DE102014206360A1

DE102014206360A1 - Verfahren zur Prüfung eines Selbsthaltemagneten eines Schalters und Prüfeinrichtung für den Selbsthaltemagneten

Info

Publication number: DE102014206360A1
Application number: DE102014206360.4A
Authority: DE
Inventors: Andreas Fischer; Stefan Widmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2014-04-03
Publication date: 2015-10-08
Anticipated expiration: 2034-04-04
Also published as: CN104977529B; US20150285865A1; DE102014206360B4; CN104977529A; US9726727B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung eines Selbsthaltemagneten (15) eines Schalters (1) und eine Prüfeinrichtung (22), wobei der Schalter (1) aufweist: a) einen Schaltkontakt (2), der aus Kontaktelementen (3, 4) gebildet ist, die zum Öffnen des Schaltkontakts (2) mechanisch voneinander getrennt werden, b) eine elektronische Auslöseeinheit (ETU), welche jeweils den über die Kontaktelemente (3, 4) fließenden Strom überwacht und die Erfüllung einer stromabhängigen Auslösebedingung prüft, c) einen elektrischen Energiespeicher (13), der mit der Wicklung (14) des Selbsthaltemagneten (15) einen Stromkreis (16a) bildet, welcher bei Erfüllung der Auslösebedingung von der Auslöseeinheit (ETU) für eine erste Schließzeit geschlossen wird, und d) einen durch Schließen des Stromkreises (16a) betätigbaren Aktuator (5), der die Kontaktelemente (3, 4) trennt. Zur Prüfung wird der Stromkreis (16a) für eine zweite Schließzeit geschlossen, die so kurz ist, dass es zu keiner Trennung der Kontaktelemente (3, 4) durch den Aktuator (5) kommt. Während der zweiten Schließzeit wird geprüft, ob ein Strom über die Wicklung (14) des Selbsthaltemagneten (15) fließt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung eines Selbsthaltemagneten eines Schalters und eine Prüfeinrichtung für den Selbsthaltemagneten gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 6.
Schalter im Niederspannungsbereich mit elektromechanischen Auslösern sind z.B. als Leistungsschutzschalter bekannt. Diese unterbrechen den fließenden Strom beispielsweise bei Überschreitung eines vorgegebenen Stromwerts, der von einer elektronischen Auslöseeinheit erfasst wird. Der Auslöser umfasst weiter einen Selbsthaltemagneten (Maglatch), welcher einen Permanentmagneten, eine Wicklung und einen ferromagnetischen Stößel aufweist, wobei der Stößel von dem Magnetfeld des Permanentmagneten entgegen der Kraft einer Feder angezogen wird. Die Auslösung erfolgt, indem von der am Permanentmagneten angeordneten Wicklung ein magnetisches Gegenfeld erzeugt wird, welches das Magnetfeld des Permanentmagneten im Bereich des Stößels derart kompensiert, dass der Stößel zum Betätigen des Schalters von der Feder in Richtung seiner Längsachse verschoben wird. Der Stößel wirkt dabei mit einem Aktuator in Form eines Schaltschlosses zusammen, in dem eine Schaltwelle unter mechanischer Vorspannung gehalten wird, welche der Stößel entklinkt. Die sich um ihre Längsachse drehende Schaltwelle trennt die Kontaktelemente und öffnet so den Schalter.
Die Wicklung des Selbsthaltemagneten bildet mit einem elektrischen Energiespeicher in Form eines Kondensators einen Stromkreis, welcher bei Erfüllung der Auslösebedingung von der Auslöseeinheit geschlossen (und wieder geöffnet) wird. In der Regel wird der Kondensator nur teilentladen.
Zur Prüfung des Selbsthaltemagneten, d.h. insbesondere der Wicklung auf Drahtbruch, ist es bekannt, einen Prüfstrom durch die Wicklung zu schicken, der zu klein ist, um den Stößel freizugeben. Der Prüfstrom wird überwacht, wobei eine Unterbrechung des Stroms insbesondere einen Drahtbruch anzeigt.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternative Lösung für die Prüfung des Selbsthaltemagneten anzugeben.
Die Aufgabe wird bezogen auf das Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezogen auf die Prüfeinrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 6 gelöst. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar.
