CN110942940A - 用于控制电开关的方法 - Google Patents

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C·恩格尔
S·恩格特
R·施皮尔格
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Abstract

本发明涉及一种用于控制电开关(S1，S2)的方法，所述开关切换交流电压并且具有用于控制开关(S1，S2)和检测开关(S1，S2)中的电流的相位角的控制计算机(1)。本发明的特征在于，控制计算机(1)在切换开关(S1，S2)时除了电流过零以外附加地考虑持续时间并且切换时间点以所述持续时间改变。

Description

用于控制电开关的方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制电开关的方法，所述开关切换交流电压并且具有用于控制开关且用于检测开关中的电流的相位角的控制计算单元。
背景技术
由现有技术、例如US 4,356,525公知了一种用于控制电路的方法，其中，多个开关并联地布置，其中，在过零中检测电压并且这样控制开关，以使得产生最小的直流电压-补偿电流。当一个单独的继电器在接通和断开所施加的电流时过载并且由此产生继电器触点熔化焊合的过强电弧的危险时，则始终使用多个并联布置的开关、特别是多个并联布置的继电器。然而继电器的并联电路具有的缺点是，只有当继电器都并列并且同时地被接通或者打开时，所述继电器才高效地工作，因为否则存在至少一个短暂的时间段，在该时间段期间一个唯一的继电器必须引导总电流并且由此还可能过载。也就是说，在继电器的并联电路中必须确保，所有继电器实际也同时切换，无所谓继电器的相应的由制造决定地不同的接通延迟是多大。此外还表明，当继电器接通电路时，继电器由于其机械部件而倾向于颤动。这意味着，所述触点在继电器闭合时又一次或者多次地被打开，直到触点的颤动过程逐渐消失。在颤动过程中每次短暂地打开时产生电弧，所述电弧又可能使继电器的触点过载和损坏。
发明内容
因此，本发明的任务在于，提出一种用于控制电开关的方法，所述电开关也会在闭合继电器时通过颤动过程导致短暂的再打开的情况中出现开关的过载。
该任务根据本发明通过优选技术方案来解决，本发明的有利的设计方案由可选技术方案、说明书和附图得出。
根据本发明设置，用于控制电开关的控制计算单元在切换所述开关时除了电流的相位角以外附加地考虑持续时间并且改变切换时间点和所述持续时间。由此在使用具有确定的颤动持续时间的继电器的情况中可以相应地考虑所述颤动持续时间，从而使电流过零不直接在首次闭合开关时出现，而是这样出现，以使得也在颤动时间期间尽可能小的电流流过并且防止损害继电器。原则上可以在不仅在接通开关时而且在断开开关时使用电开关的这种控制方法。
在本发明的一个特别有利的设计方案中设置，所述开关是继电器，并且切换时间点处于颤动持续时间结束时。在此，电流过零则在继电器触点最后闭合时出现并且由此最终消除电弧。然而也可能的是，切换时间点大致处于颤动持续时间的中间。这个解决方案证明是高效的，以便避免由于继电器颤动导致继电器的过载。
在本发明的一个另外的设计方案中设置，将第二开关与所述开关并联地布置，所述第二开关同样通过控制计算单元控制，所述开关具有不同的切换延迟。通过第二开关的并联电路可以明显地减小在运行中以及在闭合和打开继电器时的电流，从而防止开关的过载。有利地在此设置，开关、特别是继电器的由制造公差决定地不同的开关延迟通过不同的切换时间点在用于控制电开关的控制计算单元中被考虑，从而这两个继电器高效地在相同的时间点切换。以所述方式和方法可能的是，使用具有在断开或者闭合触点时不同的切换延迟的开关或继电器，并且通过控制计算单元的相应控制补偿偏差。老化、温度波动等影响机电开关的接通时间。相应开关的接通时间可以通过低的测试电流动态地检测并且相应地通过软件处理。由此可以将并联连接的继电器时间上同步地以预给定的角度切换。
替代通过改变的控制来补偿也可能的是，通过预给定的预给定的接通窗在一定范围内允许不同时长的接通时间或颤动时间。在此则不需要通过控制计算单元补偿。然而直至电流过零则应将两个触点闭合。由此可以使切换延迟的公差是更大的，这又能够使用物美价廉的开关并且同时确保，具有不同的切换延迟的开关高效地在相同的时间点接通和断开并且由此也不发生在切换过程中开关短暂的过载。
开关在此可以设计为使得其不仅单相地而且两相地切换，特别是同时地不仅切换零线而且切换火线。以所述方式和方法不必对于每个相位设置一个自己的开关，而两个相位可以通过一个开关切换。
根据本发明的方法特别是在接通短路电流时确保，开关触点也短暂地不热过载并且由此不发生熔化焊合。这尤其在例如在用于电动汽车的电池充电装置的与安全相关的开关的情况中是需要的，应该在此流过高电流并且必须确保在短路时也安全地闭合或者分开开关。同时通过所述根据本发明的方法也可以在通常的运行情况中减小触点的负载并且由此改善继电器的使用寿命。
附图说明
下面根据两个附图详细说明并且阐述本发明。附图中：
