CN104813430A - 用于控制连接在下游的电机的能量供给的开关设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开关设备(1)，具有控制单元(2)、供电接口(7)、供电单元(19)和第一电流路径(15)，其中，供电接口(7)与供电单元(19)连接并且控制单元(2)通过供电单元(19)获取用于接通信号的能量。为了提供改善的、尤其是自身确保了开关设备(1)的规定功能的开关设备(1)而提出，开关设备(1)包括蓄能器(6)和两个与控制单元(2)连接的测量装置(8，80)，其中蓄能器(6)中间连接在供电接口(7)和供电单元(19)之间，其中，控制单元(2)能够借助第一测量装置(8)检测出在供电单元(19)的初级侧处施加的供电电压低于第一电压阈值并且借助第二测量装置(80)检测出施加在供电单元(19)的次级侧处的供电电压低于第二电压阈值，其中，控制单元(2)设计为，其对从低于第一电压阈值至低于第二电压阈值的时间段进行评估。

Description

用于控制连接在下游的电机的能量供给的开关设备

技术领域

本发明涉及一种用于控制连接在下游的电机的能量供给的开关设备以及用于开关设备的方法。根据本发明的开关设备尤其是电机启动器并且尤其应用于工业自动化技术中。借助开关设备能够控制连接在该开关设备下游的电机。为此，通过该开关设备引导对连接在开关设备下游的电机的能量供给，从而使电机与供电网连接。供电网尤其是工业设施的低压电网(例如三相，400伏特，50赫兹)。

背景技术

为了控制连接在下游的电机的能量供给，开关设备包括控制单元和第一电流路径。通过第一电流路径，使供电网的第一相引向连接在下游的电机。第一电路路径包括机电的第一开关和机电的第二开关与半导体开关的并联电路，该并联电路与第一开关串联。控制单元能够输出用于第一开关、第二开关和半导体开关的接通信号并且由此控制开关的预期的开关状态。第一和第二开关尤其是常开触头，其在存在控制单元的接通信号时保持在闭合的开关状态中。如果切断第一或者第二开关的接通信号，那么开关由于复位力(例如弹簧力，其作用到相应开关的触点上)自动地采取断开状态。这种开关尤其是继电器。半导体开关在存在控制单元的接通信号时优选地采取导电状态。

开关设备包括供电接口，控制单元通过该供电接口能够获取用于接通信号的能量。通常，分散式的馈电源借助导线与开关设备的供电接口连接，从而在开关设备的有效运行中通过供电接口施加供电电压。通过供电接口，开关设备获得对于接通信号来说必要的能量。优选地，开关设备的在设备内部的总能量供给都通过开关设备的供电接口获取。

开关设备优选地应用于，接通和断开三相交流电机以及单项交流电机。连接在开关设备下游的电机优选地通过开关设备来防止过载(短路和/或热过载)。

一旦开关设备应用在安全性关键的应用中，那么就必须确保通过开关设备安全地断开连接在开关设备下游的电机。

在具有对连接在开关设备下游的电机的紧急断开的开关设备中，可行的断开原理是，开关设备的供电电压借助在馈电源和供电接口之间的供电链中中间连接的开关设备(例如紧急停机开关设备)来切断。由功能决定地，开关设备的机电开关由于断开供电电压自动进入到断开状态中(即开关是断开的)。以这种方式，在断开供电电压时，切断了经由开关设备引向电机的能量供给，从而使电机安全地关断。通过断开馈电源和自动地断开开关，在开关处形成关断电弧，其导致在开关处的强烈磨损，从而通常限制了开关设备的这类操作循环的数量。

