AT501905B1

AT501905B1 - SAFETY CIRCUIT FOR SWITCHING ON AND OFF AN ELECTRICAL CONSUMER

Info

Publication number: AT501905B1
Application number: AT16842005A
Authority: AT
Inventors: Andreas Ing Reiter; Wolfgang Dipl Ing Dr Gugler; Markus Piffer
Original assignee: Hainzl Industriesysteme Ges M
Priority date: 2005-10-14
Filing date: 2005-10-14
Publication date: 2006-12-15
Also published as: AT501905A4

Description

2 AT 501 905 B12 AT 501 905 B1

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsschaltung zum Ein- und Ausschalten eines elektrischen Verbrauchers mit zwei zwangsgeführten Relais, einem Haupt- und einem Sicherheitsrelais, deren Arbeitskontakte in Reihe in Stromversorgungsleitungen des Verbrauchers liegen, und mit einer Steuerstufe, die ein Zeitglied zum Ansteuern eines Schalters im Erregerkreis des 5 Hauptrelais und einen zur Erregerwicklung des Sicherheitsrelais parallelen Kondensator aufweist.The invention relates to a safety circuit for switching on and off an electrical load with two positively driven relay, a main and a safety relay, the normally open contacts are in series in power supply lines of the consumer, and with a control stage, a timer for driving a switch in the Exciter circuit of the 5 main relay and a parallel to the excitation winding of the safety relay capacitor.

