JPH0628043A - 静止形開閉器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 静止形開閉器に位相制御機能を備えるように
する。 【構成】 ケース内にサイリスタ３３を設けるととも
に、ケース内の回路基板に、サイリスタ３３をオン，オ
フ制御するための制御回路５３を構成するとともに、前
記サイリスタ３３を制御回路５３のフォトトライアック
カプラ７１を介して位相制御する位相制御回路５４を構
成する。そして、位相制御回路５４は、交流電源電圧の
零クロス点を検出する零クロス点検出回路７６と、この
零クロス点検出回路７６の信号に基づいてタイマ動作を
行なって前記サイリスタ３３の点弧角を決定するタイマ
回路７８と、前記タイマ動作時間を調整する可変抵抗を
接続するための外部接続用端子２５乃至２７とを備えて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は負荷を通断電制御するた
めの半導体スイッチング素子を備えた静止形開閉器に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば、負荷たる三相誘導電
動機を運転させる場合、半導体スイッチング素子として
サイリスタを備えた静止形開閉器を用いるようにしたも
のが供されており、又、三相誘導電動機に低電圧起動若
しくは低速制御を行なわせるべく三相誘導電動機に対す
る印加電圧を導通角制御により全電圧よりも小にする半
導体スイッチング素子を備えた位相制御ユニットを設け
るようにしたものも供されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の構成では、静止
形開閉器の他に位相制御ユニットを設ける必要があるの
で、夫々を接続する信号線の数が多くなり、それだけ、
ノイズの影響が多くなって誤動作し易くなり、又、信号
線数が多いことから配線工数が増加し、且つ、位相制御
ユニット分の設置スペースも必要になって、総じて、高
価になるという問題があった。

【０００４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、内部に位相制御機能を備えるようにし
て、信号線数を少なくなし得、ノイズによる誤動作を極
力防止し得、配線工数を少なくし得るとともに、設置ス
ペースも少なくて済み、総じて、安価になし得る静止形
開閉器を提供するにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の静止形開閉器
は、ケース内に負荷を通断電制御するための半導体スイ
ッチング素子を設け、この半導体スイッチング素子をオ
ン，オフ制御する制御回路を設け、この制御回路を介し
て前記半導体スイッチング素子の導通角を制御する位相
制御回路を設け、前記位相制御回路を、前記半導体スイ
ッチング素子に印加される交流電圧の零クロス点を検出
する零クロス点検出回路と、この零クロス点検出回路か
らの零クロス点検出信号に基づいてタイマ動作を行なっ
て前記半導体スイッチング素子の導通角を決定するタイ
マ回路と、このタイマ回路のタイマ動作時間を調整する
調整素子を接続するための外部接続用端子とを備える構
成とするところに特徴を有する。

【０００６】

【作用】本発明の静止形開閉器によれば、負荷を通断電
すべく制御回路によってオン，オフ制御される半導体ス
イッチング素子を、位相制御回路によって制御回路を介
して導通角制御するので、導通角制御のための専用の半
導体スイッチング素子を設ける必要がなくなるのであ
る。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例につき図１乃至
図７を参照しながら説明する。◎先ず、全体の構成につ
いて図３乃至図７に従って述べる。

【０００８】図３乃至図５において、１は前面部の上，
下端部に各３個の段部２，３が形成されたケースであ
り、内部には後述するように種々の回路部品が組込まれ
るようになっている。このケース１の上方側の各段部２
には略Ｌ字形をなす例えばＲ，Ｓ及びＴ相用の３個の電
源側端子４，５及び６がねじ７，８及び９によって取付
けられており、その電源側端子４，５及び６上には前方
側に突出する接続導体４ａ，５ａ及び６ａが取付けられ
ている。又、ケース１の下方側の各段部３には前記電源
側端子４，５及び６と同様の負荷側端子１０，１１及び
１２がねじ１３，１４及び１５により取付けられてお
り、これらの上にも接続導体４ａ，５ａ及び６ａと同様
の接続導体（１１ａのみ図示，図６参照）が取付けられ
ている。

【０００９】１６は前記ケース１の一部をなすようにそ
のケース１の前面開口部にこれを閉塞すべく装着される
カバーであり、その前面部の右端部には４個の段部１７
が形成され、前面部の左端部には３個の段部１８が形成
されている。又、このカバー１６の２個の段部１７には
略Ｌ字形をなす外部接続用端子１９及び２０がねじ２１
及び２２により取付けられており、その後方に突出する
部分を接続片部１９ａ及び２０ａとしている。又、カバ
ー１６の残りの２個の段部１７及び３個の段部１８にも
外部接続用端子１９及び２０と同様の外部接続用端子２
３，２４及び２５，２６，２７がねじ２８，２９及び３
０，３１，３２によって取付けられており、２３ａ，２
４ａ及び２５ａ，２６ａ，２７ａは夫々の接続片部であ
る。

