CN102369585A - 用于转换电功率的模块化电路配置和为此构建的适配器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于转换电功率的模块化电路配置(10)。该电路配置具有继电器基座(40)和适配器(30)，该适配器可拆卸地与继电器基座(40)可以相连。适配器(30)包括半导体继电器(60)和与该半导体继电器电连接的控制装置(50)。另外，设有继电器(20)，该继电器可拆卸地与适配器(30)这样形成电连接或机械连接，即，在连接状态下使半导体继电器(60)与继电器(20)的机械开关(22)并联，其中，控制装置(50)可以在不同时间点控制继电器(20)和半导体继电器(60)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于转换电功率的模块化电路配置以及一种适配器，该适配器设置用于前述模块化电路配置中。
背景技术
为了能转换电功率，经常使用电力机械的开关，即继电器或保护器。继电器通常价格低廉。而且，它的优势在于高的转换功率，低的损失功率和对短时间过载的不敏感性。然而，继电器由于它的机械结构容易受到磨损，该结构包括活动的衔铁和活动的工作触点。因此在要求高转换频率的应用中，越来越经常使用电子继电器，即半导体继电器。这样的电子继电器已知为固态继电器。半导体继电器的优势在于小的磨损，低的震荡敏感性以及高的转换频率。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于转换电功率的模块化电路配置，用该配置明显降低了传统继电器的磨损。
本发明的核心思想在于，如此连通一个电力机械开关，即继电器或带有电子开关的保护器，即半导体继电器，即：使继电器的工作触点能够几乎无负载并由此不受磨损地打开和闭合。本发明的另一想法在于，该半导体继电器是适配器的一部分，其中，继电器和适配器构建为单独的、可拆卸地彼此连接的模块。由此可以在发生故障的情况下，继电器和/或半导体继电器能够彼此独立地进行更换。
通过权利要求1所述的特征解决了本发明的上述技术问题。
据此，提供一种用于转换电功率的模块化电路配置。该模块化电路配置具有继电器基座，该继电器基座可以与设置在适配器外壳中的适配器可拆卸地连接。适配器具有半导体继电器(即电子开关)以及与该半导体继电器电连接的控制装置。另外还设有继电器，该继电器可拆卸地与适配器这样形成电连接或机械连接，即，在连接状态下使半导体继电器与继电器的机械开关并联。控制装置这样构成，即，该控制装置可以在不同时间点控制继电器和半导体继电器。
在此处应当说明，该继电器涉及保护器，该保护器设计用于较高的功率。半导体继电器可以采用晶体管或闸流管或三端双向可控硅开关以已知的方式实现。继电器基座和继电器可以是标准零件。
以适宜的方式，适配器具有至少一个第一接线端，用于向控制装置提供控制信号，还具有第二接线端，用于将继电器连接到半导体继电器和控制装置上，并用于使继电器激活或失效。在连接状态下，继电器的机械开关并联连接到半导体继电器上。该继电器在相应位置具有互补的连接触点。还可以在相应的继电器基座的接线端上提供控制信号，其中，在电路配置的连接状态、即接合在一起的状态下，形成由继电器基座到至少一个第一接线端的电连接。
为了可以在继电器上接通负载，模块化电路配置可以具有第四接线端。第四接线端可以例如设置在适配器上，从而使负载能够直接连接到适配器上。也可以考虑，将负载连接在继电器基座上。在这个配置方案中，继电器的含有负载的负载电路的区段在连接状态下延伸通过继电器基座和适配器。
根据有利的扩展方案，在适配器中设置电源，该电源可以通过控制装置连接在继电器上。
根据可替代的实施方式，继电器基座设置用于连接电源。在这种情况下，在连接状态下，继电器基座、适配器和继电器如此电连接，即，使电源可通过控制装置连接在继电器上。
为满足使继电器大体上无负载或至少几乎无负载以及由此不受磨损的要求，控制装置在响应第一控制信号时在第一时间点接通半导体继电器，该第一控制信号用于激活继电器，而该控制装置在随后的第二时间点激活继电器。以这种方式确保了，负载电流在继电器转换瞬间流经半导体继电器。
