無瞬断電源切換装置
【課題】定常給電中は有接点スイッチを介して給電を行うことで、発生する電力損失を極力少なくすると共に、電源の異常発生時には高速で異常側電源を完全に切離して、その後に待機側電源からの給電を開始するようにして確実かつ１／４サイクル以内の高速で切換えることができる。
【解決手段】常用側交流電源１と待機側交流電源２の切換スイッチである双投式電磁接触器６と、この双投式電磁接触器６のコモン接点と負荷５の間に直列に接続されたソレノイド式電磁接触器３０と、前記常用側交流電源１と負荷５の間に、前記双投式電磁接触器６とソレノイド式電磁接触器３０と並列に接続された半導体スイッチ１０と、待機側交流電源２と負荷５の間に前記双投式電磁接触器６とソレノイド式電磁接触器３０と並列に接続された半導体スイッチ２０で構成され、異常電圧検出回路４２及び前記各部の制御を行う制御回路４０が設けられる。
【解決手段】常用側交流電源１と待機側交流電源２の切換スイッチである双投式電磁接触器６と、この双投式電磁接触器６のコモン接点と負荷５の間に直列に接続されたソレノイド式電磁接触器３０と、前記常用側交流電源１と負荷５の間に、前記双投式電磁接触器６とソレノイド式電磁接触器３０と並列に接続された半導体スイッチ１０と、待機側交流電源２と負荷５の間に前記双投式電磁接触器６とソレノイド式電磁接触器３０と並列に接続された半導体スイッチ２０で構成され、異常電圧検出回路４２及び前記各部の制御を行う制御回路４０が設けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２系統の交流電源から負荷に電力を供給する際に、その内の任意の一方の交流電源を選択して負荷に電力を供給するようにした電源切換装置に関するもので、特に常用側電源の停電などの異常時における待機側電源による給電への自動切換、及び、２系統電源が共に正常なときに給電系統を切換る手動切換のいずれの場合も、きわめて安全且つ高速に切換ることができるようにした無瞬断電源切換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ（情報処理）と通信の融合が始まって以来、情報通信システム、ネットワークシステムは今や産業、流通、交通、金融、放送・通信、セキュリティなどあらゆる場において急速にとどまることなく拡大しており、一旦トラブルが発生した場合の影響も計り知れなくなっている。これらのシステムを裏で支えている電源システムも又、２４時間・３６５日無停止であることが要求されており、商用停電に備えての無停電電源装置、自家用発電設備、系統切換のための電源切換装置などを効率的に組み合わせた電源システムが導入されて来ているが、最近では、構成する個々の機器の故障やメンテナンスに際してさえ電力供給を一切止めることなく安全に確実に対処できる高速動作（１／４サイクル以内、従って、５０Hzでは５ｍsec.以内、６０Hzでは４．１６ｍsec.以内）の無瞬断電源切換装置が要求されている。
【０００３】
このような中、従来よく知られている電源切換装置に以下のものがある。
図１０は一般に知られる交流電源切換装置の一例であるが、切換スイッチとしては電磁接触器など有接点スイッチ３及び４が用いられている。 また、図１１に示される高速形の双投式電磁接触器６が使われる場合もある。この方法は回路構成が簡単な故に信頼性も高いが、電磁接触器の動作時間が２０〜５０ｍsec.と長いため、停電発生など常用側電源の異常時にそれを検知して自動的に健全な待機側電源へ切り換えた場合、負荷側の電力供給に２０〜５０ｍsec.以上の瞬断時間を生じてしまい、情報通信機器をはじめＦＡ機器など許容瞬断時間５〜１０ｍsec.以下の多くの負荷機器が停止したり、誤動作を生じるという不都合がある。
【０００４】
図１２も同様に一般に知られる交流電源切換装置の別の一例であるが、切換スイッチ７及び８を半導体素子（例えばサイリスタ）で構成しているためスイッチとしてのオン／オフ動作時間が速く、常用側電源の異常検出（停電検出）の方法によっては、給電切換時間５ｍsec.以下も可能である。また、一方の半導体スイッチのＯＦＦの後に他方の半導体スイッチをＯＮするので、２系統の電源間の横流も回避できる。しかしながら、この方法は切換スイッチが半導体であるが故に、通電電流による電圧降下が存在しワットロスを生じるため、半導体素子の冷却が装置寸法やコスト上の問題となるばかりでなく、運転コストにも影響する。 この問題は、数十アンペアまでの小容量切換器ではさほど問題ではないが、容量が大きくなるほど大きなデメリットとなる。
【０００５】
これに対し、前記の有接点スイッチを用いた切換装置と半導体スイッチを用いた切換装置の各々の特長を生かすべく、有接点スイッチと半導体スイッチの両方を組合せたハイブリッド方式の切換装置が提案されている。
【０００６】
特許文献１のものはその一例であり、図１３に示す。有接点スイッチである双投式電磁接触器６の主接点が常用側交流電源１側に接続されていて、負荷５に常用側交流電源１から給電されている状態では、双投式電磁接触器６の常用側交流電源１側の主接点及び待機側交流電源２の主接点と各々並列に接続されている半導体スイッチ１０及び２０は共にオフの状態にある。
【０００７】
常用側交流電源１から負荷に給電されているこの状態において、負荷への給電を待機側交流電源２からの給電に切り換えたい（計画切換の）場合、外部から切換指令信号が入力されると、まず双投式電磁接触器６の駆動コイルが励磁されて常用側交流電源１側に接続されていた主接点は開極動作を開始する。同時に常用側交流電源１側の半導体スイッチ１０をオンさせる。双投式電磁接触器６の固有の動作時間後には主接点は常用側交流電源１から切り離されて、さらに一定時間（約１０ｍsec.）の後に待機側交流電源２側に接続される。
【０００８】
この双投式電磁接触器６の主接点が常用側交流電源１側にも待機側交流電源２側にも接続されていない時間帯の中間付近で、常用側交流電源１側の半導体スイッチ１０をオフさせて、きわめて短い時間（例えば３μsec.）後に待機側交流電源２側の半導体スイッチ２０をオンさせる。その後、双投式電磁接触器６の主接点が待機側交流電源２側に接続され、さらに所定の時間（双投式電磁接触器６の主接点接続時のチャタリング継続時間より十分長い時間）の後に待機側交流電源２側の半導体スイッチ２０をオフさせる。
【０００９】
しかしながら、この方式は、切換器の入力交流電源として接続されるＵＰＳ等のメンテナンスの際における計画切換の場合には、瞬断時間が数μsec.のほぼ完全な同期無瞬断切換が行われるが、常用側の交流電源の停電など電源異常時の自動切換においては、半導体スイッチを動作させず動作時間が長い双投式電磁接触器のみの切換になるため切換時間が約２０ｍsec.と長くなり得る。
【００１０】
また、常用側交流電源1及び待機側交流電源２共に健全な状態で、かつ両方の電源の位相が一致している条件での手動による計画切換の場合（手動同期無瞬断切換の場合）は、外部から切換指令信号が入力されると、両方の交流電源の電圧位相が双投式電磁接触器６の動作時間後には一致すると計算されるタイミングで、まず、双投式電磁接触器６の駆動コイルが励磁されて常用側交流電源1側に接続されていた主接点が開極動作を開始すると同時に常用側交流電源１側の半導体スイッチ１０をオンさせる。次に双投式電磁接触器６の主接点が常用側交流電源１側から離れて、待機側交流電源２側に接触するまでの短い期間に常用側交流電源１側の半導体スイッチ１０のオフと、その数μsec.後の待機側交流電源２側の半導体スイッチ２０のオンが行われて常用側交流電源１から待機側交流電源２への同期無瞬断切換が行われるが、両方の電源の周波数差や双投式電磁接触器６の動作時間等、指定できない要素のために切換位相がランダムとなり、負荷電流がピークでの切換もあって、サージ発生や負荷側への悪影響の恐れがある。
【００１１】
また、特許文献２のものはハイブリッド方式の他の例であり、図１４に示す。有接点スイッチである電磁接触器３の接点がオンの状態、電磁接触器４の接点がオフの状態、負荷５に接続されている半導体スイッチ（例えばサイリスタの逆並列接続構成）9がオフの状態、さらに上記半導体スイッチ９の他の一端が双投式電磁接触器１５の主接点を介して交流電源２に接続されている状態、即ち負荷５には交流電源１から電磁接触器接点３を通して給電されている状態を示している。常用側の交流電源１に電圧低下などの電源異常が発生すると、電磁接触器３の接点をオフすべく動作させ、接点が開極方向に動いて２系統電源間の絶縁性能が十分に確保できるまでの時間後に、電磁接触器３の接点に流れる電流又は電圧の極性を検出して、半導体スイッチ９を構成する逆並列サイリスタの内、両電源間に横流が流れない方向の一方のサイリスタを点弧する。その後、電磁接触器３の接点に流れる電流がゼロになるのを待ち、さらに所定の確認時間の後に半導体スイッチ９を構成する逆並列接続サイリスタの両方共を点弧する。さらに、両サイリスタの点弧後所定時間を経て電磁接触器４の接点をオンさせる。
【００１２】
しかしながら図１４のこの方式によれば、交流電源１と交流電源２の電圧位相が異なり、半導体スイッチ９を構成する逆並列接続のサイリスタの内の、交流電源１と交流電源２の間に横流が流れない方向の一方のサイリスタを点弧しても、このサイリスタは順方向に電圧が印加されていないのでオンすることができず、結局は電磁接触器３の接点が開極して且つアーク電流が流れなくなって確認時間後に初めて半導体スイッチを構成する逆並列に接続されたサイリスタの両方共が点弧されて交流電源２からの給電が開始されることになり、切換時間としては交流電源１の異常検出時間と電磁接触器３の接点開局時間とその接点のアーク電流継続時間と確認時間の合計となって１０ｍsec.より長くなる。
【００１３】
【特許文献１】特許第３４２０２８１号公報
【特許文献２】特許第３６７６６３８号公報
【特許文献３】特開２００８−４８４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
以上の従来技術を見て来たが、給電側交流電源異常の際に高速（１／４サイクル以内）で待機側交流電源に切換え、定常運用中の電力損失を極力抑制し、交流電源としては商用系統、自家発電機、ＵＰＳと種類を選ばず使用可能で、しかも、いかなる交流電源の異常モードでも両電源間に横流が流れないという高速電源切換装置の条件に合致する方式はいまだ存在していない。
上記のような高速電源切換装置が具備すべき条件を挙げると、以下のようになる。
１． 定常的な給電スイッチは有接点スイッチ（低電力損失）
２． ２系統の給電スイッチの同時オンは絶対にないこと。（横流防止）
３． したがって、有接点スイッチのオフ動作時間がきわめて短いこと。（高速切換）
４． 交流電源異常の検出時間が短いこと（高速切換）
【００１５】
本発明は、前記の課題を解決すべくなされたものであり、定常給電中は有接点スイッチを介して給電を行うことで、発生する電力損失を極力少なくすると共に、電源の異常発生時には高速で異常側電源を切り離して、その後に待機側電源からの給電を開始するようにして切換を確実且つ高速に行うことができる無瞬断電源切換装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１の発明は、２系統の交流電源から選択的に負荷に電力を供給する際に、電力の供給を一方の電源から他方の電源に切換える電源切換装置において、
常用側交流電源と待機側交流電源の２系統の交流電源の切換スイッチである有接点型の双投式電磁接触器と、この双投式電磁接触器のコモン接点と負荷の間に直列に接続された常閉型のソレノイド式電磁接触器とを設け、前記常用側交流電源と負荷との間に、前記双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器と並列に接続された第１の半導体スイッチを設け、また、前記待機側交流電源と負荷との間に、前記双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器と並列に接続された第２の半導体スイッチを設け、前記双投式電磁接触器とソレノイド式電磁接触器との間の線路に異常電圧検出回路を設け、前記双投式電磁接触器、ソレノイド式電磁接触器、第１の半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチの制御を行う制御回路を設け、前記ソレノイド式電磁接触器は、常時は主接点がオン状態にあり、ソレノイド励磁から主接点開極までの時間が約３ｍsec.であり、前記双投式電磁接触器の励磁から常用側交流電源の接点開極までの時間より短いものとし、前記制御回路は、外部切換信号又は前記異常電圧検出回路からの信号を受けて前記双投式電磁接触器を励磁して待機側交流電源への切換動作を開始させると同時に前記ソレノイド式電磁接触器を励磁して主接点の開極動作を開始させ、さらに、前記第１の半導体スイッチをオンさせ、前記ソレノイド式電磁接触器の主接点の開極が約３ｍsec.で完了した後に前記第１の半導体スイッチをオフさせ、数μsec.後に前記第２の半導体スイッチをオンさせて前記待機側交流電源からの負荷給電を開始させ、その後、前記双投式電磁接触器が常用側交流電源から切り離された後に、前記ソレノイド式電磁接触器の励磁を解いて主接点がオン状態に復帰したこと、及び前記双投式電磁接触器が待機側交流電源に切換わったことを確認の後、前記第２の半導体スイッチをオフさせる構成とした、無瞬断電源切換装置とした。また、この装置は待機側交流電源から常用側交流電源への切換も前記と同様に作用する構成であることは勿論である。なお、本書において、前記外部切換信号とは常用側交流電源及び待機側交流電源の両方が健全な場の外部切換信号を意味する。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ソレノイド式電磁接触器は、常時はバネの力で主接点をオンにし、ソレノイドの励磁によりアクチュエータが前記バネの力に抗して引っ張られて主接点がオフする構成とし、前記ソレノイドの励磁は電解コンデンサに充電された電荷の短時間一斉放電による直流励磁方式である無瞬断電源切換装置とした。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記第１の半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチはそれぞれ自己消弧式特性を有する無瞬断電源切換装置とした。
