JPS6357895B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は一般的に、電気装置の直流接触（開
閉）器に関するものである。 少なくとも300ボルトまでの電圧レベルで作動
するのに普通に用いられている高圧直流接触器
は、通常、接点の開放の結果生じるアークを消弧
するための機械的な吹き消し機構を使用した電気
機械的装置である。消弧は、誘導性負荷または誘
導性のリード自体が実質的なインダクタンスを与
えるような抵抗性負荷への電流を遮断する場合
に、特に重要となる。多くの公知の吹き消し機構
は、本来大きく重く動作が遅く開放時に比較的長
いアーク時間を要する。 高圧直流電力装置は、配電効率が改善されまた
400Hz方式に必要とされる定速度作動が無くなつ
たために、航空機の使用にとつて重要である。こ
のような航空機装置に適用する場合には、寸法と
重量が極めて重要であり、また負荷変動と消費電
力を減少することが必要である。 直流接触器においては、あらゆる機械的な接点
の使用を避けて、ソリツドステート素子、例えば
トランジスターをスイツチング素子として用いる
ことによつて、アーク発生を全く避けることが可
能である。しかしながら現在では、このような直
流接触器は、通常約50アンペア以下の程度の電流
レベでしか使用できないとされている。これ以上
の定常電流が流れると、ソリツドステート素子内
の消費電力と発熱が極めて大きくなる。他方、電
気機械的リレーは、定常状態では即ちリレーがオ
ンで接点が閉じている時には、最小の消費電力で
大電流を開閉できるという利点を有する。 1967年３月14日の米国特許第3309570号には、
接点開放時に該接点より電流を他の方向に向け且
つ接点間に逆電圧を加える回路を備えた電磁接触
器が示されている。しかし、この装置は、アーク
の発生を避けることを意図したものであつて、ア
ークが発生すると迅速にこれを消弧することを意
図したものではない。 この発明は、消弧が迅速でしかも最小の寸法と
重量の素子でこれを成し遂げることのできるよう
な、大電流及び高電圧を取扱うことのできる直流
接触器を得ることを目的とする。 この発明は、その広い形においては、次のよう
な構造を有するソリツドステート消弧装置を備え
た高圧直流接触器に存する。即ち、一対の接点、
この接点と接続される可動アマチユア、前記接点
の開放によるアークの発生開始を表示する整流さ
れた信号を与えるための前記接点間に接続された
第一整流器装置、前記接点へ及び前記接点から一
方向電圧を選択的に整流するための前記接点間に
接続された第二整流器装置、時間遅延信号を供給
するために前記第一整流器装置からの信号に応答
する時間遅延回路装置、前記接点へ前記第二整流
器装置を経て通電路を与えるために前記時間遅延
信号に応答する静的切換装置、この静的切換装置
が前記通電路を与えた時前記接点間の放電のため
に接続される整流コンデンサ、放電後所定の時間
遅延に従つた前記コンデンサの充電による反復作
動に対して前記整流コンデンサを準備するための
リセツト装置とより成り、前記の第二整流器装置
は、消弧のために、接点におけるアーク開始電圧
に抗して前記整流コンデンサより蓄えられたエネ
ルギーを印加するようにした構造を有するソリツ
ドステート消弧装置を有する高圧直流接触器に存
する。 この発明の好ましい実施例においては、電力接
点は、２つの全波整流器ブリツジ各々に並列に接
続される。一方の全波ブリツジ即ち整流ブリツジ
は、電力接点の正または負の電流により、消弧回
路が適切に機能するための作動電流を確保する。
信号ブリツジと称する他方の全波ブリツジは、ど
の電力端子が入力（印加＋）（接点電圧極性）で
あるか、またはどの電流極性が印加されるかとい
うこととは無関係に、検出回路を適切に働かせ
る。 アーク検出は、信号ブリツジが或るしきい値以
上の出力を有する時に生じ、この信号は、要印加
された電圧がアークを再点弧しないことを確実に
するに十分な長さだけ電気機械的接点からの負荷
エネルギーを整流するために、SCRのようなス
イツチング装置のゲートに選択的に加えられる。 整流回路の重要な部分は、次の接点開放に対し
て全波整流能力を確保する、回路の「整流準備」
部分である。ロジツク回路は、充電回路を附勢し
て整流エネルギーを開放以前のレベルにもどすた
めに、整流が完了するまで待機する。 全波整流ブリツジは、負荷へのライン電圧が、
消弧作用によつて増加しないことを確実にする。
このことは、装置が、負荷からみればライン電圧