如果半导体继电器在继电器运行期间没有切断，则控制装置在响应第二控制信号时使继电器失效，并且在随后的时间点、例如在数毫秒之后切断半导体继电器。
为了在半导体继电器中降低损失功率，半导体继电器可以在继电器激活运行期间在第三时间点被切断。为了使继电器失效，控制装置通过响应第二控制信号首先进行操作，即接通半导体继电器。在可调整的时间区间过去之后，控制装置用于使继电器失效。失效是指，根据继电器是作为静触点或动触点操作，使继电器的工作触点打开或闭合。接着，再次将半导体继电器切断。
另一方面，根据权利要求9所述的特征解决了前述技术问题。
由此，提供一种适配器，该适配器设置用于在此前所述的模块化电路配置中。适配器设置在一个外壳中，并具有第一装置，该第一装置用于与继电器基座进行可拆卸的电连接和/或机械连接，还具有第二装置，该第二装置用于与继电器进行可拆卸的电连接和/或机械连接。进一步，还在适配器内设置有半导体继电器和与该半导体继电器电连接的控制装置。
附图说明
凭借实施例并联系附图对本发明进行进一步说明。附图中：
图1示出了根据本发明的用于转换电功率的模块化电路配置的侧视图；
图2示出了具有相应的连接触点和定位销的图1中所示的适配器的俯视图；以及
图3示出了混合电路的替代电路图，该混合电路在连接状态下由适配器和继电器构成。
具体实施方式
图1示例性示出了用于转换电功率的模块化电路配置10。模块化电路配置10可以具有商业常用的标准化的工业继电器基座40。另外，模块化电路配置可以具有商业常用的工业继电器20，该继电器置于常用的外壳中。
继电器基座40和继电器20如此相匹配，即，使继电器20能够置于继电器基座上。另外，设置了适配器30，该适配器置于适宜的外壳120中。适配器30的结构和功能在下面进行详细介绍。继电器基座40、适配器30和继电器20构成了模块化电路配置10的模块。
适配器30与继电器基座40形成可拆卸的电连接和机械连接。继电器20又与适配器外壳120形成可拆卸的电连接和机械连接。继电器基座40可以具有连接触点41和42，在该连接触点上可以连接有直流电源110。直流电源110为继电器20的继电器线圈21提供控制电压。为此，连接触点41和42与继电器基座40的连接触点103以及连接触点102形成电连接。在模块化电路配置10的连接状态下，在继电器基座40的触点103、102和适配器30的连接触点100、101之间存在电连接。如图1进一步所示，连接触点101与适配器30的连接触点34电连接，而连接触点100经控制装置50与适配器30的连接触点33相连。为此目的，控制装置50具有电子开关(未示出)。连接触点100和101以适宜的方式位于适配器外壳120的指向继电器基座40的一侧，而连接触点33、34设置在适配器外壳120的相反一侧。在连接状态下，继电器线圈21经相应的继电器20的连接触点连接到连接触点33和34上。在示出的实施方式中，继电器20的控制电路因而从继电器线圈21经适配器30和继电器基座40延伸至直流电源110并再次返回，该继电器的控制电路逐段地在图3中示出并用附图标记90标识出来。
图2示例性地示出了适配器30的连接布局。在适配器外壳120朝向继电器20的一侧设置了连接触点31和32，以便将控制信号传递到适配器30。在连接触点33、34上连接有继电器线圈21，同时，在连接触点36、37上连接有机械开关22，即继电器20的工作触点。机械开关22在图3中示出。继电器20的相应的连接触点没有示出。在适配器外壳120的底面设置了接触连接100和101。在适配器30的外壳120中可以设置引导销80，该引导销咬合在继电器基座40的相应的镂空部中。相应的引导销或引导孔设置在外壳120的顶面或继电器30的底面上。
接着，凭借图3进一步阐明在连接状态下形成的由适配器30和继电器20构成的混合电路的替代电路图。
