DE102018118329B3 - Verfahren zum Nullpunktschalten eines Relais sowie Relaisschaltung - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Nullpunktschalten eines eine wechselstromgespeiste Last schaltenden Relais 2 umfasst folgende Schritte:- Bestimmen der Schaltträgheit des Relais 2 beim Einschaltvorgang und/oder beim Ausschaltvorgang durch Erfassen der Spannung über die Relaiskontakte 9, 10 zwischen dem Zeitpunkt seiner Ein- bzw. Ausschaltansteuerung und dem Zeitpunkt der geschlossenen bzw. geöffneten Relaiskontakte 9, 10,- Überwachen des Spannungsverlaufes der durch das Relais 2 zu schaltenden Spannung zum Ermitteln des Zeitpunktes des nächsten erwarteten Nulldurchganges,- Ansteuern des Relais 2 zum Schließen bzw. Öffnen der Relaiskontakte 9, 10 zu einem Zeitpunkt t, der dem Zeitpunkt des erwarteten Nulldurchganges abzüglich der Einschaltträgheit bzw. der Ausschaltträgheit des Relais 2 entspricht,- Mehrfache Ermittlung der Schaltträgheit und die Bildung eines Mittelwertes aus einer vordefinierten Anzahl an Schaltträgheitsmessungen, der die zu berücksichtigende Schaltträgheit bei der Bestimmung des Zeitpunktes der Ansteuerung darstellt und- Tiefpassfiltern der Ergebnisse der Schaltträgheitsmittelwertermittlung.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nullpunktschalten eines eine wechselstromgespeiste Last schaltenden Relais. Ferner betrifft die Erfindung eine Relaisschaltung, insbesondere zum Durchführen des vorgenannten Verfahrens, mit einem zum Schalten einer wechselspannungsgespeisten Last vorgesehenen Relais und mit einer Steuerelektronik zum Ansteuern des Relais.
• Relaisschaltungen und Verfahren zum Nullpunktschalten eines Relais sind vorbekannt. Mit den vorbekannten Verfahren zum Nullpunktschalten eines eine wechselstromgespeiste Last schaltenden Relais möchte man die Lebensdauer des Relais hinsichtlich der Anzahl seiner Schaltspiele verlängern, indem die Relaiskontakte im oder im Bereich des Nulldurchganges der Wechselspannung geschaltet werden. Hierdurch wird eine Entstehung von Schaltfunken vermieden. Schaltfunken sind Lichtbögen, die sich zwischen den Schaltkontakten ausbilden, wenn diese nicht geschlossen sind und solange deren Abstand noch nicht hinreichend groß ist. Derartige Lichtbögen tragen Material von den Schaltkontakten ab. Je höher die Spannung bzw. der Strom im Schaltzeitpunkt ist, je intensiver ist die Ausbildung eines solchen Schaltlichtbogens. Aus diesem Grund sind Verfahren und Relaisschaltungen entwickelt worden, mit denen ein solches Relais im Bereich des Nulldurchganges der Wechselspannung geschaltet wird. Vorbekannt ist eine solche Relaisschaltung beispielsweise aus DE 297 01 352 U1 . Diesen und anderen vorbekannten Verfahren ist gemein, dass in einem ersten Schritt die Schaltträgheit beim Einschaltvorgang bestimmt wird. Die Schaltträgheit des Relais ist die Zeitspanne, die von dem Relais benötigt wird, bis nach Empfang eines Einschaltansteuersignals die Relaiskontakte tatsächlich geschlossen sind. Diese Schaltträgheit ist systembedingt und liegt in dem notwendigen Aufbau des Magnetfeldes durch die Bestromung der Relaisspule und den durch die beweglichen Schaltkontakte zurückzulegenden Weg begründet. Beim Einschaltvorgang arbeiten die beweglichen Relaiskontakte gegen die Kraft einer Rückstellfeder, durch die die gewünschte Bewegung der beweglichen Schaltkontakte gebremst und damit verlangsamt wird. Die Schaltträgheit eines solchen Relais ist somit abhängig von seiner Auslegung und kann beispielsweise zwischen 3 - 10 ms betragen.
