JPH0732846U - 電子式配線保護遮断器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 出力電圧とコンデンサの充電電圧との差が小
さくても出力電圧に応じてコンデンサを確実に充電でき
るうえに、周囲温度や個別電子部品の特性のばらつきに
よる影響をなくして正確な動作を保証することができる
電子式配線保護遮断器を提供することにある。 【構成】 配線の負荷電流を検出して配線を限時あるい
は瞬時に遮断する電子式配線保護遮断器において、負荷
電流に応じて変動する電圧信号を判定用電圧と比較する
電圧レベル比較回路３と、比較判定された電圧信号に基
づき正負信号を出力する演算増幅器Ａ₂ を介して電圧信
号を非線形化した電流に変換する非線形出力回路７を設
けた電圧／電流変換回路６とを備える。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は電子回路により配線を限時あるいは瞬時に遮断する電子式配線保護遮 断器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来、電子式配線保護遮断器は図６に示されるように、配線に流れる負過電流 を検出して電圧信号に変換するＡＣ／ＤＣ変換回路に時限動作を行わせる抵抗Ｒ ₁ とコンデンサＣ₁ とを接続し、電圧Ｅ₂ を得て該電圧Ｅ₂ をＦＥＴのゲートＧ に印加する。そして、ＦＥＴの電圧が設定電圧Ｅ₃ 付近になるとＦＥＴのドレン Ｄ−ソースＳ間の抵抗が減少して電流ｉ₁ が流れる。この電流ｉ₁ によりトラン ジスタＴｒ₁ はオンとなり電流ｉ₂ が流れ電圧Ｅ₄ が発生する。この電圧Ｅ₄ に よりサイリスタＳＣＲはオンとなり、トリップコイルＴＣは励磁されて引き外し 機構は配線の遮断を行うこととなる。ところが、図４に示されるように、遮断特 性は過電流が比較的少ない領域Ａにおいては周囲温度や個別電子部品の特性のば らつき等により正確な動作が保証できなくなるという問題がある。

【０００３】 また、図７に示されるように、負荷電流によって変動し、且つ、断続的に流れ るＡＣ／ＤＣ変換回路の出力電圧Ｅ₁ と限時動作を行うコンデンサＣ₁ の充電電 圧Ｅ₂ との差が小さくなると充電電圧Ｅ₂ は入力される出力電圧Ｅ₁ に応じて上 昇せず、引き外し電圧Ｅ₃ に到達する時間が遅れることとなる。すなわち理論上 は負荷電流により電圧信号Ｅ_2'が図中点線で示されるように上昇するのが望まし いにも係わらず、実際は充電電圧Ｅ₂ は図中実線で示されるようにしか上昇しな いため、配線の保護が不十分となり、負荷回路が遮断される前に配線の被覆の溶 損を起す原因となるという問題があった。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

本考案の目的は前記のような問題点を解決し、出力電圧とコンデンサの充電電 圧との差が小さくても出力電圧に応じてコンデンサを確実に充電できるうえに、 周囲温度や個別電子部品の特性のばらつきによる影響をなくして正確な動作を保 証することができる電子式配線保護遮断器を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

本考案は、配線の負荷電流を検出して配線を限時あるいは瞬時に遮断する電子 式配線保護遮断器において、負荷電流に応じて変動する電圧信号を判定用電圧と 比較する電圧レベル比較回路と、比較判定された電圧信号に基づき正負信号を出 力する演算増幅器Ａ₂ を介して電圧信号を非線形化した電流に変換する非線形出 力回路を設けた電圧／電流変換回路とを備えたことを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】

本考案の電子式配線保護遮断器は、配線の負荷電流の変動に応じて検出された 出力電圧を電圧レベル比較回路により判定用電圧と比較し、比較された電圧信号 に基づき正負信号を出力する演算増幅器Ａ₂ を介して電圧信号を非線形化した電 流に変換する非線形出力回路を設けた電圧／電流変換回路に入力する。このとき 出力電圧が過電流レベルでも過電流レベルに近いホットスタートレベルでもない ことが電圧レベル比較回路により判定されると、演算増幅器Ａ₂ はマイナス電圧 を非線形出力回路に出力するので、電圧／電流変換回路の出力電圧は負となりコ ンデンサＣ₁ の充電は行われない。このときコンデンサＣ₁ に電荷があれば放電 が行われ、配線の放熱状態をシミュレートする。

