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Die Erfindung betrifft einen Motorstarter sowie ein Verfahren des Motorstarters. Der erfindungsgemäße Motorstarter wird insbesondere innerhalb der industriellen Automatisierungstechnik eingesetzt.
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Mittels des Motorstarters kann ein dem Motorstarter nachgeschalteter Elektromotor gesteuert, d.h. ein- und ausgeschaltet, werden. Hierfür wird die Energieversorgung des Elektromotors über den Motorstarter geführt, so dass der Elektromotor mit einem Versorgungsnetz verbunden ist. Das Versorgungsnetz ist insbesondere ein Niederspannungsnetz einer industriellen Anlage (z.B. drei Phasen, 400 Volt, 50 Hertz).
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Zum Steuern des nachgeschalteten Elektromotors umfasst der Motorstarter eine Verarbeitungseinheit, eine erste, zweite und dritte Strombahn und ein Stromerfassungsmittel, zum Erfassen des Stroms von mindestens zwei der drei Strombahnen. Das Stromerfassungsmittel umfasst hierfür insbesondere ein erstes und ein zweites Strommessmittel. Über die erste Strombahn wird eine erste Phase des Versorgungsnetzes zum nachgeschalteten Elektromotor geführt. Die erste Strombahn umfasst einen dritten mechanischen Schalter und einen in Reihe zum dritten Schalter geschalteten zweiten mechanischen Schalter. Über die zweite Strombahn wird üblicherweise eine zweite Phase des Versorgungsnetzes zum nachgeschalteten Elektromotor geführt. Die zweite Strombahn umfasst einen zweiten mechanischen Schalter und eine in Reihe zum zweiten Schalter geschaltete Parallelschaltung eines ersten mechanischen Schalters mit einem Halbleiterschalter. Über die dritte Strombahn wird üblicherweise eine dritte Phase des Versorgungsnetzes zum nachgeschalteten Elektromotor geführt. Die dritte Strombahn umfasst einen dritten mechanischen Schalter und eine in Reihe zum dritten Schalter geschaltete Parallelschaltung eines ersten mechanischen Schalters mit einem Halbleiterschalter.
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Bei Schaltgeräten, welche die Energiezufuhr zu einem nachgeschalteten Verbraucher steuern, kann ein Defekt eines Schalters des Schaltgerätes dazu führen, dass ein Schaltbefehl der Verarbeitungseinheit nicht umgesetzt wird. Hieraus kann ein sicherheitskritischer Zustand bezüglich des mit dem Schaltgerät gesteuerten Verbrauchers entstehen. Bei mechanischen Schaltern kann insbesondere ein verschweißtes Schaltglied dazu führen, dass der Schalter nicht mehr ordnungsgemäß funktioniert. Ebenso kann es vorkommen, dass ein mechanischer Schalter trotz vorliegen eines Schaltbefehls nicht schaltet.
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Aus der
DE 10 2005 036 777 A1 ist eine dreiphasige Leistungsendstufe zum Ansteuern wenigstens einer Last, z.B. ein Drehstrommotor, bekannt. Die dreiphasige Leistungsendstufe ist hierbei derart ausgebildet, dass sie die Anforderungen der Sicherheitskategorie 3 sowie der Stop-Kategorie 0 und 1 erfüllt. Sie umfasst hierfür je Phase mindestens zwei Schaltelemente.
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Die sich daraus ergebende objektiv technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Motorstarter bereitzustellen, welcher eine ordnungsgemäße Funktion des Motorstarters sicherstellt..
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, d.h. durch ein Verfahren zum Starten eines dem Motorstarter nachgeschalteten Elektromotors aus einem Zustand des Motorstarters, in welchem die mechanischen Schalter geöffnet und die Halbleiterschalter in einem elektrisch nichtleitenden Zustand sind, wobei die Verarbeitungseinheit:
- - in einem ersten Schritt die zweiten Schalter oder dritten Schalter schließt und die Halbleiterschalter elektrisch leitend schaltet und mittels des Stromerfassungsmittels überprüft, ob ein Strom ermittelt wird,
- - sofern im ersten Schritt die zweiten Schalter geschlossen wurden, nach dem ersten Schritt in einem zweiten Schritt zunächst die zweiten Schalter öffnet, danach die dritten Schalter schließt und mittels des Stromerfassungsmittels überprüft, ob ein Strom ermittelt wird, nach dem zweiten Schritt in einem dritten Schritt zunächst die Halbleiterschalter elektrisch nichtleitend schaltet, danach die zweiten Schalter schließt und mittels des Stromerfassungsmittels überprüft, ob Strom ermittelt wird,
- - sofern im ersten Schritt die dritten Schalter geschlossen wurden, nach dem ersten Schritt in einem zweiten Schritt zunächst die dritten Schalter öffnet, danach die zweiten Schalter schließt und mittels des Stromerfassungsmittels überprüft, ob ein Strom ermittelt wird, nach dem zweiten Schritt in einem dritten Schritt zunächst die Halbleiterschalter elektrisch nichtleitend schaltet, danach die dritten Schalter schließt und mittels des Stromerfassungsmittels überprüft, ob Strom ermittelt wird,
- - sofern kein Strom während des ersten, zweiten und dritten Schritts ermittelt wurde, in einem vierten Schritt die Halbleiterschalter in den elektrisch leitenden Zustand schaltet und mittels des Stromerfassungsmittels überprüft, ob ein Strom ermittelt wird,
- - nach dem vierten Schritt in einem fünften Schritt zunächst die ersten Schalter schließt, danach die Halbleiterschalter in den elektrisch nichtleitenden Zustand schaltet und mittels des Stromerfassungsmittels überprüft, ob ein Strom ermittelt wird.
