JPS6029171B2 - 継電器制御回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は継電器の薮点溶着防止を目的とした継電器制御
回路に関するものである。

従釆、商用電源周波数を基準クロツクとして用いたタイ
マ制御回路などの継電器制御機器では、継電器をオン、
オフする制御出力信号の位相が基準クロックと同期して
いるため、継電器のオン、オフのタイミングが電源信号
の決まった位相と常に一致していた。

この様子を第１図に従釆の継電器制御回路のブロック図
を例にして、第２図の信号波形図を用いて説明する。

商用電源ａをトランス等の電源回路１を通した後半波整
流回路２で整流して整流信号ｂを得、この信号ｂを入力
信号ｂがスレッショールドレベルｇ以下で出力信号ｃが
低レベルＬ、入力信号ｂがスレツショールドｇ以上で出
力信号が高レベル日となる波形整形回路３でスレツショ
−ルドレベルｇにより波形整形を行ない、基準クロック
信号ｃを得る。この信号ｃを制御回路４の基準クロック
とし、ｆを制御入力として負荷８をタイマ制御する場合
を考える。基準クロックと無関係に継電器をオフして後
設定したタイマ動作時間Ｔ，後に継電器をオンさせる場
合、第２図に示すように制御出力信号ｄのオンする位相
は基準クロックｃの立ち上がりと一致するため、この出
力信号ｄにより駆動回路５が駆動され、継電器のコィル
６に電流が流れて接点７が動作する。接点７が動作（オ
ン）することによって商用電源（ＡＣＩＯＯＶ交流）か
ら接点７及び負荷８に流れる交流電流が第１図のｅであ
り、この波形が第２図のようになる。

ここで第１図『２はコイル６に電流が流れてから接点が
動作（機械的な遅れがある）までの時間でほぼ一定であ
る。したがって、継電器の接点７のオンのタイミングは
、信号ｃの立上りからＴ２時間経過後となり、商用電源
ａの決まった位相１２と常に一致することになる。した
がって、継電器の援点の投入電流はｅに示すように同一
方向、同一位相となるため、直流の投入と同等の効果と
なって接点の転移現象が進行し、接点寿命を縮め、遂に
は薮点溶着の事故を起こすなどの問題があった。第１図
は継電器制御回路の一般的な構成を示したものであるが
、この商用電源信号をもとにした信号ｃを制御回路（タ
イマ回路を有する）４の基準クロックｃとし、制御入力
ｆを制御入力として負荷８をタイマ制御する、即ち基準
クロックｃと無関係に継電器をオフした後設定したタイ
マ動作時情打，後にオンさせる場合の例を、本発明が最
も有効に生かされる空気調和機の運転制御の場合につい
て具体的に説明する。一般に空気調和機の圧縮機は運転
を一旦停止してすぐ運転を開始しても、大きな圧力差の
ため圧縮機用モータが。

ック状態となって起動しない。そのためモータの過熱あ
るいはプレーカヒューズが飛ぶという不都合があった。
従って温度検出器で室温を一定に制御する場合、温度検
出器の出力のオン、オフの繰り返し周期が短い場合、上
記ロック状態となる。これを防ぐためいわゆる「３分タ
イマ」と称する。圧縮機オフ後約３分間運転開始を禁止
するタイマ回路（クロックを分周してタイマ時間を作成
）が用いられている。この様子を第３図、第４図、第５
図を用いて説明する。第３図で４は第１図の制御回路の
具体例を示し、１００は温度検出器、１０１は微分回路
、１０２は入力Ａが入ってから一定時間（３分第１図で
Ｔ，に相当）出力Ｂを“Ｌ”にする遅延回路（モノマル
チに相当）、１０３はアンドゲートである。第４図の場
合のように、外気温が高い場合、温度検出器１００の出
力ｆは圧縮機制御信号ｄ（第１図と同じ）がオン（“Ｈ
”）になっても室内温度ｔは設定温度までなかなか低下
せず、ｔｏに達してｆが“Ｌ”となりアンドゲート１０
３をとおしてｄをオフとすると、ｔは急速に上昇しＴ，
（約３分）以内にｆは“Ｈ”となってしまう。そこでこ
の場合はｆの立下りを微分回路１０１でとらえたＡの出
力で基準クロックｃをカウントする遅延回路１０２を動
作させ禁止信号Ｂを作成し、Ｔ，（約３分）後に圧縮機
をオンさせるようにしている。即ち、このｆが第１図の
制御入力のオン信号、オフ信号の具体的な一例である。

