DD260364A1 - Schaltungsanordnung zum lastarmen schalten von kontakten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum lastarmen Schalten von Kontakten elektromechanischer bzw. elektropneumatischer Schalter in rechnergestuetzten Anlagen hoeherer Leistung der elektrischen Antriebsregelung mit Stromrichtern, wobei jeder Stromrichter eine Schutzeinrichtung und eine elektronische Regelung aufweist. Die Anwendung ist fuer mobile und stationaere Antriebsregelungen, vorzugsweise Drehstromantriebe, zweckmaessig. Alle in der Anlage ueblicherweise vorhandenen Schutzkanaele sind sowohl auf das Ausloeseglied eines Schalters als auch auf Eingaenge eines bereits in der Prozessperipherie vorhandenen Eingabemoduls geschaltet und ein Ausgang eines ebenfalls in der Prozessperipherie vorhandenen Ausgabemoduls ist an jede der Schutzeinrichtungen der Stromrichter gefuehrt. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum lastarmen Schalten von Kontakten elektromechanischer bzw. elektropneumatischer Schalter in rechnergestützten Anlagen höherer Leistung der elektrischen Antriebsregelung mit Stromrichtern, wobei jeder Stromrichter eine Schutzeinrichtung und eine elektronische Regelung aufweist. Die Anwendung der Erfindung ist zweckmäßig bei mobilen wie auch stationären Antriebsregelungen, vorzugsweise für Drehstromantriebe.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

In Anlagen höherer Leistung der Antriebsregelung mit Stromrichtern, werden elektromechahische oder elektropneumatische Schalter zum Abtrennen der Anlage vom bzw. Anschalten an das Netz eingesetzt. Der allergische Punkt sind hierbei die Kontakte des Schalters, da sie einem ständigen Erosionsverschleiß durch Lichtbögen unterliegen. Werden die Kontakte für die Spitzenbelastung ausgelegt, erfordert dies einen unzulässig großen Aufwand an Material und Platz. Legt man jedoch die Kontakte für die normale Belastung aus, wird die zulässige Schalthäufigkeit stark herabgesetzt und hohe Kosten für den Ersatz der Kontakte verursacht. Es sind Lösungen bekannt geworden, bei denen die Betätigung des Schalters so erfolgt, daß die Kontakte nur noch einer geringen Belastung unterliegen.

So wird in der DE-OS 2721499 eine Vorrichtung zur Schließung bzw. Unterbrechung eines auf einer Leitung auftretenden elektrischen Wechselstromes beschrieben, bei der dem Kontakt des elektromechanischen Schalters ein leistungselektronischer Schalter parallel geschaltet ist. Nach Ausgabe des Einschaltbefehles für den Laststrom schaltet der leistungselektronische Schalter beim nächsten Nulldurchgang des Laststromes durch und führt den Laststrom bis der elektromechanische Schalter seinen Kontakt geschlossen hat. Nach Ausgabe des Schaltbefehles für den Laststrom wird der leistungselektronische Schalter aktiviert, danach der Kontakt des elektromechanischen Schalters geöffnet und der leistungselektronische Schalter führt den Laststrom bis zum nächsten Nulldurchgang des Laststromes.

DE-OS 3149029 In der DE-OS 3149029 wird ein Verfahren zur Zündung wenigstens eines steuerbaren Halbleiterventils für ein Wechselstromschaltgerät und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben. Dem Kontakt des elektromechanischen Schalters ist ein leistungselektronischer Schalter (Triac oder antiparalleles Thyristorpaar) parallel geschaltet, der vom Stromfluß durch den Kontakt gesteuert wird. Beim Öffnen des Kontaktes übernimmt der leistungselektronische Schalter den Laststrom bis zum nächsten Nulldurchgang des Laststromes und unterbindet somit die Lichtbogenbildung am Kontakt. Das gleiche gilt für das Schließen des Kontaktes.

Der wesentliche Mangel dieser beiden Anordnungen besteht darin, daß keine galvanische Trennung der Anlage/Last vom Netz möglich ist, die jedoch bei Einspeisung mit höherer Netz-Spannung zwingend notwendig ist. Weiterhin kann die Ausschaltung des Laststromes nicht zum frühestmöglichen Zeitpunkt erfolgen, sondern nur zum Nulldurchgang des Laststromes, d. h. in Zeitabständen der halben Periodendauer. Ein weiterer Nachteil ist auch noch darin zu sehen, daß zusätzlich ein leistungselektronischer Schalter mit der zugehörigen Steuerelektronik benötigt wird.