图3尤其示出了图1中所示出的适配器30在没有外壳120时的电路结构。适配器30包括在图1中所示出的控制装置50，该控制装置与半导体继电器60相连接，半导体继电器也称作固态继电器。半导体继电器60可以例如实施为pnp晶体管。在这种情况下，控制装置50的出口与晶体管60的基极接线端61相连。适配器30具有例如两个同样在图2中示出的连接触点31和32，该连接触点在入口侧与控制装置50连接。在两个连接触点31和32上可以提供例如用于使继电器20激活或失效的控制信号。另外，适配器30具有连接触点35，该连接触点与半导体继电器60的发射极接线端62相连。连接触点38与半导体继电器60的集电器接线端63相连。负载70可以经由继电器20的负载电路95连接在适配器30的连接触点35和38上。负载电路95和负载70在图3中用虚线示出。供给负载70的能源供应没有示出。值得注意的是，负载70替代地也可连接在继电器基座40上。在这种情况下，负载电路95在模块化电路配置10连接在一起的状态下至少逐段地通过继电器基座40和适配器30引导。经在图2中示出的连接触点36和37使继电器20与适配器30电连接。由于连接触点36、37与半导体继电器30的发射极接线端62或集电器接线端63电连接，因此在连接在一起的状态下，继电器20的机械开关22并联到半导体继电器60上。在将继电器20安放在适配器外壳120上时，继电器线圈21以一个接线端连接到连接触点34上，而以第二接线端连接到适配器30的连接触点33上。在示出的实施例中，适配器30的连接触点34直接与连接触点101相连，同时，连接触点33经控制装置50与适配器30的连接触点100相连。该连接在图1中示出。在该实施方式中，控制装置50具有结合图1所提及的可控制的开关(未示出)，该开关在连接触点33和100之间转换。控制装置50的可控制开关和逻辑控制(该逻辑控制控制了可控制开关和半导体继电器60)可以不同于示出的实施方式而构成分离的元件。如将适配器外壳120安放在继电器基座上，那么适配器30的连接触点100、101与继电器基座的相应连接触点102或103电连接，从而使继电器线圈21，如图1所示，与直流电源110电连接。因而继电器线圈21、控制装置50和直流电源110位于继电器20的控制电路90中。
如图3所示，适配器30的半导体继电器60和继电器20构成混合电路，其中，半导体继电器60与继电器20的机械开关21并联。因而，混合电路是继电器20的负载电路95的组成部分。
现在，进一步阐明由图1和3示出的模块化电路配置10的作用方式。
首先假定，继电器基座40优选卡在支承轨道(未示出)上，而且，电源110连接于继电器基座40的连接端子41和42上，如图1所示。
适配器外壳120以及由此适配器30放置于继电器基座40上，从而适配器30的连接触点100和101与继电器基座40的连接触点102或103电连接。继电器20已经放置于适配器外壳120上，从而使继电器线圈21与触点33、34电连接，同时，机械开关22，即继电器20的工作触点与适配器30的触点36和37电连接。进一步假定了，负载电路95连接于适配器外壳120的连接触点35和38上。为进一步的考虑假定了，继电器20作为动触点运行，就是说，在静止状态下打开机械开关22。
如果激活了继电器20，激活信号例如经连接触点31传递到控制装置50。通过响应激活信号，控制装置50首先在导电状态下控制半导体继电器60，从而使负载电路95闭合，而且负载电流只能流经半导体继电器30。机械开关22此时是打开的。经过一段可定义的时间区间，例如在数毫秒后，控制装置50关闭位于连接触点33和100之间的开关，由此将电源110施加在继电器线圈21上。以已知的方式，接着使继电器20的机械开关22闭合。由于在转换瞬间负载电流不会通过继电器20的机械开关22，而是通过半导体继电器60流过，所以继电器20几乎无负载并且不受磨损地进行转换。此外，由机械开关22可导致的震荡效应不会作用于负载电流。同时，随着闭合机械开关22，损失功率通过半导体继电器60显著降低。
半导体继电器60可以在运行期间保持闭合或打开。首先假定了这种情况，即半导体继电器60在运行期间保持闭合。如果现在切断继电器20，那么例如经连接触点32在控制装置50上提供一个相应的切断信号。通过响应切断信号，控制装置50打开位于连接触点33和100之间的开关，由此，控制电路90以及作为其结果的机械开关22被打开。由于半导体继电器60在转换瞬间作为激活旁路作用于机械开关22，因此机械开关22再次几乎无负载并且不受磨损地打开。经过一定时间，例如在数毫秒后，控制装置50经基极接线端61促动半导体继电器60过渡至锁定状态，就是说，使半导体继电器60打开。