【０００７】 また、出力電圧がホットスタートレベルであることが電圧レベル比較回路によ り判定された場合は、過電流モードになった際の時限時間を補正回路により補正 する。そして、出力電圧が過電流レベルであることが電圧レベル比較回路により 判定された場合、演算増幅器Ａ₂ は正電圧を電圧／電流変換回路に出力するので 、電圧／電流変換回路は入力された電圧信号の増加に応じて加算された非線形の 電流を出力して電圧上昇率を低下させることなく時限動作用のコンデンサＣ₁ を 充電する。このようにしてコンデンサＣ₁ が時間的遅れを生じることなくトリッ プ電圧に達するとサイリスタＳＣＲがオンとなり負荷回路は遮断される。

【０００８】

【実施例】

以下、本考案を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。 １は配線２の負荷電流を検出して出力電圧Ｅ₁ に変換するＡＣ／ＤＣ変換回路 であり、該ＡＣ／ＤＣ変換回路１には各配線の電流を検出する変流器ＣＴが接続 されている。

【０００９】 ３は前記ＡＣ／ＤＣ変換回路１に接続される電圧レベル比較回路であり、該電 圧レベル比較回路３はコンパレータとしての演算増幅器ＣＰ₁ と、コンパレータ としての演算増幅器ＣＰ₂ と、コンパレータとしての演算増幅器ＣＰ₃ と、オペ アンプとしての演算増幅器Ａ₁ とよりなるもので、演算増幅器ＣＰ₁ の非反転入 力端子には抵抗Ｒｂを接続した過電流判定用電圧端子が接続され、反転入力端子 にはＡＣ／ＤＣ変換回路１の出力端子が接続されるとともに、トランジスタ回路 ４に出力端子を接続している。

【００１０】 演算増幅器ＣＰ₂ の反転入力端子には抵抗Ｒｃを接続したホットスタート判定 用電圧端子が接続され、非反転入力端子にはＡＣ／ＤＣ変換回路１の出力端子が 接続されるとともに、時限時間の補正を行う補正回路５に出力端子を接続してい る。

【００１１】 演算増幅器ＣＰ₃ の反転入力端子には抵抗Ｒａを接続したトリップ判定用電圧 端子が接続され、非反転入力端子には時限動作用電圧端子が接続されるとともに 、サイリスタＳＣＲのゲートに出力端子を接続している。

【００１２】 演算増幅器Ａ₁ の反転入力端子にはＡＣ／ＤＣ変換回路１の出力端子とトラン ジスタ回路４を介して前記演算増幅器ＣＰ₁ が接続されるとともに、後記する電 圧／電流変換回路６の演算増幅器Ａ₂ の反転入力端子に出力端子を接続している 。

【００１３】 ６は電圧レベル比較回路３に接続される電圧／電流変換回路であり、該電圧／ 電流変換回路６は反転入力端子に演算増幅器Ａ₁ の出力端子を接続し、アースさ れる非反転入力端子にバッファ用の演算増幅器Ｂ₁ の出力端子を接続するととも に、非線形出力回路７を出力端子に接続したオペアンプとしての演算増幅器Ａ₂ と、非反転入力端子を非線形出力回路７の出力端子に接続し、反転入力端子を出 力端子に接続するとともに、前記演算増幅器Ａ₂ の非反転入力端子に出力端子を 接続した前記演算増幅器Ｂ₁ とよりなるものである。

【００１４】 ８は配線に設けられる引き外し機構であり、該引き外し機構８はサイリスタＳ ＣＲがオンの時励磁されるトリップコイルＴＣにより負荷回路の遮断が行われる ものである。９はＡＣ／ＤＣ変換回路１の出力端子に接続される短限時と瞬時用 の引き外し回路であり、該引き外し回路９に大きな過電流が流れた際、直ちにサ イリスタＳＣＲをオンにしてトリップコイルＴＣを励磁させて負荷回路を遮断す るものである。１０は電源部である。

【００１５】 このように構成されたものは、変流器ＣＴにより検出される配線の負荷電流を ＡＣ／ＤＣ変換回路１より電圧に変換し、該出力電圧Ｅ₁ が配線の瞬時遮断を要 するものであれば、短限時及び瞬時用の引き外し回路９が作動し、サイリスタＳ ＣＲはオンとなりトリップコイルＴＣは励磁されて引き外し機構８は配線を遮断 する。