【００１９】
請求項４の発明は、２系統の交流電源から選択的に負荷に電力を供給する際に、電力の供給を一方の電源から他方の電源に切換える電源切換装置において、
常用側交流電源と待機側交流電源の２系統の交流電源の切換スイッチである有接点型の双投式電磁接触器と、この双投式電磁接触器のコモン接点と負荷の間に直列に接続された常閉型のソレノイド式電磁接触器とを設け、前記常用側交流電源と負荷との間に、前記双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器と並列に接続された第１の半導体スイッチを設け、また、前記待機側交流電源と負荷との間に、前記双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器と並列に接続された第２の半導体スイッチを設け、前記双投式電磁接触器とソレノイド式電磁接触器との間の線路に異常電圧検出回路を設け、前記ソレノイド式電磁接触器に並列に自己消弧式特性を有する第３の半導体スイッチを接続して設け、前記双投式電磁接触器、ソレノイド式電磁接触器、第１の半導体スイッチ、第２の半導体スイッチ及び第３の半導体スイッチの制御を行う制御回路を設け、前記ソレノイド式電磁接触器は、常時は主接点がオン状態にあり、ソレノイド励磁から主接点開極までの時間が約３ｍsec.であり、前記双投式電磁接触器の励磁から常用側交流電源の接点開極までの時間より短いものとし、前記制御回路は、外部切換信号又は前記異常電圧検出回路からの信号を受けて前記双投式電磁接触器を励磁して待機側交流電源への切換動作を開始させると同時に前記ソレノイド式電磁接触器を励磁して主接点の開極動作を開始させ、同じく同時に前記第３の半導体スイッチをオンさせ、約３ｍsec.後の前記ソレノイド式電磁接触器の主接点の開極完了後に前記第３の半導体スイッチをオフさせ、数μsec.後に前記第２の半導体スイッチをオンさせて前記待機側交流電源からの負荷給電を開始させ、その後、前記双投式電磁接触器が常用側交流電源から切り離された後に、前記ソレノイド式電磁接触器の励磁を解いて主接点がオン状態に復帰したこと、及び前記双投式電磁接触器が待機側交流電源に切換わったことを確認の後、前記第２の半導体スイッチをオフさせる構成とした、無瞬断電源切換装置とした。また、この装置は待機側交流電源から常用側交流電源への切換も前記と同様に作用する構成であることは勿論である。
【００２０】
請求項５の発明は、２系統の交流電源から選択的に負荷に電力を供給する際に、電力の供給を一方の電源から他方の電源に切換える電源切換装置において、常用側交流電源と待機側交流電源の２系統の交流電源の切換スイッチである有接点型の双投式電磁接触器のコモン接点と負荷とを接続して設け、前記常用側交流電源と双投式電磁接触器との間に直列に接続した第１の常閉型のソレノイド式電磁接触器を設け、また、前記待機側交流電源と双投式電磁接触器との間に直列に接続した第２の常閉型のソレノイド式電磁接触器を設け、前記常用側交流電源と負荷との間に、前記第１のソレノイド式電磁接触器及び双投式電磁接触器と並列に接続された第１の半導体スイッチを設け、また、前記待機側交流電源と負荷との間に、前記第２のソレノイド式電磁接触器及び双投式電磁接触器と並列に接続された第２の半導体スイッチを設け、前記双投式電磁接触器と負荷との間の線路に異常電圧検出回路を設け、前記双投式電磁接触器、第１のソレノイド式電磁接触器、第２のソレノイド式電磁接触器、第１の半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチの制御を行う制御回路を設け、前記第１及び第２のソレノイド式電磁接触器は、常時は主接点がオン状態にあり、ソレノイド励磁から主接点開極までの時間が約３ｍsec.であり、前記双投式電磁接触器の励磁から常用側交流電源の接点開極までの時間より短いものとし、前記制御回路は、外部切換信号又は前記異常電圧検出回路からの信号を受けて前記双投式電磁接触器を励磁して待機側交流電源への切換動作を開始させると同時に前記第１のソレノイド式電磁接触器を励磁して主接点の開極動作を開始させ、さらに、前記第１の半導体スイッチをオンさせ、約３ｍsec.後に前記第１のソレノイド式電磁接触器の主接点の開極が完了した後に前記第１の半導体スイッチをオフさせ、数μsec.後に前記第２の半導体スイッチをオンさせて前記待機側交流電源からの負荷給電を開始させ、その後、前記双投式電磁接触器が常用側交流電源から切り離された後に、前記第１のソレノイド式電磁接触器の励磁を解いて主接点がオン状態に復帰したこと、及び前記双投式電磁接触器が待機側交流電源に切換わったことを確認の後、前記第２の半導体スイッチをオフさせる構成とした無瞬断電源切換装置とした。また、この装置は待機側交流電源から常用側交流電源への切換も前記と同様に作用する構成であることは勿論である。
【００２１】
また、請求項６の発明は、請求項１、２、３及び５のいずれかの発明において、前記制御回路は、常用側交流電源及び待機側交流電源の両方が健全な場合の外部切換信号による切換において、外部切換信号を受けた後、双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器の励磁開始及び第１の半導体スイッチへのオン動作開始を、常用側交流電源及び待機側交流電源の各々の対応する所定の線間（例えばRS間）の電圧波形の立ち上がりゼロクロス点の同期を検知してこれと同時に行い、また、第１の半導体スイッチのオフ動作を、常用側交流電源及び待機側交流電源の各々の対応する所定の線間（例えばRS間）の電圧波形の立ち下がりゼロクロス点の同期、又は負荷電流のゼロクロス点を検知してこれと同時に行う構成とした、無瞬断電源切換装置とした。
【００２２】
また、請求項７の発明は、請求項４の発明において、前記制御回路は、常用側交流電源及び待機側交流電源の両方が健全な場合の外部切換信号による切換において、外部切換信号を受けた後、双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器の励磁開始及び第３の半導体スイッチへのオン動作開始を、常用側交流電源及び待機側交流電源の各々の対応する所定の線間（例えばRS間）の電圧波形の立ち上がりゼロクロス点の同期を検知してこれと同時に行い、また、第３の半導体スイッチのオフ動作を、常用側交流電源及び待機側交流電源の各々の対応する所定の線間（例えばRS間）の電圧波形の立ち下がりゼロクロス点の同期、又は負荷電流のゼロクロス点を検知してこれと同時に行う構成とした、無瞬断電源切換装置とした。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１の発明においては、次の顕著な効果を得ることができる。
外部切換信号又は前記異常電圧検出回路からの切換指令信号により、ソレノイド式電磁接触器を励磁すると、約３ｍsec.後に開極する。この主接点開極後、同じく前記切換指令信号によりオンさせていた第1の半導体スイッチをオフさせ、数μsec.後に第2の半導体スイッチをオンさせて待機側交流電源による給電を開始するので、前記切換指令信号から切換までが３ｍsec.強という高速切換が実現できる。この切換動作では、第1の半導体スイッチがオフするまでは常用側交流電源給電が続き、数μsec.後の第2の半導体スイッチのオン以降は待機側交流電源給電に移るので、２系統の電源が健全な状態での手動による計画切換の場合は、断時間数μsec.の切換ができ、２系統の電源の位相同期を切換条件に加えることで、ほぼ完全な同期無瞬断切換が実現できる。また、常用側電源に停電や電圧低下が発生した自動切換の場合には、異常電圧検出回路による検出時間、１ｍsec.を加えても４ｍsec.強という高速切換が実現できる。さらに、切換時間をゼロ期間と定義づけるとすれば、例えば５０％電圧低下での自働切換の切換時間は数μsec.と言うこともできる。従って、商用周波数５０Hzでも６０Hzでも１／４サイクル以内に電源切換ができ、無瞬断電源切換が可能である。
【００２４】
また、切換の際は、常用側交流電源から負荷への回路をソレノイド式電磁接触器の主接点と第1の半導体スイッチで確実に遮断した後に、待機側交流電源からの給電経路をオンにしているので、２系統の交流電源間の横流が流れることはない。また、短期間の切換期間以外の定常時は、双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器の有接点による給電であるため、通電損失は小さい。
なお、請求項４及び５の発明についても切換時の動作はほぼ同じなので、同様の効果が得られる。
【００２５】
請求項２の発明では、請求項１の効果に加え、ソレノイド式電磁接触器は、常時はバネの力で主接点をオンにし、ソレノイドの励磁によりアクチュエータが前記バネの力に抗して引っ張られて主接点がオフする構成とし、これにより常時は電力が不要で経済的である。
また、交流電源でソレノイドを励磁する方式は、励磁投入時の交流電源の位相が特定できないため、励磁電圧がばらついて、初期の吸引力、ひいては動作時間にばらつきを生じるので、高速開極が必要な用途には適さない。一方、本発明の電解コンデンサに充電された電荷の一斉放電方式によれば、前記交流電源励磁方式の場合のような動作時間のばらつきを解消でき、常に安定した高速動作が得られる。本発明の構造及び励磁方法により、３ｍsec.以内の高速開極時間が得られた。
【００２６】
また、高速動作のためには、１０〜２０ｍsec.の短時間ながら百アンペア程度の励磁電流を流す必要があり、交流電源直接励磁の場合は、切換器としての定格電流に加えて、この励磁電流分を上乗せする必要があるが、本発明の電解コンデンサ放電方式によれば、電解コンデンサの充電に必要なごく小さい電流が一定の時間必要なだけなので、交流電源の容量上乗せも不要となる。
【００２７】
また、請求項１、４及び５の回路構成での常用側交流電源給電から待機側交流電源給電への切換動作において、常用側交流電源の給電経路をできるだけ早く遮断するためには、常閉主接点を持つソレノイド式電磁接触器を励磁して主接点を開極させるが、負荷電流が流れている場合は、主接点の開極だけでなくアーク電流の遮断も必要である。そこで、本発明では、ソレノイド式電磁接触器の励磁と同時に、常用側交流電源と負荷を接続する第１の半導体スイッチをオンさせておいて、ソレノイド式電磁接触器の主接点の開極時のアーク電流を転流させることにより、前記主接点はアーク電流遮断を考慮する必要がなくなるため、オフ時の接点間距離を印加電圧の絶縁を確保できる範囲で最短にすることができ、よりシンプルな構造とすることができるので、より高速動作が実現できる。一方、常用側交流電源の給電経路をできるだけ早く遮断するという命題のためには、ソレノイド式電磁接触器の主接点がオフした後に、オン状態にある前記の第１の半導体スイッチをいち早くオフさせる必要がある。請求項３の発明の如く、第１の半導体スイッチを自己消弧式半導体とすることで簡単にその要件を満たすことができる。なお、第１の半導体スイッチのみならず第２の半導体スイッチも自己消弧特性を有することで、２系統の交流電源のいずれもが常用側交流電源及び待機側交流電源になり得、双方向の切換が可能となる。
【００２８】
また、請求項４の発明は、請求項１の効果に加え、第１の半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチを、自己消弧形の半導体にする必要がなく、自己消弧形半導体より過電流に強いサイリスタを使用することができ、第３の半導体スイッチのみ自己消弧形の半導体を使えばよく、コストが低減する。
【００２９】
また、請求項６及び７の各発明は、前記の請求項の効果に加え、常用側交流電源及び待機側交流電源の両方が健全な場合の計画切換において、常用側交流電源及び待機側交流電源の各々の対応する所定の線間（例えばRS間）の電圧波形のゼロクロス同期点で第１の半導体スイッチ等の切換が行われるため、切換時における配線や負荷のインダクタンスによる電圧サージを最小に抑えることができる。また、特に、この切換のタイミングを負荷電流のゼロクロス点とすると、より高い効果を得られる。また、前記効果は単相電源の場合は特に顕著で、３相電源切換の場合でも１相はゼロクロス点で、他の２相は±１２０度点での切換となり、ピーク点での切換は避けられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明は、２系統の交流電源から選択的に負荷に電力を供給する際に、電力の供給を一方の電源から他方の電源に切換える電源切換え装置において、
常用側交流電源と待機側交流電源の２系統の交流電源の切換スイッチである有接点型の双投式電磁接触器と、この双投式電磁接触器のコモン接点と負荷の間に直列に接続された常閉型のソレノイド式電磁接触器とを設け、前記常用側交流電源と負荷との間に、前記双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器と並列に接続された第１の半導体スイッチを設け、また、前記待機側交流電源と負荷との間に、前記双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器と並列に接続された第２の半導体スイッチを設け、前記双投式電磁接触器とソレノイド式電磁接触器との間の線路に異常電圧検出回路を設け、前記双投式電磁接触器、ソレノイド式電磁接触器、第１の半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチの制御を行う制御回路を設け、前記ソレノイド式電磁接触器は、常時は主接点がオン状態にあり、ソレノイド励磁から主接点開極までの時間が約３ｍsec.であり、前記双投式電磁接触器の励磁から常用側交流電源主接点開極までの時間より短いものとした。