• Mit der ermittelten Schaltträgheit wird das Relais durch seine Steuerelektronik dann so angesteuert, dass der Einschaltzeitpunkt zeitlich um die Zeitdauer der Schaltträgheit vor dem nächsten erwarteten Nulldurchgang der Wechselspannung liegt. Bei diesem Wert handelt es sich grundsätzlich um eine herstellerseitig vorgegebene Größe. Die Schaltträgheit kann auch durch die Relaisschaltung selbsttätig ermittelt werden, ebenso wie eine Änderung der Schaltträgheit in Folge beispielsweise einer Alterung des Relais. Vorgeschlagen wird im Stand der Technik zu diesem Zweck, dass das Auftreten eines Schaltfunkens optisch bestimmt wird und bei Detektion eines solchen Schaltfunkens das Relais in seiner nächsten Ansteuerung mit einer um einen Bruchteil einer Periode verschobenen Schaltträgheit angesteuert wird. Alternativ kann der Stromverlauf beobachtet werden.
• Ein weiteres Verfahren zum Nullpunktschalten eines Relais sowie eine entsprechende Relaisschaltung sind aus EP 0 997 921 A1 bekannt. Auch bei diesem Verfahren und dieser Relaisschaltung wird der Stromfluss über die Last für die Bestimmung der Schaltträgheit genutzt.
• DE 10 2005 051 762 A1 offenbart eine Vorrichtung zum steuerbaren Herstellen einer Schaltverbindung zwischen einem Anschlusskontakt für eine elektrische Last und einem Wechselspannungs-Netzanschluss. Diese vorbekannte Vorrichtung verfügt über ein bistabiles Relais, dessen Einschaltverzögerungszeit in einem Speicher abgelegt ist. Die Einschaltung des Relais erfolgt über einen Mikrocontroller. Erhält dieser einen Einschaltbefehl, wird aus dem Speicher die Einschaltverzögerungszeit des Relais ausgelesen und das Relais um die Einschaltverzögerungszeit vor dem nächsten erwarteten Nulldurchgang angesteuert, sodass das Relais im Nulldurchgang oder zumindest in der Nähe des Nulldurchgangs schaltet. Zur Überprüfung der gespeicherten Einschaltverzögerungszeit verfügt der Mikrocontroller über einen Schaltkontakteingang, der an das Schaltrelais mit der die Last verbindenden Leitung angeschlossen ist. Im Idealzustand liegt am Schaltkontakteingang im Zeitpunkt des Einschaltens der Relaiskontakte ein Signal mit der Größe „0“ an. Schaltet das Relais nicht im SpannungsNulldurchgang, liegt an dem Schaltkontakteingang ein entsprechendes positives oder negatives Spannungssignal an. Somit folgt eine Ermittlung der Schaltträgheit des Relais auch bei diesem Stand der Technik über die Last, wenn die Relaiskontakte geschlossen sind.
• Eine ähnliche Schalteinrichtung ist aus DE 10 2018 102 503 B1 bekannt. Bei dieser Schalteinrichtung wird die Bestimmung der Einschaltverzögerungszeit ebenfalls über einen Spannungssprung und/oder einen Stromsprung an einem Relaiskontakt erfasst. Bei dieser vorbekannten Schalteinheit wird als Korrekturgröße auf die Ansteuerleistung der Regerspule des Relais Einfluss genommen.
• Auch wenn mit diesen vorbekannten Verfahren und Relaisschaltungen das Nullpunktschalten eines Relais mit zufriedenstellenden Ergebnissen möglich ist, ist der schaltungstechnische Aufwand für die Bestimmung bzw. Ermittlung der Schaltträgheit aufwendig. Zudem eignen sich diese vorbekannten Verfahren nicht, wenn es sich bei der Last um eine kapazitive oder induktive Last handelt, da sich beispielsweise im Falle einer induktiven Last der Stromfluss erst aufbauen muss, bevor sich dieser im Stromfluss bemerkbar macht. Infolgedessen ist die Bestimmung der Schaltträgheit durch den Aufbau der Induktivität der Last überlagert. Zwar können zur Kompensation in die Relaisansteuerung entsprechende Verzögerungsdaten eingespeist werden. Problematisch wird dieses jedoch dann, wenn eine erste Last durch eine zweite Last mit einer anderen Induktivität ersetzt wird.
• Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein eingangs genanntes Verfahren zum Nullpunktschalten eines eine wechselstromgespeiste Last schaltenden Relais sowie eine Relaisschaltung vorzuschlagen, mit dem bzw. mit der nicht nur die Schaltträgheit eines Relais unabhängig von der Art der von dieser geschalteten Last möglich ist, sondern welche Relaisschaltung zudem einfach und damit kostengünstig aufgebaut ist.
• Gelöst wird der verfahrensbezogene Aspekt der vorstehend genannten Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Nullpunktschalten eines eine wechselstromgespeiste Last schaltenden Relais, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
• - Bestimmen der Schaltträgheit des Relais beim Einschaltvorgang und/oder beim Ausschaltvorgang durch Erfassen der Spannung über die geöffneten Relaiskontakte zwischen dem Zeitpunkt seiner Ein- bzw. Ausschaltansteuerung und dem Zeitpunkt der geschlossenen bzw. geöffneten Relaiskontakte,
• - Überwachen des Spannungsverlaufes der durch das Relais zu schaltenden Spannung zum Ermitteln des Zeitpunktes des nächsten erwarteten Nulldurchganges,
• - Ansteuern des Relais zum Schließen bzw. Öffnen der Relaiskontakte zu einem Zeitpunkt, der dem Zeitpunkt des erwarteten Nulldurchganges abzüglich der Einschaltträgheit bzw. der Ausschaltträgheit des Relais entspricht,
• - Mehrfache Ermittlung der Schaltträgheit und die Bildung eines Mittelwertes aus einer vordefinierten Anzahl an Schaltträgheitsmessungen, der die zu berücksichtigende Schaltträgheit bei der Bestimmung des Zeitpunktes der Ansteuerung darstellt und
• - Tiefpassfiltern der Ergebnisse der Schaltträgheitsmittelwertermittlung.
• Der auf die Relaisschaltung bezogene Aufgabenaspekt wird durch eine eingangs genannte, gattungsgemäße Relaisschaltung gelöst, bei der die Relaisschaltung eine Spannungsmesseinrichtung zum Erfassen der Spannung über die geöffneten Relaiskontakte aufweist.
• Bei diesem Verfahren zum Nullpunktschalten eines Relais - gleiches gilt für die Relaisschaltung - wird die Schaltträgheit des Relais über die über die Relaiskontakte erfassbare Spannung ermittelt. Sind die Relaiskontakte geöffnet, ist zwischen diesen eine Spannung messbar. Sind die Relaiskontakte geschlossen, ist keine Spannung erfassbar. Da bei geschlossenen Relaiskontakten keine Spannung über die Relaiskontakte gemessen wird, kann dieses Verfahren unabhängig von der Art der durch das Relais geschalteten Last zur effektiven Bestimmung der Schaltträgheit des Relais genutzt werden. Überdies ist eine Spannungsmessung mit sehr viel einfacheren Mitteln möglich als eine Strommessung. Während eine Spannungsmessung quasi leistungslos ist, muss bei einer Strommessung, je größer der Strom ist, desto mehr Leistung in der Messeinrichtung umgesetzt werden. Dadurch ist der Schaltungsaufbau der Relaisschaltung, wenn zum Bestimmen der Schaltträgheit des Relais die Spannung über die Schaltkontakte erfasst wird, weniger aufwendig als eine Schaltung, die für eine Strommessung benötigt wird.
• Gemäß einer Ausgestaltung wird der Zustand des Relaiskontaktes durch kontinuierliches Differenzieren der Spannung über den Relaiskontakten, die nachfolgend auch als Kontaktspannung angesprochen ist, ermittelt. Wird eine bestimmte Steigung erreicht, definiert diese den Relaiskontakt-geschlossen-Zustand oder im Falle der Bestimmung der Schaltträgheit beim Ausschaltvorgang den Relaiskontakt-offen-Zustand. Hierdurch lassen sich in besonders einfacher Art und Weise Ungenauigkeiten bezüglich des Übergangskontaktes vor allem bei dem Einschaltvorgang, etwa durch Prellen der Kontakte und dergleichen kompensieren. Dieses verbessert die Genauigkeit der Zeitmessung zwischen dem Absetzen des Ansteuersignals an das Relais und der Definition des Relaiskontakt-geschlossen-Zustandes.