Die Lösung sieht bezogen auf das Verfahren vor, dass der Stromkreis zur Prüfung für eine Schließzeit geschlossen wird, die so kurz ist, dass es zu keiner Trennung der Kontaktelemente durch den Aktuator kommt, und dass während des Schließens geprüft wird, ob ein Strom über die Wicklung des Selbsthaltemagneten fließt. Diese Lösung nutzt die Tatsache aus, dass der Strom, um den Aktuator zu betätigen, eine gewisse (vorgegebene) Zeit in einer gewissen (vorgegebenen) Stärke fließen muss.
Bei einer Ausgestaltung wird das Fließen des Stroms von einem technisch einfachen Stromsensor erfasst.
Im einfachsten Fall ist der Stromsensor eine von dem entsprechenden Strom durchflossene Diode, wobei jeweils erfasst wird, ob eine entsprechende Spannung an der Diode abfällt.
Entsprechend wird das Vorliegen des (Vorhandensein eines) Spannungsabfalls mittels eines Komparators erfasst.
Einfacherweise gibt der Komparator ein Signal ab, wenn der Spannungsabfall an der Diode vorliegt (abfällt).
Die Lösung sieht bezogen auf die Prüfeinrichtung vor, dass die Prüfeinrichtung a) den Stromkreis zur Prüfung für eine Schließzeit schließt, die so kurz ist, dass es zu keiner Trennung der Kontaktelemente durch den Aktuator kommt, und b) während der Schließzeit jeweils prüft, ob ein Strom über die Wicklung des Selbsthaltemagneten fließt.
Technisch einfach ist es, wenn ein Stromsensor den Stromfluss erfasst.
Die Erfassung ist stromunabhängig, wenn der Stromsensor zur Erfassung des Stromflusses eine Diode aufweist und die Prüfeinrichtung den Spannungsabfall an der Diode erfasst.
Zweckmäßigerweise weist die Prüfeinrichtung zur Erfassung des Spannungsabfalls einen Komparator auf.
Im einfachsten Fall gibt der Komparator ein Signal ab, wenn ein entsprechender Spannungsabfall vorliegt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Die einzige Figur zeigt einen Schalter 1, der als Leistungsschutzschalter für Niederspannungen ausgebildet ist. Der Schalter 1 verfügt über einen Schaltkontakt 2 mit Kontaktelementen 3, 4, die bei geschlossenem Schaltkontakt 2 – wie in der Figur schematisch dargestellt – aneinander anliegen. Der Schaltkontakt 2 ist in eine Leitung L geschaltet. Um den durch die Leitung L fließenden Strom zu unterbrechen, wird der Schaltkontakt 2 geöffnet, indem die Kontaktelemente 3, 4 voneinander getrennt werden.
Zum Schalter 1 gehört weiter eine elektronische Auslöseeinheit ETU, die jeweils den Strom über den Schaltkontakt 2 überwacht und dabei prüft, ob eine vorgegebene stromabhängige Auslösebedingung erfüllt ist. Die Auslösebedingung ist hier beispielhaft die Überschreitung eines vorgegebenen Stromschwellwerts.
Zur Erfassung des durch den Leiter L fließenden Stroms dient das stromproportionale Spannungssignal einer Sensorspule 9, die im Magnetfeld und damit im Bereich des Leiters L angeordnet ist.
Die Auslöseeinheit ETU wirkt mit einem Aktuator 5 zusammen, welcher ein Schaltschloss 6 mit einer Schaltwelle 6a umfasst, die unter mechanischer Vorspannung gehalten ist und nach Auslösung des Aktuators 5 den Schaltkontakt 2 öffnet. Das Zusammenwirken zwischen der Auslöseeinheit ETU und dem Aktuator 5 sowie dem Aktuator 5 und dem Schaltkontakt ist in der Figur schematisch über die gestrichelten Verbindungslinien 7, 8 dargestellt.
Zur Energieversorgung der Auslöseeinheit ETU dient eine Wicklung 9, die um den Leiters L gewickelt ist, elektrische Energie nach Art eines Transformators aus dem Leiter L auskoppelt und an eine Gleichrichtereinheit 11 abgibt. Die Gleichrichterspannung der Gleichrichtereinheit 11 lädt einen Energiespeicher 13a in Form eines Kondensators 13 über eine Diode 12 auf.