【００３１】
また、前記制御回路は、常用側交流電源及び待機側交流電源の両方が健全な場合の計画切換において、外部切換信号からの信号を受けて、前記双投式電磁接触器を励磁して待機側交流電源への切換動作を開始させると同時に前記ソレノイド式電磁接触器を励磁して主接点の開極動作を開始させ、さらに、前記第１の半導体スイッチをオンさせる動作開始を、常用側交流電源及び待機側交流電源の各々の対応する所定の線間の電圧波形の立ち上がりゼロクロス点の同期を検知してこれと同時に行い、前記ソレノイド式電磁接触器の主接点の開極が完了し、前記双投式電磁接触器が常用側交流電源の接点から離れた後、前記第１の半導体スイッチをオフさせるが、この動作を常用側交流電源及び待機側交流電源の各々の対応する所定の線間の電圧波形の立ち下がりゼロクロス点の同期、又は負荷電流のゼロクロス点を検知してこれと同時に行い、その数μsec.後に前記第２の半導体スイッチをオンさせて前記待機側交流電源からの負荷給電を開始させ、その後、前記双投式電磁接触器が待機側交流電源に切換わった後、前記ソレノイド式電磁接触器の励磁を解いて主接点をオン状態に復帰させて、前記第２の半導体スイッチをオフさせる構成とした。また、前記異常電圧検出回路からの信号を受けた場合は、ゼロクロスパルスの検知はしないが、動作は前記とほぼ同じである。
【００３２】
これにより、停電や電圧低下の場合の異常電圧検出による電源切換や、計画電源切換の際、常用側交流電源から待機側交流電源への電源切換が、停電や電圧低下による負荷への影響がない無瞬断電源切換えが可能である。
【実施例１】
【００３３】
以下、この発明の実施例を図について説明する。
図１はこの発明の概要を示す概略構成図である。
本発明の無瞬断電源切換装置は、常用側交流電源１と待機側交流電源２の切換スイッチである双投式電磁接触器６と、この双投式電磁接触器６のコモン接点と負荷５の間に直列に接続されたソレノイド式電磁接触器３０と、前記常用側交流電源１と負荷５の間に、前記双投式電磁接触器６とソレノイド式電磁接触器３０の直列回路と並列に接続された半導体スイッチ１０と、待機側交流電源２と負荷５の間に前記双投式電磁接触器６とソレノイド式電磁接触器３０の直列回路と並列に接続された半導体スイッチ２０で構成される。
【００３４】
また、前記双投式電磁接触器６とソレノイド式電磁接触器３０との間の線路に異常電圧検出回路４２を設け、また、外部切換信号又は異常電圧検出回路４２からの信号を受けて、前記双投式電磁接触器６、ソレノイド式電磁接触器３０、半導体スイッチ１０及び半導体スイッチ２０の制御を行う制御回路４０が設けられている。
【００３５】
前記常閉型ソレノイド式電磁接触器３０は、ソレノイドが励磁されていない定常時はその主接点が閉の状態にあって、ソレノイドが励磁されている間は主接点が開の状態になる。当該ソレノイド式電磁接触器３０の開極時間を短くするため、構造に後述する工夫を施すことにより、開極時間＝約３ｍsec.という高速開極特性を実現した。
【００３６】
図２は本発明の無瞬断電源切換装置に使用したソレノイド式電磁接触器３０の説明図であり、３５はソレノイド、３６はソレノイド励磁でソレノイドにより後述のバネの力に抗して引き付けられるアクチュエータ、３７はアクチュエータ３６と連動する可動接点、３８は固定接点、３９は可動接点３７を固定接点３８に押し付けるバネである。ソレノイド式電磁接触器３０は常時オン形の電磁接触器とし、常時は、バネ３９により可動接点３７が固定接点３８に押し付けられていて、所定の通電電流特性を確保している。
【００３７】
ソレノイド３６が励磁されたときの接点開極時間をできるだけ速くするために、ソレノイドによるアクチュエータを引き付ける力がより強くなるよう、２組の開極接点間距離が接点間電圧の絶縁を十分に確保できる範囲内で可動接点のストロークＬｓを最小限の距離にしている。
なお、本発明による切換器の切換動作では、ソレノイド式電磁接触器の主接点は開極動作時とオン動作時共に半導体スイッチは並列に接続されてオン状態にあるので、アーク電流遮断を考慮する必要がないこと、及び、この主接点は切換動作期間中の数十ｍsec.のごく短い時間のみオフで、それ以外の定常状態ではオン状態にあること、が開極接点間距離を短くできる要素になっている。
【００３８】
また、ソレノイド励磁は電解コンデンサに充電された電荷の短時間一斉放電による直流励磁方式を採用することにより、投入位相によって開極時間が大きくばらつく交流電源励磁に比して格段に安定した開極時間特性が確保できる。なお、切換スイッチとしての双投式電磁接触器６の瞬時励磁電源についても電解コンデンサ放電方式を採用して動作時間の安定性を確保している。加えて、この電解コンデンサ放電方式によれば、交流励磁方式の場合のように数十アンペア（Ａ）から百アンペア（Ａ）近くの瞬時励磁電流を負荷電流とは別に電源容量に見込む必要がなくなるというメリットもある。
【００３９】
図３は、３相交流電源の異常電圧検出回路４２の公知の一例である。
３相交流電源を変圧器４２ａで絶縁且つ降圧して、整流回路４２ｂで全波整流したリップル電圧波形と直流基準電圧とをコンパレータ４２ｃで比較して、前記全波整流リップル電圧波形が直流基準電圧より低下したときに３相交流電源に停電や電圧低下の異常が発生したと判定する回路である。この検出方法によれば、平滑回路が必要でなく電解コンデンサなど時間遅れ要素は使用しないためきわめて速い検出ができ、実測検出時間は０．５ｍsec.以下である。
【００４０】
図４の（イ）図から（ホ）図は本発明の装置の動作説明図である。
まず、手動による計画切換えの場合について説明する。図（イ）は常用側交流電源１から、双投式電磁接触器６及びソレノイド式電磁接触器３０を介して負荷５に給電されている状態を示す。前記制御回路４０に切換の外部指令があると、前記双投式電磁接触器６を励磁して待機側交流電源への切換動作を開始させる。と同時に前記ソレノイド式電磁接触器３０を励磁して主接点の開極動作を開始させる。さらに、前記第１の半導体スイッチをオンさせる。そして、（ロ）図に示すように、まず、励磁から約３ｍsec.後に前記ソレノイド式電磁接触器３０の主接点の開極が完了する。その際、ソレノイド式電磁接触器３０の主接点が開極する際のアーク電流は、ソレノイド式電磁接触器３０の主接点の給電経路と並列の経路をなし、既にオン状態にある第１の半導体スイッチ１０に転流するので、アークが生ぜず、スムーズに開極できる。
【００４１】
この時点での状態は、(ロ)図のままで、双投式電磁接触器６はまだ常用側交流電源１から離れていないが、ソレノイド式電磁接触器３０の主接点がオフなので、負荷５と２系統の交流電源との有接点での経路は遮断状態にある。この後、双投式電磁接触器６が待機側交流電源２側に切換わってもソレノイド式電磁接触器３０が励磁を解かれ主接点がオンに復帰するまでは有接点経路はオフが継続される。
【００４２】
この時点では、負荷５には常用側交流電源１から第１の半導体スイッチ１０を経て給電されているが、ここで、この第１の半導体スイッチ１０をオフさせ、数μsec.後に第２の半導体スイッチ２０をオンさせれば、常用側故竜電源１からの給電から待機側交流電源２からの給電に切換わる。この半導体スイッチ１０と２０の切換は、ソレノイド式電磁接触器３０の主接点がオフである限りいつでも行うことができるので、ソレノイド式電磁接触器３０の主接点の開極を確認した後でもよいし、２系統の交流電源が健全な状態での計画切換の場合には、２系統の電圧同期あるいは負荷電流のゼロクロス点を切換ポイントとして指定することもできる。また、この半導体スイッチ１０と２０の切換は、時間を追って推移する（ロ）図、（ハ）図及び（ニ）図のいずれの状態でもよく、（ホ）図のように双投式電磁接触器６が待機側交流電源に切換わり、ソレノイド式電磁接触器３０が励磁を解かれて主接点がオン状態に復帰して、有接点経路での待機側交流電源２から負荷５への給電が開始された後に第２の半導体スイッチ２０をオフさせる。以上の動作はいずれも、常用側交流電源１の給電から待機側交流電源２の給電への切換であるが、待機側から常用側への切換においても同じ動作となる。
【００４３】
また、常用側交流電源１に停電等の電圧低下等の異常が発生した場合、図１の異常電圧検出回路４２がこれを検知し、前記制御回路４０を経て、双投式電磁接触器６及びソレノイド式電磁接触器３０の励磁コイルを励磁し、また、第１の半導体スイッチ１０をオンにする。その後、ソレノイド式電磁接触器３０の主接点が完全に開極し、第１の半導体スイッチ単独での負荷５への給電状態になるが、常用側交流電源には停電或いは電圧低下が発生しているので、健全な待機側交流電源２による給電にできるだけ早く切換える必要があるため、ソレノイド式電磁接触器３０の主接点が完全に開極した直後に第１の半導体スイッチ１０をオフさせ、数μsec.後に第２の半導体スイッチ２０をオンさせて待機側交流電源２から第２の半導体スイッチ２０経由の給電に切換える。その後は計画切換の場合と同様に、図４の（ホ）図のように双投式電磁接触器６が待機側交流電源２に切換わり、ソレノイド式電磁接触器３０が励磁を解かれて主接点がオン状態に復帰して、有接点経路での待機側交流電源２から負荷５への給電が開始された後に、第２の半導体スイッチ２０をオフさせる。
【００４４】
また、図５は常用側交流電源１から待機側交流電源２の両方が健全な場合の、需要側交流電源１から待機側交流電源２への手動切換えの各部のタイムチャートである。外部指令信号による切換において、外部切換信号を受けた後、双投式電磁接触器６及びソレノイド式電磁接触器３０の励磁開始、及び第１の半導体スイッチ１０のオン動作開始を、常用側交流電源１及び待機側交流電源２の各々の対応する所定の線間（例えばRS間）の電圧波形の立ち上がりゼロクロス点の同期を検知してこれと同時に行い、また、上記第１の半導体スイッチ１０のオフ動作を、ソレノイド式電磁接触器３０の主接点開極直後の常用側交流電源１及び待機側交流電源２の各々の対応する所定の線間（例えばRS間）の電圧波形の立ち下がりゼロクロス点の同期を検知してこれと同時に行う。この図において、常用側交流電源１側の半導体スイッチ１０がオフになった後、待機側交流電源２側の半導体スイッチ２０がオンになるまでの時間は、数μsec.である。
【００４５】
これらのゼロクロス点での切換を可能にしたのは、本発明においてソレノイド式電磁接触器を採用したからである。
前記交流電源の電圧波形のゼロクロス点から次のゼロクロス点までは、商用周波数５０Hzでは１０ｍsec.、６０Hzでは８．３ｍsec.である。ソレノイド式電磁接触器３０は、前述のように、外部切換信号又は前記異常電圧検出回路からの信号を受けると約３ｍsec.以内に開極するが、再度接点がオンするのに２０〜３０ｍsec.かかる。従って、この間双投式電磁接触器６及びソレノイド式電磁接触器３０のラインはオフすることとなり、この間に前記交流電源の電圧波形のゼロクロス点が２回来るため、次のゼロクロス点で第1の半導体スイッチ１０のオフ切換が可能となる。一方、双投式電磁接触器６では、励磁して常用側交流電源１の接点が開極するのに１０ｍsec.近くかかり、接点が開いてから切換先の接点がオンするのに１０ｍsec.以下であるので、次のゼロクロス点で第1の半導体スイッチ１０のオフ切換の前に双投式電磁接触器６が切換先の接点にオンすることとなり、二つのゼロクロス点の間で第1の半導体スイッチ１０のオン切換及び第1の半導体スイッチ１０のオフ切換ができない。このように前記ソレノイド式電磁接触器３０の主接点の開極状態を利用して交流電源の二つのゼロクロス点で切換を行うことができる。
【００４６】
また、図６は、異常電圧検出時の常用側交流電源１から待機側交流電源２への自動切換えの各部のタイムチャートである。この場合は、常用側交流電源１が停電又は電圧低下等の異常なので、同期等の条件を待つ余裕はないため、異常電圧圧検出により双投式電磁接触器６及びソレノイド式電磁接触器３０の励磁コイルを励磁し、また、第１の半導体スイッチ１０をオンにする。その後、３ｍsec.以内でソレノイド式電磁接触器３０の主接点が完全に開極した直後に第１の半導体スイッチ１０をオフさせ、数μsec.後に第２の半導体スイッチ２０をオンさせて待機側交流電源２から第２の半導体スイッチ２０経由の給電に切換える。常用側交流電源１の異常発生から、健全な待機側交流電源２から第２の半導体スイッチ２０経由による給電までの時間は４ｍsec.強以下である。
【実施例２】
【００４７】
図７は本発明の実施例２を示し、常用側交流電源１と待機側交流電源２の２系統の交流電源の切換スイッチである有接点型の双投式電磁接触器６のコモン接点と負荷５とを接続して設け、前記常用側交流電源１と双投式電磁接触器６との間に直列に接続した第１の常閉型のソレノイド式電磁接触器３１を設け、また、前記待機側交流電源２と双投式電磁接触器６との間に直列に接続した第２の常閉型のソレノイド式電磁接触器３２を設け、前記常用側交流電源１と負荷５との間に、前記第１のソレノイド式電磁接触器３１及び双投式電磁接触器６と並列に接続された第１の半導体スイッチ１０を設け、また、前記待機側交流電源２と負荷５との間に、前記第２のソレノイド式電磁接触器３２及び双投式電磁接触器６と並列に接続された第２の半導体スイッチ２０を設け、前記双投式電磁接触器６と負荷５との間の線路に異常電圧検出回路（図示省略）を設け、前記双投式電磁接触器６、第１のソレノイド式電磁接触器３１、第２のソレノイド式電磁接触器３２、第１の半導体スイッチ１０及び第２の半導体スイッチ２０の制御を行う制御回路（図示省略）を設けている。
【００４８】