【００１６】 そして、負荷電流が過電流レベルでも、ホットスタートレベルでもない図５の イレベルの時は、抵抗Ｒｂによる過電流判定用電圧Ｅｂより出力電圧Ｅ₁ は小さ いため、過電流判定用電圧Ｅｂが非反転入力端子に入力される演算増幅器ＣＰ₁ はＨ信号を出力し、抵抗Ｒｃによるホットスタート判定用電圧Ｅｃより出力電圧 Ｅ₁ は小さいためホットスタート判定用電圧Ｅｃが反転入力端子に入力される演 算増幅器ＣＰ₂ はＬ信号を出力する。

【００１７】 このため、トランジスタ回路４のトランジスタＴｒ₁ はオンとなり、トランジ スタＴｒ₂ はオフとなるから時限時間を補正する補正回路５は作動しない。そし て、トランジスタＴｒ₁ がオンのため、演算増幅器Ａ₁ の反転入力は負電圧が支 配的となり演算増幅器Ａ₁ は反転した正電圧を出力するという電圧レベルの比較 判定が電圧レベル比較回路３により行われる。

【００１８】 そしてＡＣ／ＤＣ変換回路１の演算増幅器Ａ₂ の反転入力端子には正電圧が入 力され、出力端子は反転した負電圧を出力する。そして、非線形出力回路７の抵 抗Ｒｚ₁ 、Ｒｚ₂ 、ツェナーダイオードＺＤ₃ にはマイナス電圧が入力されるの で、非線形出力回路７の出力電流ｉ₁ は流れずダイオードｄ₁ はバイアスされず 、コンデンサＣ₁ の充電は行われない。このときコンデンサＣ₁ に電荷がある場 合は抵抗Ｒ₁ を介して放電が行われて配線の放熱状態をシミュレートする。

【００１９】 また、ＡＣ／ＤＣ変換回路１の出力電圧レベルが図５のロレベルのホットスタ ートレベルの場合、時限動作も遮断動作も行わないが、比較的過電流レベルに近 い領域のため配線の発熱を考慮して過電流モードとなった時の時限時間を補正す るもので、演算増幅器ＣＰ₁ は前記同様Ｈ出力となり、トランジスタ回路４のト ランジスタＴｒ₁ はオン、トランジスタＴｒ₂ はオフとなるが、演算増幅器ＣＰ ₂ は反転してＨ出力となり、抵抗Ｒ₄ には電圧Ｅ₄ が発生する。この電圧Ｅ₄ は 補正回路５に入力され、該補正回路５により電圧Ｅ₄ は抵抗Ｒ₂ 、コンデンサＣ ₂ によって長い時延動作が行われ電圧Ｅ₅ を得る。これにともなってコンデンサ Ｃ₁ は更に長い時間（３０分位）を経て時限動作用の電圧Ｅ₂ は電圧Ｅ₄ と等し くなる。ここで得た電圧Ｅ₂ はトリップ電圧Ｅａに対して２０％位となるよう設 定してある。

【００２０】 さらに、ＡＣ／ＤＣ変換回路１の出力電圧Ｅ₁ が図５のハレベルの過電流レベ ルの場合、過電流判定用電圧Ｅｂ、ホットスタート判定用電圧Ｅｃのいずれもが 電圧信号レベルＥ₁ よりも小さくなるので、演算増幅器ＣＰ₁ はＬ出力、演算増 幅器ＣＰ₂ はＨ出力となる。演算増幅器ＣＰ₁ がＬ出力となるためトランジスタ Ｔｒ₁ はオフ、トランジスタＴｒ₂ はオンとなり、演算増幅器Ａ₁ の反転入力端 子は負電圧から切り離されるので、反転入力端子に入力される出力電圧Ｅ₁ によ り演算増幅器Ａ₁ は反転動作となり出力端子は正電圧Ｅ_1'を出力する。

