サーキットブレーカ-必要性と定義

私たちの家や配電網から他の場所に来る電気は、発電所に接続する線が熱線と呼ばれる一端を形成し、地面に接続する線が別の端を形成する大きな回路を形成します。これらの2つの線の間を電荷が流れ、それらの間で電位が発生します。この電荷の流れに抵抗を提供する負荷（器具）の接続は、完全な回路を完成させ、器具が十分な抵抗を持ち、過電流を引き起こさない限り、家の中の電気システム全体がスムーズに機能します。短絡または回路を流れる電荷が多すぎるか、ホットエンドワイヤがアース線に突然接続されると、ワイヤが加熱されて火災が発生します。このような状況を防ぐために、このような状況で残りの回路を単に遮断する回路保護が使用されます。

一般に、この上記の問題を解決するには2つの方法があります。

ヒューズ 。：ケーシング内に細いワイヤーで囲まれています。過電流の場合、ヒューズ線が焼損または崩壊して回路が破損します。ただし、信頼性が低く、ヒューズワイヤーが焼けたら手動で交換する必要があります。したがって、それらはほとんど好ましくありません。

電気ヒューズ スイッチ ：回路保護のもう1つの方法は、過電流が発生した場合に、電流の流れを停止するか、ラインへの電圧供給を停止することです。これは、過電流または障害を検出するとトリップするスイッチの自動操作によって実行されます。これにより、障害ラインが回路全体から分離され、再びスイッチを入れて動作を復元できます。断層帯の迅速な識別と迅速な復旧が可能になるため、より有利です。また、ヒューズと比較して電気的に安全です。

“ハーフブリッジとフルブリッジ ”

スイッチ

電子ヒューズ

電子回路ブレーカーの詳細に入る前に、電子ヒューズを見てみましょう。

リレーの定格電圧は印加電圧と等しく、100uFのコンデンサを使用する必要があり、回路を流れる電流は100Kポテンショメータを使用して調整できます。ヒューズを使用する場合は、R2値を下げる必要があります。 SW1がオンになっている間、L2が回路に接続されるため、抵抗R2の両端の電流が増加し、R2の両端の電圧降下が大きくなります。

リセット可能な電子ヒューズ–回路図：

リセット可能な電子ヒューズ回路図

プリセット100KおよびR1を介して、この電圧はリレーRL1を操作するSCRU1をトリガーします。これにより、負荷への供給が切断されると同時に、SCRへの供給が削除されます。過負荷を取り除き、sw2をオフにして、再度スイッチを入れてリセットする必要があります。任意のSCRを使用して、電圧およびゲートトリガーの要件を満たすことができます。

電子回路ブレーカーの必要性

従来のミニチュアサーキットブレーカは、負荷電流から保護するためのバイメタルストリップと、短絡電流から保護するための電磁石で構成されています。過負荷の場合、バイメタルストリップが曲がり、ラッチポイントの移動に伴ってスプリングが解放され、最終的にMCB接点が開きます。電磁コイルは、大電流が流れると起磁力を発生させ、ラッチポイントを変位させ、MCB接点を再び開きます。したがって、過負荷および短絡の場合、MCBはオフ位置にトリップします。

ミニチュア

ただし、この従来のミニチュアサーキットブレーカにはいくつかの欠点があります。

それらは非常に高価であり、短絡電流が多いほど、MCBのコストも高くなります。
バイメタルストリップは、熱や周囲からの温度上昇によって変形しやすく、ブレーカーの電流容量が減少します。
機械部品が使用されているため、摩耗しやすくなっています。
トリップ時間は遅くなります。

これらすべての問題を克服するための最も便利な解決策は、電子回路ブレーカーまたは電子制御自動スイッチを含む回路ブレーカーを使用することです。電磁コイルやサーマルストリップ、機械部品は含まれていません。

電子サーキットブレーカの定義

アン電子回路ブレーカー負荷からのフィードバックによって制御される自動操作スイッチで構成されています。これは、電流が負荷に引き込まれすぎたり、ラインに流れすぎたりすると、スイッチが一定時間自動的に閉じられ、その後一定時間後に自動的にオンになるという事実に基づいています。。スイッチは、SCRのようなパワーエレクトロニクススイッチ、または抵抗器のような任意の電流検出要素によって制御されるリレーのような電気機械スイッチにすることができます。この超高速回路遮断装置は、直列抵抗を使用して電流を検出し、設定値を超えると、対応する電圧降下（直列抵抗全体）も増加します。この電圧は検出され、DCに整流された後、コンパレータによってプリセット電圧と比較され、MOSFETを介してリレーを駆動して負荷を瞬時にトリップする出力を生成します。トリップメカニズムは、MCBのような熱ベースのトリップメカニズムではなく、電流検出原理に基づいているため、非常に高速です。マイクロコントローラーサーキットブレーカの状態をLCDに表示するために使用できます。

したがって、このデバイスを使用することにより、超高速の回路遮断を実現して、高価な機器を損傷から保護することができます。この独自のコンセプトを使用して、電気工学の学生向けのプロジェクト作業としてプロトタイプを開発できます。

電子回路ブレーカーは、電流検出メカニズムの原理に基づいて動作します。いずれの場合もラインを流れる電流が監視され、過電流が流れるとスイッチがトリップするため、過負荷と短絡の両方の保護を提供します。

簡単な電子回路ブレーカーの動作例

シンプルな電子回路ブレーカー

電流検出素子または抵抗を使用して、負荷を流れる電流の量を検出できます。抵抗器からの電圧降下はコンパレータの非反転入力に与えられ、固定電圧はコンパレータの反転端子に与えられます。通常の動作（適切な数の負荷で電流が流れる）の場合、抵抗の両端の電圧降下は固定電圧よりも小さく、コンパレータ入力はMOSFETをオフ状態にするのに十分な低さです。リレーの共通接点は通常閉接点に接続され、回路は負荷が主電源から電流を供給して完成します。

ただし、追加の負荷が接続されると、電流検出素子を流れる電流が増加し、抵抗の両端の電圧降下が増加します。ある時点で、この電圧降下は固定電圧よりも大きくなります。つまり、非反転端子の入力は、コンパレータの反転端子の入力よりも大きくなります。これにより、コンパレータで高ロジック出力が発生し、MOSFETをオン状態にトリガーするのに十分な電圧が発生します。 MOSFETが導通すると、リレーコイルがオンになり、共通接点が通常開接点に接続されます。これにより、回路が遮断され、電源が不足しているために負荷が切り替わるため、電流の流れが妨げられます。