の倍加を必然的に要する負荷回路内へのエネルギ
ーの整流を生じるようにした前記の米国特許と対
照的である。さらに、整流準備または再充電回路
部分は、前記の米国特許で行なつているように抵
抗を通じての細流（trickle）充電を用いるより
もむしろ、整流コンデンサの再充電のためにライ
ン電圧の急速なスイツチングを与える回路であ
る。 この発明は、以下の図面の実施例についての説
明より更によく理解されるであろう。 第１図はこの発明が有効に使用される航空機用
のような電気装置の一般的なタイプの一例を示
す。２つの直流発電機１０及び２０が母線１２に
並列に接続され、この母線は夫々の発電機の並列
回路内や（接触器１１と１２で表わされる）母線
内にも（接触器１４）、高圧サーキツトブレーカ
ーまたは接触器を必要とするような種々の負荷に
給電する。このような装置は、最小の寸法と重量
が望まれ且つ負荷の過渡現象が最小とさるべき航
空機に使用する電気装置の代表例である。並列発
電機装置においては、この装置の接触器を通つて
いずれの方向にも電流を流す原因となる故障が生
じることがある。さらに接触器上の電圧極性が不
定となり、二極作動を必要とする。この発明の有
用性は、当該技術に従つて第１図の装置以外の特
性の装置に迄拡大されることは明らかであろう。 第２図は要素１１，２１または１４をもつた第
１図のような装置内で使用する直流電力接触器の
一実施例のブロツクダイヤグラムである。一次電
流を流す装置は、普通の構造のものでよい接点３
０，３１、リレーアマチユア３２及びコイル回路
３３を有する電気機械的接触器である。リレーの
コイル回路３３は、リレーを開閉する接点を介し
て直流電源３４から通常のようにして作動され
る。主リレー接点３０及び３１は、この発明に用
いてアーク検出及び消弧回路４０に接続されてい
る。開放の瞬間の接点３０及び３１の高電圧極性
は、この発明に従つていずれの方向にもとり得
る。この回路のアーク検出部分には、接点３０及
び３１での電圧極性または電流極性にかまわず
に、単一極性信号を発達させるための全波信号ブ
リツジ４２がある。この信号ブリツジは、直列の
電圧調整器４４と接点状態感知及びロジツク回路
４６への出力を有する。前記の感知及びロジツク
回路４６は、電圧調整器４４からの入力を有す
る。電圧調整器４４と回路４６とは、後述する回
路の整流部分の各部分への出力を有する。 この回路の整流部分には、電力接点から接続さ
れた全波整流ブリツジ４８がある。信号ブリツジ
４２と同様に整流ブリツジ４８は、接点３０及び
３１内の正または負電流のいずれに対しても回路
を適切に働かせる。整流ブリツジ４８は、該整流
ブリツジ４８へ入力を順番に供給する整流回路５
０への出力を有する。整流回路５０はまた、一般
的に図示のように接続されたSCRゲート回路５
２と整流準備回路５４とからの入力を有する。 リレーが閉じている時、接点３０及び３１間に
は電圧もアークも存在しない。主電力接点３０と
３１が開くと、ブリツジ回路４２と４８は、接点
において生じる極性に従つてこれ等接点に印加さ
れる電圧を有する。アーク電圧が検出されると、
回路４６は、再印加電圧が再び点弧をすることの
ないことを確実にするに十分な長さだけ電気機械
的接点３０及び３１からの負荷エネルギーを整流
するために、SCRゲート回路５２をゲートする。
その時整流準備回路５４は、次の接点開放に対し
十分な整流能力を確保する。回路４６は、整流が
十分になつて整流回路５０を附勢して整流エネル
ギーを開放以前のレベルへもどすまで待機してい
る。 接点状態感知及びロジツク回路４６は、遅延装
置を有し、この遅延装置は、接点開放とアーク発
生開始とを検出すると、接点作動機構にアマチユ
ア３２と接点３０，３１間の接点間隙を完に開か
せるための、一定の遅延を開始する。この物理的
な分離は、整流後アークが消えたままであること
を保証するのに必要である。 この最初の遅延の後、接点状態感知及びロジツ
ク回路４６からの信号によつて、整流回路５０内
のSCRはSCRゲート回路５２を介してゲートさ
れ、これにより、整流回路５０内の整流コンデン
サ内に蓄えられたエネルギーの通路が与えられ
る。接点を通る電流は、アークを消すコンデンサ
のエネルギーによつてゼロになる。整流回路５０
からの電流パルスが完成すると、SCRは導電を
中止する。 さらに遅延は、整流準備回路５４の作動に影響
を及ぼし、回路５０内のコンデンサの再充電前に
整流が完了することを確実にする。このコンデン
サは再充電され、次の整流サイクルのための電位