发明内容

本发明的目的在于提出一种改进了的开关设备，其尤其自身确保了开关设备的符合规定的功能。

该目的通过根据权利要求1的装置实现，也就是通过一种开关设备实现，其具有控制单元、供电接口、供电单元和第一电流路径，第一电流路径包括机电的第一开关和机电的第二开关与半导体开关的并联电路，该并联电路与第一开关串联，其中控制单元能够输出用于第一开关、第二开关和半导体开关的接通信号，其中供电接口与供电单元连接并且控制单元通过供电单元获取用于接通信号的能量，其中，开关设备包括蓄能器和与控制单元连接的两个测量装置，其中蓄能器中间连接在供电接口和供电单元之间，从而通过供电接口实现的对开关设备的能量供给借助蓄能器在设备内部缓冲，其中，控制单元能够借助第一测量装置检测出在供电单元的初级侧处施加的供电电压低于第一电压阈值，其中控制单元能够借助第二测量装置检测出在供电单元的次级侧处施加的供电电压低于第二电压阈值，其中，控制单元如下地设计，使得其对从低于第一电压阈值至低于第二电压阈值的时间段进行评估，该目的以及通过根据权利要求10的方法实现，也就是通过一种用于开关设备的方法来实现，该开关设备包括控制单元、供电接口、供电单元和第一电流路径，其中，第一电流路径包括机电的第一开关和第二机电开关与半导体开关的并联电路，该并联电路与第一开关串联，其中控制单元能够输出用于第一开关、第二开关和半导体开关的接通信号，其中供电接口与供电单元连接并且控制单元通过供电单元获取用于接通信号的能量，其中，开关设备包括蓄能器和与控制单元连接的两个测量装置，其中蓄能器中间连接在供电接口和供电单元之间，从而通过供电接口实现的能量供给借助蓄能器在设备内部缓冲，其中，控制单元借助第一测量装置检测出施加在供电单元的初级侧处的供电电压低于第一电压阈值并且借助第二测量装置检测出施加在供电单元的次级侧处的供电电压低于第二电压阈值，其中，控制单元对从低于第一电压阈值至低于第二电压阈值的时间段进行评估。

优选的改进方案在从属权利要求2至9以及11至14中给出。

控制单元能够通过评估从低于第一电压阈值至低于第二电压阈值的时间段来监控内部的蓄能器的功能状态。如果低于存储的临界时间值，那么优选地通过控制单元输出相应的信号。通过借助于控制单元对从低于第一电压阈值至低于第二电压阈值的时间段进行评估，尤其能够监控蓄能器的损耗。

在连接在开关设备下游的电机的有效运行中，通过开关设备的第一电流路径引导对电机的能量供给。

在存在控制单元的接通信号时，第一和第二开关采取闭合的开关状态。如果切断了在第一和/或第二开关处的接通信号；即在开关处没有施加接通信号，那么相应的开关就自动地采取断开的开关状态。在有接通信号时，特别地在开关的控制电路上施加有电压，尤其是大约12伏特。在没有接通信号时，特别地在开关的控制电流电路上没有施加电压。

第一测量装置特别地布置在供电接口和供电单元之间的区域中。借助第一测量装置，控制单元能够监控在供电单元的初级侧上的能量供给(即供电单元至供电接口的电连接)。特别地，借助第一测量装置测定在供电单元的初级侧上存在的电压。

第二测量装置特别地布置在供电单元和控制单元之间的区域中。借助第二测量装置，控制单元能够监控在供电单元的次级侧上的能量供给(即供电单元至控制单元的电连接)。特别地，借助第二测量装置测定在供电单元的次级侧上存在的电压。

通过供电接口优选地仅仅实现开关设备的在设备内部的能量供给。

优选地，在开关设备的规定的运行中在供电接口处施加大约24伏特。

特别地，开关设备的供电单元将施加在供电接口处的电压转换成另外的电压。

半导体开关优选是三端双向可控硅开关元件(Triac)或者两个反并联的晶闸管。

如果开关设备的供电接口与外部的馈电源按规定地连接，那么在供电接口上施加了电压。以这种方式为供电单元以及由此为控制单元供能。

特别地通过至少一个电容器形成的蓄能器中间连接在供电接口和供电单元之间，从而其在设备内部缓冲了通过供电接口实现的对开关设备的能量供给。蓄能器尤其通过施加在供电接口处的电压来充电。

控制单元能够借助第一测量装置探测出在供电单元处的初级侧上的电压低于第一电压阈值。该第一电压阈值尤其表征了开关设备的一种状态，在该状态中通过外部的馈电源对供电单元的能量供给受到危害或者不存在。这种状态例如由于中断了供电接口至馈电源的电连接而导致。

如果中断了供电接口至馈电源的电连接，那么供电单元就仅仅通过已充电的蓄能器在设备内部供能。这种状态通过控制单元通过在供电单元的初级侧的区域中的供电电压低于第一电压阈值来探测出。然而，借助蓄能器对供电单元的设备内部的能量供给仅仅能够维持确定的时间段。

通过借助第二测量装置监控在供电单元的次级侧上的电压，能够获得对蓄能器的放电过程的推断。

优选地，通过控制单元来监控，蓄能器是否确保了对于预定时间段的、对供电单元、尤其是控制单元的足够的设备内部的能量供给。根据对从低于第一电压阈值至低于第二电压阈值的时间段的评估，控制单元能够监控蓄能器的符合规定的功能状态。