【００１０】つぎに、図６及び図７において、３３は主
回路を構成する３組の半導体スイッチング素子例えばサ
イリスタで、これらはアルミニウム板から形成された基
板３４に取着され、この基板３４がケース１にその底板
をなすように取付けられている。そして、各組のサイリ
スタ３３の一端部が前記電源側端子４，５及び６に接続
され、各組のサイリスタ３３の他端部が負荷側端子１
０，１１及び１２に接続されている。３５は基板３４上
にサイリスタ３３を覆うようにシリコーン樹脂或いはエ
ポキシ樹脂で所定厚さに形成された防湿絶縁用樹脂層で
ある。

【００１１】３６はケース１内の段部３７に防湿絶縁用
樹脂層３５との間に空気層３８を形成するように取着さ
れた回路基板で、これには回路部品たる半導体素子３
９，コンデンサ４０等が取付けられている。また、各組
のサイリスタ３３のゲート端子３３ａは空気層３８を通
って上方へ突出し回路基板３６の所定の導体パターンに
半田付けされている。４１は回路基板３６上に半導体素
子３９，コンデンサ４０等を覆うようにシリコーン樹脂
或いはエポキシ樹脂で所定厚さに形成された防湿絶縁用
樹脂層である。

【００１２】４２はケース１内の段部４３に防湿絶縁用
樹脂層４１との間に空気層４４を形成するように取着さ
れた回路基板で、これには半導体素子４５，リレー４６
等が取付けられている。４７は回路基板４２上に半導体
素子４５，リレー４６等を覆うようにシリコーン樹脂或
いはエポキシ樹脂で所定厚さに形成された防湿絶縁用樹
脂層である。そして、回路基板３６には接続ピン４８が
突設されていて、この接続ピン４８が回路基板４２の所
定の導体パターンに半田付けされている。

【００１３】４９は防湿絶縁用樹脂層４７との間に空気
層５０を形成するようにしてカバー１６に取着された回
路基板で、これにはソケット５１が取付けられており、
このソケット５１には回路基板４２に突設された接続ピ
ン５２が挿通されている。又、前記電源側端子４，５及
び６の接続導体４ａ，５ａ及び６ａ，負荷側端子１０，
１１及び１２の接続導体（１１ａのみ図示），外部接続
用端子１９及び２０の接続片部１９ａ及び２０ａは夫々
回路基板４９に挿通されて所定の導体パターンに半田付
けされるようになっており、これによって、外部接続用
端子１９及び２０は導体パターンを介して前記電源側端
子６及び４に夫々接続されるようになっている（図２参
照）。

【００１４】更に、前記外部接続用端子２３乃至２７の
接続片部２３ａ乃至２７ａも回路基板４９に挿通されて
所定の導体パターンに半田付けされるようになってお
り、これによって、外部接続用端子２３乃至２７は導体
パターンを介して回路基板３６，４２及び４９に後述す
るように構成される制御回路５３及び位相制御回路５４
（図１参照）に接続されるようになっている。尚、５５
はケース１に形成された樹脂注入用の開口部（図６参
照）、５６はカバー１６をケース１に取付ける複数本例
えば４本のねじ（図３及び図６参照）である。

【００１５】而して、本実施例の静止形開閉器の使用に
際しては、図２に示すように構成される。即ち、２００
ボルトの三相交流電源の電源線５７，５８及び５９が電
源側端子４，５及び６に接続される。又、三相交流負荷
たる三相誘導電動機６０の負荷線６１，６２及び６３は
負荷側端子１０，１１及び１２に接続される。

【００１６】６４は直流電源であり、その正側端子は外
部接続用端子２３に接続され、負側端子は制御スイッチ
６５を介して外部接続用端子２４に接続されている。そ
して、外部接続用端子２５，２６及び２７は夫々調整素
子としてのケース１の外部に設置された可変抵抗６６，
６７及び６８を介して外部接続用端子２３に接続されて
いる。

【００１７】さて、制御回路５３及び位相制御回路５４
の構成について図１を参照して述べる。先ず、制御回路
５３において、各組のサイリスタ３３は逆並列接続され
た２個のサイリスタからなり、夫々のゲート端子３３ａ
と電源側端子４，５及び６並びに負荷側端子１０，１１
及び１２との間には点弧回路６９が構成されている。更
に、各点弧回路６９には抵抗７０を介してフォトトライ
アックカプラ７１のフォトトライアック７１ａが接続さ
れている。