【００２１】 このため演算増幅器Ａ₂ の反転入力端子に負電圧Ｅ_1'が入力されるので演算増 幅器Ａ₂ は反転して正電圧を出力することとなる。この出力電圧Ｅ₁ が増加傾向 にある時は、非線形出力回路７のツェナーダイオードＺＤ₃ 間の抵抗分がこれに ともなって指数的に小さくなるので電流ｉ₁ は指数的すなわち非線形的に増加し てゆき、ダイオードｄ₁ は順バイアスされ、コンデンサＣ₁ に所定値の電流ｉ₁ が流れ込む。このため、例え出力電圧Ｅ₁ と充電電圧Ｅ₂ との差が小さくなって もコンデンサＣ₁ の時限動作用の充電電圧Ｅ₂ はトリップ判定用電圧Ｅａのトリ ップ電圧に至るまでの時間は遅れることがなく、図３に示されるような遮断器の 遮断特性に近似する非線形な電流を出力する。

【００２２】 また、演算増幅器ＣＰ₂ の電圧Ｅ₅ によってコンデンサＣ₁ が充電されている ときは、過電流により遮断するまでのトリップ時間は充電時間に応じて図５のａ からｂの特性となる。さらに、この過程による過電流時には演算増幅器ＣＰ₂ に よって電圧Ｅ₄ は出力されるが、演算増幅器ＣＰ₁ がＬ出力となるため、トラン ジスタＴｒ₂ がオンとなり、電圧Ｅ₅ は強制的に負電圧と同電位になるため電流 ｉ_1'は与えられずｉ₁ のみによってコンデンサＣ₁ に充電が行われる。

【００２３】 なお、実施例では非線形出力回路をツェナーダイオードＺＤ₃ と抵抗Ｒｚ₁ 、 Ｒｚ₂ とよりなるものとしているが、ツェナーダイオード及び抵抗で遮断特性を 補正する範囲を越える場合は図２に示されるようにトランジスタＴ_r と抵抗Ｒｚ ₃ とを付加して遮断特性を補正するようにしてもよいことは勿論である。

【００２４】

【考案の効果】

本考案は前記説明によって明らかなように、負荷電流によって変動する出力電 圧を電圧レベル比較回路により比較判定を行ったうえ、非線形の電流を出力する 非線形出力回路を設けた電圧／電流変換回路により過電流レベルの出力電圧Ｅ₁ を非線形化し、且つ、電圧を電流に変換してコンデンサを充電して時限動作を行 わせるようにしたから、出力電圧Ｅ₁ と充電電圧Ｅ₂ との差が小さく且つ、断続 的に出力電圧が入力されても、また、コンデンサに電荷がある場合でも、非線形 の電流を出力する電圧／電流変換回路の加算機能により、電圧上昇率を低下させ ることなく確実にコンデンサを充電することができるので、配線が加熱して被覆 が溶損するという事故を的確に防止できる。

【００２５】 しかも、非線形出力を行う電圧／電流変換回路はオペアンプ等の演算増幅器を 用いることにより、周囲温度や個別電子部品の特性のばらつきによる悪影響を減 らすことができ遮断特性を向上させることができるうえに、過電流でないときに はコンデンサの充電を確実に停止させることができるので信頼性を大幅に高める ことができる。 従って、本考案は従来の問題点を解決した電子式配線保護遮断器として実用的 価値極めて大なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例を示す回路図である。

【図２】非線形出力回路の他の実施例を示す回路図であ
る。

【図３】非線形出力回路の出力特性図である。

【図４】従来の電子式配線保護遮断器の遮断特性図であ
る。

【図５】本考案の電子式配線保護遮断器の遮断特性図で
ある。

【図６】従来の電子式配線保護遮断器の回路図である。

【図７】出力電圧とコンデンサの充電電圧との関係を示
すグラフである。

【符号の説明】

３ 電圧レベル比較回路 ６ 電圧／電流変換回路 ７ 非線形出力回路 Ａ₂ 演算増幅器 Ｃ₁ コンデンサ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 配線の負荷電流を検出して配線を限時あ
   るいは瞬時に遮断する電子式配線保護遮断器において、
   負荷電流に応じて変動する電圧信号を判定用電圧と比較
   する電圧レベル比較回路(3) と、比較判定された電圧信
   号に基づき正負信号を出力する演算増幅器Ａ₂ を介して
   電圧信号を非線形化した電流に変換する非線形出力回路
   (7) を設けた電圧／電流変換回路(6) とを備えたことを
   特徴とする電子式配線保護遮断器。