を供給する。コンデンサの充電を安定した状態に
維持するために細流充電が用いられる。前の整流
サイクルのすぐ後に生じるライン電圧迄整流コン
デンサに予備充電を与えるというこの特徴は、重
要な特徴である。この働きは、迅速なサイクルを
可能にし、また過酷な過負荷の間、少ない入力電
圧で作用することを可能にする。 その上の重要な特徴は、全波信号ブリツジ４２
と全波整流ブリツジ４８は、電流がいずれの極性
でも整流回路を適切に働かせ、しかも、云う迄も
なくこの回路は一セツトの整流素子、SCR及び
整流コンデンサしか必要としないことで、このこ
とは、その寸法のために重要な考慮すべき点であ
る。 整流の間に発生する過渡電圧は、「ステアリン
グ（steering）」全波ブリツジの構成によつて最
小になる。負過電流以上のコンデンサ電流は、負
過電圧を最大入力に維持するブリツジダイオード
を通つて流れる。この作動特性は、加えられた負
荷の信頼性を改良する。 さらに好ましい特徴は、アーク検出及び消弧回
路は、単投または双投接触器等の制限を受けるこ
となしに、種々の形式の接触器を利用できること
である。 この発明のさらに特定した実施例を第３図で説
明する。この場合回路部分は、第２図のブロツク
ダイヤグラムの説明に用いられた符号を用いてい
る。 第３図は、直列に接続された３対の主接点３０
及び３１をもつ、通常の三相、ラツチ型の航空機
の回路遮断器を用いた接触器を示す。この機構
は、開放時の電圧破壊保護に対して十分な安定し
た状態の間隙を与え、またアークの持続時間を最
少にするために極めて迅速な作動時間をもたら
す。けれども、後述するアーク検出及び消弧回路
と共に他のブレーカー機構を用いることもでき
る。 線間電圧を基準とした、調整された直流供給電
圧を与えるための直列電圧調整器４４は、主な素
子として、トランジスターＱ１，Ｑ２及びツナエ
ーダイオードCR５より成り、これ等素子は、関
連素子と共に、ゲート回路４６と５２に電力を供
給する。より低い消費電力を得るために好ましい
適当な電圧調整器（W.E.Case47110）をさらに詳
しく説明したものとして、K.C.Sheyによつて
1978年12月１日に米国で出願され、現在本願人に
譲渡された米国特許出願第965553号がある。その
動作においては、接点３０と３１が閉じられてお
り誘導性負荷で開放を開始する場合、銀接点が
0.5アンペア以上の電流を流すだけ開くとアーク
が発生し始め、接点が分離するにつれてアーク電
圧は増加し続ける。この電圧の大きさは接点表面
の性質に依存するが、多くは接点アーク当り12ボ
ルトより大きい。図の実施例の直列な６つの間隙
では、アーク開始時には少なくとも72ボルト直流
電圧が表れる。この電圧は、ダイオードCR１，
CR２，CR３及びCR４から成る全波信号ブリツ
ジ４２によつて感知される。このブリツジは、接
点状態感知及びロジツク回路部分４６内のインバ
ータゲートＺ１Ａに信号を加える。Ｚ１Ａからの
出力は、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１から成る遅延
回路を経て供給され、整流が始まる前に接点の十
分な分離を保証する。即ち、このようにして、整
流が完結した後のアークの再点弧を阻止する。ロ
ジツクゲートＺ１ＢとＺ１Ｃは、トランジスター
Ｑ３，Ｑ４、変圧器要素Ｔ１，Ｔ２及び付随的な
間連素子から成るSCRゲート回路に加えられる
べな矩形化された（squared off）信号を生じる。 整流回路部分５０内の整流コンデンサＣ２は、
接点の開く前に線間電圧迄充電されている。ゲー
ト回路５２のトランジスターＱ３及びＱ４が飽和
すると、電流パルスがSCR１及びSCR２のゲー
トに同時に送られ、これ等を導通させる。整流コ
ンデンサＣ２とインダクタＬ１より成る整流タン
ク回路は、SCR１とSCR２及びダイオードCR
６，CR７，CR８及びCR９から成る全波整流ブ
リツジ４８を経て、電流の半波を供給する働きを
する。Ｃ２を通る電流が負荷電流の大きさに達す
ると、接点電流はゼロになり、アークは中断し、
接点電圧はゼロになる。負荷電流は、整流電流が
負荷電流レベルより低くなるまで整流電路を経て
供給される。これが生じると、接点電圧は供給レ
ベルで再現し、負荷は、正弦波電流によつて制御
された速度で遮断される。整流が完結すると、コ
ンデンサＣ２は、反対の極性で線間電位迄充電さ
れる。 整流準備回路部分５４は、かくて働き始める。
低抗器Ｒ３とコンデンサＣ３によつて与えられた
回路部分４６内の遅延は、ゲートＺ１Ｄ，Ｚ１Ｅ