一旦从低于第一电压阈值至低于第二电压阈值的时间段低于临界的时间值，那么控制单元优选地输出信号或者阻止连接在下游的电机的再次接通。

在本发明的有利的实施方式中，控制单元如下地设计，使得在检测出在供电单元的初级侧处低于了第一电压阈值时，控制单元借助蓄能器的能量：

-在第一步骤中导电地连接半导体开关并且接下来断开第二开关，

-在第一步骤之后，在第二步骤中不导电地连接半导体开关并且接下来断开第一开关。

在控制单元借助第一测量装置已经检测出低于第一电压阈值之后，通过控制单元自动地实现执行第一和第二步骤。

控制单元能够借助第一和第二测量装置监控通过供电接口实现的用于控制单元的接通信号的能量供给。通过借助第一测量装置来监控在供电接口和供电单元之间的电连接区域中的能量流，能够监控馈电源的通过供电接口直接输送在开关设备处的电压。以这种方式能够从控制单元方面直接对供电接口处的电压降做出反应。

通过借助于第一测量装置监控通过供电接口实现的能量供给，在供电电压下降到优选地存储在控制单元或者测量装置中的临界区域中时，能够实现受控地断开通过第一电流路径实现的对连接在下游的电机的能量供给。供电电压的临界区域借助第一电压阈值与供电电压的符合规定的区域分开，在该符合规定的区域中存在经由供电接口的对开关设备的符合规定的能量供给。特别地，第一电压阈值如下确定大小，即只要高于第一电压阈值，那么就存在通过供电接口的对开关设备的充足的能量供给，从而确保了通过控制单元的符合规定的接通信号输出，并且一旦低于第一电压阈值，那么通过供电接口实现以下能量供给，该能量供给危害了，尤其是不能实现通过控制单元的符合规定的接通信号输出。

优选地，临界区域表征了在供电接口处的电压范围，其处于在供电接口处应接通的最大允许电压的大约70％，优选大约50％之下。因此，第一电压阈值优选地处于在供电接口处应接通的最大允许电压的大约50％-70％的范围中。

如果通过控制单元借助第一测量装置已经探测出临界的能量供给(已经探测出低于第一电压阈值)，那么借助控制单元自动地在第一步骤中导电地连接半导体开关并且在半导体开关闭合之后断开第二开关(在第一步骤中，第一开关保持闭合)。在第一步骤之后，通过控制单元自动地在第二步骤中首先不导电地连接半导体开关并且接下来断开第一开关。为输出对于第一和第二步骤必要的接通信号而需要的能量由控制单元从蓄能器获取。

如果在供电接口处施加的电压下降到临界区域中，从而低于了第一电压阈值，那么通过在蓄能器中缓冲的能量来确保通过控制单元输出对于第一和第二步骤必要的接通信号。通过使蓄能器直接借助施加在供电接口处的电压来充电，在相应的设计蓄能器的大小时，能够实现优选地在恒定的电压水平中受控地断开连接在下游的电机(执行第一和第二步骤)。优选地，在供电单元的次级侧上的电压扰动在执行第一和第二步骤之后才出现。

在确定了低于第一电压阈值之后，特别地立即进行借助第一和第二步骤自动受控地断开连接在下游的电机。

优点在于，能够以在开关设备中的很小的附加硬件耗费实现改善的开关性能。尤其是关于通过供电接口紧急断开方面，能够实现开关设备的提高的操作循环数量。由于切断了供电电压而通常出现的开关处的磨损能够通过受控的断开来阻止。对此必要的用于接通信号的能量通过蓄能器来提供。通过将蓄能器布置在供电单元的初级侧上(指向供电接口的一侧)，能够实现改善的在设备内部的能量缓冲。

在本发明的其他有利的设计方案中，控制单元如下地设计，即当从低于第一电压阈值至低于第二电压阈值的时间低于临界的时间值时，控制单元输出一个信号。

控制单元尤其测量从低于第一电压阈值至低于第二电压阈值的时间。一旦从低于第一电压阈值至低于第二电压阈值的时间低于临界的时间值，该时间值尤其存储在控制单元中，那么控制单元输出一个信号。以这种方式能够监控蓄能器的损耗。借助临界的时间值特别地表征了以下时间段，从该时间段起确保或者危害了用于通过蓄能器输出用于第一和第二步骤的信号的充足的设备内部的能量供给。

一旦蓄能器不再具有用于规定的常规断开(执行第一和第二步骤)的电容(例如由于老化)，那么就低于了临界的时间值。由此，控制单元输出信号。借助该信号，优选地产生了设备故障，从而阻止了开关设备的再次接通、操控了开关设备的LED或者显示器和/或将诊断报告发送到分散的装置处(例如上级的控制装置)。以这种方式，能够实时地向运行团队说明维护状态并且因此能够做出相应的反应。

在本发明的其他有利的实施方式中，控制单元如下地设计，使得其借助第一测量装置测定在供电单元的初级侧上的电压并且根据测定的电压来确定临界的时间值。

利用对开关设备的用于输出第一和第二步骤的信号的能量消耗的认知并且利用对电压下降之前的供电电压水平的认知，能够求出用于蓄能器(例如一个或者多个缓冲电容器)的最小必要放电时间。这个通过临界的时间值来表征的最小允许放电时间用于监控蓄能器的符合规定的机能(例如缓冲电容器的电容)。