前記第１及び第２のソレノイド式電磁接触器３１、３２は、常時は主接点がオン状態にあり、ソレノイド励磁から主接点開極までの時間が約３ｍsec.であり、前記双投式電磁接触器６の励磁から常用側交流電源１の接点開極までの時間より短いものとし、前記制御回路は、外部切換信号又は前記異常電圧検出回路からの信号を受けて前記双投式電磁接触器６を励磁して待機側交流電源への切換動作を開始させると同時に前記第１のソレノイド式電磁接触器３１を励磁して主接点の開極動作を開始させ、さらに、前記第１の半導体スイッチ１０をオンさせ、前記第１のソレノイド式電磁接触器３１の主接点の開極が完了した後に前記第１の半導体スイッチ１０をオフさせ、数μsec.後に前記第２の半導体スイッチ２０をオンさせて前記待機側交流電源２からの負荷給電を開始させ、その後、前記双投式電磁接触器６が常用側交流電源１から切り離された後に、前記第１のソレノイド式電磁接触器３１の励磁を解いて主接点がオン状態に復帰したこと、及び前記双投式電磁接触器６が待機側交流電源２に切換わったことを確認後に、前記第２の半導体スイッチ２０をオフさせる構成とした。また、待機側交流電源２から負荷５に給電されている状態の常用側交流電源１への切換の場合は、前記動作において、第2のソレノイド式電磁接触器３２を励磁して主接点の開極をする。
【実施例３】
【００４９】
また、図８は、本発明の実施例３を示す。この実施例３は前記実施例１とほぼ同じ構成であり、ソレノイド式電磁接触器３０に並列に第３の半導体スイッチ５０を接続し、当該第３の半導体スイッチ５０は自己消弧形のものとし、第１の半導体スイッチ７及び第２の半導体スイッチ８を自己消弧形でない半導体であるサイリスタとした。これにより、過電流に強く、また、コストダウンが図れる。
【００５０】
この場合、外部切換信号又は前記異常電圧検出回路からの信号を受けて前記双投式電磁接触器６を励磁して待機側交流電源２への切換動作を開始させると同時に前記ソレノイド式電磁接触器３０を励磁して主接点の開極動作を開始させ、同じく同時に前記第３の半導体スイッチ５０をオンさせ、前記ソレノイド式電磁接触器３０の主接点の開極が完了直後に前記第３の半導体スイッチ５０をオフさせ、数μsec.後に前記第２の半導体スイッチ８をオンさせて前記待機側交流電源２からの負荷給電を開始させ、その後、前記双投式電磁接触器６が常用側交流電源１から切り離された後に、前記ソレノイド式電磁接触器３０の励磁を解いて主接点がオン状態に復帰したこと、及び前記双投式電磁接触器６が待機側交流電源２に切換わったことを確認の後に、前記第２の半導体スイッチ８をオフさせる構成とした。また、待機側交流電源２から負荷５に給電されている状態の常用側交流電源１への切換の場合は、前記動作において、第3の半導体スイッチ５０をオフさせ、数μsec.後に前記第１の半導体スイッチ７をオンさせて前記待機側交流電源２からの負荷給電を開始させる。
【００５１】
次に、図９は本発明の応用例を示し、常用側交流電源１と待機側交流電源２の切換スイッチである双投式電磁接触器６と、この双投式電磁接触器６のコモン接点と負荷５の間に直列に接続されたソレノイド式電磁接触器３０を設け、このソレノイド式電磁接触器３０に並列に第３の半導体スイッチ５０を接続し、常用側交流電源１と待機側交流電源２の切換スイッチである双投式電磁接触器１５を、前記双投式電磁接触器６及びソレノイド式電磁接触器３０と並列に設け、前記双投式電磁接触器１５と負荷５との間に直列に第４の半導体スイッチ９を設けたもので、常時、双投式電磁接触器６は常用側交流電源１の接点に、また、双投式電磁接触器１５は待機側交流電源２の接点に接続されている。これにより、第４の半導体スイッチ９を一回路にし、コスト低減を図るものである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施例１の装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施例１の装置に使用するソレノイド式電磁接触器の構成側面図である。（イ）図は主接点が閉の状態を示し、（ロ）図は主接点が開の状態を示す。
【図３】本発明の実施例１の装置に使用する、３相交流電源の異常電圧検出回路の構成図である。
【図４】（イ） 図から（ホ）図は、本発明の実施例の装置の概略動作説明図である。
【図５】本発明の実施例１の交流電源１から交流電源２への手動切換のタイムチャート図である。
【図６】本発明の実施例１の交流電源１から交流電源２への自動切換のタイムチャート図である。
【図７】本発明の実施例２の装置の概略構成図である。
【図８】本発明の実施例３の装置の概略構成図である。
【図９】本発明の応用例の装置の概略構成図である。
【図１０】従来の交流電源切換装置の概略構成図である。
【図１１】従来他の交流電源切換装置の概略構成図である。
【図１２】従来のさらに他の交流電源切換装置の概略構成図である。
【図１３】特許文献１の交流電源切換装置の概略構成図である。
【図１４】特許文献２の交流電源切換装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 常用側交流電源 ２ 待機側交流電源
３ 有接点スイッチ ４ 有接点スイッチ
５ 負荷 ６ 双投式電磁接触器
７ 切換スイッチ ８ 切換スイッチ
９ 半導体スイッチ １０ 半導体スイッチ
１５ 双投式電磁接触器 ２０ 半導体スイッチ
３０ ソレノイド式電磁接触器 ３１ ソレノイド式電磁接触器
３２ ソレノイド式電磁接触器 ３５ ソレノイド
３６ アクチュエータ ３７ 可動接点
３８ 固定接点 ３９ バネ
４０ 制御回路 ４２ 異常電圧検出回路
４２a 変圧器 ４２b 整流回路
４２c コンパレータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２系統の交流電源から負荷に電力を供給する際に、その内の任意の一方の交流電源を選択して負荷に電力を供給するようにした電源切換装置に関するもので、特に常用側電源の停電などの異常時における待機側電源による給電への自動切換、及び、２系統電源が共に正常なときに給電系統を切換る手動切換のいずれの場合も、きわめて安全且つ高速に切換ることができるようにした無瞬断電源切換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ（情報処理）と通信の融合が始まって以来、情報通信システム、ネットワークシステムは今や産業、流通、交通、金融、放送・通信、セキュリティなどあらゆる場において急速にとどまることなく拡大しており、一旦トラブルが発生した場合の影響も計り知れなくなっている。これらのシステムを裏で支えている電源システムも又、２４時間・３６５日無停止であることが要求されており、商用停電に備えての無停電電源装置、自家用発電設備、系統切換のための電源切換装置などを効率的に組み合わせた電源システムが導入されて来ているが、最近では、構成する個々の機器の故障やメンテナンスに際してさえ電力供給を一切止めることなく安全に確実に対処できる高速動作（１／４サイクル以内、従って、５０Hzでは５ｍsec.以内、６０Hzでは４．１６ｍsec.以内）の無瞬断電源切換装置が要求されている。
【０００３】
このような中、従来よく知られている電源切換装置に以下のものがある。
図１０は一般に知られる交流電源切換装置の一例であるが、切換スイッチとしては電磁接触器など有接点スイッチ３及び４が用いられている。 また、図１１に示される高速形の双投式電磁接触器６が使われる場合もある。この方法は回路構成が簡単な故に信頼性も高いが、電磁接触器の動作時間が２０〜５０ｍsec.と長いため、停電発生など常用側電源の異常時にそれを検知して自動的に健全な待機側電源へ切り換えた場合、負荷側の電力供給に２０〜５０ｍsec.以上の瞬断時間を生じてしまい、情報通信機器をはじめＦＡ機器など許容瞬断時間５〜１０ｍsec.以下の多くの負荷機器が停止したり、誤動作を生じるという不都合がある。
【０００４】
図１２も同様に一般に知られる交流電源切換装置の別の一例であるが、切換スイッチ７及び８を半導体素子（例えばサイリスタ）で構成しているためスイッチとしてのオン／オフ動作時間が速く、常用側電源の異常検出（停電検出）の方法によっては、給電切換時間５ｍsec.以下も可能である。また、一方の半導体スイッチのＯＦＦの後に他方の半導体スイッチをＯＮするので、２系統の電源間の横流も回避できる。しかしながら、この方法は切換スイッチが半導体であるが故に、通電電流による電圧降下が存在しワットロスを生じるため、半導体素子の冷却が装置寸法やコスト上の問題となるばかりでなく、運転コストにも影響する。 この問題は、数十アンペアまでの小容量切換器ではさほど問題ではないが、容量が大きくなるほど大きなデメリットとなる。
【０００５】
これに対し、前記の有接点スイッチを用いた切換装置と半導体スイッチを用いた切換装置の各々の特長を生かすべく、有接点スイッチと半導体スイッチの両方を組合せたハイブリッド方式の切換装置が提案されている。
【０００６】
特許文献１のものはその一例であり、図１３に示す。有接点スイッチである双投式電磁接触器６の主接点が常用側交流電源１側に接続されていて、負荷５に常用側交流電源１から給電されている状態では、双投式電磁接触器６の常用側交流電源１側の主接点及び待機側交流電源２の主接点と各々並列に接続されている半導体スイッチ１０及び２０は共にオフの状態にある。
【０００７】
常用側交流電源１から負荷に給電されているこの状態において、負荷への給電を待機側交流電源２からの給電に切り換えたい（計画切換の）場合、外部から切換指令信号が入力されると、まず双投式電磁接触器６の駆動コイルが励磁されて常用側交流電源１側に接続されていた主接点は開極動作を開始する。同時に常用側交流電源１側の半導体スイッチ１０をオンさせる。双投式電磁接触器６の固有の動作時間後には主接点は常用側交流電源１から切り離されて、さらに一定時間（約１０ｍsec.）の後に待機側交流電源２側に接続される。
【０００８】
この双投式電磁接触器６の主接点が常用側交流電源１側にも待機側交流電源２側にも接続されていない時間帯の中間付近で、常用側交流電源１側の半導体スイッチ１０をオフさせて、きわめて短い時間（例えば３μsec.）後に待機側交流電源２側の半導体スイッチ２０をオンさせる。その後、双投式電磁接触器６の主接点が待機側交流電源２側に接続され、さらに所定の時間（双投式電磁接触器６の主接点接続時のチャタリング継続時間より十分長い時間）の後に待機側交流電源２側の半導体スイッチ２０をオフさせる。
【０００９】
しかしながら、この方式は、切換器の入力交流電源として接続されるＵＰＳ等のメンテナンスの際における計画切換の場合には、瞬断時間が数μsec.のほぼ完全な同期無瞬断切換が行われるが、常用側の交流電源の停電など電源異常時の自動切換においては、半導体スイッチを動作させず動作時間が長い双投式電磁接触器のみの切換になるため切換時間が約２０ｍsec.と長くなり得る。
【００１０】
また、常用側交流電源1及び待機側交流電源２共に健全な状態で、かつ両方の電源の位相が一致している条件での手動による計画切換の場合（手動同期無瞬断切換の場合）は、外部から切換指令信号が入力されると、両方の交流電源の電圧位相が双投式電磁接触器６の動作時間後には一致すると計算されるタイミングで、まず、双投式電磁接触器６の駆動コイルが励磁されて常用側交流電源1側に接続されていた主接点が開極動作を開始すると同時に常用側交流電源１側の半導体スイッチ１０をオンさせる。次に双投式電磁接触器６の主接点が常用側交流電源１側から離れて、待機側交流電源２側に接触するまでの短い期間に常用側交流電源１側の半導体スイッチ１０のオフと、その数μsec.後の待機側交流電源２側の半導体スイッチ２０のオンが行われて常用側交流電源１から待機側交流電源２への同期無瞬断切換が行われるが、両方の電源の周波数差や双投式電磁接触器６の動作時間等、指定できない要素のために切換位相がランダムとなり、負荷電流がピークでの切換もあって、サージ発生や負荷側への悪影響の恐れがある。
【００１１】
また、特許文献２のものはハイブリッド方式の他の例であり、図１４に示す。有接点スイッチである電磁接触器３の接点がオンの状態、電磁接触器４の接点がオフの状態、負荷５に接続されている半導体スイッチ（例えばサイリスタの逆並列接続構成）9がオフの状態、さらに上記半導体スイッチ９の他の一端が双投式電磁接触器１５の主接点を介して交流電源２に接続されている状態、即ち負荷５には交流電源１から電磁接触器接点３を通して給電されている状態を示している。常用側の交流電源１に電圧低下などの電源異常が発生すると、電磁接触器３の接点をオフすべく動作させ、接点が開極方向に動いて２系統電源間の絶縁性能が十分に確保できるまでの時間後に、電磁接触器３の接点に流れる電流又は電圧の極性を検出して、半導体スイッチ９を構成する逆並列サイリスタの内、両電源間に横流が流れない方向の一方のサイリスタを点弧する。その後、電磁接触器３の接点に流れる電流がゼロになるのを待ち、さらに所定の確認時間の後に半導体スイッチ９を構成する逆並列接続サイリスタの両方共を点弧する。さらに、両サイリスタの点弧後所定時間を経て電磁接触器４の接点をオンさせる。
【００１２】
しかしながら図１４のこの方式によれば、交流電源１と交流電源２の電圧位相が異なり、半導体スイッチ９を構成する逆並列接続のサイリスタの内の、交流電源１と交流電源２の間に横流が流れない方向の一方のサイリスタを点弧しても、このサイリスタは順方向に電圧が印加されていないのでオンすることができず、結局は電磁接触器３の接点が開極して且つアーク電流が流れなくなって確認時間後に初めて半導体スイッチを構成する逆並列に接続されたサイリスタの両方共が点弧されて交流電源２からの給電が開始されることになり、切換時間としては交流電源１の異常検出時間と電磁接触器３の接点開局時間とその接点のアーク電流継続時間と確認時間の合計となって１０ｍsec.より長くなる。
【００１３】
【特許文献１】特許第３４２０２８１号公報
【特許文献２】特許第３６７６６３８号公報
【特許文献３】特開２００８−４８４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
