JPS6356125A - 故障検出回路 - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、負荷回路を制御するＳＳＲ（ソリッドステ
ートリレー）等に付設する故障検出回路に関する。

（ロ）従来の技術 一般に、三相用のＳＳＲを用いて、単相電源にヒータ（
或いはモータ）等の負荷を接続して制御するのに、第３
図の回路が使用され、また三相用のＳＳＲを用いて、三
相電源と三相結線のヒータ等の負荷を制御するのに、第
４図に示す回路が使用される。従来のこの種のＳＳＲを
用いた負荷制御回路に、故障検出回路が設置されていな
い。

一般に、ＳＳＲを用いた負荷制御回路において、発生す
るおそれのある主な故障モード及びその故障モードによ
って生じる減少は、次表の通りである。

（以下余白） く表　　１〉 このような故障発生により、ＳＳＲのオン時の断線等で
電流が流れない、ヒータ負荷の場合にはヒータ冷却事故
が生じ、モータ負荷の場合にはモータ回転しない。また
、三相負荷で一相がオンしないと、他の相に過電流を流
し、断線を招く。また、ＳＳＲのオフ時に、素子のショ
ート等で電流が流れると、ヒータの加熱事故やモータが
回転する等の事故を発生する。これらの事故のうち、ヒ
ータ負荷ではヒータの冷却、モータ負荷ではＳＳＲがオ
フしているのに回転してしまう場合が特に大事故に至る
おそれがあり、危険である。しかしながら、従来の回路
では、故障検出機能を有していないので、故障を発見し
、事故を未然に防止するということが出来なかった。

そこで、上記の不都合を解決するため、この出願の発明
者等は、負荷回路の電流を検出し、電流の有無を示す論
理状態信号を出力する電流検出回路と、リレー回路のオ
ン／オフ状態を検出するリレーオン／オフ検出回路と、
前記電流検出回路の出力及びリレーオン／オフ検出回路
の出力を入力信号として受け、これら入力信号が所定の
論理状態の時に故障信号を出力する論理回路とを含む故
障検出回路を創出し、すでに別に出願した。

この故障検出回路は、リレー回路のオン時、あるいはオ
フ時がリレーオン／オフ検出回路で検出されると共に、
負荷の電流の有無が電流検出回路で検出される。そして
、これらのリレーオン／オフ検出回路及び電流検出回路
より出力される信号　　□の論理モードが、予め想定す
る故障モードであると、論理回路は故障信号を出力する
ものである。　　　１′（ハ）発明が解決しようとする
問題点 上記先願に係る故障検出回路では、負荷電流の有無を検
出する電流検出回路を三相負荷用とする場合には、桁毎
に個別に論理状態信号を出力する　　］回路で構成する
ことになる。もっとも、二相用に構成したものでも、単
相用に使用できることが望　　１ましい。しかし、単に
三相負荷用に構成したちの　　１を単相用、二相用に使
用すると、−相は必ずオフ状態であり、故障状態でない
にも拘らず、ＳＳＲＪ（リレー）のオン時には欠相状態
を判断し、故障　　−信号を出力してしまうという問題
がある。

この発明は、上記に鑑み、電流検出回路を三相　　−□
用に構成した場合でも、単相用、二相用に使用し得る故
障検出回路を提供することを目的としている。

（ニ）問題点を解決するための手段及び作用この発明の
故障検出回路は、三相負荷回路の電流を桁毎に個別に検
出し、各相電流の有無を示す論理状態信号を桁毎に個別
に出力する電流検出回路と、リレー回路のオン／オフ状
態を検出するりシーオン／オフ検出回路と、前記電流検
出回路の出力及びリレーオン／オフ検出回路の出力を入
力信号として受け、これら入力信号が所定の論理状態の
時に故障信号を出力する論理回路とを含むものにおいて
、前記電流検出回路の個別の論理状態出力間に互いに選
択的に短絡する短絡回路を特徴的に備えている。

この故障検出回路では、例えば単相用として使…する場
合、電流検出回路の使用しない相の論理１天態信号出力
は、短絡回路で使用する論理状態出力に短絡されるため
、使用しない相の論理状態信号は、論理回路で故障判断
の対象から外されることになる。