• In einer beispielhaften Ausgestaltung schaltet das Relais eine Wechselspannung. Wird über diesen Spannungsverlauf differenziert, ergibt sich, dass die Schaltzustandsänderung dann erfolgt, wenn die ermittelte Steigung null ist. Dies kann jedoch dem unteren Extremum, dem oberen Extremum oder dem geschlossenen Schaltkontakt entsprechen. Um diese Messpunkte voneinander zu unterscheiden, wird in dieser Ausgestaltung zusätzlich ein absoluter Spannungsbereich definiert, in dem die Spannung liegen muss, damit eine Zustandsänderung registriert wird. In diesem Bereich liegt dann der Zustand bei geschlossenem Relaiskontakt, jedoch nicht das obere oder untere Extremum. So wird vermieden, dass als Messzeitpunkt ein Zeitpunkt angenommen wird, bei dem tatsächlich nur ein Extremum der Wechselspannung vorliegt.
• Bei dem Verfahren wird der Spannungsverlauf der am Relais anliegenden Spannung überwacht, und zwar zum Ermitteln des Zeitpunktes des nächsten erwarteten Nulldurchganges der anliegenden Wechselspannung. Die die Schaltträgheit definierende gemessene Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt der Ansteuerung des Relais und dem Zeitpunkt der geschlossenen bzw. geöffneten Relaiskontakte wird bei dem Ansteuerungszeitpunkt zum Ansteuern des Relais von dem erwarteten Nulldurchgangszeitpunkt abgezogen. Mithin wird das Relais nicht erst im Zeitpunkt eines Nulldurchganges der Wechselspannung angesteuert, sondern zu einem früheren Zeitpunkt, der dem Zeitpunkt des erwarteten Nulldurchganges abzüglich der Schaltträgheit des Relais entspricht. Auf diese Weise schaltet das Relais in einem sehr engen Bereich um den Nulldurchgang und somit zu einem Zeitpunkt im Wechselspannungsverlauf, in dem keine oder nur eine sehr geringe Spannung anliegt und somit die Gefahr einer Entstehung von Schaltfunken bzw. Schaltlichtbögen wirksam verhindert ist.
• Die Schaltträgheit beim Ausschaltvorgang ist regelmäßig geringer als diejenige beim Einschaltvorgang, was darin begründet liegt, dass das Ausschalten über die Rückstellkraft eines oder mehrerer Federelemente bewirkt wird und im Unterschied zum Einschaltvorgang nicht erst ein magnetisches Feld aufgebaut werden muss.
• Die Überwachung des Spannungsverlaufes der am Relais anliegenden Spannung kann, wie dieses bei einem Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, durch einen die Phase mit dem Nullleiter verbindenden Spannungsteiler vorgenommen werden. Der hierfür benötigte Hardwareaufwand ist gering. Durchaus möglich ist auch eine Ausgestaltung, bei der die Steuerelektronik selbst über eine Nulldurchgangserkennung verfügt. Diese kann für die Überwachung des Spannungsverlaufes der am Relais anliegenden Spannung selbstverständlich auch genutzt werden.
• Zur Minimierung von Messungenauigkeiten bei der Bestimmung der Schaltträgheit kann diese aus einer Anzahl von Einzelmessungen gemittelt werden. Der gemittelte Wert stellt dann die zu berücksichtigende Schaltträgheit bei der Ansteuerung des Relais dar. Diese Messungen können bei mehreren aufeinanderfolgenden Schaltvorgängen durchgeführt werden. Durchaus möglich ist es auch, dass die Messungen nicht durch mehrere unmittelbar aufeinanderfolgende Schaltvorgänge, sondern hierfür jeder x-te Schaltvorgang genutzt wird.