以上の従来技術を見て来たが、給電側交流電源異常の際に高速（１／４サイクル以内）で待機側交流電源に切換え、定常運用中の電力損失を極力抑制し、交流電源としては商用系統、自家発電機、ＵＰＳと種類を選ばず使用可能で、しかも、いかなる交流電源の異常モードでも両電源間に横流が流れないという高速電源切換装置の条件に合致する方式はいまだ存在していない。
上記のような高速電源切換装置が具備すべき条件を挙げると、以下のようになる。
１． 定常的な給電スイッチは有接点スイッチ（低電力損失）
２． ２系統の給電スイッチの同時オンは絶対にないこと。（横流防止）
３． したがって、有接点スイッチのオフ動作時間がきわめて短いこと。（高速切換）
４． 交流電源異常の検出時間が短いこと（高速切換）
【００１５】
本発明は、前記の課題を解決すべくなされたものであり、定常給電中は有接点スイッチを介して給電を行うことで、発生する電力損失を極力少なくすると共に、電源の異常発生時には高速で異常側電源を切り離して、その後に待機側電源からの給電を開始するようにして切換を確実且つ高速に行うことができる無瞬断電源切換装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１の発明は、２系統の交流電源から選択的に負荷に電力を供給する際に、電力の供給を一方の電源から他方の電源に切換える電源切換装置において、
常用側交流電源と待機側交流電源の２系統の交流電源の切換スイッチである有接点型の双投式電磁接触器と、この双投式電磁接触器のコモン接点と負荷の間に直列に接続された常閉型のソレノイド式電磁接触器とを設け、前記常用側交流電源と負荷との間に、前記双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器と並列に接続された第１の半導体スイッチを設け、また、前記待機側交流電源と負荷との間に、前記双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器と並列に接続された第２の半導体スイッチを設け、前記双投式電磁接触器とソレノイド式電磁接触器との間の線路に異常電圧検出回路を設け、前記双投式電磁接触器、ソレノイド式電磁接触器、第１の半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチの制御を行う制御回路を設け、前記ソレノイド式電磁接触器は、常時は主接点がオン状態にあり、ソレノイド励磁から主接点開極までの時間が約３ｍsec.であり、前記双投式電磁接触器の励磁から常用側交流電源の接点開極までの時間より短いものとし、前記制御回路は、外部切換信号又は前記異常電圧検出回路からの信号を受けて前記双投式電磁接触器を励磁して待機側交流電源への切換動作を開始させると同時に前記ソレノイド式電磁接触器を励磁して主接点の開極動作を開始させ、さらに、前記第１の半導体スイッチをオンさせ、前記ソレノイド式電磁接触器の主接点の開極が約３ｍsec.で完了した後に前記第１の半導体スイッチをオフさせ、数μsec.後に前記第２の半導体スイッチをオンさせて前記待機側交流電源からの負荷給電を開始させ、その後、前記双投式電磁接触器が常用側交流電源から切り離された後に、前記ソレノイド式電磁接触器の励磁を解いて主接点がオン状態に復帰したこと、及び前記双投式電磁接触器が待機側交流電源に切換わったことを確認の後、前記第２の半導体スイッチをオフさせる構成とした、無瞬断電源切換装置とした。また、この装置は待機側交流電源から常用側交流電源への切換も前記と同様に作用する構成であることは勿論である。なお、本書において、前記外部切換信号とは常用側交流電源及び待機側交流電源の両方が健全な場の外部切換信号を意味する。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ソレノイド式電磁接触器は、常時はバネの力で主接点をオンにし、ソレノイドの励磁によりアクチュエータが前記バネの力に抗して引っ張られて主接点がオフする構成とし、前記ソレノイドの励磁は電解コンデンサに充電された電荷の短時間一斉放電による直流励磁方式である無瞬断電源切換装置とした。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記第１の半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチはそれぞれ自己消弧式特性を有する無瞬断電源切換装置とした。
【００１９】
請求項４の発明は、２系統の交流電源から選択的に負荷に電力を供給する際に、電力の供給を一方の電源から他方の電源に切換える電源切換装置において、
常用側交流電源と待機側交流電源の２系統の交流電源の切換スイッチである有接点型の双投式電磁接触器と、この双投式電磁接触器のコモン接点と負荷の間に直列に接続された常閉型のソレノイド式電磁接触器とを設け、前記常用側交流電源と負荷との間に、前記双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器と並列に接続された第１の半導体スイッチを設け、また、前記待機側交流電源と負荷との間に、前記双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器と並列に接続された第２の半導体スイッチを設け、前記双投式電磁接触器とソレノイド式電磁接触器との間の線路に異常電圧検出回路を設け、前記ソレノイド式電磁接触器に並列に自己消弧式特性を有する第３の半導体スイッチを接続して設け、前記双投式電磁接触器、ソレノイド式電磁接触器、第１の半導体スイッチ、第２の半導体スイッチ及び第３の半導体スイッチの制御を行う制御回路を設け、前記ソレノイド式電磁接触器は、常時は主接点がオン状態にあり、ソレノイド励磁から主接点開極までの時間が約３ｍsec.であり、前記双投式電磁接触器の励磁から常用側交流電源の接点開極までの時間より短いものとし、前記制御回路は、外部切換信号又は前記異常電圧検出回路からの信号を受けて前記双投式電磁接触器を励磁して待機側交流電源への切換動作を開始させると同時に前記ソレノイド式電磁接触器を励磁して主接点の開極動作を開始させ、同じく同時に前記第３の半導体スイッチをオンさせ、約３ｍsec.後の前記ソレノイド式電磁接触器の主接点の開極完了後に前記第３の半導体スイッチをオフさせ、数μsec.後に前記第２の半導体スイッチをオンさせて前記待機側交流電源からの負荷給電を開始させ、その後、前記双投式電磁接触器が常用側交流電源から切り離された後に、前記ソレノイド式電磁接触器の励磁を解いて主接点がオン状態に復帰したこと、及び前記双投式電磁接触器が待機側交流電源に切換わったことを確認の後、前記第２の半導体スイッチをオフさせる構成とした、無瞬断電源切換装置とした。また、この装置は待機側交流電源から常用側交流電源への切換も前記と同様に作用する構成であることは勿論である。
【００２０】
請求項５の発明は、２系統の交流電源から選択的に負荷に電力を供給する際に、電力の供給を一方の電源から他方の電源に切換える電源切換装置において、常用側交流電源と待機側交流電源の２系統の交流電源の切換スイッチである有接点型の双投式電磁接触器のコモン接点と負荷とを接続して設け、前記常用側交流電源と双投式電磁接触器との間に直列に接続した第１の常閉型のソレノイド式電磁接触器を設け、また、前記待機側交流電源と双投式電磁接触器との間に直列に接続した第２の常閉型のソレノイド式電磁接触器を設け、前記常用側交流電源と負荷との間に、前記第１のソレノイド式電磁接触器及び双投式電磁接触器と並列に接続された第１の半導体スイッチを設け、また、前記待機側交流電源と負荷との間に、前記第２のソレノイド式電磁接触器及び双投式電磁接触器と並列に接続された第２の半導体スイッチを設け、前記双投式電磁接触器と負荷との間の線路に異常電圧検出回路を設け、前記双投式電磁接触器、第１のソレノイド式電磁接触器、第２のソレノイド式電磁接触器、第１の半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチの制御を行う制御回路を設け、前記第１及び第２のソレノイド式電磁接触器は、常時は主接点がオン状態にあり、ソレノイド励磁から主接点開極までの時間が約３ｍsec.であり、前記双投式電磁接触器の励磁から常用側交流電源の接点開極までの時間より短いものとし、前記制御回路は、外部切換信号又は前記異常電圧検出回路からの信号を受けて前記双投式電磁接触器を励磁して待機側交流電源への切換動作を開始させると同時に前記第１のソレノイド式電磁接触器を励磁して主接点の開極動作を開始させ、さらに、前記第１の半導体スイッチをオンさせ、約３ｍsec.後に前記第１のソレノイド式電磁接触器の主接点の開極が完了した後に前記第１の半導体スイッチをオフさせ、数μsec.後に前記第２の半導体スイッチをオンさせて前記待機側交流電源からの負荷給電を開始させ、その後、前記双投式電磁接触器が常用側交流電源から切り離された後に、前記第１のソレノイド式電磁接触器の励磁を解いて主接点がオン状態に復帰したこと、及び前記双投式電磁接触器が待機側交流電源に切換わったことを確認の後、前記第２の半導体スイッチをオフさせる構成とした無瞬断電源切換装置とした。また、この装置は待機側交流電源から常用側交流電源への切換も前記と同様に作用する構成であることは勿論である。
【００２１】
また、請求項６の発明は、請求項１、２、３及び５のいずれかの発明において、前記制御回路は、常用側交流電源及び待機側交流電源の両方が健全な場合の外部切換信号による切換において、外部切換信号を受けた後、双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器の励磁開始及び第１の半導体スイッチへのオン動作開始を、常用側交流電源及び待機側交流電源の各々の対応する所定の線間（例えばRS間）の電圧波形の立ち上がりゼロクロス点の同期を検知してこれと同時に行い、また、第１の半導体スイッチのオフ動作を、常用側交流電源及び待機側交流電源の各々の対応する所定の線間（例えばRS間）の電圧波形の立ち下がりゼロクロス点の同期、又は負荷電流のゼロクロス点を検知してこれと同時に行う構成とした、無瞬断電源切換装置とした。
【００２２】
また、請求項７の発明は、請求項４の発明において、前記制御回路は、常用側交流電源及び待機側交流電源の両方が健全な場合の外部切換信号による切換において、外部切換信号を受けた後、双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器の励磁開始及び第３の半導体スイッチへのオン動作開始を、常用側交流電源及び待機側交流電源の各々の対応する所定の線間（例えばRS間）の電圧波形の立ち上がりゼロクロス点の同期を検知してこれと同時に行い、また、第３の半導体スイッチのオフ動作を、常用側交流電源及び待機側交流電源の各々の対応する所定の線間（例えばRS間）の電圧波形の立ち下がりゼロクロス点の同期、又は負荷電流のゼロクロス点を検知してこれと同時に行う構成とした、無瞬断電源切換装置とした。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１の発明においては、次の顕著な効果を得ることができる。
外部切換信号又は前記異常電圧検出回路からの切換指令信号により、ソレノイド式電磁接触器を励磁すると、約３ｍsec.後に開極する。この主接点開極後、同じく前記切換指令信号によりオンさせていた第1の半導体スイッチをオフさせ、数μsec.後に第2の半導体スイッチをオンさせて待機側交流電源による給電を開始するので、前記切換指令信号から切換までが３ｍsec.強という高速切換が実現できる。この切換動作では、第1の半導体スイッチがオフするまでは常用側交流電源給電が続き、数μsec.後の第2の半導体スイッチのオン以降は待機側交流電源給電に移るので、２系統の電源が健全な状態での手動による計画切換の場合は、断時間数μsec.の切換ができ、２系統の電源の位相同期を切換条件に加えることで、ほぼ完全な同期無瞬断切換が実現できる。また、常用側電源に停電や電圧低下が発生した自動切換の場合には、異常電圧検出回路による検出時間、１ｍsec.を加えても４ｍsec.強という高速切換が実現できる。さらに、切換時間をゼロ期間と定義づけるとすれば、例えば５０％電圧低下での自働切換の切換時間は数μsec.と言うこともできる。従って、商用周波数５０Hzでも６０Hzでも１／４サイクル以内に電源切換ができ、無瞬断電源切換が可能である。
【００２４】
また、切換の際は、常用側交流電源から負荷への回路をソレノイド式電磁接触器の主接点と第1の半導体スイッチで確実に遮断した後に、待機側交流電源からの給電経路をオンにしているので、２系統の交流電源間の横流が流れることはない。また、短期間の切換期間以外の定常時は、双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器の有接点による給電であるため、通電損失は小さい。
なお、請求項４及び５の発明についても切換時の動作はほぼ同じなので、同様の効果が得られる。
【００２５】
請求項２の発明では、請求項１の効果に加え、ソレノイド式電磁接触器は、常時はバネの力で主接点をオンにし、ソレノイドの励磁によりアクチュエータが前記バネの力に抗して引っ張られて主接点がオフする構成とし、これにより常時は電力が不要で経済的である。
また、交流電源でソレノイドを励磁する方式は、励磁投入時の交流電源の位相が特定できないため、励磁電圧がばらついて、初期の吸引力、ひいては動作時間にばらつきを生じるので、高速開極が必要な用途には適さない。一方、本発明の電解コンデンサに充電された電荷の一斉放電方式によれば、前記交流電源励磁方式の場合のような動作時間のばらつきを解消でき、常に安定した高速動作が得られる。本発明の構造及び励磁方法により、３ｍsec.以内の高速開極時間が得られた。
【００２６】
また、高速動作のためには、１０〜２０ｍsec.の短時間ながら百アンペア程度の励磁電流を流す必要があり、交流電源直接励磁の場合は、切換器としての定格電流に加えて、この励磁電流分を上乗せする必要があるが、本発明の電解コンデンサ放電方式によれば、電解コンデンサの充電に必要なごく小さい電流が一定の時間必要なだけなので、交流電源の容量上乗せも不要となる。