また一定時間（Ｔ，、この例では約３分間）のみ負荷（
圧縮機用モータ）をオフさせ、その後オンさせる目的は
上記したようにロック状態をさげるためである。実際に
この圧縮機のオン、オフはひんぱんに繰り返されるため
、同位相で負荷に電流が流れ続けるため、後点溶着事故
の危険が大きくなる。ここは空気調和機の例で説明して
いるが、一般の継電器制御回路でも事情は同じである。
次に実際の空気調和機の温度制御において、発生する別
の問題点について、第３図ｂ、第４図ｂを用いて以下説
明する。

第３図ｂは第３図ａに示された温度検出器１００の具体
的構成例を示し、第４図ｂは第４図ａの時間鞠を拡大し
た温度検出器の動作説明図である。

第１図においては半波整流回路２から作成した基準クロ
ックの場合を例に接点落着の問題を述べた。

半波整流回路の代りに全波整流回路から作成した基準ク
ロックを用いれば、空気調和機のオフ指令がランダムで
あれば接点の正負の投入回数は多数回という条件では平
均すると考えられる。しかし、一般にコンパレータを含
む制御回路は空気調和機本体内に配置され、温度、検出
用サーミス夕−３０１は外気温を感じる必要性から、本
体の表面又はリード線を延長して室内の所定の場所に設
置（いわゆるリモートサーモ）されている。しかも空気
調和機内では圧縮機駆動等のために回路に大軍流が流れ
る環境にあるため、サーミスタ３０１とコンパレータ３
０２とを接続するりード線３０４には誘導ハムが飛び込
む。そこで第４図ｂに示すように入力電圧ＶＴ５には商
用電源ａの位相に同期して誘導ハムが乗ることとなる。
従ってサーミスタ３０１からの空気調和機オフ指令は図
の例では時刻Ｔｏ常に負のほぼ同じ位相で発せられるこ
ととなる。

この現象を以下具体的に説明する。第３図ｂで空気調和
機がオンの状態（出力電圧Ｖｏが“Ｌ”従ってィンバー
タ３０３により温度検出器１００の出力ｆが“Ｈ”）で
温度が下降するとサーミスタの抵抗が上がり、第４図ｂ
のように非常にゆっくりと入力電圧ＶＴ（実線）が下降
していく。

入力電圧ＶＴには上記したようにハムが重畳されている
。従って第４図ｂから明らかなように、回路電源電圧Ｖ
ｃｃを抵抗分割した基準電圧ＶＲＥＦと入力電圧ＶＴを
比較するコンパレータ３０２の出力電圧Ｖ。

が最初に“Ｌ”から“Ｈ”となる。即ち空気調和機オフ
指令時、即ち３分タイマのスタート時点は商用電源の負
のほぼ同じ位相で生起してしまう。従って３分タイマの
動作完了時点の商用電源に対する位相は、全波整流回路
から作成した基準クロックを用いる場合も含め常に一致
し、継電器の投入電流の方向が一定してしまう不都合が
生じる。以上の問題点は空気調和機のみならず、他の消
費電力の大きい機器で制御入力信号に重畳される誘導ハ
ムが問題となる悪環境の場合には常に発生し、全波整流
回路から作成した基準クロックを用いる場合でも解決す
ることができない。

なお、外気温が低い場合は第５図に示すように、圧縮機
制御信号ｄがオフとなってｆが“Ｌ”となってもｔはす
ぐには上昇せず、Ｔ，（約３分）以上経過したＴ，。

後で始めてオンするため、ｄはアンドゲート１０３をと
おしてこのＴ，。後圧縮機はオンとなる。この場合の負
荷のオン電流の位相は基準クロックｃに対してランダム
であり、接点への影響はない。以上で制御回路４の具体
例の動作の概要を説明したが、第６図と第７図で遅延回
路１０２の構成と動作を説明する。

第６図で１０４は立上りで動作するＴフリップフロップ
で構成された多段フリップフロップ、１０５はセットリ
セツトフリツプフロツプである。

微分回路の出力Ａが入力されると１０４と１０５がリセ
ツトされ出力Ｂはしベル“Ｌ”となる。そしてＬ後１０
４の出力がレベル“Ｈ”となって１０５のセット端子が
セットされ出力Ｂが一定時間（Ｔ，、ここでは約３分）
後レベル“Ｈ”となるものである。次に第１図における
接点の投入電流ｅの具体的動作を説明する。