通过测定在电压下降之前在供电单元的初级侧上存在的电压水平，能够推导出蓄能器的充电状态，从而由此能够确定临界的时间值。临界的时间值例如能够借助存储在控制单元中的算法来计算，该算法考虑到了在电压下降之前在供电单元的初级侧上存在的电压水平。然而，同样能够设想，临界的时间值以表格存储在控制单元中，从而根据借助于第一测量装置测定的在电压下降之前的电压来确定临界的时间值。

如果从低于第一电压阈值至低于第二电压阈值的时间段低于临界的时间值，那么由此得出，蓄能器的电容对于能够按规定地执行受控的断开来说过低。

通过这种方式过程，能够监控蓄能器并且可靠地防止开关设备受到不利的影响(第一和第二机电开关的粘结/焊接)。如果使用电容器作为蓄能器，那么例如能够识别出电容器老化。

在本发明的其他有利的实施方式中，如下地设计控制单元，使得其根据连接在下游的电机状态(接通的电机/断开的电机)来确定临界的时间值。

在本发明的其他有利的实施方式中，蓄能器能够通过供电接口来充电。蓄能器优选地包括至少一个与供电接口导电地连接的电容器。同样能够设想，使用多个电容器作为蓄能器。

在本发明的其他有利的实施方式中，蓄能器如下地设计，即其为第一和第二步骤确保了借助控制单元输出必要的接通信号。因此，仅仅借助在蓄能器中缓冲的能量就实现了通过控制单元输出第一和第二接通信号。

在本发明的其他有利的实施方式中，开关设备包括第二电流路径，第二电流路径包括机电的第一开关和机电的第二开关与半导体开关的并联电路，该并联电路与第一开关串联，其中控制单元能够输出用于第一开关、第二开关和半导体开关的接通信号，其中，控制单元如下地设计，使得一旦借助测量装置监控的能量供给落入到临界区域中，控制单元就借助蓄能器的能量：

-在第一步骤中导电地连接第二电流路径的半导体开关并且接下来断开第二电流路径的第二开关，

-在第一步骤之后，在第二步骤中不导电地连接第二电流路径的半导体开关并且接下来断开第二电流路径的第一开关。

优选地，借助控制单元的对第二电流路径的控制与第一电流路径相类似地来实现。第二电流路径优选地类似于第一电流路径来设计。

此外，开关设备能够包括第三电流路径。第三电流路径在此能够类似于第一和第二电流路径地设计。对第三电流路径的开关的控制同样能够以类似于第一电流路径的方式实现。

在本发明的其他有利的实施方式中，控制单元如下地设计，使得控制单元在第二步骤中使在电流过零时的、在半导体开关上实现有能量供给时的半导体开关切换到不导电状态中。由此中断了对电机的能量供给，从而接下来能够无电流地断开相应的电流路径的第一开关。因此，在相应的机电开关处能够无电弧形成地实现切断连接在下游的电机的能量供给。避免否则出现的开关磨损。

在本发明的其他有利的实施方式中，用于安全运行电机的系统包括所说明的开关设备、馈电源和开关装置，其中开关装置如下地中间连接到馈电源至开关设备的供电接口的供电链中，使得通过操作开关装置来中断通过馈电源实现的对开关设备的能量供给。开关装置例如是紧急停机开关设备。

附图说明

接下来根据附图中示出的实施例进一步说明和阐述本发明和本发明的实施例。

具体实施方式

附图示出了用于安全运行电机5的系统的示意图。该系统包括供电网9，电机5，开关设备1，馈电源50和紧急停机开关设备40。

开关设备1利用其三个输入侧的接口位置3与供电网9连接，并且利用其输出侧的接口位置4与电机5连接。电机5是异步电机。供电网9是工业低压开关设施的三相交流电网。开关设备1是电机启动器1，借助该电机启动器可以控制对连接在下游的电机5的能量供给。

供电网9的第一相10借助导线与输入侧的接口位置3连接，并且通过电机启动器1的第一电流路径15在设备内部引向输出侧的接口位置4，并且接下来通过其他导线引向电机5。电机启动器1的第一电流路径15在设备内部将电机启动器1的输入侧的接口位置3与电机启动器1的输出侧的接口位置4连接。第一电流路径15包括机电的第一开关11，在此为三端双向可控硅开关元件的半导体开关12，和机电的第二开关13。半导体开关12和第二开关13的并联电路与第一开关11串联。因此，通过第一电流路径15将供电网9的第一相10引向电机5。