Ein Verfahren und eine Einrichtung zum Schalten von Lasten unter Vermeidung hoher Einschaltstromspitzen wird in der DE-OS 2427478 vorgestellt. Hier wird der Lastschalter im Nulldurchgang der Lastspannung geschlossen. Durch eine Steuerelektronik werden an einer um 90° zur Lastspannung phasenverschobenen gleichgerichteten Steuerspannung mittels

eines einstellbaren Schwellwertschalter Signale gebildet, die es gestatten im Zeitbereich t_B ( — < t_B < — XB = Zeitbereich) vor

dem Nulldurchgang der Lastspannung, die Magnetspule des Lastschalters über einen elektronischen Schalter entsprechend ihrer Ansprechzeit anzusteuern. Ein wesentlicher Mangel dieser Einrichtung ist darin zu sehen, daß die Ansprechzeit des Lastschalters nur im Zeitbereich te der Lastspannung liegen darf und konstant sein muß. Der Zeitbereich t_B wird aber auch durch die Kurvenform und die Amplitude der Steuerspannung verändert. Ein weiterer Nachteil besteht noch darin, daß die Einrichtung für die Ausschaltung nur wirksam wird, wenn die Abfallzeit der Magnetspule gleich ihrer Anzugszeit ist, bzw. sie mindestens um te verzögert vom Netz trennt.

In der DE-OS 2700148 wird ein Leistungsschalter beschrieben, dereine Reihenschaltung von 2 elektromechanischen Schaltern darstellt, wobei dem Kontakt des 2. Schalters ein steuerbarer elektronischer Schalter parallelgeschaltet ist. Beim Einschalten wird zuerst Schalter 1 geschlossen, danach der elektronische Schalter vorbereitet, der ab nächstem Nulldurchgang der Netzspannung zündet und den Laststrom führt bis der Kontakt des 2. Schalters geschlossen wird. Beim Ausschalten wird zuerst der 2. Schalter geöffnet. Der elektronische Schalter übernimmt sofort den Laststrom bis zum nächsten Nulldurchgang des Laststromes und schaltet ihn dann ab. Danach wird durch Öffnen von S1 die Anlage galvanisch vom Netz getrennt. Ein wesentlicher Mangel dieser Schalterkombination besteht darin, daß die Abschaltung des Laststromes nach Öffnen des Schalters 2 nur in Zeitabständen von einer halben Periodendauererfolgen kann. Ein weiterer wesentlicher Mangel besteht in dem hohen Aufwand, da ein 2. elektromechanischer Schalter und zusätzlich ein leistungselektronischer Schalter mit der zugehörigen Steuerelektronik benötigt wird.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Lebensdauer des Schalters, insbesondere seiner Kontakte zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum lastarmen Schalten von Kontakten elektromechanischer und elektropneumatischer Schalter zum Schalten höherer Leistungen unter Ausnutzung vorhandener Anlagenteile der rechnergestützten Antriebssteuerung zu schaffen, mit der in der nur vom Schalter und seinem Auslöseglied benötigten Zeit, unabhängig vom Nulldurchgang der Speisespannung, dessen Kontakte lastarm geöffnet werden können. Erfindungsgemäß wird das dadurch gelöst, daß alle bereits vorhandenen Schutzkanäle sowohl auf das Auslöseglied eines Schalters als auch auf Eingänge eines bereits in der Prozeßperipherie vorhandenen Eingabemoduls geschaltet sind und daß ein Ausgang eines ebenfalls in der Prozeßperipherie vorhandenen Ausgabemoduls an jede der Schutzeinrichtungen geführt ist. Weiterhin ist noch vorgesehen, daß je ein Informationskanal von der Schutzeinrichtung an den elektronischen Regler des Stromrichters und von der Schutzeinrichtung des Stromrichters ein weiterer Informationskanal an je einen Eingang des Eingabemoduls geführt ist.