【００２７】
また、請求項１、４及び５の回路構成での常用側交流電源給電から待機側交流電源給電への切換動作において、常用側交流電源の給電経路をできるだけ早く遮断するためには、常閉主接点を持つソレノイド式電磁接触器を励磁して主接点を開極させるが、負荷電流が流れている場合は、主接点の開極だけでなくアーク電流の遮断も必要である。そこで、本発明では、ソレノイド式電磁接触器の励磁と同時に、常用側交流電源と負荷を接続する第１の半導体スイッチをオンさせておいて、ソレノイド式電磁接触器の主接点の開極時のアーク電流を転流させることにより、前記主接点はアーク電流遮断を考慮する必要がなくなるため、オフ時の接点間距離を印加電圧の絶縁を確保できる範囲で最短にすることができ、よりシンプルな構造とすることができるので、より高速動作が実現できる。一方、常用側交流電源の給電経路をできるだけ早く遮断するという命題のためには、ソレノイド式電磁接触器の主接点がオフした後に、オン状態にある前記の第１の半導体スイッチをいち早くオフさせる必要がある。請求項３の発明の如く、第１の半導体スイッチを自己消弧式半導体とすることで簡単にその要件を満たすことができる。なお、第１の半導体スイッチのみならず第２の半導体スイッチも自己消弧特性を有することで、２系統の交流電源のいずれもが常用側交流電源及び待機側交流電源になり得、双方向の切換が可能となる。
【００２８】
また、請求項４の発明は、請求項１の効果に加え、第１の半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチを、自己消弧形の半導体にする必要がなく、自己消弧形半導体より過電流に強いサイリスタを使用することができ、第３の半導体スイッチのみ自己消弧形の半導体を使えばよく、コストが低減する。
【００２９】
また、請求項６及び７の各発明は、前記の請求項の効果に加え、常用側交流電源及び待機側交流電源の両方が健全な場合の計画切換において、常用側交流電源及び待機側交流電源の各々の対応する所定の線間（例えばRS間）の電圧波形のゼロクロス同期点で第１の半導体スイッチ等の切換が行われるため、切換時における配線や負荷のインダクタンスによる電圧サージを最小に抑えることができる。また、特に、この切換のタイミングを負荷電流のゼロクロス点とすると、より高い効果を得られる。また、前記効果は単相電源の場合は特に顕著で、３相電源切換の場合でも１相はゼロクロス点で、他の２相は±１２０度点での切換となり、ピーク点での切換は避けられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明は、２系統の交流電源から選択的に負荷に電力を供給する際に、電力の供給を一方の電源から他方の電源に切換える電源切換え装置において、
常用側交流電源と待機側交流電源の２系統の交流電源の切換スイッチである有接点型の双投式電磁接触器と、この双投式電磁接触器のコモン接点と負荷の間に直列に接続された常閉型のソレノイド式電磁接触器とを設け、前記常用側交流電源と負荷との間に、前記双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器と並列に接続された第１の半導体スイッチを設け、また、前記待機側交流電源と負荷との間に、前記双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器と並列に接続された第２の半導体スイッチを設け、前記双投式電磁接触器とソレノイド式電磁接触器との間の線路に異常電圧検出回路を設け、前記双投式電磁接触器、ソレノイド式電磁接触器、第１の半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチの制御を行う制御回路を設け、前記ソレノイド式電磁接触器は、常時は主接点がオン状態にあり、ソレノイド励磁から主接点開極までの時間が約３ｍsec.であり、前記双投式電磁接触器の励磁から常用側交流電源主接点開極までの時間より短いものとした。
【００３１】
また、前記制御回路は、常用側交流電源及び待機側交流電源の両方が健全な場合の計画切換において、外部切換信号からの信号を受けて、前記双投式電磁接触器を励磁して待機側交流電源への切換動作を開始させると同時に前記ソレノイド式電磁接触器を励磁して主接点の開極動作を開始させ、さらに、前記第１の半導体スイッチをオンさせる動作開始を、常用側交流電源及び待機側交流電源の各々の対応する所定の線間の電圧波形の立ち上がりゼロクロス点の同期を検知してこれと同時に行い、前記ソレノイド式電磁接触器の主接点の開極が完了し、前記双投式電磁接触器が常用側交流電源の接点から離れた後、前記第１の半導体スイッチをオフさせるが、この動作を常用側交流電源及び待機側交流電源の各々の対応する所定の線間の電圧波形の立ち下がりゼロクロス点の同期、又は負荷電流のゼロクロス点を検知してこれと同時に行い、その数μsec.後に前記第２の半導体スイッチをオンさせて前記待機側交流電源からの負荷給電を開始させ、その後、前記双投式電磁接触器が待機側交流電源に切換わった後、前記ソレノイド式電磁接触器の励磁を解いて主接点をオン状態に復帰させて、前記第２の半導体スイッチをオフさせる構成とした。また、前記異常電圧検出回路からの信号を受けた場合は、ゼロクロスパルスの検知はしないが、動作は前記とほぼ同じである。
【００３２】
これにより、停電や電圧低下の場合の異常電圧検出による電源切換や、計画電源切換の際、常用側交流電源から待機側交流電源への電源切換が、停電や電圧低下による負荷への影響がない無瞬断電源切換えが可能である。
【実施例１】
【００３３】
以下、この発明の実施例を図について説明する。
図１はこの発明の概要を示す概略構成図である。
本発明の無瞬断電源切換装置は、常用側交流電源１と待機側交流電源２の切換スイッチである双投式電磁接触器６と、この双投式電磁接触器６のコモン接点と負荷５の間に直列に接続されたソレノイド式電磁接触器３０と、前記常用側交流電源１と負荷５の間に、前記双投式電磁接触器６とソレノイド式電磁接触器３０の直列回路と並列に接続された半導体スイッチ１０と、待機側交流電源２と負荷５の間に前記双投式電磁接触器６とソレノイド式電磁接触器３０の直列回路と並列に接続された半導体スイッチ２０で構成される。
【００３４】
また、前記双投式電磁接触器６とソレノイド式電磁接触器３０との間の線路に異常電圧検出回路４２を設け、また、外部切換信号又は異常電圧検出回路４２からの信号を受けて、前記双投式電磁接触器６、ソレノイド式電磁接触器３０、半導体スイッチ１０及び半導体スイッチ２０の制御を行う制御回路４０が設けられている。
【００３５】
前記常閉型ソレノイド式電磁接触器３０は、ソレノイドが励磁されていない定常時はその主接点が閉の状態にあって、ソレノイドが励磁されている間は主接点が開の状態になる。当該ソレノイド式電磁接触器３０の開極時間を短くするため、構造に後述する工夫を施すことにより、開極時間＝約３ｍsec.という高速開極特性を実現した。
【００３６】
図２は本発明の無瞬断電源切換装置に使用したソレノイド式電磁接触器３０の説明図であり、３５はソレノイド、３６はソレノイド励磁でソレノイドにより後述のバネの力に抗して引き付けられるアクチュエータ、３７はアクチュエータ３６と連動する可動接点、３８は固定接点、３９は可動接点３７を固定接点３８に押し付けるバネである。ソレノイド式電磁接触器３０は常時オン形の電磁接触器とし、常時は、バネ３９により可動接点３７が固定接点３８に押し付けられていて、所定の通電電流特性を確保している。
【００３７】
ソレノイド３６が励磁されたときの接点開極時間をできるだけ速くするために、ソレノイドによるアクチュエータを引き付ける力がより強くなるよう、２組の開極接点間距離が接点間電圧の絶縁を十分に確保できる範囲内で可動接点のストロークＬｓを最小限の距離にしている。
なお、本発明による切換器の切換動作では、ソレノイド式電磁接触器の主接点は開極動作時とオン動作時共に半導体スイッチは並列に接続されてオン状態にあるので、アーク電流遮断を考慮する必要がないこと、及び、この主接点は切換動作期間中の数十ｍsec.のごく短い時間のみオフで、それ以外の定常状態ではオン状態にあること、が開極接点間距離を短くできる要素になっている。
【００３８】
また、ソレノイド励磁は電解コンデンサに充電された電荷の短時間一斉放電による直流励磁方式を採用することにより、投入位相によって開極時間が大きくばらつく交流電源励磁に比して格段に安定した開極時間特性が確保できる。なお、切換スイッチとしての双投式電磁接触器６の瞬時励磁電源についても電解コンデンサ放電方式を採用して動作時間の安定性を確保している。加えて、この電解コンデンサ放電方式によれば、交流励磁方式の場合のように数十アンペア（Ａ）から百アンペア（Ａ）近くの瞬時励磁電流を負荷電流とは別に電源容量に見込む必要がなくなるというメリットもある。
【００３９】
図３は、３相交流電源の異常電圧検出回路４２の公知の一例である。
３相交流電源を変圧器４２ａで絶縁且つ降圧して、整流回路４２ｂで全波整流したリップル電圧波形と直流基準電圧とをコンパレータ４２ｃで比較して、前記全波整流リップル電圧波形が直流基準電圧より低下したときに３相交流電源に停電や電圧低下の異常が発生したと判定する回路である。この検出方法によれば、平滑回路が必要でなく電解コンデンサなど時間遅れ要素は使用しないためきわめて速い検出ができ、実測検出時間は０．５ｍsec.以下である。
【００４０】
図４の（イ）図から（ホ）図は本発明の装置の動作説明図である。
まず、手動による計画切換えの場合について説明する。図（イ）は常用側交流電源１から、双投式電磁接触器６及びソレノイド式電磁接触器３０を介して負荷５に給電されている状態を示す。前記制御回路４０に切換の外部指令があると、前記双投式電磁接触器６を励磁して待機側交流電源への切換動作を開始させる。と同時に前記ソレノイド式電磁接触器３０を励磁して主接点の開極動作を開始させる。さらに、前記第１の半導体スイッチをオンさせる。そして、（ロ）図に示すように、まず、励磁から約３ｍsec.後に前記ソレノイド式電磁接触器３０の主接点の開極が完了する。その際、ソレノイド式電磁接触器３０の主接点が開極する際のアーク電流は、ソレノイド式電磁接触器３０の主接点の給電経路と並列の経路をなし、既にオン状態にある第１の半導体スイッチ１０に転流するので、アークが生ぜず、スムーズに開極できる。
【００４１】
この時点での状態は、(ロ)図のままで、双投式電磁接触器６はまだ常用側交流電源１から離れていないが、ソレノイド式電磁接触器３０の主接点がオフなので、負荷５と２系統の交流電源との有接点での経路は遮断状態にある。この後、双投式電磁接触器６が待機側交流電源２側に切換わってもソレノイド式電磁接触器３０が励磁を解かれ主接点がオンに復帰するまでは有接点経路はオフが継続される。
【００４２】
この時点では、負荷５には常用側交流電源１から第１の半導体スイッチ１０を経て給電されているが、ここで、この第１の半導体スイッチ１０をオフさせ、数μsec.後に第２の半導体スイッチ２０をオンさせれば、常用側故竜電源１からの給電から待機側交流電源２からの給電に切換わる。この半導体スイッチ１０と２０の切換は、ソレノイド式電磁接触器３０の主接点がオフである限りいつでも行うことができるので、ソレノイド式電磁接触器３０の主接点の開極を確認した後でもよいし、２系統の交流電源が健全な状態での計画切換の場合には、２系統の電圧同期あるいは負荷電流のゼロクロス点を切換ポイントとして指定することもできる。また、この半導体スイッチ１０と２０の切換は、時間を追って推移する（ロ）図、（ハ）図及び（ニ）図のいずれの状態でもよく、（ホ）図のように双投式電磁接触器６が待機側交流電源に切換わり、ソレノイド式電磁接触器３０が励磁を解かれて主接点がオン状態に復帰して、有接点経路での待機側交流電源２から負荷５への給電が開始された後に第２の半導体スイッチ２０をオフさせる。以上の動作はいずれも、常用側交流電源１の給電から待機側交流電源２の給電への切換であるが、待機側から常用側への切換においても同じ動作となる。
【００４３】
また、常用側交流電源１に停電等の電圧低下等の異常が発生した場合、図１の異常電圧検出回路４２がこれを検知し、前記制御回路４０を経て、双投式電磁接触器６及びソレノイド式電磁接触器３０の励磁コイルを励磁し、また、第１の半導体スイッチ１０をオンにする。その後、ソレノイド式電磁接触器３０の主接点が完全に開極し、第１の半導体スイッチ単独での負荷５への給電状態になるが、常用側交流電源には停電或いは電圧低下が発生しているので、健全な待機側交流電源２による給電にできるだけ早く切換える必要があるため、ソレノイド式電磁接触器３０の主接点が完全に開極した直後に第１の半導体スイッチ１０をオフさせ、数μsec.後に第２の半導体スイッチ２０をオンさせて待機側交流電源２から第２の半導体スイッチ２０経由の給電に切換える。その後は計画切換の場合と同様に、図４の（ホ）図のように双投式電磁接触器６が待機側交流電源２に切換わり、ソレノイド式電磁接触器３０が励磁を解かれて主接点がオン状態に復帰して、有接点経路での待機側交流電源２から負荷５への給電が開始された後に、第２の半導体スイッチ２０をオフさせる。
【００４４】
また、図５は常用側交流電源１から待機側交流電源２の両方が健全な場合の、需要側交流電源１から待機側交流電源２への手動切換えの各部のタイムチャートである。外部指令信号による切換において、外部切換信号を受けた後、双投式電磁接触器６及びソレノイド式電磁接触器３０の励磁開始、及び第１の半導体スイッチ１０のオン動作開始を、常用側交流電源１及び待機側交流電源２の各々の対応する所定の線間（例えばRS間）の電圧波形の立ち上がりゼロクロス点の同期を検知してこれと同時に行い、また、上記第１の半導体スイッチ１０のオフ動作を、ソレノイド式電磁接触器３０の主接点開極直後の常用側交流電源１及び待機側交流電源２の各々の対応する所定の線間（例えばRS間）の電圧波形の立ち下がりゼロクロス点の同期を検知してこれと同時に行う。この図において、常用側交流電源１側の半導体スイッチ１０がオフになった後、待機側交流電源２側の半導体スイッチ２０がオンになるまでの時間は、数μsec.である。