• Um Messungenauigkeiten und mögliche Ausreißer von Einzelmessungen bezüglich der Schaltträgheit zu unterdrücken, kann die ermittelte Schaltträgheit tiefpassgefiltert werden.
• Ohne Weiteres kann die Bestimmung der Schaltträgheit beim Einschaltvorgang oder auch beim Ausschaltvorgang bei jedem Schaltvorgang vorgenommen werden. Es versteht sich, dass man zu entsprechenden Ergebnissen ebenfalls gelangt, wenn die Schaltträgheitsbestimmungen nicht bei jedem Schaltvorgang, sondern bei jedem x-ten Schaltvorgang vorgenommen werden. Durch diese Maßnahme erfolgt eine automatische Adaption einer sich beispielsweise alterungsbedingt verändernden Schaltträgheit des Relais. Herstellerseitig braucht keine Schaltträgheit vorgegeben zu werden, wenn zumindest in einer ersten Betriebsphase des Relais das beschriebene Verfahren durchgeführt wird. Durch das Verfahren und die damit bewirkte Selbsteinstellung, dass der tatsächliche Relaiskontaktschaltpunkt immer näher an den Nulldurchgang der Wechselspannung angenähert wird, ist bereits nach wenigen Schaltvorgängen die Schaltträgheit hinreichend genau erfasst, um das gewünschte Nullpunktschalten in einem engen Bereich um den Nulldurchgang gewährleisten zu können.
• Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Es zeigen:
• 1: ein schematisiertes Schaltbild einer Relaisschaltung gemäß der Erfindung und
• 2: ein Diagramm darstellend eine Wechselspannungshalbwelle zum Erläutern der Bestimmung der Schaltträgheit.
• Eine Relaisschaltung 1 umfasst ein Relais 2, das von einer bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Mikrocontroller ausgeführten Steuerelektronik 3 angesteuert ist. Die Steuerelektronik 3 verfügt über einen Ansteuereingang 4, an dem ein Ansteuersignal anliegt, wenn das Relais 2 geschaltet werden soll. Das Relais 2 ist zum Schalten der Phase 5 eines Wechselstromkreises in den Schaltkreis eingeschaltet. Das Relais 2 schaltet eine wechselstromgespeiste Last, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine LED-Leuchte 6 ist. Der Nullleiter ist in 1 mit dem Bezugszeichen 7 kenntlich gemacht. Die Phase 5 und der Nullleiter 7 sind an eine Wechselstromspannungsquelle 8 angeschlossen, bei der es sich in dem dargestellten Ausführungsbeispiel um die Netzspannung handelt. Das Relais 2 verfügt über einen ortsfesten Relaiskontakt 9 und über einen beweglichen Relaiskontakt 10. In der 1 ist das Relais 2 in seiner Offen-Stellung gezeigt, bei der die beiden Relaiskontakte 9, 10 voneinander beabstandet sind und die LED-Leuchte 6 nicht bestromt ist. Angeschlossen an die Relaiskontakte 9, 10 ist eine Spannungsmesseinrichtung 11, deren Signalleitung 12 an einen ersten Signaleingang der Steuerelektronik 3 angeschlossen ist. Mit der Spannungsmesseinrichtung 11 wird über die Relaiskontakte 9, 10 die Spannung gemessen, um über die sich ändernde Spannung bei dem Einschaltvorgang des Relais 2 sowie auch bei dem Ausschaltvorgang die jeweilige Schaltträgheit, das heißt: die Zeit zwischen dem Empfang eines Einschaltansteuersignals am Ansteuereingang 4 und dem Zustand, dass die Relaiskontakte 9, 10 geschlossen sind, ermittelt wird. Die Schaltträgheit des Relais 2 beim Ausschalten wird ausgehend von den geschlossenen Relaiskontakten 9, 10 ermittelt. Bei geöffneten Relaiskontakten 9, 10 wird über die Spannungsmesseinrichtung 11 die Wechselspannung gemessen, im vorliegenden Fall Netzspannung. Sind die Relaiskontakte 9, 10 hingegen geschlossen, ist die LED-Leuchte 6 bestromt und an der Spannungsmesseinrichtung 11 kann keine Spannung erfasst werden. Aufgrund dieses Messprinzips kann mit der Relaisschaltung 1 die Schaltträgheit des Relais 2 bei jeder Last ermittelt werden und insbesondere auch bei induktiven Lasten.