Um einen elektrischen Verbraucher sicher von einem elektrischen Versorgungsnetz trennen zu können, ohne Gefahr zu laufen, daß ein Arbeitskontakt eines zum Ein- und Ausschaiten des io Verbrauchers eingesetzten Relais aufgrund eines auftretenden Lichtbogens verschweißt und deshalb nicht öffnet, werden üblicherweise zwei Relais vorgesehen, deren Arbeitskontakte in Reihe geschaltet sind, so dass jede Stromversorgungsleitung des Verbrauchers zweifach getrennt wird. Da davon ausgegangen werden kann, dass nicht die Arbeitskontakte beider Relais in einer Versorgungsleitung zugleich verschweißen, wird die geforderte Sicherheit für die voll-15 ständige Trennung des Verbrauchers vom Versorgungsnetz erreicht. Um die Trennsicherheit weiter zu erhöhen, ist es darüber hinaus bekannt (EP 1 228 519 B1), eines der beiden Relais mit einer größeren Schaltleistung auszustatten und dieses Relais jeweils in einem zeitlichen Abstand zum anderen Relais anzusteuern, das somit als Sicherheitsrelais nicht unter Last schaltet, es sei denn, dass ein Arbeitskontakt des Hauptrelais nicht öffnet, was wegen der 20 vergleichsweise hohen Nennschaltleistung für das Hauptrelais jedoch nicht zu erwarten ist. Um das gegenüber dem Sicherheitsrelais verzögerte Einschalten des Hauptrelais zu erreichen, wird im Erregerkreis des Hauptrelais ein Schalttransistor vorgesehen, der über ein aus einem ohmschen Widerstand und einem Kondensator gebildetes Zeitglied angesteuert wird, so dass zwar die für das Anlegen des Verbrauchers an das Versorgungsnetz vorgesehene Steuerspannung 25 an den Erregerkreisen für beide Relais anliegt, der Erregerkreis des Hauptrelais jedoch über den Schalttransistor zeitverzögert freigegeben wird. Damit beim Trennen des Verbrauchers vom Netz das Hauptrelais vor dem Sicherheitsrelais schaltet, ist das Zeitglied zur Ansteuerung des Schalttransistors parallel zum Sicherheitsrelais geschaltet, wobei der ohmsche Widerstand des Zeitgliedes durch eine Diode überbrückt wird, so dass sich der Kondensator des Zeitgliedes 30 nach dem Abfallen der Steuerspannung über die Diode und das Sicherheitsrelais entladen kann und für ein verzögertes Abfallen des Sicherheitsrelais sorgt. Nachteilig bei dieser bekannten Sicherheitsschaltung zum Ein- und Ausschalten eines elektrischen Verbrauchers ist allerdings, dass nach einem Trennen des Verbrauchers vom Versorgungsnetz der Verbraucher trotz eines vorausgegangenen Verschweißens eines Arbeitskontaktes des Hauptrelais wieder mit dem 35 Netz über die Sicherheitsschaltung verbunden werden kann, die in diesem Fall jedoch nicht mehr den Sicherheitsanforderungen genügt.In order to safely disconnect an electrical load from an electrical supply network without running the risk that a normally open contact of a relay used for switching on and off the io consumer due to an arc occurring and therefore does not open, usually two relays are provided, the normally open contacts are connected in series, so that each power supply line of the consumer is disconnected twice. Since it can be assumed that the work contacts of both relays in a supply line do not weld at the same time, the required safety for the full-15 continuous separation of the load from the supply network is achieved. In order to further increase the separation safety, it is also known (EP 1 228 519 B1) to equip one of the two relays with a larger switching power and to control this relay in each case at a time interval to the other relay, which thus does not switch as a safety relay under load , unless a normally open contact of the main relay does not open, which however is not to be expected because of the comparatively high rated switching power for the main relay. In order to achieve the opposite of the safety relay delayed switching on the main relay, a switching transistor is provided in the field circuit of the main relay, which is controlled by a resistor formed from a resistor and a capacitor timer, so that although provided for the application of the consumer to the power supply control voltage 25 is applied to the exciter circuits for both relays, however, the exciter circuit of the main relay is released time-delayed via the switching transistor. Thus, when disconnecting the load from the mains, the main relay switches in front of the safety relay, the timer for driving the switching transistor is connected in parallel to the safety relay, wherein the ohmic resistance of the timer is bridged by a diode, so that the capacitor of the timer 30 after the fall of Control voltage through the diode and the safety relay can discharge and ensures a delayed drop of the safety relay. A disadvantage of this known safety circuit for switching on and off of an electrical load, however, is that after a disconnection of the consumer from the mains, the consumer despite a previous welding of a normally open relay of the main relay can be connected to the network again via the safety circuit, in this case but no longer meets the safety requirements.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsschaltung zum Ein- und Ausschalten eines elektrischen Verbrauchers der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, 40 dass nicht nur ein sicheres Ausschalten, sondern auch die Funktionssicherheit beim -Einschalten gewährleistet werden kann.The invention is therefore based on the object, a safety circuit for switching on and off an electrical load of the type described in such a way, 40 that not only a safe switching off, but also the reliability can be ensured when switching-on.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Erregerkreis für das Sicherheitsrelais eine in Reihe mit dessen Erregerwicklung liegende Parallelschaltung eines öffnungskontaktes 45 des Hauptrelais mit einem Schließkontakt des Sicherheitsrelais umfasst.The invention solves this problem by the fact that the exciter circuit for the safety relay comprises a series connection in parallel with the excitation winding parallel circuit of an opening contact 45 of the main relay with a make contact of the safety relay.

Da im Erregerkreis des Sicherheitsrelais ein Öffnungskontakt des Hauptrelais vorgesehen ist, kann das Sicherheitsrelais nur erregt werden, wenn der Offnungskontakt des Hauptrelais geschlossen, das Hauptrelais also nicht erregt ist. Da zwangsgeführte Relais vorausgesetzt wer-50 den, kann beim Verschweißen eines Arbeitskontaktes des Hauptrelais dieses nicht in den Ruhezustand zurückfallen, so dass der Öffnungskontakt nach dem Abtrennen des Verbrauchers vom Netz offen bleibt und ein Wiedereinschalten des Verbrauchers über die Sicherheitsschaltung verhindert. Der zum Öffnungskontakt des Hauptrelais parallel geschaltete Schließkontakt des Sicherheitsrelais ist erforderlich, um ein Abfallen des Sicherheitsrelais nach dem 'Schalten 55 des Hauptrelais und dem damit verbundenen Öffnen seines Öffnungskontaktes zu verhindern. 3 AT 501 905 B1Since an opening contact of the main relay is provided in the field circuit of the safety relay, the safety relay can only be energized when the opening contact of the main relay is closed, so the main relay is not energized. Since positively driven relay presupposes who-50 den, this can not fall back to the idle state when welding a normally open contact of the main relay, so that the opening contact remains open after disconnecting the consumer from the network and prevents reconnection of the consumer via the safety circuit. The closing contact of the safety relay, which is connected in parallel with the opening contact of the main relay, is required in order to prevent the safety relay from falling off after the main relay has switched 55 and the opening of its opening contact connected thereto. 3 AT 501 905 B1

