(57)【要約】      （修正有）【課題】回路ブレーカ用電子トリップユニットを提供する。【解決手段】回路ブレーカ用電子トリップユニット１００は、各々が定格プラグ１１０用の指定の定格電流を示すように構成され、当該電子トリップユニット１００用の定格電流を選択的に供給する複数のスイッチを備える当該定格プラグ１１０と、電力上昇すると当該定格プラグ１１０から選択された定格電流の値を受け、これを読み取る処理ユニット１４０と、複数の利得回路１２２を備える利得制御ユニット１２０とを有する。各々の当該利得回路１２２は、当該電子トリップユニット１００の入力電流の利得を制御するために、選択された定格電流に基づいて当該処理ユニット１４０が設定する複数の利得スイッチを備える。【選択図】図１
2009259810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路ブレーカ用電子トリップユニット（１００）であって、前記トリップユニット（１００）は、
各々が定格プラグ（１１０）用の指定の定格電流を示すように構成され、前記電子トリップユニット（１００）用の定格電流を選択的に供給する複数のスイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６、ＳＷ７、ＳＷ８）を備える前記定格プラグ（１１０）と、
電力上昇すると前記定格プラグ（１１０）から選択された定格電流の値を受け、これを読み取る処理ユニット（１４０）と、
複数の利得回路（１２２）を備える利得制御ユニット（１２０）とを備え、前記利得回路（１２２）の各々は、前記電子トリップユニット（１００）の入力電流の利得を制御するために、前記選択された定格電流に基づいて前記処理ユニット（１４０）が設定する複数の利得スイッチ（１２４）を備える電子トリップユニット（１００）。
【請求項２】
前記処理ユニットは、
前記利得制御ユニット（１２０）から出力信号を受信し、前記入力電流をアナログ信号からディジタル信号へと変換するアナログ／ディジタルコンバータ（１３０）を備える、請求項１に記載の電子トリップユニット（１００）。
【請求項３】
前記処理ユニット（１４０）は、前記回路ブレーカを流れる電流および／または電圧が所定の閾値を超えるとトリップ信号を供給する、請求項１又は２に記載の電子トリップユニット（１００）。
【請求項４】
前記複数の利得回路（１２２）は、前記回路ブレーカの各位相用の複数の利得回路（１２２）を備える、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子トリップユニット（１００）。
【請求項５】
各利得回路（１２２）用の前記複数の利得スイッチ（１２４）は、前記トリップユニット（１００）の入力電流の利得を制御するために、前記処理ユニット（１４０）によって有効、無効にされるように構成される、請求項４に記載の電子トリップユニット（１００）。
【請求項６】
前記各利得回路（１２２）は、
前記選択された定格電流に基づいて、前記処理ユニット（１４０）によって制御される利得を有する演算増幅器（１２６）をさらに備える、請求項５に記載の電子トリップユニット（１００）。
【請求項７】
前記処理ユニット（１４０）は、前記電子トリップユニット（１００）の入力電流の利得を設定する前記利得回路（１２２）の前記利得スイッチ（１２４）を選択的に有効、無効にする、請求項５に記載の電子トリップユニット（１００）。
【請求項８】
前記回路ブレーカの保護定格は、前記処理ユニット（１４０）によって読み取られた前記定格プラグ（１１０）の指定の定格電流に基づいて設定される、請求項７に記載の電子トリップユニット（１００）。
【請求項９】
前記処理ユニット（１４０）は、前記利得スイッチ（１２４）を対応する所望の保護定格に適切に設定するため、前記選択された定格電流に基づいて制御信号（１２８）を前記利得スイッチ（１２４）のそれぞれに供給することによって、前記複数の利得スイッチ（１２４）のうちいずれの利得スイッチ（１２４）を有効にし、無効にするかを決定する、請求項８に記載の電子トリップユニット（１００）。
【請求項１０】
前記所望の保護定格に対応するディレーティングされた信号が前記演算増幅器（１２６）から出力され、かつ前記処理ユニット（１４０）に再供給され、それにより前記入力電流の利得を制御する、請求項９に記載の電子トリップユニット（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回路ブレーカトリップユニットに関する。より詳細には、本発明はマイクロプロセッサ制御回路ブレーカトリップユニットの電流利得制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、マイクロプロセッサ制御回路ブレーカトリップユニットは、故障電流状態で回路ブレーカを自動的に作動する。