供电网9的第二相20借助导线与输入侧的接口位置3连接，并且通过电机启动器1的第二电流路径25在设备内部引向输出侧的接口位置4，并且随后借助其他导线引向电机5。电机启动器1的第二电流路径25在设备内部将电机启动器1的输入侧的接口位置3与电机启动器1的输出侧的接口位置4连接。第二电流路径25包括机电的第一开关21，在此为三端双向可控硅开关元件的半导体开关22，和机电的第二开关23。半导体开关22和第二开关23的并联电路与第一开关21串联。因此，通过第二电流路径25将供电网9的第二相20引向电机5。

供电网9的第三相30借助导线与输入侧的接口位置3连接，并且通过电机启动器1的第三电流路径35在设备内部引向输出侧的接口位置4并且随后借助其他导线引向电机5。电机启动器1的第三电流路径35在设备内部将电机启动器1的输入侧的接口位置3与电机启动器1的输出侧的接口位置4连接。所示出的电器启动器1是2相控制的电机启动器1，从而第三电流路径在输入侧的和输出侧的接口位置3，4之间形成持续的设备内部的电接触。然而同样能够设想，第三导电路径35同样包括至少一个开关，或者类似于电机启动器1的第一和/或第二电流路径15，25地设计。

电机启动器1包括控制单元2，借助于该控制单元控制机电开关11，13，21，23以及半导体开关12，22的开关位置。为此，控制单元2能够将接通信号输出到开关11，12，13，21，22，23处。通过接通信号在开关11，12，13，21，22，23处施加电压。机电开关11，13，21，23加载有弹力，从而其为了保持闭合位置而必须利用接通信号来控制，因为否则其自动地采取断开的开关状态。也就是说，一旦去除在机电开关11，13，21，23处的接通信号，那么该开关自动地采取断开的开关位置。借助于控制单元2能够将相应的半导体开关12，22切换到导电状态中或者不导电状态中(闭锁状态)。在半导体开关12，22的不导电状态中，闭锁了经由半导体开关12，22的能量传递。

第一机电开关13，23是第一继电器的常开触头。第二机电开关11，21是第二继电器的常开触头。然而也能够设想，各个开关或者仅仅第一或者第二开关11，13，21，23借助于单独的继电器来控制。

电机启动器1通过其供电接口7获取设备内部的能量供给。为此，供电接口7借助两个导体与馈电源50连接，其例如提供大约24伏特的电压。因此，在存在通向馈电源7的导电连接时，在供电接口7处施加了大约24伏特的供电电压。借助于通过供电接口7获取的电能，控制单元2能够将必要的接通信号输出到相应的开关11，12，13，21，22，23处。

在电机启动器1的内部，供电接口7与开关设备1的供电单元19导电地连接。供电单元19如下地匹配于通过供电接口7获取的馈电源50的电压，即控制单元2通过供电单元19能够获取用于接通信号的适当的电压。

此外，电机启动器1包括蓄能器6，其集成在供电接口7至供电单元19的导电连接中。蓄能器6是电容器，其通过供电接口7来充电。蓄能器6是电容器，其通过供电接口7来充电。蓄能器6能够缓冲供电单元19的能量供给。一旦通过馈电源50的对开关设备的能量供给下降，则借助蓄能器6将蓄能器6的电容相应地缓冲给供电单元19的能量供给；即短时地保持。蓄能器6的电容如下地设计，即在以下期间仅借助蓄能器6的能量确保供电单元19的能量供给，即控制单元2能够执行对连接在下游的耗电器5的受控断开(执行第一和第二步骤)。

在供电接口7和供电单元19之间布置有电机启动器1的第一测量装置8。控制单元2能够借助于第一测量装置8监控通过供电接口7实现的在供电单元初级侧的对供电单元19的能量供给。在此，借助测量单元8测定的电压与在开关设备1中存储的第一电压阈值进行比较。

第一电压阈值为在供电接口7处应接通的最大允许电压的50％。如果测定的电压处于第一电压阈值之上，那么通过供电接口7为开关设备1实现了充足的能量供给，其确保了通过控制单元2的符合规定的接通信号输出。然而，如果测定的电压低于第一电压阈值，那么通过供电接口7实现了以下能量供给，其危害了通过控制单元2的符合规定的接通信号输出。因此，通过供电接口7实现的能量供给处于临界区域中。如果借助第一测量装置8对供电电压的监控显示，在供电接口7处施加了低于在供电接口7处应接通的最大允许电压的50％的电压，则通过控制单元2借助于由蓄能器6缓冲的能量立即执行受控的断开。

紧急停机开关设备40如下地布置在馈电源50和电机启动器1之间，即其能够中断通过两个导体进行的对电机启动器1的能量供给。紧急停机开关设备40为此相应地包括两个开关件，其能够分别中断导线。