（ホ）実施例 以下、実施例により、この発明をさらに詳細に説明する
。

第１図は、この発明の一実施例を示す故障検出回路のブ
ロック図である。この故障検出回路は、ＳＳＲに付設し
て使用される。

この故障検出回路は、定電圧を出力する電源回路１、Ｓ
ＳＲのオン信号あるいはオフ信号を検出する入力回路２
、誤動作防止用の信号を出力する禁止信号回路３、三相
の負荷電流ライン６ａ１６ｂ、６Ｃに流れる電流の有無
を変流器５ａ、５ｂ、５ｃを通して検出し、所定値以上
の時、電流有の論理状態信号を出力する増幅回路４ａ、
４ｂ、４Ｃ１上記入力回路２と禁止信号回路３と増幅回
路４ａ、４ｂ、４Ｃからの信号の論理状態より故障状態
を判定して、故障信号を出力する論理回路７、この論理
回路７中の信号を利用し、増幅回路４ａ、４ｂ、４Ｃ中
のコンデンサを放電させるための信号を出力する放電信
号回路８、また故障信号を各出力回路に確実に伝達させ
るための故障信号保持回路９、故障信号に応答してＳＳ
Ｒの入力信号をカット（オフ）する５ＳＲＯＦＦ回路１
０、故障信号に応答してＬＥＤ　（発光ダイオード）を
点減点灯し、オペレータに故障を報知するＬＥＤ点滅回
路１１、同じく故障信号に応答してキープリレーを駆動
させ、そのリレー出力により負荷回路を安全側に倒す保
護機器に信号を伝達するキープリレー駆動回路１２、故
障状態から正常状態に復帰した時に、再スターキするた
めのリセント回路１３、増幅回路４ａ、４ｂ、４Ｃの各
出力を互いに選択的に短絡する短絡回路１５を具備して
いる。

第１図の故障検出回路を構成する主要回路の、さらに具
体的な回路接続図を、第２図〔第２図（ａ）、第２図（
ｂ）、第２図（Ｃ）〕に示している。

電源回路１は、第２図（ａｌに示すように、１２〜２０
ＶのＤＣ入力電圧が端子Ｐ３、Ｐ２に与えられ、比較的
広範囲な入力電圧に対し、三端子レギュレータ２１によ
り、安定な定電圧８Ｖ　（＋Ｖｃｃ）が端子Ｐ３、Ｐ４
を経て、後段の回路に供給される。

なお、ダイオードＤ、は十−逆接続保護用であり、コン
デンサＣ２はノイズ対策用として、それぞれ設けられて
いる。

入力回路２は、５ＳＲ１４の入力信号を故障検出回路内
に信号として取込むための回路であり、ホトカプラＰＨ
ｚによって信号が取込まれる。ホトカプラＰＨｚの発光
素子Ｌ２は、５ＳＲ１４の入力回路に直列に接続されて
おり、５ＳＲ１４のオンで点灯する。

入力回路にシュミット回路等を内蔵しているＳＳＲの場
合、その機能を有効に活かすために、ホトカプラＰＨｚ
のホトトランジスタＰ　Ｔ　ｚのベース端子とエミッタ
端子間に抵抗Ｒ４を接続し、ホトカプラＰＨ，の感度を
鈍くしている。これにより、５ＳＲ１４内のシュミット
回路がオンすると同時に、端子Ｐ、に信号が出力される
。ホトカプラＰＨ２の感度を落としているので、抵抗Ｒ
ｓを流れる電流が微小となり、回路電流を軽減できる。