Damit auch das ordnungsgemäße Abfallen des Sicherheitsrelais vor einem Wiedereinschalten des Verbrauchers überprüft wird, kann der Ast der Parallelschaltung mit dem Öffnungskontakt des Hauptrelais einen Öffnungskontakt des Sicherheitsrelais in Reihe mit dem Öffnungskontakt des Hauptrelais aufweisen, so dass zum Erregen des Sicherheitsrelais sich beide Relais in der 5 abgefallenen Ausgangsstellung befinden müssen. Da mit der Erregung des Sicherheitsrelais dessen Kontakte zugleich geschaltet werden, ist dafür zu sorgen, dass die Erregung des Sicherheitsrelais nicht unterbrochen wird, bevor der Schließkontakt als Selbsthaltekontakt geschlossen wird. Dies wird in einfacher Weise über den parallel zum Sicherheitsrelais geschalteten Kondensator erreicht, der bei einer kurzzeitigen Unterbrechung des Erregerstromkreises io über die Erregerwicklung des Sicherheitsrelais entladen wird, was das Abfallen des Sicherheitsrelais vor dem Schließen seines Schließkontaktes unterbindet.Thus, the proper drop of the safety relay is checked before restarting the consumer, the branch of parallel connection with the opening contact of the main relay may have an opening contact of the safety relay in series with the opening contact of the main relay, so that to energize the safety relay, both relays in the 5th fallen starting position must be. Since with the excitation of the safety relay whose contacts are switched at the same time, it must be ensured that the excitation of the safety relay is not interrupted before the closing contact is closed as a self-holding contact. This is achieved in a simple manner via the capacitor connected in parallel to the safety relay, which is discharged during a brief interruption of the exciter circuit io via the excitation winding of the safety relay, which prevents the fall of the safety relay before closing its closing contact.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen 15 Fig. 1 eine erfindungsgemäße Sicherheitsschaltung zum Ein- und Ausschalten eines elektrischen Verbrauchers in einem vereinfachten Blockschaltbild und Fig. 2 eine Schaltung zum zeitverzögerten Ansteuern eines den Erregerkreis für das Hauptrelais freigebenden Schalters in einem Blockschaltbild. 20 Wie der Fig. 1 entnommen werden kann, wird ein elektrischer Verbraucher 1 über Arbeitskontakte 2, 3 zweier zwangsgeführter Relais 4, 5 an ein Versorgungsnetz 6 angeschlossen. Die Arbeitskontakte 2, 3 liegen in Reihe in den Stromversorgungsleitungen 7 des Verbrauchers 1, wobei die Versorgung des Verbrauchers 1 selbstverständlich auch mehrphasig ausgeführt sein kann. 25In the drawing, the subject invention is shown, for example. 1 shows a safety circuit according to the invention for switching an electrical consumer on and off in a simplified block diagram, and FIG. 2 shows a circuit for the time-delayed activation of a switch which releases the exciter circuit for the main relay in a block diagram. As can be seen from FIG. 1, an electrical load 1 is connected via working contacts 2, 3 of two positively driven relays 4, 5 to a supply network 6. The normally open contacts 2, 3 are in series in the power supply lines 7 of the consumer 1, wherein the supply of the consumer 1 can of course also be designed multi-phase. 25