及びＺ２Ａと共に、再充電のためにロジツクを用
意する。遅延は、Ｃ２上の電荷の極性の転換が始
まる前に負荷が完全に整流されていることを保証
するだけの十分な長さをもつ。遅延の後、SCR
３は、変圧器Ｔ３とトランジスターＱ５，Ｑ６を
経けゲートされる。同時にトランジスターＱ７
は、トランジスターＱ８を経け供給されるベース
電流によつて飽和される。SCR３とトランジス
ターＱ７との導通の結果、コンデンサＣ２は適当
な電圧および極性に充電し直され、整流に備え
る。低抗Ｒ４は、SCR３が自然に整流されおわ
つた後にＣ２上に電荷を維持するたに含まれる。
この再充電回路は、接触器の開閉サイクル速度を
非常に速くさせる。 接点が閉じると、全波信号ブリツジの電圧はゼ
ロボルトである。このレベルは、Ｚ１Ａの出力を
低くし、次の整流サイクルに対してゲート作動回
路５２をセツトする。 第４図は、接触器回路の整流波形を示す。一整
流サイクルに亘つての、コンデンサ電圧の時間に
よる変化をＡに、コンデンサ電流の時間による変
化をＢに、負荷電流の時間による変化をＣに、接
点電圧の時間による変化をＤに、負荷電圧の時間
による変化をＥに示してある。 次の構成素子の表は、第３図の回路に関してこ
の発明のより完全な実施例として与えられ、少な
くとも約270〜300ボルトの直流電圧までの容量を
有する高圧直流接触に適したものである。

【表】

【表】

【表】 以上実施例として説明した回路は、適用する対
象によつて変わり得るものである。この発明の好
ましい実施例の変更は以下のものを含む。 (1) 電力消費を著しく減少させるための、信号調
整器の直列から切換構造への変更。 (2) SCR３をトランジスター回路に代え、これ
によつてより良く確定された回路遮断特性を得
るための再充電回路の変更。 (3) 供給電圧の減少が生じるとフイルターの使用
によつておよそ0.5秒間調整された供給電圧を
維持する等のように、延長された周期に対し減
少された入力電圧で適切に作動させるための、
制御供給電圧の変更。 (4) 最大整流電流を制御する整流コンデンサ電圧
ヘクランプ（例えばツエナーダイオードの使
用）を導入し、整流構成部品の最適の選択をで
きるようにすること。 この発明を逸脱せずにその他種々の変更ができ
ることは明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明が適用される電気装置の一実
施例のブロツクダイヤグラム、第２図はこの発明
の一実施例に従つた接点、アーク検出及び消弧回
路のブロツクダイヤグラム、第３図はこの発明の
一実施例を示す回路図、第４図は第３図の動作を
示す波形である。 ３０，３１……接点、３２……アマチユア、４
０……アーク検出及び消弧回路、４２……全波信
号ブリツジ、４６……接点状態感知及びロジツク
回路、４８……全波整流ブリツジ、５０……整流
回路、５４……整流準備回路、Ｃ２……整流コン
デンサー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一対の接点、これ等接点間を開閉する可動ア
   マチユア、前記接点の開放により前記接点間に発
   生する信号を整流するために前記接点間に並列し
   て接続された第１整流器装置、並びに第２整流器
   装置、前記第１整流器装置からの前記信号に時間
   遅延を与える時間遅延回路装置、前記時間遅延信
   号に応答して前記接点へ前記第２整流器装置を経
   て通電路を与えるためのゲート回路、このゲート
   回路が前記通電路を与える時前記接点間に放電を
   与えるために並列に接続される整流コンデンサ、
   放電後所定の時間遅延に従つた前記整流コンデン
   サの繰り返し充電への準備を与えるためのリセツ
   ト装置とよりなり、前記第２整流器装置は、消孤
   のために前記接点におけるアーク開始電圧を打ち
   消すように前記整流コンデンサに蓄えられたエネ
   ルギーを前記接点に与えるようにした高圧直流接
   触器で、前記第２整流器装置は全波整流ブリツジ
   を有し、前記整流コンデンサは前記全波整流ブリ
   ツジに並列に接続され、前記接点間の開放の間前
   記整流コンデンサから前記全波整流器ブリツジへ
   のエネルギーの放電を開始及び終了するための前
   記ゲート回路を有し、更に前記接点間が閉じてい
   る間、前記整流コンデンサの放電状態を維持する
   ための前記ゲート回路を有する半導体を含む消弧
   装置を有する高圧直流接触器。