Ausführungsbeispiel

In dem Ausführungsbeispiel ist von der gesamten Prozeßsteuerung einer mit Drehstrom angetriebenen Elektro-Lok nur der Teil dargestellt, derfür das Verständnis und die Erläuterung der Funktion erforderlich ist. Einem Schalter 3 ist ein übliches Auslöseglied 2 zugeordnet, an dessen Eingänge Gefahrenmomente signalisierende Schutzkanäle 1 a bis 1 η angeschlossen sind. Jeder Schutzkanal 1 a bis 1 η ist außerdem noch parallel auf je einen Eingang eines zur Prozeßperipherie gehörenden Eingabemoduls 5 geschaltet, welches seinerseits über einen Daten-BUS 4 mit einer Steuerelektronik 7 verbunden ist. Zwei Stromrichter 9a und 9 b sind je mit einer Schutzeinrichtung 8a bzw. 8b und je einem elektronischen Regler 10a bzw. 10b ausgerüstet und in bekannter Weise mit ihnen korrespondierend verschaltet. Erfindungsgemäß ist darüber hinaus noch je ein Informationskanal 11a bzw. 11b zwischen der Schutzeinrichtung 8a und dem elektronischen Regler 10a bzw. zwischen der Schutzeinrichtung 8b und dem elektronischen Regler 10b vorgesehen. Von einem Ausgabemodul 6, welches ebenfalls über den Daten-BUS 4 mit der Steuerelektronik 7 Verbindung hat, ist ein Ausgang sowohl mit der Schutzeinrichtung 8a wie auch mit der Schutzeinrichtung 8 b verbunden. Darüber hinaus führt noch je ein weiterer Informationskanal 12a bzw. 12b von den Schutzeinrichtungen 8a bzw. 8b an je einen Eingang des Eingabemoduls 5. Tritt nun in einem oder mehreren der Schutzkanäle 1 a und 1 η ein kritischer Zustand oder ein kritisches Ereignis ein, wird über das Auslöseglied 2 des Schalters 3 in der kürzestmöglichen Zeit, die nur vom Auslöseglied 2 und dem Schalter 3 abhängig ist, ausgeschaltet und die Anlage vom Netz getrennt. Zeitgleich zur Beaufschlagung des Auslösegliedes 2 wird vom Eingabemodul 5 in Echtzeit ein Interrupt in der Steuerelektronik 7 ausgelöst, der diese veranlaßt, über das Ausgabemodul 6 ein Ausgangssignal auf die Schutzeinrichtung 8 a und 8 b der Stromrichter 9a und 9 b zu geben. Die Schutzeinrichtungen 8 a und 8 b sind als schnelle elektronische Schalter ausgebildet, die dem Schütze der steuerbaren leistungselektronischen Bauelemente der Stromrichter 9a und 9 b notwendig und daher allgemein üblich sind. Das Ausgangssignal des Ausgabemoduls 6 löst die Schutzeinrichtungen 8 a und 8 b aus und unterbricht somit die Lastströme der Stromrichter 9 a und 9 b, so daß die Kontakte des Schalters 3 beim Trennen der Anlage vom Netz lastlos bzw. mit

vernachlässigbarem restlichem Laststrom schalten. Zur Erhöhung der Zuverlässigkeit wie auch der Sicherheit werden zeitgleich von den Schutzeinrichtungen 8a und 8 b die Signale auf die elektronischen Regler 10a und 10 b gegeben, die daraufhin die Stromrichter 9a und 9b abregein und somit die Lastströme, auch bei Versagen des elektronischen Reglers 10a oder 10b oder einer Schutzeinrichtung 8a oder 8 b eines der Stromrichter 9a bzw. 9 b über den Informationskanal 12a oder 12 b über das Eingabemodul 5 die Auslösung des Schalters 3 eingeleitet und gleichzeitig die Schutzeinrichtung 8a oder 8 b und der elektronische Regler 10a oder 10b des funktionsfähigen Stromrichters 9a oder 9b ausgelöst, um auch dann die Belastung der Kontakte des Schalters 3 beim Trennen vom Netz spürbar zu verringern.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zum lastarmen Schalten von Kontakten elektromechanischer bzw. elektropneumatischer Schalter in rechnergestützten Anlagen höherer Leistung der elektrischen Antriebsregelung mit Stromrichtern, wobei jeder Stromrichter eine elektronische Schutzeinrichtung und eine elektronische Regelung aufweist, gekennzeichnet dadurch, daß alle in der Anlage üblicherweise vorhandenen Schutzkanäle (1 a bis 1 n) sowohl auf das Auslöseglied (2) eines Schalters (3) als auch auf Eingänge eines bereits in der Prozeßperipherie vorhandenen Eingabemoduls (5) geschaltet sind und daß ein Ausgang eines ebenfalls in der Prozeßperipherie vorhandenen Ausgabemoduls (6) an jede der Schutzeinrichtungen (8a; 8 b) geführt ist.

2. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß je ein Informationskanal (11a bzw. 11b) von der elektronischen Schutzeinrichtung (8 a bzw. 8 b) an den elektronischen Regler (10a bzw. 10b) des Stromrichters (9a bzw. 9b) vorgesehen ist.

3. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß von der Schutzeinrichtung (8a bzw. 8b) des Stromrichters (9a bzw. 9b) ein weiterer Informationskanal (12a bzw. 12b) an je einen Eingang des Eingabemoduls (5) geführt ist.