Parallel zum Kondensator 13 ist eine Wicklung 14 eines Selbsthaltemagneten 15 in Reihe mit einem Transistorschalter 16 geschaltet. Zum Selbsthaltemagneten 15 gehört ein Dauermagnet 17, der von der Wicklung 14 umwickelt ist. Ein Stößel 18 wird von dem Dauermagneten 17 gegen die Kraft einer Feder 19 magnetisch angezogen und dabei festgehalten.
Bei geschlossenem Transistorschalter 16 bilden der Kondensator 13 und der Selbsthaltemagnet 15 (d.h. dessen Wicklung 14) einen geschlossenen Stromkreis 16a, wobei sich der Kondensator 13 im Entlademodus befindet, in dem sein Entladestrom durch die Wicklung 14 fließt und ein Gegenmagnetfeld aufbaut. Dieses Gegenmagnetfeld schwächt das Magnetfeld des Dauermagneten 17 derart, dass dessen magnetische Anziehungskraft nicht mehr ausreicht, um den Stößel 18 festzuhalten. Der so freigegebene Stößel 18 bewegt sich auf das Schaltschloss 6 zu und entklinkt das Schaltschloss 6. Die dadurch ausgelöste Drehung der Schaltwelle 6a um ihre Längsachse öffnet den Schaltkontakt 2.
Das Schließen des Transistorschalters 16 und damit des Stromkreises 16a für eine (erste) Schließzeit erfolgt durch einen zur Auslöseeinheit ETU gehörenden Mikrocontroller uC, wenn die Auslösebedingung erfüllt ist, wobei die Prüfung der Auslösebedingung von einer (ersten) Software (Softwareprogramm) SW1 durchgeführt wird, und zwar anhand des von der Sensorspule 9 abgegebenen Spannungssignals (schematisch dargestellt als gestrichelte Linie 21). Die Schließzeit, in welcher der Kondensator teilentladen wird, beträgt hier 4 ms. Danach wird der Transistorschalters 16 wieder geöffnet.
Ein (erster) Komparator 20 überwacht die Spannung des Kondensators 13 und vergleicht diese mit einer (ersten) Referenzspannung Uref1, wobei die Spannung des Kondensators 13 über einen Spannungsteiler mit den Widerständen R1, R2 an die Referenzspannung Uref1 angepasst ist, die einen vorgegebenen Referenzwert bildet. Der Komparator 20 signalisiert (Signal S1) dem Mikrocontroller uC jeweils, ob die Spannung des Kondensators 13 größer gleich der Referenzspannung Uref1 und der Kondensator 13 damit aufgeladen ist. Eine Auslösung erfolgt nur bei aufgeladenem Kondensator 13.
Eine vorgesehene Prüfeinrichtung 22 zur Prüfung des Selbsthaltemagneten 15, d.h. insbesondere dessen Wicklung 14 auf Drahtbruch, umfasst eine im Mikrocontroller uC laufende (zweite) Software (Softwareprogramm) SW2, einen in den Stromkreis 16a geschalteten Stromsensor 23 und einen weiteren (zweiten) Komparator 24. Die Software SW2 schließt den Transistorschalter 16 für eine kurze (vorgegebene) Zeitdauer, eine (zweite) Schließzeit, und schaltet damit den Kondensators 13 kurzzeitig in den Entlademodus, wobei die Länge der Zeitdauer so kurz gewählt ist, dass es zu keiner Betätigung des Aktuators 5 kommt. Während dieser kurzen Zeitdauer wird geprüft, ob ein entsprechender Strom über den Selbsthaltemagneten 15 fließt. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, dass der Strom, um den Aktuator zu betätigen, eine gewisse (vorgegebene) Zeit in einer gewissen (vorgegebenen) Stärke fließen muss. Fließt also zwar ein Strom in ausreichender Stärke, aber für eine zu kurze Zeit, kommt es zu keiner Freigabe des Stößels 18, was bei der Prüfung notwendig ist. Die Schließzeit (der Prüfimpuls am Transistorschalter 16) hat hier eine zeitliche Länge kleiner 0,1 ms.