５ＳＲＯＦＦ回路１０は、ホトカプラＰＨ，、トランジ
スタＴｒ、、’ｌ’ｒｚ等から構成されている。

トランジスタＴｒｚのベースに、故障信号保持回路９か
ら端子Ｐ６、抵抗Ｒ３を経て、故障信号が入力される。

トランジスタＴｒ、のエミッタがグランドＧＮＤに接続
されると共に、コレクタがトランジスタＴｒ＋　のベー
ス、さらに抵抗Ｒ２を介して三端子レギュレータ２１の
出力、つまり＋ＶｃＣに接続されている。また、抵抗Ｒ
ｒ、ホトカプラＰ　Ｈ１の発光素子り０．トランジスタ
Ｔｒ、のコレクタ及びエミッタが直列に接続されて、＋
ＶｃｃとグランドＧＮＤ間に接続されている。また、ホ
トカプラＰＨ＋　のホトトランジスタＰＴ、が、５ＳＲ
Ｉ４の入力回路及びホトカプラＰＨ２の発光素子Ｌ２に
直列に接続されている。

５ＳＲＯＦＦ回路１０は、電源回路１に電圧が印加され
ると同時に、抵抗Ｒ２からのベース電流により、トラン
ジスタＴｒ、がオンし、ホトカプラＰ　Ｈ＋の発光素子
Ｌ１に電流が流れ、発光素子Ｌｌが点灯し、ホトカプラ
Ｐ　Ｈ＋のホトトランジスタＰＴ、がオンする。今、端
子Ｐ６を経て故障信号が入力されると、トランジスタＴ
ｒ２がオンし、トランジスタＴ　ｒ　２のベースがエミ
ッタと同電位となり、トランジスタＴｒ１はオフする。

そのため、ホトカプラＰ　ＨＩの発光素子り、は消灯し
、ホトトランジスタＰＴ＋がオフして、５ＳＲ１４の入
力信号がカットされ、５ＳＲ１４はオフする。また、故
障検出状態で、何らかの事故で電源回路１に入力電圧が
印加されなくなった場合でも、ホトカプラＰＨ，はオフ
のままであり、フェールセーフが成立している。

禁止信号回路３は、抵抗Ｒ４、コンデンサＣＺからなる
遅延回路と、コンパレータ２２とから構成されており、
端子Ｐ、に出力される５ＳＲ１４のオン信号が抵抗Ｒ５
を介してコンパレータ２２の＋入力端に加えられると共
に、端子Ｐ７より基準電圧が、コンパレータ２２の一入
力端に印加されている。

入力回路２のＳＳＲオン信号が抵抗Ｒ６，コンデンサＣ
２でｔ５時間だけ遅延されて、コンパレータ２２に入力
されるので、端子Ｐ、に導出されるコンパレータ２２の
出力は、５ＳＲ１４のオン信号に対し、立上り・立下り
とも、一定時間違れた信号となる。この信号が禁止信号
として、論理回路７に入力される。論理回路７では、５
ＳＲ１４のオン信号の立上り・立下りの一定時間におい
て、故障検出をしない。これにより、ＳＳＲ１４の人力
信号のチャタリング、各増幅回路の部品、位相のズレに
よる出力のバラツキを原因とする論理回路７での誤動作
を防止できる。なお、コンパレータ２２は、出力オーブ
ンコレクタのトランジスタを採用するため、＋Ｖｃｃと
出力端子間に、必要な電流を得るための抵抗Ｒ１が接続
されている。

増幅回路４ａでは、第２図（ｂｌに示すように、抵抗Ｒ
８と抵抗Ｒ７の直列回路が、＋ＶｃｃとグランドＧＮＤ
間に接続され、この抵抗Ｒ８とＲ１で分割される電圧が
、基準電圧としてコンパレータ２４の一入力端に加えら
れている。変流器５ａの二次巻線に、ツェナ・ダイオー
ドＺＤ２、抵抗Ｒ１１が並列に接続され、この並列回路
の一端がＯＰアンプ２３の＋入力端に接続されている。

また、抵抗Ｒ１＋１とツェナ・ダイオードＺＤ、が直列
に、＋ＶｃｃとグランドＧＮＤ間に接続され、その接続
中点が抵抗Ｒ０とツェナ・ダイオードＺ　Ｄ　ｚの並列
回路の他端に接続される一方、抵抗Ｒ１！を介してＯＰ
アンプ２３の一入力端に接続されている。