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Die Verarbeitungseinheit detektiert einen Fehler, sofern:
- - ein kritischer Strom während des ersten Schritts ermittelt wurde,
- - ein kritischer Strom während des zweiten Schritts ermittelt wurde,
- - ein kritischer Strom während des dritten Schritts ermittelt wurde,
- - sofern kein Strom während des vierten Schritts ermittelt wurde oder
- - sofern kein Strom während des fünften Schritts ermittelt wurde.
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Sofern sie einen Fehler detektiert, gibt die Verarbeitungseinheit ein Fehlersignal aus und/oder unterbindet die Energiezufuhr über den Motorstarter für den nachgeschalteten Elektromotor. In Ausgestaltungen kann zusätzlich das Herbeiführen des nächsten Schritts unterbunden werden.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 10, d.h. durch einen Motorstarter, dessen Verarbeitungseinheit derart ausgebildet ist, dass sie:
- - in einem ersten Schritt die zweiten Schalter oder dritten Schalter schließt und die Halbleiterschalter elektrisch leitend schaltet und mittels des Stromerfassungsmittels überprüft, ob ein Strom ermittelt wird,
- - sofern im ersten Schritt die zweiten Schalter geschlossen wurden, nach dem ersten Schritt in einem zweiten Schritt zunächst die zweiten Schalter öffnet, danach die dritten Schalter schließt und mittels des Stromerfassungsmittels überprüft, ob ein Strom ermittelt wird, nach dem zweiten Schritt in einem dritten Schritt zunächst die Halbleiterschalter elektrisch nichtleitend schaltet, danach die zweiten Schalter schließt und mittels des Stromerfassungsmittels überprüft, ob Strom ermittelt wird,
- - sofern im ersten Schritt die dritten Schalter geschlossen wurden, nach dem ersten Schritt in einem zweiten Schritt zunächst die dritten Schalter öffnet, danach die zweiten Schalter schließt und mittels des Stromerfassungsmittels überprüft, ob ein Strom ermittelt wird, nach dem zweiten Schritt in einem dritten Schritt zunächst die Halbleiterschalter elektrisch nichtleitend schaltet, danach die dritten Schalter schließt und mittels des Stromerfassungsmittels überprüft, ob Strom ermittelt wird,
- - sofern kein Strom während des ersten, zweiten und dritten Schritts ermittelt wurde, in einem vierten Schritt die Halbleiterschalter in den elektrisch leitenden Zustand schaltet und mittels des Stromerfassungsmittels überprüft, ob ein Strom ermittelt wird,
- - nach dem vierten Schritt in einem fünften Schritt zunächst die ersten Schalter schließt, danach die Halbleiterschalter in den elektrisch nichtleitenden Zustand schaltet und mittels des Stromerfassungsmittels überprüft, ob ein Strom ermittelt wird.
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Die Verarbeitungseinheit detektiert einen Fehler, sofern:
- - ein kritischer Strom während des ersten Schritts ermittelt wurde,
- - ein kritischer Strom während des zweiten Schritts ermittelt wurde,
- - ein kritischer Strom während des dritten Schritts ermittelt wurde,
- - sofern kein Strom während des vierten Schritts ermittelt wurde oder
- - sofern kein Strom während des fünften Schritts ermittelt wurde.
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Sofern sie einen Fehler detektiert, gibt die Verarbeitungseinheit ein Fehlersignal aus und/oder unterbindet die Energiezufuhr über den Motorstarter für den nachgeschalteten Elektromotor. In Ausgestaltungen kann zusätzlich das Herbeiführen des nächsten Schritts unterbunden werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 9 sowie 11 und 12 angegeben.
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Während der ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Schritte erfolgt durch die Verarbeitungseinheit gezielt eine Diagnose der Schalter des Motorstarters auf ihre ordnungsgemäße Funktion. Hierbei werden durch die Verarbeitungseinheit Schalter gezielt ein- bzw. ausgeschaltet. Durch die während der einzelnen Schritte durchgeführte Prüfung des Stromflusses mittels des Stromerfassungsmittels kann die Verarbeitungseinheit einen Rückschluss auf die ordnungsgemäße Funktion der Schalter des Motorstarters gewinnen. Hierbei kann insbesondere ein Verschweißen oder ein nicht Schließen/Öffnen des Schalters erkannt werden. Ferner kann ein Drahtbruch bezüglich der Strombahnen des Motorstarters erkannt werden. Ebenso kann ermittelt werden, ob das Stromerfassungsmittel funktioniert.
