジスタを使用した場合は、ベ
ース電流に直流増幅率(hFE)を乗じた値が、コレク
タ電流として流れるだけであり、バンクパワーに関係な
(流れる電流は一定であり変流器各にも、短絡時一定電
流しか流れないので抵抗器8−28、可変抵抗器8−2
7の両端の電圧もサイリスタしゃ断器を使用した場合に
比べて極めて小さいという特長がある。
However, when a power transistor is used in the main circuit, the value obtained by multiplying the base current by the DC amplification factor (hFE) only flows as the collector current, and it is not related to the bank power (the flowing current is constant and the current transformer Since only a constant current flows through each when short-circuited, resistor 8-28 and variable resistor 8-2
It also has the advantage that the voltage across the terminal 7 is extremely small compared to when a thyristor breaker is used.

この特長により半導体しゃ断器制御回路且に過電圧制御
回路(定電圧ダイオードと抵抗器の組合せ、またバリス
タの使用)を設ける必要がなく、極めて高信頼性コンパ
クトな半導体しゃ断器の制御回路で済むという経済的メ
リットがある。
This feature eliminates the need for a semiconductor breaker control circuit and an overvoltage control circuit (a combination of a voltage regulator diode and a resistor, or the use of a varistor), making it possible to use an extremely reliable and compact semiconductor breaker control circuit. There are certain advantages.

従来のサイリスタしゃ断器にはこの特長をもたせること
ができなかった。
Conventional thyristor circuit breaker could not have this feature.

サイリスタしゃ断器のように逆電流の供給回路を設ける
必要がなく、小形化、高信頼性が得られるとともに、コ
ンデンサを充電してから投入する必要がなくなるため、
高速度再投入ができる。
Unlike thyristor circuit breakers, there is no need to provide a reverse current supply circuit, resulting in smaller size and higher reliability.
High-speed reloading is possible.

以上の様に、本発明による半導体しゃ断器は逆電流を流
すための転流回路が不要となるので、大幅なコストダウ
ン及びスペース縮少ができる。
As described above, since the semiconductor breaker according to the present invention does not require a commutation circuit for flowing reverse current, it is possible to significantly reduce costs and space.

また主サイリスタに逆電流を流すためのコンデンサを充
電する高圧回路を必要としないので、しゃ断器全体の回
路が全て低圧回路で、すむので安全性も向上する上、交
流回路において低周波から高周波までトランジスタを主
回路電流開閉素子として使用しているため使用でき、更
に負荷電流の波形が異っても、周囲温度が変化してもパ
ワーI・ランジスタ自体の温度を検出しているので使用
でき汎用的に使用できる上、しゃ断電流が大きく、高速
再投入と多頻度開閉ができる等の効果を有する。
In addition, since there is no need for a high-voltage circuit to charge the capacitor for flowing reverse current to the main thyristor, the entire circuit of the circuit breaker is a low-voltage circuit, which improves safety. It can be used because a transistor is used as the main circuit current switching element, and even if the waveform of the load current is different or the ambient temperature changes, the temperature of the power I transistor itself is detected, so it can be used for general purpose. It has the advantage of being able to be used for many purposes, has a large breaking current, allows for high-speed re-opening, and can be opened and closed frequently.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来のサイリスタしゃ断器を示す回路図、第2
図は本発明の一実施例による半導体しゃ断器を示す回路
図である。 1・・・・・・3相交流電源、λ・・・・・・3相負荷
、ジ・・・・・・変流器、4・・・・・・補助変圧器、
5,6,7・・・・・・半導体しゃ断器ユニット、5−
18・・・・・・感温抵抗素子、8・・・・・・制御回
路、8−9・・・・・・NPNI−ランジスタ、8−1
5〜8−17・・・・・・フォトカプラの発光素子、G
TO・・・・・・ゲートターンオフサイリスタ、8−2
9・・・・・・過負荷継電器、9・・・・・・制御電源
Figure 1 is a circuit diagram showing a conventional thyristor breaker;
The figure is a circuit diagram showing a semiconductor breaker according to an embodiment of the present invention. 1... 3-phase AC power supply, λ... 3-phase load, DI... current transformer, 4... auxiliary transformer,
5, 6, 7... Semiconductor breaker unit, 5-
18...Temperature sensitive resistance element, 8...Control circuit, 8-9...NPNI-transistor, 8-1
5-8-17...Photocoupler light emitting element, G
TO......Gate turn-off thyristor, 8-2
9... Overload relay, 9... Control power supply.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 電源と負荷との間に開閉素子としてトランジスタを
使用した半導体しゃ断器において、短絡故障および過負
荷故障を検出し電流値が設定値に達1〜たら前記トラン
ジスタのベース電流をしゃ断する第1の保護器と、前記
トランジスタと一体的に設けられ、トランジスタの温度
変化を抵抗変化として検出する感温抵抗素子を設け、こ
の検出したトランジスタの温度が上昇許容値を越えない
設定温度値に達したら前記トランジスタのベース電流を
しゃ断する第2の保護器とを備え、第1の保護器と第2
の保護器とを並列に動作させどちらか早イ方の保護器の
動作でトランジスタのベース’WLRをしゃ断してトラ
ンジスタをオフにし故障電流をしゃ断することを特徴と
する半導体しゃ断器。
1. In a semiconductor circuit breaker using a transistor as a switching element between a power source and a load, a first circuit breaker detects a short circuit fault and an overload fault and cuts off the base current of the transistor when the current value reaches a set value. A protector is provided, and a temperature-sensitive resistance element is provided integrally with the transistor and detects a temperature change of the transistor as a resistance change, and when the detected temperature of the transistor reaches a set temperature value that does not exceed the allowable rise value, the above-mentioned a second protector that cuts off the base current of the transistor;
A semiconductor breaker operates in parallel with a protector, and when the protector operates sooner, the base WLR of the transistor is cut off, the transistor is turned off, and the fault current is cut off.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0232115U (en) * 1988-08-12 1990-02-28

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