ＯＰアンプ２３の出力端と一入力端間に抵抗Ｒ１３が接
続され、さらにＯＰアンプ２３の出力端は、ダイオード
Ｄ２、抵抗ＲＩ４を介して、コンパレータ２４の＋入力
端に接続されている。コンパレータ２４の出力端は、端
子Ｐ、より電流検出信号を出力する。また、この出力端
は、抵抗Ｒ１１ｌを介して＋Ｖｃｃに接続されている。

コンパレータ２４の＋入力端とグランドＧＮＤ間にコン
デンサＣ３が接続され、このコンデンサＣ３に並列に、
抵抗Ｒ，いトランジスタＴｒ、の直列回路が接続されて
いる。さらに、トランジスタＴｒ３のコレクタとグラン
ドＧＮＤ間に、抵抗ＲＩＳが接続されている。トランジ
スタＴｒ３は、放電信号回路８から端子Ｐ＋□を経て信
号が入力されると、オンするようになっている。

今、変流器５ａに交叉する負荷ラインに負荷電流が流れ
ると、この電流に応じた電流が変流器５ａの二次コイル
に流れ、この電流に応じた電圧が抵抗Ｒ１１の両端に得
られ、ＯＰアンプ２３に入力される。ＯＰアンプ２３で
は、その入力電圧を抵抗比ＲＩ　３／　ＲＩ□で同相増
幅する。増幅された電圧は、ダイオードＤ２で半波整流
され、抵抗Ｒ１４、コンデンサＣ１で小さな時定数を加
え、抵抗Ｒ１５、コンデンサＣ３で平滑して、コンパレ
ータ２４に入力する。コンパレータ２４は、入力された
電圧が基準電圧よりも大きいと、矩形波で端子Ｐ、より
電流検出信号を出力する。

なお、抵抗ＲＩ４、コンデンサＣ３は小さな時定数に設
定しているが、これは入力回路２のホトカプラＰＨｚの
オンスピードが増幅回路４ａより遅いため、誤動作防止
用として必要なためである。

また、ＯＰアンプ２３が単電源であるため、オフセット
電圧が必要であり、このために抵抗Ｒ８゜、ツェナ・ダ
イオードＺＤ、でコンパレータ２４の基準電圧（＝Ｖｃ
ｃ・Ｒ１１／　（Ｒａ　＋Ｒ，ｌ））を越えない電圧で
セットされる。

正常な状態では、５ＳＲ１４がオフすると同時に、放電
信号回路８かの信号で、所定時間だけトランジスタＴｒ
、がオンする。そのため、コンデンサＣ３に蓄積されて
いた電荷が一気に抵抗Ｒ１いトランジスタＴｒ３を通し
て放電し、コンパレータ２４の出力はオフする。これに
より、５ＳＲＩ４が高開閉頻度で使用された場合でも、
この回路は誤動作することなく、機能する。

正常にオンしている状態から故障が生じ、変流器５ａか
らの出力及びＯＰアンプ２３からの出力がオフした場合
、トランジスタＴｒ３はオフ状態のままであり、この場
合は、抵抗ＲＩ５を通して放電し、端子Ｐ、がロー（レ
ベル）となる。

他の相電流検出用の増幅回路４ｂ、４ｃも、増幅回路４
ａと全く同様に構成されているので、構成及び動作の説
明を省略するが、対応する負荷ラインに電流が流れると
、同様に端子Ｐ、。、ｐＨより矩形の電流検出信号が出
力される。

論理回路７は、第２図（Ｃ）に示すように、増幅回路４
ａ、４ｂ、４Ｃの各出力、つまり端子Ｐ１、Ｐ、。、Ｐ
ｌ＋よりの信号（電流検出信号）を受けると共に、入力
回路２の出力、つまり端子Ｐ、よりの信号（ＳＳＲオン
信号）、禁止信号回路３の出力、つまり端子Ｐ８よりの
信号を入力に受けている。