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Der Motorstarter führt vorzugsweise die ersten bis fünften Schritte während jeder durch den Motorstarter herbeigeführten Startphase des nachgeschalteten Verbrauchers durch. Durch das zeitlich definierte Ein- und Ausschalten der Schalter, während der ersten bis fünften Schritte und der parallel erfolgenden Überwachung des Stromflusses mittels des Stromerfassungsmittels können somit die Schalter auf ihre korrekte Arbeitsweise geprüft werden.
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Die Überprüfung mittels des Stromerfassungsmittels kann während des gesamten jeweiligen Schrittes erfolgen. Es ist jedoch ebenso denkbar, dass die Überprüfung mittels des Stromerfassungsmittels lediglich während eines Abschnitts innerhalb des jeweiligen Schritts erfolgt.
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Das Stromerfassungsmittel umfasst insbesondere zwei Strommessmittel. Mittels der zwei Strommessmittel kann der Strom von zwei der drei Strombahnen erfasst und der Verarbeitungseinheit bereitgestellt werden.
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Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, dass der Motorstarter selbständig und regelmäßig während des Startvorgangs des nachgeschalteten Elektromotors überprüft, ob seine Schalter ordnungsgemäß funktionieren. Wird während der Diagnose, d.h. während der ersten bis fünften Schritte, ein Fehler detektiert, so kann die Verarbeitungseinheit entsprechend reagieren. Sie kann z.B. ein Fehlersignal ausgegeben und/oder die Energiezufuhr zum nachgeschalteten Elektromotor unterbinden.
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Durch die doppelte Ausführung der Schalter innerhalb einer Strombahn kann ferner sichergestellt werden, dass bei einem Defekt eines Schalters (z.B. Verschweißen eines mechanischen Schalters) kein unsicherer Zustand entsteht.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden durch die Verarbeitungseinheit innerhalb des zweiten Schritts:
- - sofern im ersten Schritt die zweiten Schalter geschlossen wurden, mit dem Öffnen der zweiten Schalter die Halbleiterschalter elektrisch nichtleitenden geschaltet und nach dem Schließen der dritten Schalter die Halbleiterschalter wieder elektrisch leitend geschaltet, oder
- - sofern im ersten Schritt die dritten Schalter geschlossen wurden, innerhalb des zweiten Schritts mit dem Öffnen der dritten Schalter die Halbleiterschalter elektrisch nichtleitend schaltet und nach dem Schließen der zweiten Schalter die Halbleiterschalter wieder elektrisch leitend schaltet.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die ersten, zweiten und/oder dritten Schalter jeweils Schließer.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Halbleiterschalter ein Triac oder zwei antiparallele Thyristoren.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Überwachung mittels des Stromerfassungsmittels:
- - innerhalb des ersten Schritts, wenn die zweiten Schalter geschlossen und die Halbleiterschalter elektrisch leitend geschaltet sind,
- - innerhalb des zweiten Schritts, wenn die dritten Schalter geschlossen und die Halbleiterschalter elektrisch leitend geschaltet sind,
- - innerhalb des dritten Schritts, wenn die zweiten und dritten Schalter geschlossen und die Halbleiterschalter elektrisch nichtleitend sind,
- - innerhalb des vierten Schritts, wenn die zweiten und dritten Schalter geschlossen und die Halbleiterschalter elektrisch leitend geschaltet sind, und/oder
- - innerhalb des fünften Schritts, wenn die ersten, zweiten und dritten Schalter geschlossen und die Halbleiterschalter elektrisch nichtleitend sind.
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Vorzugsweise erfolgt die Überwachung mittels des Stromerfassungsmittels bezüglich der Diagnose lediglich während dieses Zeitraums.
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Ein kritischer Strom liegt vor, wenn ein in der Verarbeitungseinheit hinterlegter Referenzwert überschritten wird. Ein Überschreiten des kritischer Stroms liegt insbesondere vor, wenn im ersten, zweiten oder dritten Schritt ein Strom von ca. 62% des minimal einstellbaren Motornennstroms Ie des Motorstarters überschritten wird.
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Vorzugsweise muss während des vierten und fünften Schritts mindestens ein Strom von ca. 44% des minimal einstellbaren Motornennstroms Ie des Motorstarters und im fünften Schritt ein Strom von ca. 27% des minimal einstellbaren Motornennstroms Ie des Motorstarters ermittelt werden.