一旦在供电接口7处施加了符合规定的供电电压，则电机启动器1能够为连接在下游的的电机5建立能量供给。因此，借助第一测量装置8测定的供电电压处于第一电压阈值之上并且不处于临界区域中。

如果运行着的电机5处于额定运行中，那么在电机启动器1的内部，第一开关11，21是闭合的，半导体开关12，22是不导电地连接的并且第二开关13，23是闭合的。连接在电机启动器1的下游的电机5的可行的断开原理是，电机启动器1的供电电压借助在馈电源50和供电接口7之间的供电链中中间连接的紧急停机开关设备40来断开。为此，操作紧急停机开关设备40，从而使断开其开关件中的至少一个。

如果对紧急停机开关设备40进行了这种操作，那么在供电接口7上没有施加电压。在供电单元19的初级侧处的供电电压下降，从而低于第一电压阈值。这种状态变化由控制单元2借助于第一测量装置8探测出，从而控制单元2由此自动地执行了对连接在下游的电机5的受控断开。用于输出必要的接通信号的能量在此通过蓄能器6确保。因此，借助在蓄能器6中缓冲的能量继续为供电单元19和此外为控制单元2供应能量。

在受控地断开连接在下游的电机5时，通过控制单元2在第一步骤中将半导体开关12，22切换到导电的状态中。此外借助控制单元2的接通信号来操控第一开关11，21，从而使其停留在闭合位置中。取决于功能地，通过断开在第一继电器处的接通信号，第二开关13，23自动地进入到断开状态中。因此，电机5的能量供给继续通过电机启动器1实现。对于在通过控制单元2的第一步骤期间应输出的接通信号(半导体开关12，22和第一开关11，21)而言必要的能量通过蓄能器6提供。

在第一步骤之后的第二步骤中，通过控制单元2使电流过零时的半导体开关12，22切换到不导电的状态中。因此通过第一和第二电流路径15，25实现了无电弧地中断能量供给。该开关过程在确保了第二开关13，23断开之后立即执行。一旦中断了通过半导体开关12，22的能量供给，那么也中断了至连接在下游的电机5的能量供给。在确保中断了通过半导体开关12，22的能量供给之后，接通信号就从第二继电器并进而从第一开关11，21上断开。取决于功能地，通过断开第二继电器处的接通信号，第一开关11，21自动地进入到断开状态中。因此，第一开关11，21无电流地断开。用于在通过控制单元2的第二步骤期间应输出的接通信号的能量通过蓄能器6来提供。

通过蓄能器6中的对供电电压的充足地确定了大小的缓冲并通过借助第一测量装置8内部监控施加在供电接口7处的供电电压，能够在断开供电电压时实现受控地中断对连接在下游的电机5的能量供给，而不会在开关11，13，21，23处形成电弧。因此能够使开关设备1的磨损最小化。

如果由于故障或者断开供电电压使得由第一测量装置8检测到的供电电压下降到预设的电压阈值之下，那么通过控制单元2无延迟地采取电机5的受控断开(执行第一和第二步骤)。受控的断开优选地相当于以下断开过程，开关设备1在正常的断开过程时(经由控制输入端符合运行要求地断开电机5)经由控制单元2执行该断开过程。

蓄能器6的缓冲如下地设计，即提供足够的能量，以用于操控开关11，12，13，21，22，23，直至受控的断开过程结束。以这种方式，在紧急断开时也能够执行常规的断开过程，而不会使机械开关11，13，21，23额外负载。因此在通过断开供电电压来实现的紧急停止时实现了无磨损的断开。通过经由无磨损的半导体开关12，22的受控断开过程和为受控断开过程的持续时间缓冲供电电压，能够实现明显地提高机械开关11，13，21，23的寿命以及因而提高总体开关设备1的寿命。

通过借助蓄能器6实现在供电单元19的初级侧(指向供电接口7)上的能量缓冲，在供电接口7处有电压中断时，能够使供电单元19的次级侧恒定地保持其电压水平直至确定的时间点为止。以这种方式，断开能够持续地在恒定的电压水平上执行。优选地，次级侧上的电压扰动仅在受控断开序列(第一和第二步骤)结束之后才出现。通过将蓄能器6布置在初级侧上，相较于将蓄能器6布置在供电单元19的次级侧上，能够更迅速地探测供电接口7处的电压降以及临界区域，从而能够提早采取受控的断开序列。因此尽早地采取紧急断开。由此改善了系统的可靠性。

此外优选的是，在进入到临界区域中时，借助蓄能器6所缓冲的能量，将诊断报告(例如常规断开的报告)通过开关设备1的通信装置施加到与开关设备连接的设备单元处(例如上级的控制装置)。