图1示出电开关，其具有两个两相继电器和用于控制开关并且用于识别电流的相位角的控制计算单元，和
图2示出在两个并联连接的继电器上接通短路电流的情况中根据本发明的范围。
具体实施方式
图1中的电路能够在产生短路电流时可靠地接通两个相位、即零线N和火线L。为此，在此设计为继电器的两个并联连接的开关S1，S2与控制计算单元1连接，所述控制计算单元一方面控制这两个开关S1，S2并且另一方面进行电流的相位角检测3。控制计算单元1此外与地线G连接。相位角检测3用于检测供应电压的当前相位角并且在短路电流过零之前尽可能短暂地进行接通，因为在此产生最小的功率损耗。这两个开关S1，S2中的每个开关具有开关输入端-火线Lin1，Lin2以及开关输入端-零线Nin1，Nin2。在这两个开关S1，S2的输出侧存在开关输出端-火线Lout1，Lout2以及开关输出端-零线Nout1，Nout2。插头连接ST位于这两个开关S1，S2的输出端上，所述插头连接可以插入例如电动汽车的插座中，以便给所述电动汽车充电。当由于技术故障产生短路电流时，则这两个开关S1，S2必须安全地引导所述短路电流。在此，在接通开关S1，S2时能够不发生触点的熔化焊合，因为否则这两个开关S1，S2不再能可靠地打开。
在图2中可以看到，应该在哪一个时间点安全地进行开关S1，S2的接通。在图2中为此示出关于相位角的电流变化曲线。在过零之前不久，在此分别示出所谓的安全区域SB，在所述安全区域中优选地接通这两个开关S1，S2，从而也可以考虑继电器颤动，所述继电器颤动是继电器在首次闭合之后短暂的打开。试验在此表明，最优的接通点处于125°至145°之间以及305°至325°之间，以便抵消继电器颤动。关于一定的不确定性在此考虑±10％的公差。由此得出，继电器在切换时间点下的由构件决定的偏离量和偏差相应地允许不大于20°。因为继电器具有由构件决定地不同的接通时间，所以所选择的接通角度在此有助于如此长时间地将继电器上的负载最小化，直到第二继电器同样闭合并且通过这两个开关S1，S2安全地引导电流。在此考虑继电器的触点颤动，以便尽可能快地在过零中消除对于触点损害的电弧。在此，在过零中的相位是有帮助的，其中，开关S1，S2的颤动时间的结束应该处于电流的过零的范围中，由此得出用于接通的前述的相位角范围。附加地，在过零中的无电流状态在此有助于安全地闭合触点。以所述方式和方法明显地电路的用于切换短路电流的功能安全性，并且可以减小触点故障、即开关S1，S2中的触点的熔化焊合。基于这两个开关S1，S2的并联电路将每个开关S1，S2的损耗减小到四分之一，从而使开关S1，S2承受更小的负荷。
附图标记列表
1 控制计算单元
2 继电器控制
3 相位角检测
S1 第一开关
S2 第二开关
N 零线
L 火线
G 地线
Lin1 开关输入端-火线
Lin2 开关输入端-火线
Nin1 开关输入端-零线
Nin2 开关输入端-零线
Lout1 开关输出端-火线
Lout2 开关输出端-火线
Nout1 开关输出端-零线
Nout2 开关输出端-零线
ST 插头连接
SB 安全区域。

Claims (7)

1.一种用于控制电开关(S1，S2)的方法，所述开关切换交流电压并且具有用于控制所述开关(S1，S2)且用于检测所述开关(S1，S2)中的电流的相位角的控制计算机(1)，
其特征在于，
所述控制计算机(1)在切换所述开关(S1，S2)时除了电流过零以外附加地考虑持续时间并且使切换时间点以该持续时间改变。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述开关(S1，S2)是继电器，并且附加的所述持续时间是所述继电器(S1，S2)的颤动持续时间。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述切换是所述开关(S1，S2)的接通。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述切换时间点处于所述颤动持续时间结束时。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将至少一个第二开关(S2)与所述开关(S1)并联地布置，所述第二开关同样通过所述控制计算机(1)控制，这些开关(S1，S2)具有不同的切换延迟。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，这两个开关(S1，S2)分别是继电器，所述继电器(S1，S2)的不同的切换延迟通过不同的切换时间点在所述控制计算机(1)中被考虑，从而使得两个继电器(S1，S2)高效地在相同的时间点切换。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，这些开关(S1，S2)设计为使得它们同时地不仅切换零线(N)而且切换火线(L)。
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