制御出力信号（圧縮機制御信号）ｄにより駆動回路５が
駆動され、継電器のコイル６に電流が流れて接点７が動
作（オン）する。７がオンすることによって商用電源 （ＡＣＩＯＯＶ交流）から接点７及び負荷８に流れる交
流電流が第１図のｅであり、その波形が第２図のように
なる。

ここで第１図Ｔ２は制御出力信号ｄがオン状態になり、
コイル６の電流が流れてから接点が動作（機械的な遅れ
がある）するまでの時間でほぼ一定である。

また９はコイル６の電流が切れてから接点が離れるまで
の時間である。時間９と時間Ｌを第７図にまとめて示す
。ここで時間Ｔ，は３分程度であり、商用電源ａの周期
は１／５の抄又は１／６現砂であるため、電流波形ｅは
拡大して描いてある。以上説明したように、従来の継電
器制御回路では制御出力信号ｄのオンする位相は基準ク
ロックｃの立ち上りと一致し、時倍拍２は一定のため継
電器の接点７の投入電流は第７図（又は第２図）ｅに示
すように同一方向、同一位相となるため、直流の投入と
同等の効果となって接点の転移現象が進行し、接点落着
に至らしめるという問題点がある。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、継
電器の開閉の度に接点に流れる電流の方向を反転させて
接点の転移を減少させ、接点劣化や港着を防止した継電
器制御回路を提供するにある。

本発明は上記した目的を達成するために、継電器制御出
力信号の変化に応じて基準クロックの極性を反転させ、
接点に流れる電流の方向を交互に反転させるようにした
ものである。

以下本発明を図に示す実施例にしたがって詳細に説明す
る。

第８図は本発明による継電器制御回路の一実施例を示す
ブロック図であり、半波整流回路２を全波整流回路２′
とする点ならびに本発明の要点である基準クロック極性
反転回路１３を設けた点以外は従来例第１図で説明した
継電器制御回路と同じ構成である。

次に第８図の動作を第９図の信号波形図を用いて説明す
る。

第８図において、極性反転回路１３はＴ形フリツプフロ
ツプ１ ４，１５、ＡＮＤ回路２１、ＮＯＲ回路２２、
ＯＲ回路２３から構成される。

全波整流回路２′で全波整流された整流信号ｂ′は波形
整形回路３で波形が整形され、その出力には第９図ｃ′
に示す基準クロック信号となる。Ｔ形フリップフロップ
１５は基準クロックｃ′の立ち上りで動作するように構
成されているので、その出力には第９図ｈに示す信号が
取り出される。Ｔ形フリップフ‐ロップ１４には制御出
力信号ｄを反転した信号が供給されているので、その出
力には制御出力信号ｄの立ち下りで反転する第４図ｑに
示す信号が取り出される。即ち第８図のＴフリップフロ
ップ１４と１５の動作をもう少し詳しく説明すると以下
のようになる。Ｔフリツプフロツプ１４は入力ｄの立下
りエッジ毎に出力ｑが反転するもので、立下りで動作す
ることを示すため通常用いられている表記法を用いＴ入
力にィンバート記号をつけて１４の入力端子とし、Ｑ出
力を１４の出力端子としたものである。又１５も同様で
あるがィンバート記号がないため立上りエッジで動作す
る。即ち１５の動作により基準クロツクｃはその周波数
が１／２に分周され、第９図に示す波形ｈとなる。一方
１４の動作は入力ｄの立上りでは変化せず、その立下り
でのみレベル“Ｈ”，“Ｌ”が変化して、その出力ｑは
第９図に示す波形ｑのようになり波形ｑのレベル“Ｈ”
，“Ｌ”で制御回路４に供給する基準クロックｉを波形
ｈ又は波形ｈに切換え樋性を反転させるものである。

ＡＮＤ回路２ １、ＮＯＲ回路２２の入力端子にｈ，ｑ
の信号が供給された場合、ＯＲ回路２３の出力信号ｉは
ｉ＝ｈ・ｑ十ｈ・ｑで表わされるので、信号ｑが“１”
のときはｉ＝ｈとなり、信号ｑが“０”のときはｉ＝ｈ
となる。