• An die Steuerelektronik 3 ist ein elektronischer Speicher 13 angeschlossen, in dem die Ergebnisse der Schaltträgheitsmessungen gespeichert werden. Der Speicher 13 ist nach Art eines Ring- bzw. Registerspeichers organisiert, sodass eine bestimmte Anzahl an Schaltträgheitsmessungen darin gespeichert werden können.
• Für die Durchführung des Verfahrens zum Nullpunktschalten des Relais 2 verfügt die Relaisschaltung 1 des Weiteren über eine Spannungsüberwachungseinrichtung 14, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Spannungsteiler ausgeführt ist. Die Spannungsüberwachungseinrichtung 14 ist zwischen die Phase 5 und den Nullleiter 7 geschaltet bzw. verbindet die Phase 5 mit der Nullleiter 7. Über die Spannungsüberwachungseinrichtung 14 wird die anliegende Netzspannung hinsichtlich ihres Verlaufes in Bezug auf die Nulldurchgänge der Wechselspannung überwacht. Die Signalleitung 15 der Spannungsüberwachungseinrichtung 14 ist an einen zweiten Signaleingang der Steuerelektronik 3 angeschlossen.
• Mit der Relaisschaltung 1 kann das Relais 2 nullpunktgeschaltet werden. Dieses heißt, dass die Relaiskontakte 9, 10 bei einem Einschaltvorgang im Bereich des Nulldurchganges einer Wechselspannungshalbwelle ihren Geschlossen-Zustand bzw. eine diesen Zustand widerspiegelnden Zustand erreicht haben. Beim Ausschalten werden die Relaiskontakte 9, 10 im Bereich des Nulldurchganges geöffnet.
• Um das Relais 2 zum Nullpunktschalten anzusteuern, wird in einem ersten Schritt die Schaltträgheit des Relais 2 beim Einschaltvorgang bestimmt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird hierzu diejenige Zeit über die Steuereinrichtung 3 erfasst, die benötigt wird, damit nach Beaufschlagen des Ansteuereinganges 4 mit einem entsprechenden Ansteuersignal die Relaiskontakte 9, 10 geschlossen sind. Liegt am Ansteuereingang 4 ein Einschaltansteuersignal an, beginnt die Zeitmessung. Zugleich wird über die Spannungsmesseinrichtung 11 die Spannung über die Relaiskontakte 9, 10 gemessen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Spannung kontinuierlich differenziert, und zwar bis diese eine vordefinierte Steigung erreicht hat. Hat die Differenzierung eine bestimmte Steigung erreicht, hat die Spannung einen erwarteten bzw. vordefinierten, den Geschlossen-Zustand widerspiegelnden Zustand erreicht. Der erwartete Spannungszustand ist so gewählt, dass dann die Relaiskontakte 9, 10 geschlossen sind. Der erwartete Spannungszustand wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit 0V angesetzt. Die Zeitmessung wird beendet, wenn durch das Differenzieren der Kontaktspannung (Spannung über die Relaiskontakte 9, 10) die vorgegebene Steigung erreicht ist. Diese ermittelte Zeitspanne entspricht der Schaltträgheit des Relais 2.
• In 2 ist dieses die Zeitspanne zwischen t_ein1 und dem Zeitpunkt t_schalt1. Das erste Einschalten des Relais 2 erfolgt in Bezug auf die Position des Einschaltvorganges auf einer Wechselspannungshalbwelle an einer zufälligen Stelle, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit t_ein1 angenommen ist.
• Über die Spannungsüberwachungseinrichtung 14 wird die Wechselspannung überwacht, und zwar im Hinblick auf den Zeitpunkt der erwarteten Nulldurchgänge.