【００４５】
これらのゼロクロス点での切換を可能にしたのは、本発明においてソレノイド式電磁接触器を採用したからである。
前記交流電源の電圧波形のゼロクロス点から次のゼロクロス点までは、商用周波数５０Hzでは１０ｍsec.、６０Hzでは８．３ｍsec.である。ソレノイド式電磁接触器３０は、前述のように、外部切換信号又は前記異常電圧検出回路からの信号を受けると約３ｍsec.以内に開極するが、再度接点がオンするのに２０〜３０ｍsec.かかる。従って、この間双投式電磁接触器６及びソレノイド式電磁接触器３０のラインはオフすることとなり、この間に前記交流電源の電圧波形のゼロクロス点が２回来るため、次のゼロクロス点で第1の半導体スイッチ１０のオフ切換が可能となる。一方、双投式電磁接触器６では、励磁して常用側交流電源１の接点が開極するのに１０ｍsec.近くかかり、接点が開いてから切換先の接点がオンするのに１０ｍsec.以下であるので、次のゼロクロス点で第1の半導体スイッチ１０のオフ切換の前に双投式電磁接触器６が切換先の接点にオンすることとなり、二つのゼロクロス点の間で第1の半導体スイッチ１０のオン切換及び第1の半導体スイッチ１０のオフ切換ができない。このように前記ソレノイド式電磁接触器３０の主接点の開極状態を利用して交流電源の二つのゼロクロス点で切換を行うことができる。
【００４６】
また、図６は、異常電圧検出時の常用側交流電源１から待機側交流電源２への自動切換えの各部のタイムチャートである。この場合は、常用側交流電源１が停電又は電圧低下等の異常なので、同期等の条件を待つ余裕はないため、異常電圧圧検出により双投式電磁接触器６及びソレノイド式電磁接触器３０の励磁コイルを励磁し、また、第１の半導体スイッチ１０をオンにする。その後、３ｍsec.以内でソレノイド式電磁接触器３０の主接点が完全に開極した直後に第１の半導体スイッチ１０をオフさせ、数μsec.後に第２の半導体スイッチ２０をオンさせて待機側交流電源２から第２の半導体スイッチ２０経由の給電に切換える。常用側交流電源１の異常発生から、健全な待機側交流電源２から第２の半導体スイッチ２０経由による給電までの時間は４ｍsec.強以下である。
【実施例２】
【００４７】
図７は本発明の実施例２を示し、常用側交流電源１と待機側交流電源２の２系統の交流電源の切換スイッチである有接点型の双投式電磁接触器６のコモン接点と負荷５とを接続して設け、前記常用側交流電源１と双投式電磁接触器６との間に直列に接続した第１の常閉型のソレノイド式電磁接触器３１を設け、また、前記待機側交流電源２と双投式電磁接触器６との間に直列に接続した第２の常閉型のソレノイド式電磁接触器３２を設け、前記常用側交流電源１と負荷５との間に、前記第１のソレノイド式電磁接触器３１及び双投式電磁接触器６と並列に接続された第１の半導体スイッチ１０を設け、また、前記待機側交流電源２と負荷５との間に、前記第２のソレノイド式電磁接触器３２及び双投式電磁接触器６と並列に接続された第２の半導体スイッチ２０を設け、前記双投式電磁接触器６と負荷５との間の線路に異常電圧検出回路（図示省略）を設け、前記双投式電磁接触器６、第１のソレノイド式電磁接触器３１、第２のソレノイド式電磁接触器３２、第１の半導体スイッチ１０及び第２の半導体スイッチ２０の制御を行う制御回路（図示省略）を設けている。
【００４８】
前記第１及び第２のソレノイド式電磁接触器３１、３２は、常時は主接点がオン状態にあり、ソレノイド励磁から主接点開極までの時間が約３ｍsec.であり、前記双投式電磁接触器６の励磁から常用側交流電源１の接点開極までの時間より短いものとし、前記制御回路は、外部切換信号又は前記異常電圧検出回路からの信号を受けて前記双投式電磁接触器６を励磁して待機側交流電源への切換動作を開始させると同時に前記第１のソレノイド式電磁接触器３１を励磁して主接点の開極動作を開始させ、さらに、前記第１の半導体スイッチ１０をオンさせ、前記第１のソレノイド式電磁接触器３１の主接点の開極が完了した後に前記第１の半導体スイッチ１０をオフさせ、数μsec.後に前記第２の半導体スイッチ２０をオンさせて前記待機側交流電源２からの負荷給電を開始させ、その後、前記双投式電磁接触器６が常用側交流電源１から切り離された後に、前記第１のソレノイド式電磁接触器３１の励磁を解いて主接点がオン状態に復帰したこと、及び前記双投式電磁接触器６が待機側交流電源２に切換わったことを確認後に、前記第２の半導体スイッチ２０をオフさせる構成とした。また、待機側交流電源２から負荷５に給電されている状態の常用側交流電源１への切換の場合は、前記動作において、第2のソレノイド式電磁接触器３２を励磁して主接点の開極をする。
【実施例３】
【００４９】
また、図８は、本発明の実施例３を示す。この実施例３は前記実施例１とほぼ同じ構成であり、ソレノイド式電磁接触器３０に並列に第３の半導体スイッチ５０を接続し、当該第３の半導体スイッチ５０は自己消弧形のものとし、第１の半導体スイッチ７及び第２の半導体スイッチ８を自己消弧形でない半導体であるサイリスタとした。これにより、過電流に強く、また、コストダウンが図れる。
【００５０】
この場合、外部切換信号又は前記異常電圧検出回路からの信号を受けて前記双投式電磁接触器６を励磁して待機側交流電源２への切換動作を開始させると同時に前記ソレノイド式電磁接触器３０を励磁して主接点の開極動作を開始させ、同じく同時に前記第３の半導体スイッチ５０をオンさせ、前記ソレノイド式電磁接触器３０の主接点の開極が完了直後に前記第３の半導体スイッチ５０をオフさせ、数μsec.後に前記第２の半導体スイッチ８をオンさせて前記待機側交流電源２からの負荷給電を開始させ、その後、前記双投式電磁接触器６が常用側交流電源１から切り離された後に、前記ソレノイド式電磁接触器３０の励磁を解いて主接点がオン状態に復帰したこと、及び前記双投式電磁接触器６が待機側交流電源２に切換わったことを確認の後に、前記第２の半導体スイッチ８をオフさせる構成とした。また、待機側交流電源２から負荷５に給電されている状態の常用側交流電源１への切換の場合は、前記動作において、第3の半導体スイッチ５０をオフさせ、数μsec.後に前記第１の半導体スイッチ７をオンさせて前記待機側交流電源２からの負荷給電を開始させる。
【００５１】
次に、図９は本発明の応用例を示し、常用側交流電源１と待機側交流電源２の切換スイッチである双投式電磁接触器６と、この双投式電磁接触器６のコモン接点と負荷５の間に直列に接続されたソレノイド式電磁接触器３０を設け、このソレノイド式電磁接触器３０に並列に第３の半導体スイッチ５０を接続し、常用側交流電源１と待機側交流電源２の切換スイッチである双投式電磁接触器１５を、前記双投式電磁接触器６及びソレノイド式電磁接触器３０と並列に設け、前記双投式電磁接触器１５と負荷５との間に直列に第４の半導体スイッチ９を設けたもので、常時、双投式電磁接触器６は常用側交流電源１の接点に、また、双投式電磁接触器１５は待機側交流電源２の接点に接続されている。これにより、第４の半導体スイッチ９を一回路にし、コスト低減を図るものである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施例１の装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施例１の装置に使用するソレノイド式電磁接触器の構成側面図である。（イ）図は主接点が閉の状態を示し、（ロ）図は主接点が開の状態を示す。
【図３】本発明の実施例１の装置に使用する、３相交流電源の異常電圧検出回路の構成図である。
【図４】（イ） 図から（ホ）図は、本発明の実施例の装置の概略動作説明図である。
【図５】本発明の実施例１の交流電源１から交流電源２への手動切換のタイムチャート図である。
【図６】本発明の実施例１の交流電源１から交流電源２への自動切換のタイムチャート図である。
【図７】本発明の実施例２の装置の概略構成図である。
【図８】本発明の実施例３の装置の概略構成図である。
【図９】本発明の応用例の装置の概略構成図である。
【図１０】従来の交流電源切換装置の概略構成図である。
【図１１】従来他の交流電源切換装置の概略構成図である。
【図１２】従来のさらに他の交流電源切換装置の概略構成図である。
【図１３】特許文献１の交流電源切換装置の概略構成図である。
【図１４】特許文献２の交流電源切換装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 常用側交流電源 ２ 待機側交流電源
３ 有接点スイッチ ４ 有接点スイッチ
５ 負荷 ６ 双投式電磁接触器
７ 切換スイッチ ８ 切換スイッチ
９ 半導体スイッチ １０ 半導体スイッチ
１５ 双投式電磁接触器 ２０ 半導体スイッチ
３０ ソレノイド式電磁接触器 ３１ ソレノイド式電磁接触器
３２ ソレノイド式電磁接触器 ３５ ソレノイド
３６ アクチュエータ ３７ 可動接点
３８ 固定接点 ３９ バネ
４０ 制御回路 ４２ 異常電圧検出回路
４２a 変圧器 ４２b 整流回路
４２c コンパレータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２系統の交流電源から選択的に負荷に電力を供給する際に、電力の供給を一方の電源から他方の電源に切換える電源切換装置において、
常用側交流電源と待機側交流電源の２系統の交流電源の切換スイッチである有接点型の双投式電磁接触器と、この双投式電磁接触器のコモン接点と負荷の間に直列に接続された常閉型のソレノイド式電磁接触器とを設け、
前記常用側交流電源と負荷との間に、前記双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器と並列に接続された第１の半導体スイッチを設け、
また、前記待機側交流電源と負荷との間に、前記双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器と並列に接続された第２の半導体スイッチを設け、
前記双投式電磁接触器とソレノイド式電磁接触器との間の線路に異常電圧検出回路を設け、
前記双投式電磁接触器、ソレノイド式電磁接触器、第１の半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチの制御を行う制御回路を設け、
前記ソレノイド式電磁接触器は、常時は主接点がオン状態にあり、ソレノイド励磁から主接点開極までの時間が前記双投式電磁接触器の励磁から主接点開極までの時間より短いものとし、
前記制御回路は、外部切換信号又は前記異常電圧検出回路からの信号を受けて前記双投式電磁接触器を励磁して待機側交流電源への切換動作を開始させると同時に前記ソレノイド式電磁接触器を励磁して主接点の開極動作を開始させ、さらに、前記第１の半導体スイッチをオンさせ、前記ソレノイド式電磁接触器の主接点の開極が完了した後に前記第１の半導体スイッチをオフさせ、直後に前記第２の半導体スイッチをオンさせて前記待機側交流電源からの負荷給電を開始させ、その後、前記双投式電磁接触器が常用側交流電源から切り離された後に、前記ソレノイド式電磁接触器の励磁を解いて主接点がオン状態に復帰したこと、及び前記双投式電磁接触器が待機側交流電源に切換わったことを確認の後、前記第２の半導体スイッチをオフさせる構成としたことを特徴とする、無瞬断電源切換装置。
【請求項２】
前記ソレノイド式電磁接触器は、常時はバネの力で主接点をオンにし、ソレノイドの励磁によりアクチュエータが前記バネの力に抗して引っ張られて主接点がオフする構成とし、前記ソレノイドの励磁は電解コンデンサに充電された電荷の短時間一斉放電による直流励磁方式としたことを特徴とする、請求項１に記載の無瞬断電源切換装置。
【請求項３】
前記第１の半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチはそれぞれ自己消弧式特性を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の無瞬断電源切換装置。
【請求項４】
２系統の交流電源から選択的に負荷に電力を供給する際に、電力の供給を一方の電源から他方の電源に切換える電源切換装置において、
常用側交流電源と待機側交流電源の２系統の交流電源の切換スイッチである有接点型の双投式電磁接触器と、この双投式電磁接触器のコモン接点と負荷の間に直列に接続された常閉型のソレノイド式電磁接触器とを設け、
前記常用側交流電源と負荷との間に、前記双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器と並列に接続された第１の半導体スイッチを設け、
また、前記待機側交流電源と負荷との間に、前記双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器と並列に接続された第２の半導体スイッチを設け、
前記双投式電磁接触器とソレノイド式電磁接触器との間の線路に異常電圧検出回路を設け、
前記ソレノイド式電磁接触器に並列に自己消弧式特性を有する第３の半導体スイッチを接続して設け、
前記双投式電磁接触器、ソレノイド式電磁接触器、第１の半導体スイッチ、第2の半導体スイッチ及び第３の半導体スイッチの制御を行う制御回路を設け、
前記ソレノイド式電磁接触器は、常時は主接点がオン状態にあり、ソレノイド励磁から主接点開極までの時間が前記双投式電磁接触器の励磁から主接点開極までの時間より短いものとし、
前記制御回路は、外部切換信号又は前記異常電圧検出回路からの信号を受けて前記双投式電磁接触器を励磁して待機側交流電源への切換動作を開始させると同時に前記ソレノイド式電磁接触器を励磁して主接点の開極動作を開始させ、同じく同時に前記第３の半導体スイッチをオンさせ、さらに、前記ソレノイド式電磁接触器の主接点の開極が完了後に前記第３の半導体スイッチをオフさせ、直後に前記第２の半導体スイッチをオンさせて前記待機側交流電源からの負荷給電を開始させ、その後、前記双投式電磁接触器が常用側交流電源から切り離された後に、前記ソレノイド式電磁接触器の励磁を解いて主接点がオン状態に復帰したこと、及び前記双投式電磁接触器が待機側交流電源に切換わったことを確認の後、前記第２の半導体スイッチをオフさせる構成としたことを特徴とする、無瞬断電源切換装置。