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Der Motorstarter umfasst vorzugsweise ein Kommunikationsmittel, mittels welchem er über einen Kommunikationsbus mit einer übergeordneten Steuerung verbunden werden kann. Das Fehlersignal wird vorzugsweise an die mit dem Motorstarter kommunikativ verbundene übergeordnete Steuerung gesandt. Das Kommunikationsmittel des Motorstarters ermöglicht vorzugsweise eine Actuator-Sensor-Interface, PROFINET oder PROFIBUS Kommunikation.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung dauert die Durchführung des ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Schritts jeweils höchstens ca. 55 ms. Auf diese Weise kann mittels des Motorstarters eine sehr kurze Einschaltzeit des nachgeschalteten Verbrauchers, trotz Durchführung der Diagnose der Schalter des Motorstarters, erfolgen.
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Vorzugsweise dauert der erste, zweite und dritte Schritt jeweils höchstens ca. 30 ms.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung dauert die jeweilige Überprüfung, ob ein Strom vorliegt, mit dem Stromerfassungsmittel, insbesondere mit dessen Strommessmittel, im ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Schritt jeweils maximal ca. 10 ms, insbesondere ca. 5 ms.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst der Motorstarter ein erstes Relais, welches die ersten Schalter umfasst, ein zweites Relais, welches die zweiten Schalter umfasst, und ein drittes Relais, welches die dritten Schalter umfasst, wobei über die Verarbeitungseinheit die Relais ansteuerbar sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden durch eine Ansteuerung des ersten, zweiten oder dritten Relais deren Schalter einheitlich geschaltet; so dass die Schalter des jeweiligen Relais entweder geöffnet oder geschlossen sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst das Stromerfassungsmittel lediglich zwei Strommessmittel.
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Mittels des Strommessmittels kann insbesondere der Strom der zu überwachenden Phase erfasst werden kann.
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Ein Strommessmittel ist insbesondere ein Stromwandler, ein Strommessmittel, welches den Strom mittels eines Hallsensors erfassen kann, ein Strommessmittel, welches den Strom mit einem Shunt erfassen kann, oder ein Strommessmittel, welches mittels des magnetoresistiven Effekts den Strom erfassen kann.
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Vorzugsweise umfasst lediglich die erste und dritte Strombahn oder die erste und zweite Strombahn oder die zweite und dritte Strombahn jeweils ein Strommessmittel.
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Im Folgenden werden die Erfindung und Ausgestaltungen der Erfindung anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Motorstarters und
- 2 eine schematische Darstellung der durch die Verarbeitungseinheit ausgegebenen Steuersignale des Motorstarters aus 1, zum Starten des dem Motorstarter nachgeschalteten Elektromotors.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motorstarters 5, welcher mit seinen drei eingangsseitigen Anschlussstellen 7 mit einem Versorgungsnetz 9 und mit seinen drei ausgangsseitigen Anschlussstellen 8 mit einem Elektromotor 4 verbunden ist. Der Elektromotor 4 ist ein Asynchronmotor. Das Versorgungsnetz 9 ist ein Dreiphasenwechselstromnetz einer industriellen Niederspannungsschaltanlage.
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Der Motorstarter 5 umfasst eine Verarbeitungseinheit 6, mittels welcher ein erstes, zweites und drittes Relais 1,2,3, ein erster Halbleiterschalter 24 und ein zweiter Halbleiterschalter 34 des Motorstarters 5 steuerbar sind.
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Eine erste Phase 19 des Versorgungsnetzes 9 ist mittels einer Leitung mit der eingangsseitigen Anschlussstelle 7 verbunden und wird über eine erste Strombahn 10 des Motorstarters 5 geräteintern zur ausgangsseitigen Anschlussstelle 8 geführt und anschließend mittels einer weiteren Leitung zum Elektromotor 4 geführt. Die erste Strombahn 10 umfasst einen erstes Strommessmittel 15, hier einen Stromwandler 15, einen dritten mechanischen Schalter 13 und einen zweiten mechanischen Schalter 12. Ausgehend von der eingangsseitigen Anschlussstelle 7 ist der dritte Schalter 13 in Reihe zum zweiten Schalter 12 angeordnet. Der erste Stromwandler 15 ist zwischen dem zweiten Schalter 12 und der ausgangsseitigen Anschlussstelle 8 angeordnet, so dass er einen Strom der ersten Strombahn 10 erfassen und der Verarbeitungseinheit 6 bereitstellen kann. Über die erste Strombahn 10 wird somit die erste Phase 19 des Versorgungsnetzes 9 zum Elektromotor 4 geführt.
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Eine zweite Phase 29 des Versorgungsnetzes 9 ist mittels einer Leitung mit der eingangsseitigen Anschlussstelle 7 verbunden und wird über eine zweite Strombahn 20 des Motorstarters 5 geräteintern zur ausgangsseitigen Anschlussstelle 8 geführt und anschließend mittels einer weiteren Leitung zum Elektromotor 4 geführt. Die zweite Strombahn 20 umfasst einen ersten mechanischen Schalter 21, einen zweiten mechanischen Schalter 22 und einen ersten Halbleiterschalter 24, welcher ein Triac ist. Ausgehend von der eingangsseitigen Anschlussstelle 7 ist die Parallelschaltung des ersten Schalters 21 mit dem ersten Halbleiterschalter 24 in Reihe zum zweiten Schalter 22 angeordnet. Über die zweite Strombahn 20 wird somit die zweite Phase 29 des Versorgungsnetzes 9 zum Elektromotor 4 geführt.