【００１８】次に、位相制御回路５４について述べる。
電源側端子４，５及び６の相互間には、ダイオード７２
ａ乃至７２ｄをブリッジ接続してなる各全波整流回路７
２の交流入力端子が接続され、その各全波整流回路７２
の直流出力端子間には、抵抗７３，定電圧ダイオード７
４及びフォトカプラ７５の発光ダイオード７５ａの直列
回路が接続されている。そして、以上により零クロス点
検出回路７６が構成される。又、この零クロス点検出回
路７６の出力側となるフォトカプラ７５のフォトトラン
ジスタ７５ｂにおいて、そのコレクタは抵抗７７を介し
て外部接続用端子２３に接続され、エミッタは外部接続
用端子２４に接続されているとともにアースされてい
る。

【００１９】タイマ回路７８を構成するためのＩＣ７９
において、２つの電源端子は外部接続用端子２３及びア
ースに接続され、出力端子は抵抗８０及びフォトトライ
アックカプラ７１の発光ダイオード７１ｂを直列に介し
て外部接続用端子２３に接続され、トリガ端子はインバ
ータ回路８１を介してフォトカプラ７５のフォトトラン
ジスタ７５ｂのコレクタに接続されている。そして、電
源側端子４，５間に接続された全波整流回路７２側のＩ
Ｃ７９の入力端子は、抵抗８２を介して外部接続用端子
２５に接続されているとともにコンデンサ８３を介して
アースされ、電源側端子５，６間に接続された全波整流
回路７２側のＩＣ７９の入力端子は、抵抗８２を介して
外部接続用端子２６に接続されているとともにコンデン
サ８３を介してアースされ、電源側端子６，４間に接続
された全波整流回路７２側のＩＣ７９の入力端子は、抵
抗８２を介して外部接続用端子２７に接続されていると
ともにコンデンサ８３を介してアースされている。

【００２０】次に、本実施例の作用につき説明するに、
各相に接続されたサイリスタ３３の動作は同一であるの
で、ここでは、電源側端子４及び負荷側端子１０間に接
続されたサイリスタ３３について代表して説明する。

【００２１】制御スイッチ６５がオンされると、直流電
源６４からの直流電圧がＩＣ７９をはじめとして各素子
に供給される。全波整流回路７２は電源側端子４，５の
線間電圧（電源電圧）を全波整流するもので、その全波
整流の電圧の零ボルト（零クロス点）付近では定電圧ダ
イオード７４は非導通で、フォトカプラ７５の発光ダイ
オード７５ａは発光せず、従って、フォトトランジスタ
７５ｂがオフしてそのコレクタ電位たる零クロス点検出
信号はハイレベルとなり、これによって、インバータ回
路８１の出力信号がロウレベル（アース）となって、コ
ンデンサ８３の充電電荷はＩＣ７９を介して放電され
る。

【００２２】その後、全波整流回路７２による電圧が零
ボルト付近より立上ると、即ち、電源電圧が零ボルト付
近より正若しくは負方向に移行すると、定電圧ダイオー
ド７４が導通して発光ダイオード７５ａが通電されて発
光するようになり、従って、フォトトランジスタ７５ｂ
がオンして零クロス点検出信号はロウレベルとなり、こ
れによって、インバータ回路８１の出力信号がハイレベ
ル（オープンコレクタ）となって、タイマ回路７８のコ
ンデンサ８３が直流電源６４により可変抵抗６６及び抵
抗８２を介して充電される。

【００２３】そして、コンデンサ８３の端子電圧が所定
値になると、即ち、電源電圧の零レベル付近から時限Ｔ
だけ経過すると、ＩＣ７９の出力信号はロウレベル（ア
ース）となり、フォトトライアックカプラ７１の発光ダ
イオード７１ｂが通電されて発光するようになり、従っ
て、フォトトライアック７１ａがオンしてサイリスタ３
３にゲート電流が流れ、以て、サイリスタ３３がオンす
るようになる。即ち、サイリスタ３３は、時限Ｔに相当
する点弧角をもってオンされるものであり、位相制御さ
れることになる。尚、時限Ｔ即ち点弧角は可変抵抗６６
の抵抗値を変化させることにより調整することができ
る。

【００２４】以上は、電源側端子４及び負荷側端子１０
間に接続されたサイリスタ３３の導通角制御について述
べたものであるが、電源側端子５及び負荷側端子１１間
に接続されたサイリスタ３３並びに電源側端子６及び負
荷側端子１２間に接続されたサイリスタ３３の導通角制
御も同様に行なわれるものであり、この場合の点弧角
は、可変抵抗６７並びに６８の抵抗値を変化させること
により行なうことができる。