回路ブレーカトリップユニットは、電流を測定し、ケーブル、モータおよび負荷の加熱をシミュレートすることによってケーブル、モータおよびその他の負荷を保護する。トリップユニット用の電流検出システムは、各位相および、それが用いられる場合はニュートラル接続部で電流センサを使用する。マイクロプロセッサ制御トリップユニットはトリップして電気回路を開き、ある特定の場合には電流の流れを遮断する。トリップユニットは電流センサ、位相増幅器およびＡ／Ｄコンバータを介して回路ブレーカまたはモータ過負荷継電器を流れる電流を記録する。電流センサはトリップユニットへの給電も行う。既存のトリップユニットは、電力上昇動作中にトリップユニットのマイクロプロセッサによって読み取られた定格値を有する、電子回路内の個々の相で許容される最大連続電流である定格電流（すなわち利得）を設定する所定の抵抗値を含む、１組の抵抗器を有する定格プラグを使用する。回路ブレーカは、電流が指定の保護定格（すなわち、例えば長期、短期または瞬間保護定格）以下に留まる限りは閉状態に留まる。回路ブレーカは、所望の種類の電気回路保護を行うように構成されている。従って、保護定格の修正は極めて重要であり、適切に処理されるべきである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のマイクロプロセッサ制御回路ブレーカトリップユニットには欠点がある。１つは、既存の定格プラグを使用することにより付加的な構造が必要であり、利得回路に関連する高インピーダンスの信頼性の懸念があることである。もう１つは、既存のトリップユニットではノイズと量子化誤差が問題になることである。量子化誤差は、アナログ値が各々のＡ／Ｄ値の増分値に近いディジタル値を取る場合に、低信号レベルの近くで発生する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の例示的実施形態は、回路ブレーカの電子トリップユニットを提供する。電子トリップユニットは、各々が定格プラグ用の指定の定格電流を示すように構成され、電子トリップユニット用の定格電流を選択的に供給する複数のスイッチを有する定格プラグと、電力上昇すると定格プラグから選択された定格電流の値を受け、これを読み取る処理ユニットと、複数の利得回路を含む利得制御ユニットとを含んでいる。各利得回路は、電子トリップユニットの入力電流の利得を制御するために、選択された定格電流に基づいて処理ユニットが設定する複数の利得スイッチを含んでいる。
【０００５】
本発明の別の例示的実施形態は、複数のスイッチを有する定格プラグと、処理ユニットと、利得回路とを含む回路ブレーカトリップユニットの入力電流の電流利得を制御する方法を提供する。この方法は、定格プラグから回路ブレーカトリップユニットの指定の定格電流を選択するステップと、処理ユニットを介して指定の定格電流の値を読み取り、決定するステップと、処理ユニットを介して利得回路を設定するステップと、回路ブレーカトリップユニットの入力電流の電流利得を制御するステップとを含んでいる。
【０００６】
その他の特徴および利点は本発明の例示的実施形態の技術によって実現される。本発明の別の実施形態および態様は、本明細書に詳細に記載され、請求項に記載の発明の一部であると見なされる。本発明をその利点および特徴と併せてより明確に理解するため、明細書および図面を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態で実装可能な回路ブレーカの電子トリップユニットの概略図である。
【図２】本発明の実施形態で実装可能な、図１の電子トリップユニットの定格プラグの概略図である。
【図３】本発明の実施形態で実装可能な、図１の利得制御ユニットの利得回路の概略図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態で実装可能な、図１の利得制御ユニットの利得回路の概略図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態で実装可能な、図１の利得制御ユニットの利得回路の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
次に図面をより詳細に参照すると、図１にはニュートラル接続部を有する３相回路ブレーカ用の電子トリップユニット１００があることが分かるが、本発明はこれに限定されるものではなく、必要に応じて変更してもよい。４つの電流センサ（図示せず）からの二次電流信号は、コンダクタ１３２、１３４、１３６および１３８を介して利得制御ユニット１２０と通信している。例示的実施形態によれば、電流センサは、回路ブレーカを流れる一次電流に比例する交流二次電流出力を供給する変流器、または回路ブレーカを流れる高レベルの一次電流に比例する誘導二次電圧出力を供給するロゴスキーセンサでよい。
【０００９】