开关设备1还包括与控制单元2连接的第二测量装置80，其如下地布置，即控制单元2借助第二测量装置80能够监控在供电单元19的次级侧处的供电电压。

此外，在开关设备中、尤其是在控制单元2中存储有临界的时间值和比第一电压阈值低的第二电压阈值。

通过评估从低于第一电压阈值至低于第二电压阈值的时间段，控制单元2能够推断出蓄能器6的功能状态。为此，控制单元2将测定的时间段(从低于第一电压阈值至低于第二电压阈值)与临界的时间值进行比较。如果测定的时间段高于临界的时间值，那么存在蓄能器6的符合规定的功能状态，也就是说，通过蓄能器6所缓冲的能量确保了输出用于第一步骤和第二步骤的接通信号。然而，如果测定的时间段低于临界的时间值，危害了通过蓄能器6所缓冲的能量输出用于第一步骤和第二步骤的接通信号。这种状态可能由于蓄能器6的电容器的老化而产生。

一旦控制单元的评估显示从低于第一电压阈值至低于第二电压阈值的时间段低于临界的时间值，那么开关设备1就发出报警信号，从而使用者能够发现该状态。

临界的时间值不是固定的时间值，而是根据通过第一测量装置8测定的在电压降之前的供电电压以及连接在下游的电机5的当前运行状态(接通/断开)来确定。临界的时间值的确定借助在控制单元中存储的表格化列表来实现。然而，同样能够设想，临界的时间值的确定借助在控制单元2中存储的算法来实现，该算法考虑到了以上的数值。

在表格化列表中尤其存储了以下值：

-在电压下降前在供电单元19的初级侧上的电压值(即在通过馈电源5有符合规定的能量供给时)；例如：情况A：大于24伏特/情况B：小于24伏特且大于20伏特/情况C：小于20伏特，

-在有断开的电机5时的临界的时间值；例如：情况A：150ms/情况B：120ms/情况C：100ms，

-在有接通的电机5时的临界的时间值；例如：情况A：100ms/情况B：80ms/情况C：60ms。

根据在电压下降之前在供电单元19的初级侧上的所测定的存在电压值以及电机在低于第一电压值时存在的运行状态，通过控制单元2确定临界的时间值。

如果例如在电压下降之前在供电单元19的初级侧上存在28伏特的电压值(情况A)并且电机是接通的，那么存在100ms的临界的时间值。

如果低于临界的时间值，那么缓冲电容器6的电容例如由于电容器6的老化而受到如此强烈的损害，即在紧急停止时不能可靠地执行常规的断开(第一和第二步骤)。从控制单元2方面输出相应的报警信号。借助报警信号产生设备故障，这尤其阻止了开关11，12，13，21，22，23的闭合。

Claims (14)

1.一种开关设备(1)，具有控制单元(2)、供电接口(7)、供电单元(19)和第一电流路径(15)，所述第一电流路径包括机电的第一开关(11)和机电的第二开关(13)与半导体开关(12)的并联电路，该并联电路与所述第一开关(11)串联，其中所述控制单元(2)能够输出用于所述第一开关(11)、所述第二开关(13)和所述半导体开关(12)的接通信号，其中所述供电接口(7)与所述供电单元(19)连接并且所述控制单元(2)通过所述供电单元(19)获取用于所述接通信号的能量，

其特征在于，

所述开关设备(1)包括蓄能器(6)和两个与所述控制单元(2)连接的测量装置(8，80)，其中所述蓄能器(6)中间连接在所述供电接口(7)和所述供电单元(19)之间，从而通过所述供电接口(7)实现的对所述开关设备(1)的能量供给借助所述蓄能器(6)在设备内部缓冲，其中，所述控制单元(2)能够借助第一测量装置(8)检测出施加在所述供电单元(19)的初级侧处的供电电压低于第一电压阈值，其中，所述控制单元(2)能够借助第二测量装置(80)检测出在所述供电单元(19)的次级侧处施加的供电电压低于第二电压阈值，其中，所述控制单元(2)设计为，使得所述控制单元对从低于所述第一电压阈值至低于所述第二电压阈值的时间段进行评估。

2.根据权利要求1所述的开关设备，其中，所述控制单元(2)设计为，使得所述控制单元在检测出在所述供电单元(19)的所述初级侧处低于了所述第一电压阈值时借助所述蓄能器(6)的能量：

-在第一步骤中导电地连接所述半导体开关(12)并且接下来断开所述第二开关(13)，

-在所述第一步骤之后，在第二步骤中不导电地连接所述半导体开关(12)并且接下来断开所述第一开关(11)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的开关设备，其中，所述控制单元(2)设计为，使得当从低于所述第一电压阈值至低于所述第二电压阈值的时间低于临界的时间值时，所述控制单元输出信号。