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Eine dritte Phase 39 des Versorgungsnetzes 9 ist mittels einer Leitung mit der eingangsseitigen Anschlussstelle 7 verbunden und wird über eine dritte Strombahn 30 des Motorstarters 5 geräteintern zur ausgangsseitige Anschlussstelle 8 geführt und anschließend mittels einer weiteren Leitung zum Elektromotor 4 geführt. Die dritte Strombahn 30 umfasst ein zweites Strommessmittel 35, hier einen zweiten Stromwandler 35, einen ersten mechanischen Schalter 31, einen dritten mechanischen Schalter 33 und einen zweiten Halbleiterschalter 34, welcher ein Triac ist. Ausgehend von der eingangsseitigen Anschlussstelle 7 ist der dritte Schalter 33 in Reihe zur Parallelschaltung des ersten Schalters 31 mit dem zweiten Halbleiterschalter 34 angeordnet. Der zweite Stromwandler 35 ist zwischen der Parallelschaltung und der ausgangsseitigen Anschlussstelle 8 angeordnet, so dass er einen Strom der dritten Strombahn 30 erfassen und der Verarbeitungseinheit 6 bereitstellen kann. Über die dritte Strombahn 30 wird somit die dritte Phase 39 des Versorgungsnetzes 9 zum Elektromotor 4 geführt.
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Die Verarbeitungseinheit 6 kann über das erste Relais 1 die ersten Schalter 21,31 ansteuern. Die ersten Schalter 21,31 sind Schließer. Die ersten Schalter 21,31 nehmen untereinander jeweils die gleiche Schaltstellung ein, so dass sie durch die Verarbeitungseinheit 6 über das erste Relais 1 einheitlich geöffnet und geschlossen werden können.
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Die Verarbeitungseinheit 6 kann über das zweite Relais 2 die zweiten Schalter 12,22 ansteuern. Die zweiten Schalter 12,22 sind Schließer. Die zweiten Schalter 12,32 nehmen untereinander jeweils die gleiche Schaltstellung ein, so dass sie durch die Verarbeitungseinheit 6 über das zweite Relais 2 einheitlich geöffnet und geschlossen werden können.
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Die Verarbeitungseinheit 6 kann über das dritte Relais 3 die dritten Schalter 13,33 ansteuern. Die dritten Schalter 13,33 sind Schließer. Die dritten Schalter 13,33 nehmen untereinander jeweils die gleiche Schaltstellung ein, so dass sie durch die Verarbeitungseinheit 6 über das dritte Relais 3 einheitlich geöffnet und geschlossen werden können.
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Mittels der ersten Schalter 21,31 wird eine Bypassschaltung für die zugehörigen Halbleiterschalter 24,34 gebildet.
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Der Motorstarter 5 ist über ein Kommunikationsmittel des Motorstarters mit einer übergeordneten Steuerung (z.B. speicherprogrammierbare Steuerung) verbunden, so dass er Signale von der übergeordneten Steuerung empfangen kann und Signale an die übergeordnete Steuerung senden kann. Die Kommunikation wird mittels der Verarbeitungseinheit 6 gesteuert.
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Ein Signal der übergeordneten Steuerung kann z.B. ein Befehl zum Einschalten oder Ausschalten des nachgeschalteten Elektromotors 4 sein. Der Verarbeitungseinheit 6 gibt in Abhängigkeit des empfangenen Signals entsprechend einem Steuersignal an die Halbleiterschalter 24,34 und Relais 1,2,3 aus.
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Bezüglich der Strombahnen 10,20,30 des Motorstarters 5 umfasst lediglich die erste und dritte Strombahn 10,30 jeweils einen Stromwandler 15,35. Der Motorstarter umfasst somit als Stromerfassungsmittel, zum Erfassen des Stroms der Strombahnen 10,30, lediglich den ersten und zweiten Stromwandler 15,35. Es ist jedoch ebenso denkbar, dass die erste und zweite Strombahn 10,20, die zweite und dritte Strombahn 20,30 oder alle drei Strombahnen 10,20,30 jeweils einen Stromwandler umfassen.
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Um einen ordnungsgemäßen Funktionszustand des Motorstarters 5, insbesondere dessen Schalter 12,13,21,22,24,31,33,34, zu gewährleisten, wird bei jedem Einschaltvorgang des nachgeschalteten Elektromotors 4 (Starten des Elektromotors) mittels des Motorstarters 5 eine Diagnose bezüglich der ordnungsgemäßen Funktion der Schalter 12,13,21,22,24,31,33,34 durchgeführt.