【請求項５】
２系統の交流電源から選択的に負荷に電力を供給する際に、電力の供給を一方の電源から他方の電源に切換える電源切換装置において、
常用側交流電源と待機側交流電源の２系統の交流電源の切換スイッチである有接点型の双投式電磁接触器のコモン接点と負荷とを接続して設け、
前記常用側交流電源と双投式電磁接触器との間に直列に接続した第１の常閉型のソレノイド式電磁接触器を設け、また、前記待機側交流電源と双投式電磁接触器との間に直列に接続した第２の常閉型のソレノイド式電磁接触器を設け、
前記常用側交流電源と負荷との間に、前記第１のソレノイド式電磁接触器及び双投式電磁接触器と並列に接続された第１の半導体スイッチを設け、
また、前記待機側交流電源と負荷との間に、前記第２のソレノイド式電磁接触器及び双投式電磁接触器と並列に接続された第２の半導体スイッチを設け、
前記双投式電磁接触器と負荷との間の線路に異常電圧検出回路を設け、
前記双投式電磁接触器、第１のソレノイド式電磁接触器、第２のソレノイド式電磁接触器、第１の半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチの制御を行う制御回路を設け、
前記第１及び第２のソレノイド式電磁接触器は、常時は主接点がオン状態にあり、ソレノイド励磁から主接点開極までの時間が前記双投式電磁接触器の励磁から主接点開極までの時間より短いものとし、
前記制御回路は、外部切換信号又は前記異常電圧検出回路からの信号を受けて前記双投式電磁接触器を励磁して待機側交流電源への切換動作を開始させると同時に前記第１のソレノイド式電磁接触器を励磁して主接点の開極動作を開始させ、さらに、前記第１の半導体スイッチをオンさせ、前記第１のソレノイド式電磁接触器の主接点の開極が完了した後に前記第１の半導体スイッチをオフさせ、直後に前記第２の半導体スイッチをオンさせて前記待機側交流電源からの負荷給電を開始させ、その後、前記双投式電磁接触器が常用側交流電源から切り離された後に、前記第１のソレノイド式電磁接触器の励磁を解いて主接点がオン状態に復帰したこと、及び前記双投式電磁接触器が待機側交流電源に切換わったことを確認の後、前記第２の半導体スイッチをオフさせる構成としたことを特徴とする、無瞬断電源切換装置。
【請求項６】
前記制御回路は、外部切換信号を受けた後、双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器の励磁開始及び第１の半導体スイッチへのオン動作開始を、常用側交流電源及び待機側交流電源の各々の対応する所定の線間の電圧波形の立ち上がりゼロクロス点の同期を検知してこれと同時に行い、また、第１の半導体スイッチのオフ動作を、ソレノイド式電磁接触器の主接点の開極直後の常用側交流電源及び待機側交流電源の各々の対応する線間の電圧波形の立ち下がりゼロクロス点の同期、又は負荷電流のゼロクロス点を検知してこれと同時に行う構成としたことを特徴とする、請求項１、２、３及び５のいずれかに記載の無瞬断電源切換装置。
【請求項７】
前記制御回路は、外部切換信号を受けた後、双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器の励磁開始及び第３の半導体スイッチへのオン動作開始を、常用側交流電源及び待機側交流電源の各々の対応する所定の線間の電圧波形の立ち上がりゼロクロス点の同期を検知してこれと同時に行い、また、第３の半導体スイッチのオフ動作を、ソレノイド式電磁接触器の主接点の開極直後の常用側交流電源及び待機側交流電源の各々の対応する線間の電圧波形の立ち下がりゼロクロス点の同期、又は負荷電流のゼロクロス点を検知してこれと同時に行う構成としたことを特徴とする、請求項４に記載の無瞬断電源切換装置。
【請求項１】
２系統の交流電源から選択的に負荷に電力を供給する際に、電力の供給を一方の電源から他方の電源に切換える電源切換装置において、
常用側交流電源と待機側交流電源の２系統の交流電源の切換スイッチである有接点型の双投式電磁接触器と、この双投式電磁接触器のコモン接点と負荷の間に直列に接続された常閉型のソレノイド式電磁接触器とを設け、
前記常用側交流電源と負荷との間に、前記双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器と並列に接続された第１の半導体スイッチを設け、
また、前記待機側交流電源と負荷との間に、前記双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器と並列に接続された第２の半導体スイッチを設け、
前記双投式電磁接触器とソレノイド式電磁接触器との間の線路に異常電圧検出回路を設け、
前記双投式電磁接触器、ソレノイド式電磁接触器、第１の半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチの制御を行う制御回路を設け、
前記ソレノイド式電磁接触器は、常時は主接点がオン状態にあり、ソレノイド励磁から主接点開極までの時間が前記双投式電磁接触器の励磁から主接点開極までの時間より短いものとし、
前記制御回路は、外部切換信号又は前記異常電圧検出回路からの信号を受けて前記双投式電磁接触器を励磁して待機側交流電源への切換動作を開始させると同時に前記ソレノイド式電磁接触器を励磁して主接点の開極動作を開始させ、さらに、前記第１の半導体スイッチをオンさせ、前記ソレノイド式電磁接触器の主接点の開極が完了した後に前記第１の半導体スイッチをオフさせ、直後に前記第２の半導体スイッチをオンさせて前記待機側交流電源からの負荷給電を開始させ、その後、前記双投式電磁接触器が常用側交流電源から切り離された後に、前記ソレノイド式電磁接触器の励磁を解いて主接点がオン状態に復帰したこと、及び前記双投式電磁接触器が待機側交流電源に切換わったことを確認の後、前記第２の半導体スイッチをオフさせる構成としたことを特徴とする、無瞬断電源切換装置。
【請求項２】
前記ソレノイド式電磁接触器は、常時はバネの力で主接点をオンにし、ソレノイドの励磁によりアクチュエータが前記バネの力に抗して引っ張られて主接点がオフする構成とし、前記ソレノイドの励磁は電解コンデンサに充電された電荷の短時間一斉放電による直流励磁方式としたことを特徴とする、請求項１に記載の無瞬断電源切換装置。
【請求項３】
前記第１の半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチはそれぞれ自己消弧式特性を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の無瞬断電源切換装置。
【請求項４】
２系統の交流電源から選択的に負荷に電力を供給する際に、電力の供給を一方の電源から他方の電源に切換える電源切換装置において、
常用側交流電源と待機側交流電源の２系統の交流電源の切換スイッチである有接点型の双投式電磁接触器と、この双投式電磁接触器のコモン接点と負荷の間に直列に接続された常閉型のソレノイド式電磁接触器とを設け、
前記常用側交流電源と負荷との間に、前記双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器と並列に接続された第１の半導体スイッチを設け、
また、前記待機側交流電源と負荷との間に、前記双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器と並列に接続された第２の半導体スイッチを設け、
前記双投式電磁接触器とソレノイド式電磁接触器との間の線路に異常電圧検出回路を設け、
前記ソレノイド式電磁接触器に並列に自己消弧式特性を有する第３の半導体スイッチを接続して設け、
前記双投式電磁接触器、ソレノイド式電磁接触器、第１の半導体スイッチ、第2の半導体スイッチ及び第３の半導体スイッチの制御を行う制御回路を設け、
前記ソレノイド式電磁接触器は、常時は主接点がオン状態にあり、ソレノイド励磁から主接点開極までの時間が前記双投式電磁接触器の励磁から主接点開極までの時間より短いものとし、
前記制御回路は、外部切換信号又は前記異常電圧検出回路からの信号を受けて前記双投式電磁接触器を励磁して待機側交流電源への切換動作を開始させると同時に前記ソレノイド式電磁接触器を励磁して主接点の開極動作を開始させ、同じく同時に前記第３の半導体スイッチをオンさせ、さらに、前記ソレノイド式電磁接触器の主接点の開極が完了後に前記第３の半導体スイッチをオフさせ、直後に前記第２の半導体スイッチをオンさせて前記待機側交流電源からの負荷給電を開始させ、その後、前記双投式電磁接触器が常用側交流電源から切り離された後に、前記ソレノイド式電磁接触器の励磁を解いて主接点がオン状態に復帰したこと、及び前記双投式電磁接触器が待機側交流電源に切換わったことを確認の後、前記第２の半導体スイッチをオフさせる構成としたことを特徴とする、無瞬断電源切換装置。
【請求項５】
２系統の交流電源から選択的に負荷に電力を供給する際に、電力の供給を一方の電源から他方の電源に切換える電源切換装置において、
常用側交流電源と待機側交流電源の２系統の交流電源の切換スイッチである有接点型の双投式電磁接触器のコモン接点と負荷とを接続して設け、
前記常用側交流電源と双投式電磁接触器との間に直列に接続した第１の常閉型のソレノイド式電磁接触器を設け、また、前記待機側交流電源と双投式電磁接触器との間に直列に接続した第２の常閉型のソレノイド式電磁接触器を設け、
前記常用側交流電源と負荷との間に、前記第１のソレノイド式電磁接触器及び双投式電磁接触器と並列に接続された第１の半導体スイッチを設け、
また、前記待機側交流電源と負荷との間に、前記第２のソレノイド式電磁接触器及び双投式電磁接触器と並列に接続された第２の半導体スイッチを設け、
前記双投式電磁接触器と負荷との間の線路に異常電圧検出回路を設け、
前記双投式電磁接触器、第１のソレノイド式電磁接触器、第２のソレノイド式電磁接触器、第１の半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチの制御を行う制御回路を設け、
前記第１及び第２のソレノイド式電磁接触器は、常時は主接点がオン状態にあり、ソレノイド励磁から主接点開極までの時間が前記双投式電磁接触器の励磁から主接点開極までの時間より短いものとし、
前記制御回路は、外部切換信号又は前記異常電圧検出回路からの信号を受けて前記双投式電磁接触器を励磁して待機側交流電源への切換動作を開始させると同時に前記第１のソレノイド式電磁接触器を励磁して主接点の開極動作を開始させ、さらに、前記第１の半導体スイッチをオンさせ、前記第１のソレノイド式電磁接触器の主接点の開極が完了した後に前記第１の半導体スイッチをオフさせ、直後に前記第２の半導体スイッチをオンさせて前記待機側交流電源からの負荷給電を開始させ、その後、前記双投式電磁接触器が常用側交流電源から切り離された後に、前記第１のソレノイド式電磁接触器の励磁を解いて主接点がオン状態に復帰したこと、及び前記双投式電磁接触器が待機側交流電源に切換わったことを確認の後、前記第２の半導体スイッチをオフさせる構成としたことを特徴とする、無瞬断電源切換装置。
【請求項６】
前記制御回路は、外部切換信号を受けた後、双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器の励磁開始及び第１の半導体スイッチへのオン動作開始を、常用側交流電源及び待機側交流電源の各々の対応する所定の線間の電圧波形の立ち上がりゼロクロス点の同期を検知してこれと同時に行い、また、第１の半導体スイッチのオフ動作を、ソレノイド式電磁接触器の主接点の開極直後の常用側交流電源及び待機側交流電源の各々の対応する線間の電圧波形の立ち下がりゼロクロス点の同期、又は負荷電流のゼロクロス点を検知してこれと同時に行う構成としたことを特徴とする、請求項１、２、３及び５のいずれかに記載の無瞬断電源切換装置。
【請求項７】
前記制御回路は、外部切換信号を受けた後、双投式電磁接触器及びソレノイド式電磁接触器の励磁開始及び第３の半導体スイッチへのオン動作開始を、常用側交流電源及び待機側交流電源の各々の対応する所定の線間の電圧波形の立ち上がりゼロクロス点の同期を検知してこれと同時に行い、また、第３の半導体スイッチのオフ動作を、ソレノイド式電磁接触器の主接点の開極直後の常用側交流電源及び待機側交流電源の各々の対応する線間の電圧波形の立ち下がりゼロクロス点の同期、又は負荷電流のゼロクロス点を検知してこれと同時に行う構成としたことを特徴とする、請求項４に記載の無瞬断電源切換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−５１０９８（Ｐ２０１０−５１０９８Ａ）
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１３３２８（Ｐ２００８−２１３３２８）
【出願日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【出願人】（０００１４１０６０）株式会社関電工 (115)
【出願人】（５９１１１９８２０）株式会社高田製作所 (1)
【出願人】（５０９１４７８２４）株式会社アット東京 (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【出願人】（０００１４１０６０）株式会社関電工 (115)
【出願人】（５９１１１９８２０）株式会社高田製作所 (1)
【出願人】（５０９１４７８２４）株式会社アット東京 (5)
【Ｆターム（参考）】
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