DD260364A1

DD260364A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR LOADARM SWITCHING OF CONTACTS

Info

Publication number: DD260364A1
Application number: DD30228587A
Authority: DD
Inventors: Klaus Pille; Lothar Neumann; Bernd Nedo
Original assignee: Berlin Treptow Veb K
Priority date: 1987-04-30
Filing date: 1987-04-30
Publication date: 1988-09-21

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. FigurThe invention relates to a circuit arrangement for low-load switching of contacts electromechanical or electropneumatic switch in computer-aided systems of higher power of the electric drive control with power converters, each converter has a protective device and an electronic control. The application is for mobile and stationary drive controls, preferably three-phase drives, expedient. All protection channels normally present in the system are connected both to the trigger element of a switch and to inputs of an input module already present in the process periphery, and an output of an output module, likewise present in the process periphery, is routed to each of the protective devices of the power converters. figure

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung.For this 1 page drawing.

Field of application of the invention

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.The invention relates to a circuit arrangement for low-load switching of contacts electromechanical or electropneumatic switch in computer-aided systems higher performance of the electric drive control with power converters, each converter has a protective device and an electronic control. The application of the invention is useful in mobile as well as stationary drive controls, preferably for three-phase drives.

Characteristic of the known state of the art

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.In systems with higher power of drive control with power converters, electromechanical or electropneumatic switches are used to disconnect the system from or to the mains. The allergic point here are the contacts of the switch, as they are subject to constant erosion wear by arcing. If the contacts are designed for the peak load, this requires an inadmissibly large amount of material and space. However, putting the contacts under normal load lowers the allowable switching frequency and causes high costs for replacing the contacts. There are known solutions in which the operation of the switch takes place so that the contacts are subject only to a small load.

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.Thus, DE-OS 2721499 describes a device for closing or interrupting an electrical alternating current occurring on a line, in which the contact of the electromechanical switch, a power electronic switch is connected in parallel. After the start-up command for the load current is issued, the power electronic switch switches on the next zero crossing of the load current and conducts the load current until the electromechanical switch has closed its contact. After issuing the switching command for the load current, the power electronic switch is activated, then the contact of the electromechanical switch is opened and the power electronic switch leads the load current until the next zero crossing of the load current.

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.DE-OS 3149029 DE-OS 3149029 describes a method for igniting at least one controllable semiconductor valve for an AC switching device and a circuit arrangement for carrying out the method. The contact of the electromechanical switch is a power electronic switch (triac or anti-parallel thyristor pair) connected in parallel, which is controlled by the current flow through the contact. When opening the contact, the power electronic switch takes over the load current until the next zero crossing of the load current and thus prevents arcing at the contact. The same applies to closing the contact.

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.The main shortcoming of these two arrangements is that no galvanic isolation of the system / load from the network is possible, which is mandatory for feeding with higher mains voltage. Furthermore, the elimination of the load current can not be done at the earliest possible time, but only to the zero crossing of the load current, d. H. at intervals of half the period. Another disadvantage is also to be seen in that additionally a power electronic switch with the associated control electronics is needed.

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 mittelsA method and a device for switching loads while avoiding high inrush current peaks is presented in DE-OS 2427478. Here, the load switch is closed in the zero crossing of the load voltage. By a control electronics are at a phase-shifted by 90 ° to the load voltage rectified control voltage means

eines einstellbaren Schwellwertschalter Signale gebildet, die es gestatten im Zeitbereich t_B ( — < t_B < — XB = Zeitbereich) voran adjustable threshold switch formed signals that allow it in the time range t _B (- <t _B <- XB = time range) before

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.the zero crossing of the load voltage to control the solenoid of the circuit breaker via an electronic switch according to their response time. A major shortcoming of this device is the fact that the response time of the circuit breaker may only be in the time range te the load voltage and must be constant. The time range t _B is also changed by the waveform and the amplitude of the control voltage. Another disadvantage is that the device for the elimination is effective only when the fall time of the solenoid coil is equal to their operating time, or at least delayed by te disconnects from the grid.

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.In DE-OS 2700148 a circuit breaker is described, which represents a series circuit of 2 electromechanical switches, wherein the contact of the second switch, a controllable electronic switch is connected in parallel. When switching on, first switch 1 is closed, then the electronic switch is prepared, which ignites from the next zero crossing of the mains voltage and conducts the load current until the contact of the second switch is closed. When switching off, the second switch is opened first. The electronic switch immediately takes over the load current until the next zero crossing of the load current and then switches it off. Then, by opening S1, the system is galvanically isolated from the mains. A major shortcoming of this switch combination is that the shutdown of the load current after opening the switch 2 can only follow at intervals of half a period. Another significant shortcoming is the high cost, since a second electromechanical switch and in addition a power electronic switch with the associated control electronics is needed.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die Lebensdauer des Schalters, insbesondere seiner Kontakte zu erhöhen.The aim of the invention is to increase the life of the switch, in particular its contacts.