図１に示されるこの例示的実施形態では、電子トリップユニット１００は、電子トリップユニット１００に結合された定格プラグ１１０と、（以下ではマイクロプロセッサと呼ばれる）処理ユニット１４０と、利得制御ユニット１２０とを備えている。利得制御ユニット１２０と、マイクロプロセッサ１４０と、不揮発性メモリ１５０とは制御盤上に配置されている。
【００１０】
図２は、図１の電子トリップユニット１００の定格プラグの概略図である。図２に示すように、定格プラグ１１０には定格プラグ１１０を付勢するための入力電圧Ｖｉｎが供給され、定格プラグ１１０は、各々が定格プラグ１１０用の指定の定格電流を示すように構成された複数のスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６、ＳＷ７およびＳＷ８を備えている。すなわち、例示的実施形態によれば、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６、ＳＷ７およびＳＷ８は製造時にプログラムされる。定格プラグ１１０のスイッチ数は特定の数に限定されず、必要に応じて変更してもよい。定格プラグ１１０は、電子トリップユニット１００用の指定の定格電流を選択的に供給する。
【００１１】
図１を再び参照すると、選択された定格電流はマイクロプロセッサ１４０の入力に送られる。マイクロプロセッサ１４０は、電力上昇すると定格プラグ１１０から選択された定格電流の値を受け、これを読み取る。
【００１２】
例示的実施形態によれば、利得制御ユニット１２０は回路ブレーカの各々の位相ごとに複数の利得回路１２２を備えている。各利得回路１２２は、電子トリップユニット１００の入力電流の利得を制御するため、定格プラグ１１０から読み出される選択された定格電流に基づいてマイクロプロセッサ１４０が設定する（図３および４に示される）複数の利得スイッチ１２４を含んでいる。
【００１３】
例示的実施形態によれば、マイクロプロセッサ１４０は、利得回路制御ユニット１２０からの信号を受け、電流センサからの二次電流レベル出力をアナログ信号からマイクロプロセッサ１４０によって分析されるディジタル信号へと変換するアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ１３０を備えている。
【００１４】
利得回路１２２は、それぞれの利得回路１２２の部分を通して位相Ａ、ＢおよびＣごとの各々の位相信号を増幅し、そこからマイクロプロセッサ１４０は、増幅された各々の信号をＡ／Ｄコンバータ１３０を使用して測定する。利得制御ユニット１２０はさらに、信号からの電気的ノイズをフィルタリングし、量子化誤差を最小限にする。
【００１５】
例示的実施形態によれば、入力電流（すなわち二次電流レベル）が所定期間にわたって指定値を超え、または指定値以下に低下すると、それに応じてアキュムレータ（図示せず）が増分または減分される。従って、アキュムレータは負荷への加熱作用を表示する。従って、マイクロプロセッサ１４０は、これがアキュムレータの数値に基づいてフラックスシフタ１６０にトリップ信号を送信するか否かを決定する。フラックスシフタ１６０は、トリップ信号により付勢されると回路ブレーカを開き、または引き外すようにする電気機械装置である。すなわち、マイクロプロセッサ１４０は、回路ブレーカを流れる電流および／または電圧が所定の閾値を超えるとフラックスシフタ１６０にトリップ信号を送る。マイクロプロセッサ１４０がトリップ信号を送信すると、マイクロプロセッサはさらにアキュムレータの値と、リアルタイムクロック（図示せず）のリアルタイム値とを、電力がない場合にデータを保存する不揮発性メモリ１５０に送る。例示的実施形態によれば、不揮発性メモリ１５０は電子トリップユニット１００の設定ポイントとパラメータとを記憶する。
【００１６】
図３は、図１の利得制御ユニットの利得回路の概略図である。図４Ａおよび４Ｂは、利得制御ユニットの利得回路の概略図である。図３、図４Ａおよび図４Ｂは、３つの異なる保護レベルにある利得回路をそれぞれ示している。図３に示すように、利得制御ユニット１２０の各利得回路１２２は一連の抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４と、複数の利得（すなわちアナログ）スイッチ１２４と、演算増幅器１２６（以下、利得増幅器と称する）とを備えている。利得スイッチ１２２は、電子トリップユニット１００の入力電流の利得を制御するため、マイクロプロセッサ１４０により読み取られた定格電流に基づいて、マイクロプロセッサ１４０によって選択的に有効、無効にされるように構成されている。入力電流のこの能動利得操作は「ディレーティング」と呼ばれている。より詳細には、ディレーティングが行われるのは、定格プラグの値が回路ブレーカの最大定格以下であるからである。例えば、回路ブレーカの定格電流が１０００アンペアである場合、顧客はその値以下の定格プラグ値を選択できる。この例では、５００アンペアの定格プラグが選択される。マイクロプロセッサ１４０内でのアナログ・ディジタル変換を最大にするには、ディレーティング値は５０％となり、対応する利得２が必要であろう。