对于这种情况，即半导体继电器60在继电器20运行期间(即在负载电路95闭合期间)被切断，控制装置50首先通过响应切断信号用于将半导体继电器60再次接通，就是说，过渡至导电状态。一旦经半导体继电器60实现的旁路再次激活，控制装置50就用于使位于连接触点33和100之间的开关打开。结果，机械开关22同样打开。由于在转换瞬间负载电路绝大部分经半导体继电器60引导，因此再次使机械开关22几乎无负载地并且不受磨损地转换。
如果感应负载连接于继电器20，那么实施在适配器30中的保护电路可以防止半导体继电器60的逆电压，该逆电压是在转换继电器时生成的。
继电器30和继电器基座40还可以在无需适配器30的中间电路的情况下而彼此相连。然而，如果形势要求，可以在继电器基座40和继电器30之间转换适配器35，从而形成由半导体继电器60和继电器20构成的混合电路。
Claims (9)
1.一种用于转换电功率的模块化电路配置(10)，其具有：
-继电器基座(40)；
-适配器(30、35)；该适配器可拆卸地与继电器基座(40)连接，其中，所述适配器(30、35)具有半导体继电器(60)和与该半导体继电器电连接的控制装置(50)；以及
-继电器(20)，该继电器可拆卸地与适配器(30)这样形成电连接或机械连接，即，在连接状态下使半导体继电器(60)与继电器(20)的机械开关(22)并联，其中，所述控制装置(50)可以在不同时间点控制所述继电器(20)和所述半导体继电器(60)。
2.根据权利要求1所述的模块化电路配置，其特征在于，所述适配器(30)具有至少一个用于向所述控制装置(50)提供控制信号的第一接线端(31、32)，和用于将所述继电器(20)连接到半导体继电器(60)和控制装置(50)上的第二接线端(33、34、36、37)，其中，在连接状态下，所述继电器(20)的机械开关(22)并联连接到所述半导体继电器(60)上。
3.根据权利要求2的模块化电路配置，其特征在于，设有用于将负载(70)连接到所述继电器(20)上的第四接线端(35、38)。
4.根据前述权利要求的任意一项所述的模块化电路配置，其特征在于，所述适配器(30)包括电源，所述电源可以经由所述控制装置(50)连接到所述继电器(20)上。
5.根据前述权利要求的任意一项所述的模块化电路配置，其特征在于，设有用于连接电源(110)的继电器基座(40)，而且，在连接状态下，该继电器基座(40)、所述适配器(30)和所述继电器(20)如此电连接，即，使所述电源(110)通过所述控制装置(50)连接到继电器(20)上。
6.根据前述权利要求的任意一项所述的模块化电路配置，其特征在于，所述控制装置(50)通过响应第一控制信号在第一时间点接通所述半导体继电器(60)，并在随后的第二时间点激活继电器(20)。
7.根据权利要求6所述的模块化电路配置，其特征在于，所述控制装置(50)通过响应第二控制信号使所述继电器(20)失效，并在随后的时间点切断所述半导体继电器(60)。
8.根据权利要求6所述的模块化电路配置，其特征在于，所述半导体继电器(60)在第三时间点被切断，而且，所述控制装置(50)通过响应第二控制信号首先再次接通所述半导体继电器(60)，在预定的时间间隔之后，使所述继电器(20)失效，并且在随后的时间点再次切断所述半导体继电器(60)。
9.一种适配器(30)，其设置用于根据前述权利要求的任意一项所述的电路配置(10)中，并且，所述适配器设置在适配器外壳(120)中，所述适配器具有用于与继电器基座(40)可拆卸连接的第一装置(80、100、101)、半导体继电器(60)以及与该半导体继电器电连接的控制装置(50)，以及所述适配器还具有用于与继电器(20)形成可拆卸电连接和机械连接的第二装置(33、34、36、37)。
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