Die Relais 4, 5 werden über eine Steuerstufe angesteuert, an die zum Ansteuern der Relais 4, 5 über die Klemmen 8 eine Steuergleichspannung angelegt wird. Über diese Steuerspannung wird ausgehend von der in der Fig. 1 dargestellten, abgefallenen Lage der beiden Relais 4, 5 zunächst das Relais 5 erregt, dessen Arbeitskontakte 3 somit spannungslos geschaltet werden. 30 Das Relais 4, das gegenüber dem Relais 5 zeitverzögert erreget wird, schaltet demnach unter Last, so dass das Relais 4 als Hauptrelais und das Relais 5 als Sicherheitsrelais wirksam werden, zumal beim Abfallen der Steuerspannung in umgekehrter Reihenfolge zunächst das Relais 4 und dann mit zeitlicher Verzögerung das Relais 5 schalten. Um diese zeitliche Schaltfolge sicherzustellen, ist im Erregerkreis 9 des Hauptrelais 4 ein Schalter 10 vorgesehen, der über ein 35 Zeitglied 11 angesteuert wird. Mit dem Anlegen der Steuergleichspannung an die Steuerstufe wird somit das Hauptrelais 4 erst nach der durch das Zeitglied 11 vorgegebenen Zeitspanne durch ein Schließen des Schalters 10 erreget. Im Erregerkreis 12 des Sicherheitsrelais 5 ist in Reihe mit der Erregerwicklung eine Parallelschaltung eines Öffnungskontaktes 13 des Hauptrelais 4 mit einem Schließkontakt 14 des Sicherheitsrelais 5 vorgesehen, wobei im Ast 15 mit dem 40 Prüfungskontakt 13 des Hauptrelais 4 ein zusätzlicher Öffnungskontakt 16 des Sicherheitsrelais 5 vorgesehen sein kann. Dies bedeutet, daß der Erregerkreis 12 für das Sicherheitsrelais 5 über die Öffnungskontakte 13 und 16 der beiden Relais 4, 5 geschlossen ist und daher verzögerungsfrei erregt wird. Mit der Erregung des Sicherheitsrelais 5 schließen die Arbeitskontakte 3, während der Öffnungskontakt 16 geöffnet wird. Um einen für die Erregung des Sicherheitsre- 45 lais 5 erforderlichen Erregerstrom durch die Erregerwicklung aufrecht zu erhalten, bis der Schließkontakt 14 geschlossen ist, der dann als Haltekontakt wirksam wird, ist parallel zur Erregerwicklung des Sicherheitsrelais 5 ein Kondensator 17 geschaltet, der bei der Erregung des Sicherheitsrelais 5 aufgeladen wird und sich während der kurzzeitigen Unterbrechung des Erregerkreises 12 zwischen dem Öffnen des Öffnungskontaktes 16 und dem Schließen des so Schließkontaktes 14 über die Erregerwicklung des Sicherheitsrelais 5 entlädt, das somit bis zum Schließen des Schließkontaktes 14 erregt bleibt. Nach dem Schließen der Arbeitskontakte 3 des Sicherheitsrelais 5 wird zeitverzögert das Hauptrelais 4 erregt und der Verbraucher 1 über die Arbeitskontakte 2 des Hauptrelais 4 an das Versorgungsnetz 6 angeschlossen, wobei wegen der Zwangsführung der Öffnungskontakt 13 öffnet. 55The relays 4, 5 are controlled via a control stage to which a control DC voltage is applied for driving the relays 4, 5 via the terminals 8. About this control voltage, starting from the illustrated in Fig. 1, fallen position of the two relays 4, 5, first the relay 5 is energized, the normally open contacts 3 are thus switched dead. The relay 4, which is energized against the relay 5 time delay, thus switches under load, so that the relay 4 as the main relay and the relay 5 as a safety relay are effective, especially when falling of the control voltage in the reverse order, first the relay 4 and then with time delay, the relay 5 switch. To ensure this timing sequence, a switch 10 is provided in the excitation circuit 9 of the main relay 4, which is controlled by a timer 11. With the application of the DC control voltage to the control stage thus the main relay 4 is energized only after the predetermined time by the timer 11 by closing the switch 10. In the excitation circuit 12 of the safety relay 5, a parallel connection of an opening contact 13 of the main relay 4 is provided with a normally open contact 14 of the safety relay 5 in series, with an additional opening contact 16 of the safety relay 5 may be provided in the branch 15 with the 40 test contact 13 of the main relay 4 can. This means that the excitation circuit 12 for the safety relay 5 via the opening contacts 13 and 16 of the two relays 4, 5 is closed and therefore excited without delay. With the excitation of the safety relay 5 close the normally open contacts 3, while the opening contact 16 is opened. In order to maintain a necessary for the excitation of the safety 45 lai 5 exciting current through the exciter winding until the closing contact 14 is closed, which is then effective as a holding contact, a capacitor 17 is connected in parallel to the field winding of the safety relay 5, the capacitor in the excitation the safety relay 5 is charged and discharges during the brief interruption of the excitation circuit 12 between the opening of the opening contact 16 and the closing of the so-close contact 14 via the exciter winding of the safety relay 5, which thus remains energized until closing the closing contact 14. After closing the normally open contacts 3 of the safety relay 5, the main relay 4 is delayed energized and the consumer 1 is connected via the normally open contacts 2 of the main relay 4 to the supply network 6, which opens because of the forced operation of the opening contact 13. 55