4.根据权利要求3所述的开关设备，其中，所述控制单元(2)设计为，使得所述控制单元借助所述第一测量装置(8)测定在所述供电单元(19)的所述初级侧上的电压并且根据测定的所述电压来确定临界的所述时间值。

5.根据前述权利要求中任一项所述的开关设备，其中，所述蓄能器(6)能够通过所述供电接口(7)充电。

6.根据前述权利要求中任一项所述的开关设备，其中，所述蓄能器(6)设计为，使得所述蓄能器保障了输出对于所述第一步骤和所述第二步骤必要的接通信号。

7.根据前述权利要求中任一项所述的开关设备，其中，所述开关设备包括第二电流路径(25)，所述第二电流路径包括机电的第一开关(21)和机电的第二开关(23)与半导体开关(22)的并联电路，该并联电路与所述第一开关(21)串联，其中所述控制单元(2)能够输出用于所述第二电流路径(25)的所述第一开关(21)、所述第二开关(23)和所述半导体开关(22)的接通信号，其中，所述控制单元(2)设计为，一旦借助所述测量装置监控的能量供给落入到临界区域中时，所述控制单元借助所述蓄能器(6)的能量：

-在第一步骤中导电地连接所述第二电流路径(25)的所述半导体开关(22)并且接下来断开所述第二电流路径(25)的所述第二开关(23)，

-在所述第一步骤之后，在第二步骤中不导电地连接所述第二电流路径(25)的所述半导体开关(22)并且接下来断开所述第二电流路径(25)的所述第一开关(21)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的开关设备，其中，所述控制单元(2)设计为，使得所述控制单元在所述第二步骤中使在电流过零时的、在所述半导体开关上实现有能量输送时的所述半导体开关(12，22)切换到不导电状态中。

9.一种用于安全运行电机(5)的系统，具有根据权利要求1至8中任一项所述的开关设备(1)、馈电源(50)和开关装置(40)，其中，所述开关装置(40)中间连接到所述馈电源(50)至所述开关设备(1)的供电接口(7)的供电链中，使得通过对所述开关装置(40)的操作中断通过所述馈电源(50)进行的对所述开关设备(1)的能量供给。

10.一种用于开关设备(1)的方法，所述开关设备包括控制单元(2)、供电接口(7)、供电单元和第一电流路径(15)，其中所述第一电流路径(15)包括机电的第一开关(11)和机电的第二开关(13)与半导体开关(12)的并联电路，该并联电路与所述第一开关(11)串联，其中所述控制单元(2)能够输出用于所述第一开关(11)、所述第二开关(13)和所述半导体开关(12)的接通信号，其中所述供电接口(7)与所述供电单元(19)连接并且所述控制单元(2)通过所述供电单元(19)获取用于所述接通信号的能量，

其特征在于，

所述开关设备(1)包括蓄能器(6)和两个与所述控制单元(2)连接的测量装置(8，80)，其中所述蓄能器(6)中间连接在所述供电接口(7)和所述供电单元(19)之间，从而通过所述供电接口(7)实现的对所述开关设备(2)的能量供给借助所述蓄能器(6)在设备内部缓冲，其中，所述控制单元(2)借助第一测量装置(8)检测出在所述供电单元(19)的初级侧处施加的供电电压低于第一电压阈值并且借助第二测量装置(80)检测出在所述供电单元(19)的次级侧处施加的供电电压低于第二电压阈值，其中，所述控制单元(2)对从低于所述第一电压阈值至低于所述第二电压阈值的时间段进行评估。

11.根据权利要求10所述的用于开关设备(1)的方法，其中，所述控制单元(2)在检测出在所述供电单元(19)的所述初级侧处低于了所述第一电压阈值时自动地借助所述蓄能器(6)的能量：

-在第一步骤中导电地连接所述半导体开关(12)并且接下来断开所述第二开关(13)，

-在所述第一步骤之后，在第二步骤中不导电地连接所述半导体开关(12)并且接下来断开所述第一开关(11)。

12.根据权利要求10或11所述的用于开关设备(1)的方法，其中，当从低于所述第一电压阈值至低于所述第二电压阈值的时间低于临界的时间值时，所述控制单元(2)输出信号。

13.根据权利要求12所述的用于开关设备(1)的方法，其中，所述控制单元(2)借助所述第一测量装置(8)测定在所述供电单元(19)的所述初级侧上的电压并且根据测定的所述电压来确定临界的所述时间值。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的用于开关设备(1)的方法，其中，所述控制单元(2)在所述第二步骤中使在电流过零时的、在所述半导体开关上实现有能量输送时的所述半导体开关(12，22)切换到不导电状态中。