Explanation of the essence of the invention

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.The invention has for its object to provide a circuit arrangement for low-load switching of contacts electromechanical and electropneumatic switch for switching higher performance by utilizing existing equipment parts of the computer-aided drive control, with the time required only by the switch and its trigger element, regardless of the zero crossing of the supply voltage , whose contacts can be opened with little load. According to the invention this is achieved in that all existing protection channels are connected both to the triggering element of a switch and to inputs of an existing already in the process peripheral input module and that an output of an existing also in the process periphery output module is guided to each of the protection devices. Furthermore, it is envisaged that depending on an information channel from the protective device to the electronic controller of the power converter and the protective device of the power converter, a further information channel is guided to each input of the input module.

embodiment

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. mitIn the embodiment, of the entire process control of a three-phase electric locomotive, only the part necessary for the understanding and explanation of the function is shown. A switch 3 is associated with a conventional triggering element 2, at the inputs of dangerous moments signaling protective channels 1 a to 1 η are connected. Each protection channel 1 a to 1 η is also connected in parallel to each one input of a belonging to the process peripheral input module 5, which in turn is connected via a data bus 4 with an electronic control unit 7. Two power converters 9a and 9b are each equipped with a protective device 8a or 8b and one electronic controller 10a or 10b and connected in a known manner corresponding to them. According to the invention, an information channel 11a or 11b is additionally provided between the protective device 8a and the electronic controller 10a or between the protective device 8b and the electronic controller 10b. From an output module 6, which also has via the data bus 4 with the control electronics 7 connection, an output is connected to both the protection device 8a as well as with the protection device 8 b. In addition, each time another information channel 12a or 12b leads from the protective devices 8a or 8b to an input of the input module 5. If a critical state or a critical event now occurs in one or more of the protective channels 1a and 1η via the trigger member 2 of the switch 3 in the shortest possible time, which is dependent only on the trigger member 2 and the switch 3, off and the system disconnected from the mains. Simultaneously with the actuation of the trigger member 2, an interrupt in the control electronics 7 is triggered by the input module 5 in real time, which causes them via the output module 6 an output signal to the protective device 8 a and 8 b of the power converters 9 a and 9 b to give. The protective devices 8 a and 8 b are designed as a fast electronic switch, which are the contactors of the controllable power electronic components of the power converters 9 a and 9 b necessary and therefore generally common. The output of the output module 6 triggers the protection devices 8 a and 8 b and thus interrupts the load currents of the converter 9 a and 9 b, so that the contacts of the switch 3 when disconnecting the system from the network without load or with

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.switch negligible residual load current. To increase the reliability as well as the safety of the protective devices 8a and 8 b, the signals are applied to the electronic controller 10a and 10b at the same time, which then the converters 9a and 9b abgeregein and thus the load currents, even in case of failure of the electronic controller 10a or 10b or a protective device 8a or 8b of one of the power converters 9a and 9b via the information channel 12a or 12b via the input module 5 initiated the triggering of the switch 3 and at the same time the protective device 8a or 8b and the electronic controller 10a or 10b of the functional Power converter 9a or 9b triggered, even to reduce the load on the contacts of the switch 3 when disconnecting from the network noticeably.

Claims

1. Circuit arrangement for low-load switching of contacts electromechanical or electropneumatic switch in computerized systems higher power of the electric drive control with power converters, each power converter having an electronic protection device and an electronic control, characterized in that all usually present in the system protection channels (1 a to 1 n) are connected both to the trigger element (2) of a switch (3) and to inputs of an input module (5) already present in the process periphery, and to an output of an output module (6) also present in the process periphery to each of the protective devices (8a, 8b) is guided.

2. A circuit arrangement according to claim 1, characterized in that each one information channel (11 a and 11 b) of the electronic protection device (8 a and 8 b) to the electronic controller (10 a and 10 b) of the power converter (9 a and 9 b) is provided.

3. A circuit arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that of the protective device (8a or 8b) of the power converter (9a or 9b), a further information channel (12a or 12b) is guided to one input of the input module (5) ,