すなわち、ｑが“１”のとき、Ｔ形フリツプフロツプ１
５の出力信号ｈはＡＮＤ回路２１を通してＯＲ回路２３
の出力に信号ｉとして取り出され、ｑが“０”のとき、
Ｔ形フリップフロツプ１５の出力信号ｈはＮＯＲ回路２
２を通して反転された後○Ｒ回路２３の出力にｉ信号と
して取り出される。すなわち、信号ｉとしては信号ｈを
出力制御信号の立ち下りで反転した信号となる。したが
って、設定したタイマ動作時間Ｔ，後次に制御出力信号
ｄがオンする時の位相は、極性反転回路出力での立ち上
がり、すなわち、基準ク。ツクｈの立ち下がりとなるか
ら、ｄがオンして、時情町２が経過後、実際に流れ始め
る継電器投入電流ｅの位相も１６のように“負”とでき
、しかもその時の前回の投入電流（位相１２における投
入電流）の絶対値（極性は正）はほとんど等しい。ここ
で第９図Ｔ２はｄがオンしてコイル６に電流が流れてか
ら接点が動作（機械的な遅れがある）するまでの時間で
ほぼ一定である。この時庵ｍ２は第１図及び第７図のＬ
と同じものである。同様に第９図と第７図の時間９はコ
イル６の電流が切れてから接点が離れるまでの時間であ
り、通常時間Ｔ２と時間９はほぼ等しい。したがって、
タイマ制御による継電器のオン、オフの度に、接点に流
れる投入電流の位相は交互に正負を繰り返し、しかもそ
の電流値が等しいため、接点の転移が生じても従来のよ
うに片方向に積算されることはない。

次に、投入電流の絶対値をゼロ附近にまで減少させるた
め、継電器をセロボルトスィツチングミせることにつき
述べる。

波形整形回路３にＣＲフィル夕（ノイズフィル夕も兼ね
る）などの移相推移回路を設け、継電器の動作時間を考
慮に入れて雛電器の投入位相（図の１２，１６）をゼロ
ボルトになるように前記移相推移回路の遅延時間および
スレッショールドレベルｇを選べば可能である。

次に本発明の別の実施例である第１０図、第１１図につ
き述べる。

波形整形回路３３において、抵抗３１、コンデンサ３２
より成る移相回路を設け、この移相推移回路の出力ｉを
コンパレータ１７で信号ｃ″のように整形する。この波
形整形回路３３では信号ｊの直流分をカットしてコンパ
レータ１７で波形整形しているので信号ｃ″のデューナ
ィフアクタは５０％になる。この信号ｃ″を基準クロッ
クとして極性反転回路を通せば、第１１図に示すように
最初の実施例と同様に投入電流の位相は交互に“正”“
負”と反転し、しかもゼロボルトスイッチングを行なえ
る。第５図のＴフリップフロップ１４の動作は第３図で
説明したものと同様である。この実施例では商用電源信
号を全波整流せずに基準クロックを作っているため、第
９図のフリツプフロツプ１５を必要としない。

また交流信号のままコンパレータを適しているため、ゼ
ロボルトスイッチングを行なうための移相推移回路の遅
延時間を必要に応じて大幅にとることができるなどの特
徴がある。以上述べたように本発明によれば、継電器の
開閉の度に接点に流れる電流の方向が反転し、しかもそ
の電流値を等しく、かつ小さくできるので、制御入力信
号に誘導ハムが重畳される場合でも継電器の接点の転移
を減少させ、接点劣化や溶着を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の継電器制御回路のブロック図、第２図は
第１図の各部の信号波形図、第３図は制御回路のブロッ
ク図、第４図、第５図は制御回路の各部の波形図、第６
図は遅延回路のブロック図、第７図は波形図、第８図は
本発明による継電器制御回路の一実施例を示すブロック
図、第９図は第８図の各部の信号波形図、第１０図は本
発明による継電器制御回路の他の実施例を示すブロック
図、第１１図は第１０図の各部の信号波形図である。 ２・・・・・・整流回路、３・・・・・・波形整形回路
、４・・・・・・制御回路、７……接点、１３・・・…
極性反転回路、１４，１５……Ｔフリツプフロツプ、１
７……コンパレータ。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 商用電源信号を基準クロツクとして用いた継電器制
   御機器において、継電器制御出力信号の変化に応じて基
   準クロツクの極性を反転させる手段を有することを特徴
   とする継電器制御回路。 ２ 商用電源信号の全波整流信号をフリツプフロツプを
   用いて分周した信号を基準クロツクとして用いた特許登
   録請求の範囲１に記載の継電器制御回路。 ３ 継電器をゼロボルトスイツチングさせるように商用
   電源信号を位相推移させた信号を基準クロツクとして用
   いた特許登録請求の範囲１に記載の継電器制御回路。 ４ 商用電源信号を交流信号のままコンパレータを通し
   た信号を基準クロツクとして用いた特許登録請求の範囲
   １に記載の継電器制御回路。