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2 zeigt eine schematische Darstellung der durch die Verarbeitungseinheit 6 ausgegebenen Steuersignale 18,28,38,48 des Motorstarters 5 aus 1, zum Starten des dem Motorstarter 5 nachgeschalteten Elektromotors 4. Die Abszisse 100 dient der Darstellung der Zeit (t). Über die Ordinate 101 sind:
- - der Betriebszustand 40 des dem Motorstarter 5 nachgeschalteten Elektromotors 4,
- - das von der Verarbeitungseinheit 6 an das erste Relais 1 ausgegebene Steuersignal 18,
- - das von der Verarbeitungseinheit 6 an das zweite Relais 2 ausgegebene Steuersignal 28,
- - das von der Verarbeitungseinheit 6 an das dritte Relais 3 ausgegebene Steuersignal 38,
- - das von der Verarbeitungseinheit 6 an den ersten und zweiten Halbleiterschalter 24,34 ausgegebene Steuersignal 48 dargestellt.
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Zu Beginn liegt am Motorstarter 5 ein Zustand vor, in welchem die Halbleiterschalter 24,34 in einem elektrisch nichtleitenden Zustand sind und die Relais 1,2,3 geöffnet sind, so dass die ersten, zweiten, dritten Schalter 12,13,21,22,31,33 geöffnet sind.
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Zum Zeitpunkt 50 empfängt der Motorstarter 5, insbesondere dessen Verarbeitungseinheit 6, ein Signal (Startbefehl) zum Starten des dem Motorstarter 5 nachgeschalteten Elektromotors 4. Der Startbefehl kann direkt am Motorstarter 5, durch Brücken der Versorgungsspannung A1 auf IN1, angelegt werden. Es ist jedoch ebenso denkbar, dass der Startbefehl von einer übergeordneten Steuerung kommt.
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Daraufhin gibt die Verarbeitungseinheit 6 in einem ersten Schritt 51 ein Steuersignal 28 an das zweite Relais 2 aus, so dass die zweiten Schalter 12,22 geschlossen werden. Ferner gibt die Verarbeitungseinheit mit einem zeitlichen Verzug, welcher den Vorgang des Schließens der zweiten Schalter 12,22 sicherstellt, ein Steuersignal 48 an die Halbleiterschalter 24,34 aus, so dass diese elektrisch leitend geschaltet werden.
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Anschließend überprüft die Verarbeitungseinheit 6 mittels des ersten und zweiten Stromwandlers 15,35, ob ein kritischer Strom an der ersten und dritten Strombahn 10,30 vorliegt. Wird ein in der Verarbeitungseinheit 6 hinterlegter Referenzwert überschritten, so liegt ein Fehler vor.
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Die Durchführung des ersten Schritts 51 dauert ca. 25 ms. Die Überprüfung mit dem Stromwandler 15,35 dauert ca. 5 ms und erfolgt während der Phase in welchem die Halbleiterschalter 24,34 elektrisch leitend geschaltet sind. Die Halbleiterschalter 24,34 sind für ca. 5 ms elektrisch leitend geschaltet.
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Sofern die Verarbeitungseinheit 6 einen Fehler detektiert gibt sie ein Fehlersignal aus und unterbindet die Energiezufuhr über den Motorstarter 5 für den nachgeschalteten Elektromotor 4; d.h. alle Schalter 12,13,21,22,24,31,33,34 werden geöffnet bzw. in den elektrisch nichtleitenden Zustand geschaltet. Ferner werden die folgenden Schritte 52,53,54,55 nicht mehr durchgeführt.
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Mittels des ersten Schritts 51 wird insbesondere die ordnungsgemäße Funktion des dritten Relais 3 und somit die ordnungsgemäße Funktion der dritten Schalter 13,33 geprüft.
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Unmittelbar nach dem ersten Schritt 51 gibt die Verarbeitungseinheit 6 in einem zweiten Schritt 52 ein Steuersignal 28 an das zweite Relais 2 aus, so dass die zweiten Schalter 12,22 geöffnet werden. Ferner gibt sie ein Steuersignal 48 an die Halbleiterschalter 24,34 aus, so dass diese in den elektrisch nichtleitenden Zustand geschaltet werden.
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Mit einem zeitlichen Verzug zum Pegelwechsel beim Steuersignal 28 des zweiten Relais 2 gibt die Verarbeitungseinheit 6 ein Steuersignal 38 an das dritte Relais 3 aus, so dass die dritten Schalter 13,33 geschlossen werden. Der zeitliche Verzug ist derart bemessen, dass der Vorgang des Öffnens der zweiten Schalter 12,22 sichergestellt ist.
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Mit einem zeitlichen Verzug zum Pegelwechsel beim Steuersignal 38 des dritten Relais 3 gibt die Verarbeitungseinheit 6 ein Steuersignal 48 an die Halbleiterschalter 24,34 aus, so dass diese in den elektrisch leitenden Zustand geschaltet werden. Der zeitliche Verzug ist derart bemessen, dass der Vorgang des Schließens der dritten Schalter 13,33 sichergestellt ist.