【００１７】
本発明の例示的実施形態によれば、異なる利得の１５の組み合わせを利用できる。
【００１８】
さらに、マイクロプロセッサ１４０は、制御信号１２８をそれぞれの利得スイッチ１２４に供給することによって利得スイッチ１２４を制御する。すなわち、マイクロプロセッサ１４０は、利得スイッチ１２４を対応する保護定格に適切に設定するため、選択された定格電流に基づいて、複数の利得スイッチ１２４のうちいずれの利得スイッチ１２４を有効にし、無効にするかを決定する。また、利得増幅器１２６の利得は、利得スイッチ１２４から受信された信号およびマイクロプロセッサ１４０から受信された制御信号を介して、マイクロプロセッサ１４０によって制御される。利得増幅器１２６から出力された入力電流の３０倍の保護レベルに対応するディレーティングされた信号が、図１に示すようにマイクロプロセッサ１４０のＡ／Ｄコンバータ１３０に送られる。
【００１９】
図４Ａおよび４Ｂでは、利得回路１２２は、入力電流の１５倍と、入力電流の１．２倍の保護レベルに対応するディレーティングされた信号をそれぞれ出力し、これらがマイクロプロセッサ１４０に再供給される。マイクロプロセッサの制約と量子化誤差のため、信号は複数のレベルに分割されなければならない。これらのレベルが量子化誤差を低減し、回路ブレーカをより良好に保護する。具体的には、図４Ａは、ディレーティングされた３０倍の信号を入力してより大きい１５倍の信号を出力し、図４Ｂはディレーティングされた同じ３０倍の信号を入力し、１．２倍の電流の最大の信号を出力する。例示的実施形態によれば、保護レベルは入力電流の特定の倍数に限定されず、必要に応じて変更してもよい。
【００２０】
図１を再び参照すると、マイクロプロセッサ１４０のＡ／Ｄコンバータ１３０は利得回路１２２からディレーティングされた信号を受信し、これにより入力電流の利得を制御する。本発明の例示的実施形態によれば、マイクロプロセッサ１４０のＡ／Ｄコンバータ１３０によって読み取られたディレーティングされた信号は、ノイズと量子化誤差の双方の影響を低減するために最大にされる。
【００２１】
例示的実施形態によれば、本発明にはマイクロプロセッサ１４０によって読み取られた指定の定格電流に基づいて対応する保護レベル用に電子トリップユニット１００の入力電流の電流利得を制御するという利点がある。
【００２２】
本発明の例示的実施形態によれば、誤差を低減するために使用される利得スイッチ１２４を通る入力電流信号を最大にすることによって、保護ピックアップレベルが極めて高レベル（すなわち、例えば２０倍）に高まるという利点が得られる。定格プラグスイッチＳＷ１からＳＷ８を読み取り、それに対応する定格値を決定し、次いで利得スイッチ１２４を適当な設定値に設定することによって、各利得段用の最大信号が得られ、保護定格が最大にされる。
【００２３】
本発明を例示的実施形態に関連して説明してきたが、当業者には明らかなように、本発明の特許可能な範囲から逸脱することなく、様々な改変および等価物による構成要素の変更を加えることができる。さらに、本発明の精神から逸脱することなく、特定の条件または材料に合わせて本発明の教示に様々な修正を加えることができる。従って、本発明は、本発明を実施するための最良の形態として開示する特定の実施形態に限定されるのではなくむしろ、添付の特許請求の範囲の範疇に含まれるあらゆる実施形態を包含するものとする。なお、「第１」「第２」などの用語は順位や重要度を示すものではなくむしろ、ある構成要素をその他の構成要素と区別するために用いられている。
【符号の説明】
【００２４】
ＳＷ１  スイッチ
ＳＷ２  スイッチ
ＳＷ３  スイッチ
ＳＷ４  スイッチ
ＳＷ５  スイッチ
ＳＷ６  スイッチ
ＳＷ７  スイッチ
ＳＷ８  スイッチ
Ｒ１  抵抗器
Ｒ２  抵抗器
Ｒ３  抵抗器
Ｒ４  抵抗器
ＶＩＮ  入力電圧
１００  電子トリップユニット
１１０  定格プラグ
１２０  利得制御ユニット
１２２  利得回路
１２４  利得スイッチ
１２６  演算増幅器
１２８  制御信号
１３０  Ａ／Ｄコンバータ
１３２  コンダクタ
１３４  コンダクタ
１３６  コンダクタ
１３８  コンダクタ
１４０  処理ユニット
１５０  不揮発性メモリ
１６０  フラックスシフタ
【図１】
2009259810.tif 000003
【図２】
2009259810.tif 000004
【図３】
2009259810.tif 000005
【図４Ａ】
2009259810.tif 000006
【図４Ｂ】
2009259810.tif 000007