端子Ｐ９、ＰＩＧ、　　ｐ＋＋は、ナンド回路Ｇ、の入
力端に接続されると共に、それぞれインバータＮ１゜Ｎ
　Ｚ、Ｎ　ｘを介して、ナンド回路Ｇ２の入力端に接続
されている。ナンド回路Ｇ、の出力はナンド回路Ｇ３の
入力の一端に、またナンド回路Ｇｚの出力はナンド回路
Ｇ４の入力の一端に、それぞれ接続されている。端子Ｐ
５は、ナンド回路Ｇ３の入力の他端に接続される一方、
インバータＮ４を介して、ナンド回路Ｇ４の入力の他端
に接続されている。また端子Ｐ１゜は、ナンド回路Ｇ３
の入力のさらに他の一端に接続されると共に、インバー
タＮ、を介して、ナンド回路Ｇ４のさらに他の一端に接
続されている。ナンド回路Ｇ３、Ｇ４の出力がナンド回
路Ｇ、の入力端に接続され、ナンド回路Ｇ、の出力端（
端子Ｐ８．）より、故障検出信号が出力されるようにな
っている。

今、負荷電流の有無、すなわち増幅回路４ａ、４ｂ、４
ｃの各出力の全ての組合せと、ナンド回路Ｇ＋、Ｇｚの
各出力（ＡＳＢ）の論理状態を考えると、表２の通りで
ある。

く表　　２〉 次に、ナンド回路Ｇ１、Ｇ２の出力と端子Ｐ３、Ｐ８の
組合せを考えると、表３のようになる。

く表　　３〉 従って、端子Ｐ２．．より出力される故障検出信号は、 Ａ　Ｕｐ、ｐａ　＋　Ａ　Ｂ　ｐｓｐａ　＋　Ａ　Ｂ　
Ｐ５７ａ十λｕｓ’５＝ＡＰｓＰｅ　　（Ｂ＋Ｂ）　　
＋ＢＦｓＦａ　　（Ａ　十人）−Ａ　Ｐ５ＰＢ　＋　Ｂ
　Ｔ’ｓＦｓ となる。この論理式で、前の項がナンド回路Ｇ３の出力
、後の項がナンド回路Ｇ４の出力に相当し、百出力がナ
ンド回路Ｇ、を経て、オア態様で端子ＰＩ５より出力さ
れる。

放電信号回路８は、ナンド回路Ｇ６とインバータＮ６か
ら構成され、５ＳＲ１４がオフしてから禁止信号かオフ
するまでの時間に亘り、放電信号を端子Ｐ、□に出力す
る。

短絡回路１５は、３回路Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３のディツプス
インチで構成され、スイッチＳ、は増幅回路４ａと４ｂ
の出力、つまり端子Ｐ９とＰｌ。を、スイッチＳ２は増
幅回路４ｂと４０の出力、つまり端子Ｐ１゜とＰｌ＋を
、スイッチＳ３は増幅回路４ｃと４３の出力、つまり端
子ｐＨとＰ、をそれぞれ短絡するために設けられている
。

上記実施例回路を三相用に使用する場合には、変流器５
ａ、５ｂ、５Ｃに負荷ライン６ａ、６ｂ、６Ｃが結合さ
れるので、この場合は、短絡回路１５のスイッチＳ７、
Ｓ２．Ｓ：ｌはオフ状態とされる。

電源回路１より定電圧が供給されている状態で、５ＳＲ
１４がオン、あるいはオフされると、そのオン／オフが
入力回路２で検出され、論理回路７に入力される。また
、入力回路２の出力信号はは、禁止信号回路３で一定時
間だけ遅延され、論理回路７に入力される。さらに、５
ＳＲ１４のオン／オフに応じてオン／オフする三相の負
荷電流ライン５ａ、５ｂ、６Ｃの電流が、変流器５ａ、
５ｂ、５Ｃを経て増幅器４ａ、４ｂ、４Ｃで検出され、
その検出電流の有無に応じた論理状態信号が、論理回路
７に入力される。

論理回路７は、入力回路２、禁止信号回路３及び増幅回
路４ａ、４ｂ、４Ｃより入力される信号の状態が、予め
想定する故障モードの論理状態であると、故障信号を出
力する。故障信号保持回路９は、前記故障信号を受けて
、これを保持し、この保持出力により５ＳＲＯＦＦ回路
１０を作動させて、５ｓＲ１４の入力信号をカントする
。また、その保持出力により、ＬＥＤ点滅回路１１を作
動させてＬＥＤを点滅させ、故障発生を報知する。