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Anschließend überprüft die Verarbeitungseinheit 6 mittels des zweiten Stromwandlers 35, ob ein kritischer Strom an der dritten Strombahn 30 vorliegt. Es ist ferner denkbar, dass zusätzlich eine Überprüfung der ersten Strombahn 10 mittels des ersten Stromwandlers 15 erfolgt. Wird ein in der Verarbeitungseinheit 6 hinterlegter Referenzwert überschritten, so liegt ein Fehler vor.
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Die Durchführung des zweiten Schritts 52 dauert ca. 30 ms. Die Überprüfung mit dem Stromwandler 35 bzw. den Stromwandlern 15,35, sofern ferner eine Analyse mit dem ersten Stromwandler 15 erfolgt, dauert ca. 5 ms und erfolgt während der Phase in welchem die Halbleiterschalter 24,34 elektrisch leitend geschaltet sind. Die Halbleiterschalter 24,34 sind für ca. 5 ms elektrisch leitend geschaltet.
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Sofern die Verarbeitungseinheit 6 einen Fehler detektiert gibt sie ein Fehlersignal aus und unterbindet die Energiezufuhr über den Motorstarter 5 für den nachgeschalteten Elektromotor 4. Ferner werden die folgenden Schritte 53,54,55 nicht mehr durchgeführt.
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Mittels des zweiten Schritts 52 wird insbesondere die ordnungsgemäße Funktion des zweiten Relais 2 und somit die ordnungsgemäße Funktion der zweiten Schalter 12,22 geprüft.
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Unmittelbar nach dem zweiten Schritt 52 gibt die Verarbeitungseinheit 6 in einem dritten Schritt 53 ein Steuersignal 48 an die Halbleiterschalter 24,34 aus, so dass diese in den elektrisch nichtleitenden Zustand geschaltet werden. Ferner gibt die Verarbeitungseinheit 6 ein Steuersignal 28 an das zweite Relais 2 aus, so dass die zweiten Schalter 12,22 geschlossen werden.
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Mit einem zeitlichen Verzug zum Pegelwechsel beim Steuersignal 28 des zweiten Relais 2 überprüft die Verarbeitungseinheit 6 mittels des ersten und zweiten Stromwandlers 15, 35, ob ein kritischer Strom an der ersten und dritten Strombahn 10,30 vorliegt. Der zeitliche Verzug ist derart bemessen, dass der Vorgang des Schließens der zweiten Schalter 12,22 sichergestellt ist. Wird ein in der Verarbeitungseinheit 6 hinterlegter Referenzwert überschritten, so liegt ein Fehler vor.
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Die Durchführung des dritten Schritts 53 dauert ca. 20 ms. Die Überprüfung mit den Stromwandlern 15,35 dauert ca. 5 ms.
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Sofern die Verarbeitungseinheit 6 einen Fehler detektiert gibt sie ein Fehlersignal aus und unterbindet die Energiezufuhr über den Motorstarter 5 für den nachgeschalteten Elektromotor 4. Ferner werden die folgenden Schritte 54,55 nicht mehr durchgeführt.
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Mittels des dritten Schritts 53 wird insbesondere die ordnungsgemäße Funktion des ersten Relais 1 und somit die ordnungsgemäße Funktion der ersten Schalter 21,31 geprüft. Ferner wird die ordnungsgemäße Funktion der Halbleiterschalter 24,34 geprüft.
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Während des ersten, zweiten und dritten Schritts 51,52,53 liegt im fehlerfreien Betrieb des Motorstarters 5 keine Energieversorgung für den Elektromotor 4 vor, so dass dessen Betriebszustand 40 ein inaktiver Betriebszustand ist.
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Sofern kein Strom während des ersten, zweiten und dritten Schritts 51,52,53 ermittelt wurde gibt die Verarbeitungseinheit 6 unmittelbar nach dem dritten Schritt 53 in einem vierten Schritt 54 ein Steuersignal 48 an die Halbleiterschalter 24,34 aus, so dass diese in den elektrisch leitenden Zustand geschaltet werden. Ferner überprüft die Verarbeitungseinheit 6 mittels des ersten und zweiten Stromwandlers 15,35, ob ein Strom an der ersten und dritten Strombahn 10,30 vorliegt. Wird ein in der Verarbeitungseinheit 6 hinterlegter Referenzwert überschritten, so liegt kein Fehler vor.
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Die Durchführung des vierten Schritts 54 dauert ca. 10 ms. Die Überprüfung mit den Stromwandlern 15,35 dauert ca. 10 ms.
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Sofern die Verarbeitungseinheit 6 einen Fehler detektiert gibt sie ein Fehlersignal aus und unterbindet die Energiezufuhr über den Motorstarter 5 für den nachgeschalteten Elektromotor 4. Ferner wird der fünfte Schritt 55 nicht mehr durchgeführt.