Überprüft wird der Stromfluss in dem kurzzeitig geschlossenen Stromkreis 16a mittels des Stromsensors 23 in Form einer Diode 23a, wobei jeweils der Spannungsabfall an der Diode 23a mittels des Komparators 24 mit einer (zweiten) Referenzspannung Uref2 verglichen wird. Der Komparator 24 gibt jeweils ein Signal S2 ab, wenn bei geschlossenem Transistorschalter 16 keine entsprechende Spannung abfällt. Das Signal S2 zeigt also an, dass ein Fehler vorliegt, insbesondere in Form eines Drahtbruchs der Wicklung 14. Dieser Fehler wird vom Mikrocontroller uC in Form eines Fehlersignals ausgegeben (signalisiert).

Claims

Verfahren zur Prüfung eines elektromagnetischen Selbsthaltemagneten (15) eines Schalters (1), wobei der Schalter (1) aufweist: a) einen Schaltkontakt (2), der aus Kontaktelementen (3, 4) gebildet ist, die zum Öffnen des Schaltkontakts (2) mechanisch voneinander getrennt werden, b) eine elektronische Auslöseeinheit (ETU), welche jeweils den über die Kontaktelemente (3, 4) fließenden Strom überwacht und die Erfüllung einer stromabhängigen Auslösebedingung prüft, c) einen elektrischen Energiespeicher (13), der mit der Wicklung (14) des Selbsthaltemagneten (15) einen Stromkreis (16a) bildet, welcher bei Erfüllung der Auslösebedingung von der Auslöseeinheit (ETU) für eine erste Schließzeit geschlossen wird, und d) einen durch Schließen des Stromkreises (16a) betätigbaren Aktuator (5), der die Kontaktelemente (3, 4) trennt, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromkreis (16a) zur Prüfung für eine zweite Schließzeit geschlossen wird, die so kurz ist, dass es zu keiner Trennung der Kontaktelemente (3, 4) durch den Aktuator (5) kommt, und dass während der zweiten Schließzeit geprüft wird, ob ein Strom über die Wicklung (14) des Selbsthaltemagneten (15) fließt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fließen des entsprechenden Stroms von einem Stromsensor (23) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromsensor (23) eine von dem entsprechenden Strom durchflossene Diode (23a) ist und dass erfasst wird, ob eine entsprechende Spannung an der Diode (23a) abfällt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorliegen des Spannungsabfalls mittels eines Komparators (24) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Komparator (24) ein Signal (S2) abgibt, wenn die entsprechende Spannung nicht abfällt.
Prüfeinrichtung (22) für einen Selbsthaltemagneten (15) eines Schalters (1), wobei der Schalter (1) aufweist a) einen Schaltkontakt (2), der aus Kontaktelementen (3, 4) gebildet ist, die bei geöffnetem Schaltkontakt (2) mechanisch voneinander getrennt sind und bei geschlossenem Schaltkontakt (2) aneinander anliegen, b) eine elektronische Auslöseeinheit (ETU), welche jeweils den über die Kontaktelemente (3, 4) fließenden Strom überwacht und prüft, ob eine stromabhängige Auslösebedingung (ETU) erfüllt ist, c) einen elektrischen Energiespeicher (13), der mit einer Wicklung (14) eines Selbsthaltemagneten (15) einen Stromkreis (16a) bildet, welchen die Auslöseeinheit (ETU) bei Erfüllung der Auslösebedingung schließt, und d) einen Aktuator (5), dessen Betätigung durch Schließen des Stromkreises (16a) für eine erste Schließzeit erfolgt und der die Kontaktelemente (3, 4) nach der Betätigung trennt, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfeinrichtung (22) a) den Stromkreis zur Prüfung für eine zweite Schließzeit schließt, die so kurz ist, dass es zu keiner Trennung der Kontaktelemente (3, 4) durch den Aktuator (5) kommt, und b) während der zweiten Schließzeit jeweils prüft, ob ein Strom über die Wicklung (14) des Selbsthaltemagneten (15) fließt.
Prüfeinrichtung (22) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromsensor (23) den Stromfluss erfasst.
Prüfeinrichtung (22) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromsensor (23) zur Erfassung des Stromflusses eine Diode (23a) aufweist und die Prüfeinrichtung (22) den Spannungsabfall an der Diode (23a) erfasst.
Prüfeinrichtung (22) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung des Spannungsabfalls einen Komparator (24) vorgesehen ist.
Prüfeinrichtung (22) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Komparator (24) ein Signal (S2) abgibt, wenn kein entsprechender Spannungsabfall vorliegt.