さらに、保持出力により、キープリレー駆動回路１２を
作動させてキープリレーをオンし、外部機器にして負荷
回路を安全側に強制させる。故障発生後、５ＳＲ１４及
び故障検出回路を復帰させる場合は、リセット回路１３
に備えるリセットスイッチをオンする。放電信号回路８
は、論理回路７より入力回路２及び禁止信号回路３より
の禁止信号を受け、ＳＳＲオン信号の立下りから禁止信
号の立下る時点まで、ハイとなる放電信号を出力し、こ
の信号が増幅回路４ａ、４ｂ、４Ｃに加えられ、回路内
の平滑コンデンサの電荷を放電する。

次に、上記実施例故障検出回路を用いて、二相負荷の故
障状態を検出する場合、例えば負荷ライン６Ｃがない場
合を考えると、この場合は、短絡回路１５のスイッチＳ
３、あるいはスイッチＳ２の何れかをオンしてお（。

今、５ＳＲ１４がオンすると、入力回路２はこれを検出
して、端子Ｐ、にハイ信号を出力する。

また、負荷ライン６ａ、６ｂの電流も、増幅回路４ａ、
４ｂで検出されて、端子Ｐ９、Ｐｌ。からもハイ信号が
出力されるので、端子Ｐ、もスイッチＳ３を介してハイ
に強制される。従って、負荷ライン６ｃが使用されてい
す、増幅回路４Ｃがハイ信号を出力しなくても、論理回
路７には端子ｐＨよりロー信号が人力されないから、故
障と判断されることはない。すなわち、負荷ライン６Ｃ
に関する電流有無の検出状況は、故障判断の対象から除
外される。

また、上記実施例故障検出回路を用いて、単相負荷の故
障状態を検出する場合、例えば負荷ライン６ｂ、６Ｃが
結合されない場合は、短絡回路１４のスイッチＳ２、Ｓ
、をオンしておく。

この場合においても、５ＳＲ１４がオンし、負荷ライン
６ａに電流が流れると、端子Ｐ、よりハイ信号が出力さ
れるので、このハイ信号により、スイッチ５１Ｓｆｆを
介して、端子Ｐ、。、ｐＨがハイに強制され、従って、
端子Ｐ、。、Ｐｌ＋より論理回路７にロー信号が入力さ
れない。そのため、負荷ライン６ｂ、６Ｃに関する電流
有無の検出状況は、故障判断の対象から除外される。

以上のように、この故障検出回路は、三相、二相、単相
の何れの負荷の場合であっても、短絡回路のオン／オフ
を適宜選択することにより、不使用の相の存在の有無を
気にすることなく、正しい故障判断をなすことができる
。

（へ）発明の効果 この発明によれば、三相用の電流検出回路の三相の個別
の論理状態出力間を互いに選択的に短絡する短絡回路を
備え、この短絡回路により、使用しない相の電流検出回
路の出力を、他の使用する相の電流検出回路の出力に短
絡することにより、使用しない相を故障判断の対象から
除外する。そのため、電流検出回路を三相用に構成した
ものを、単相負荷や二相負荷に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示すＳＳＲの故障検出
回路のブロック図、第２図（ａ）、第２図（ｂｌ及び第
２図（Ｃ）は、同故障検出回路を構成する主要回路の具
体的な接続を示す回路図、第３図、第４図は、従来の一
般的なＳＳＲの使用例を示す図である。 ２：入力回路、 ４ａ−４ｂ・４ｃ：増幅回路、 ７：論理回路、　１５：短絡回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （一）三相負荷回路の電流を相毎に個別に検出し、各相
   電流の有無を示す論理状態信号を相毎に個別に出力する
   電流検出回路と、リレー回路のオン／オフ状態を検出す
   るリレーオン／オフ検出回路と、前記電流検出回路の出
   力及びリレーオン／オフ検出回路の出力を入力信号とし
   て受け、これら入力信号が所定の論理状態の時に故障信
   号を出力する論理回路とを含む故障検出回路において、 前記電流検出回路の個別の論理状態出力間を互いに選択
   的に短絡する短絡回路を備えてなることを特徴とする故
   障検出回路。