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Im vierten Schritt 54 wird der nachgeschaltete Elektromotor 4 über alle drei Strombahnen 10,20,30 mit Energie versorgt, so dass der Elektromotor 4 startet. Der Betriebszustand wechselt somit von einem inaktiven Zustand in den aktiven Zustand.
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Mittels des vierten Schritts 54 wird insbesondere die ordnungsgemäße Funktion bezüglich des Einschaltens der Halbleiterschalter 24,34 geprüft. Ferner wird die ordnungsgemäße Funktion der Strommessung und somit der Stromwandler 15,35 geprüft.
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Unmittelbar nach dem vierten Schritt 54 gibt die Verarbeitungseinheit 6 in einem fünften Schritt 53 ein Steuersignal 18 an das erste Relais 1 aus, so dass die ersten Schalter 21,31 geschlossen werden. Mit einem zeitlichen Verzug zum Pegelwechsel beim Steuersignal 18 des ersten Relais 1 gibt die Verarbeitungseinheit 6 ein Steuersignal 48 an die Halbleiterschalter 24,34 aus, so dass diese in den elektrisch nichtleitenden Zustand geschaltet werden. Der zeitliche Verzug ist derart bemessen, dass der Vorgang des Schließens der ersten Schalter 21,31 sichergestellt ist.
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Mit einem zeitlichen Verzug zum Pegelwechsel beim Steuersignal 48 für die Halbleiterschalter 24,34 überprüft die Verarbeitungseinheit 6 mittels des ersten und zweiten Stromwandlers 15,35, ob ein Strom an der ersten und dritten Strombahn 10,30 vorliegt. Der zeitliche Verzug ist derart bemessen, dass der Vorgang des Schließens der Halbleiterschalter 24,34 sichergestellt ist. Der zeitliche Verzug liegt hierbei bei ca. 20 ms. Wird ein in der Verarbeitungseinheit 6 hinterlegter Referenzwert überschritten, so liegt kein Fehler vor.
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Die Durchführung des fünften Schritts 55 dauert ca. 50 ms. Die Überprüfung mit den Stromwandlern 15,35 dauert ca. 10 ms.
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Sofern die Verarbeitungseinheit 6 einen Fehler detektiert gibt sie ein Fehlersignal aus und unterbindet die Energiezufuhr über den Motorstarter 5 für den nachgeschalteten Elektromotor 4.
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Mittels des fünften Schritts 55 wird insbesondere die ordnungsgemäße Funktion bezüglich des Einschaltens des ersten Relais 1 und somit der ersten Schalter 21,31 geprüft.
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Der zeitliche Verzug, welcher den Vorgang des Schließens oder Öffnens der ersten, zweiten oder dritten Schalter sicherstellt, liegt insbesondere zwischen ca. 8 bis 15 ms.
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Nach dem fünften Schritt wurde der Elektromotor 4 ordnungsgemäß mittels des Motorstarters 5 gestartet. Ferner wurde durch den Motorstarter 5 selbständig eine Diagnose bezüglich der ordnungsgemäßen Funktion seiner Schalter 12,13,21,22,24,31, 33,34 durchgeführt.
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Während des vierten, und fünften Schritts 54,55 liegt eine Energieversorgung für den Elektromotor 4 vor, so dass dessen Betriebszustand 40 ein aktiver Betriebszustand ist.
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Durch die gezielte Anordnung der Schalter 12,13,21,22,24,31, 33,34 und die Reihenfolge beim Einschalten des Motorstarters 5 ist eine Überprüfung aller Schalter 12,13,21,22,31,33 auf Verschweißen und Nicht-Schließen möglich.
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Das Schalten der jeweiligen Schalter 12,13,21,22,24,31,33,34 wird anhand des mittels der beiden Stromwandler 15,35 detektierbaren Stroms überprüft.
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Die innerhalb eines Schritts entstehenden Abtastwerte des Stroms werden aufsummiert und die Summe gegenüber einen in der Verarbeitungseinheit 6 hinterlegten Referenzwert, der eine Aussage über das Schaltverhalten des Schalters 12,13,21, 22,24,31,33,34 liefert, geprüft.
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Da für die Überprüfung mittels der Stromwandler 15,35 ein Zeitausschnitt von lediglich 5 ms bis 10 ms verwendet wird, kann eine äußerst kurze Einschaltzeit für den nachgeschalteten Elektromotor 4 realisiert werden.
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Mittels der ersten bis fünften Schritte 51,52,53,54,55 eines jeden Startvorgangs eines nachgeschalteten Elektromotors 4 wird somit mittels des Motorstarters 5 automatisch die ordnungsgemäße Funktion des ersten, zweiten und dritten Relais 1,2,3 sowie der Halbleiterschalter 24,34 geprüft.
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Es ist ebenso denkbar, dass der erste Schritt 51 mit dem zweiten Schritt 52 getauscht wird, so dass nach einem Startbefehl zunächst der zweite Schritt 52, danach der erste Schritt 51 und danach der dritte Schritt 53 durchgeführt wird.