Claims

4 AT 501 905 B1 To disconnect the consumer 1 from the network 6, the control DC voltage applied to the terminals 8 is interrupted, which has an immediate fall of the main relay 4 and an opening of the switch 10 result. The induction effects associated with the reduction of the control voltage are usually taken into account both in the main relay 4 and in the safety relay 5 by a freewheeling diode 18 connected in parallel. Although the voltage of the exciter circuit 12 for the safety relay 5 also breaks down together, but the capacitor 17 discharges through the field winding of the safety relay 5, which therefore decreases in time compared to the main relay 4. The normally open contacts 3 of the safety relay 5 are therefore switched dead. However, it must be ensured that the con-io capacitor 17 can not discharge via the excitation circuit 9 of the main relay 4, which is prevented by a diode 19 in the excitation circuit 12 of the safety relay 5. 2, the switch 10 is formed by a switching transistor 20 in the excitation circuit 9 of the main relay 4, wherein the base of the switching transistor 20 is controlled via 15 ohmic voltage divider with the ohmic resistors 21 and 22. Parallel to the voltage divider 21, 22, a capacitor 23 is connected, which is charged via a resistor 24. The voltage applied to the voltage divider 21, 22 voltage is thus determined by the respective voltage of the capacitor 23, so that over the voltage curve of the capacitor 23, the time of switching through the switching transistor 20 20 can be specified. The capacitor 23, which can be charged via the resistor 24, thus produces the timer 11, via which the switch 10 is triggered. After the fall of the main relay 4, the capacitor 23 discharges via the voltage divider 21 and 22, so that is reached for a new turning on the load 1 of the initial state shown in FIG. 25 remains a normally open contact 2 of the main relay 4 when disconnecting the load 1 from the network 6 due to a welding due to excessive current flow, so the main relay 4 can not fall back to its original position. This means that due to the positive guidance of the contacts, the opening contact 13 remains in its open position. The shutdown of the consumer 1 takes place in this case via the normally open contacts 3 of the safety relay 5 with 30 a slight time delay. Since the opening contact 13 of the main relay 4 has not been closed, the excitation circuit 12 is interrupted for the safety relay 5, so that when a renewed loading of the control stage with a DC control voltage, the safety relay 5 is not energized and the consumer 1 is not applied to the network 6 can. Claims 1. A safety circuit for switching on and off an electrical load with two 40 forcibly guided relay, a main and a safety relay, the normally open contacts are in series in power supply lines of the consumer, and with a control stage, a timer for driving a switch in the Exciter circuit of the main relay and a parallel to the exciter winding of the safety relay capacitor, characterized in that the exciter circuit (12) for the safety relay (5) in series with 45 whose exciter winding parallel connection of an opening contact (13) of the main relay (4) with a make contact (14) of the safety relay < 5).

2. Safety circuit according to claim 1, characterized in that the branch (15) of the parallel connection with the opening contact (13) of the main relay (4) an opening contact so (16) of the safety relay (5) in series with the opening contact (13) of the main relay (4). For this 2 sheets of drawings 55