【００２５】このように、本実施例においては、ケース
１内の回路基板３６，４２及び４９に、サイリスタ３３
をオン，オフさせるための制御回路５３の他に位相制御
回路５４を構成し、この位相制御回路５４により制御回
路５３のフォトトライアックカプラ７１を介してサイリ
スタ３３の導通角制御（位相制御）を行なうようにし
た。従って、従来の位相制御専用の半導体スイッチング
素子を備えた位相制御ユニットを別個に設けるものとは
異なり、信号線数を少なくなし得、ノイズによる誤動作
を極力防止し得、配線工数を少なくなし得るとともに、
設置スペースも少なくて済み、総じて、安価になし得る
ものである。

【００２６】図８は本発明の第２の実施例であり、図１
と同一部分には同一符号を付して示し、以下、異なる部
分についてのみ説明する。即ち、図１で電源側端子４，
５間に接続された全波整流回路７２の交流入力端子は電
源側端子４及び負荷側端子１０に接続され、図１で電源
側端子５，６間に接続された全波整流回路７２の交流入
力端子は電源側端子５及び負荷側端子１１に接続され、
そして、図１で電源側端子６，４間に接続された全波整
流回路７２の交流入力端子は電源側端子６及び負荷側端
子１２に接続されたものである。

【００２７】従って、前記実施例では三相交流電源の位
相制御を行なうのに対し、この第２の実施例では単相電
源を三回路個別に位相制御するものであり、これによっ
ても、前記実施例と同様の効果を得ることができる。

【００２８】尚、上記各実施例では、可変抵抗６６乃至
６８を個別に変化させて三相分のサイリスタ３３の点弧
角を決定するようにしたが、これは、ＩＣ７９，抵抗８
２及びコンデンサ８３等の特性ばらつきを吸収するため
であるので、これらの特性が三相分夫々略同一のものを
選定することができれば、可変抵抗６６乃至６８を同時
に変化する構成としてもよい。

【００２９】又、上気各実施例では、可変抵抗６６乃至
６８をケース１の外部に設置するようにしたが、例え
ば、回路基板４２若しくは４９に設置するようにしても
よい。この場合、可変抵抗６６乃至６８を省略して、抵
抗８２のみを用いて同一の点弧角で位相制御するように
してもよい。

【００３０】その他、本発明は上記実施例にのみ限定さ
れるものではなく、例えば、負荷としては三相誘導電動
機に限らず交流負荷すべてに適用し得る等、要旨を逸脱
しない範囲内で適宜変形して実施し得ることは勿論であ
る。

【００３１】

【発明の効果】本発明の静止形開閉器は以上説明したよ
うに、ケース内に、半導体スイッチング素子をオン，オ
フ制御する制御回路の他に半導体スイッチング素子の導
通角制御を行なう位相制御回路を設けるようにしたの
で、外部に対する信号線数を少なく得、ノイズによる誤
動作を極力防止し得、配線工数を少なくし得るととも
に、設置スペースも少なくて済み、総じて、安価になし
得るという優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す制御回路及び位相
制御回路の具体的な電気的構成図

【図２】全体の電気的構成図

【図３】正面図

【図４】上面図

【図５】側面図

【図６】図３中Ａ−Ａ線に沿う断面図

【図７】図３中Ｂ−Ｂ線に沿う断面図

【図８】本発明の第２の実施例を示す図１相当図

【符号の説明】

図面中、１はケース、４乃至６は電源側端子、２５乃至
２７は外部接続用端子、３３はサイリスタ（半導体スイ
ッチング素子）、５３は制御回路、５４は位相制御回
路、６０は三相誘導電動機（負荷）、６４は直流電源、
６５は制御スイッチ、６６乃至６８は可変抵抗（調整素
子）、６９は点弧回路、７１はフォトトライアックカプ
ラ、７６は零クロス点検出回路、７８はタイマ回路を示
す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケースと、このケース内に設けられ負荷
   を通断電制御するための半導体スイッチング素子と、こ
   の半導体スイッチング素子をオン，オフ制御する制御回
   路と、この制御回路を介して前記半導体スイッチング素
   子の導通角を制御する位相制御回路とを具備し、前記位
   相制御回路は、前記半導体スイッチング素子に印加され
   る交流電圧の零クロス点を検出する零クロス点検出回路
   と、この零クロス点検出回路からの零クロス点検出信号
   に基づいてタイマ動作を行なって前記半導体スイッチン
   グ素子の導通角を決定するタイマ回路と、このタイマ回
   路のタイマ動作時間を調整する調整素子を接続するため
   の外部接続用端子とを備えていることを特徴とする静止
   形開閉器。