• Beim nächsten Einschaltvorgang wird das Relais 2 von der Steuerelektronik 3 zu einem Zeitpunkt zum Einschalten angesteuert, der dem Zeitpunkt des nächsten erwarteten Nulldurchganges der Wechselspannung abzüglich der zuvor ermittelten Schaltträgheit des Relais 2 entspricht. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieser Ansteuereinschaltvorgang in 2 mit t_ein2 und der Geschlossen-Zustand des Relais 2 mit t_schalt2 kenntlich gemacht. Der Zeitpunkt t_schalt2 liegt unmittelbar benachbart zu dem tatsächlichen Nulldurchgang der gezeigten Wechselspannungshalbwelle.
• Die Schaltträgheit des Relais 2 ist in gewissen Grenzen nicht konstant, auch aufgrund sich ändernder Umgebungszustände, wie Temperatur oder dergleichen. Aus diesem Grund werden für die Bestimmung der Schaltträgheit beim Einschaltvorgang mehrere Schaltträgheitsmessungen durchgeführt und in dem Speicher 13 abgelegt. Aus jeweils derselben Anzahl zurückliegender Schaltträgheitsmessungen wird der aktuelle Mittelwert gebildet, der sodann für den nächsten Einschaltvorgang zum Bestimmen des Einschaltzeitpunktes verwendet wird.
• Typischerweise wird man bei jeder Einschaltansteuerung eine Schaltträgheitsbestimmung durchführen. Auf diese Weise arbeitet die Relaisschaltung 1 adaptiv in Bezug auf ein sich änderndes Schaltverhalten, sei es durch sich ändernde Umgebungsbedingungen, alterungsbedingt oder anderweitig begründet.
• Eine Bestimmung der Schaltträgheit bei einem Ausschaltvorgang wird in analoger Weise durchgeführt. Die vorstehend beschriebene Verbesserung beim Einschaltvorgang führt bereits zu einer signifikanten Verlängerung der Lebensdauer des Relais 2 bzw. seiner Relaiskontakte 9, 10. Die Toleranzen in der Schaltträgheit beim Ausschaltvorgang sind geringer, was auch daran liegt, dass beim Ausschalten kein Magnetfeld aufgebaut werden muss. Folglich ist auch die Varianz der Schaltträgheit beim Ausschalten typischerweise deutlich geringer als beim Einschaltvorgang. Es ist daher nicht unbedingt erforderlich, die Schaltträgheit beim Ausschaltvorgang in der beschriebenen Art und Weise zu bestimmen. Beim Ausschaltvorgang kann man daher auf eine Schaltträgheit zurückgreifen, die als konstante Größe bei dem Verfahren verwendet wird. Alterungsbedingte Änderungen können durch eine Änderung dieser konstanten Größe reflektiert werden.
• In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, den Zeitpunkt der Relaiskontakt-geschlossen-Stellung t_schalt2 mit dem Zeitpunkt des tatsächlichen Nulldurchganges zu vergleichen. Überschreitet die erfasste Zeitdifferenz eine gewisse Toleranzzeit, kann diese ermittelte Zeitdifferenz zwischen dem Kontakt-geschlossen-Zustand t_schalt2 und dem tatsächlichen Nullpunkt in die Bestimmung der Schaltträgheit einfließen. Auf diese Weise ist es möglich, den Relaiskontakt-geschlossen-Zustand so nah wie möglich an den tatsächlichen Nulldurchgang zu legen.
• Durch Alterung und Umwelteinflüsse kann es zu Oxidation an den Relaiskontakten 9, 10 kommen. Dabei entsteht eine hochohmige Oxidschicht. Wenn eine solche Oxidschicht hinreichend hochohmig ist, wird die Spannung über dem Relaiskontakt nicht klein; ein Schaltpunkt des Relais kann von der Steuerelektronik daher nicht oder nicht hinreichend präzise erkannt werden. Das beschriebene Verfahren kann allerdings auch genutzt werden, um gezielt einer Oxidierung der Relaiskontakte 9, 10 vorzubeugen bzw. diese, wenn vorhanden, zu beseitigen. Dieses ist möglich, indem jeder x-te Schaltvorgang, etwa jeder 50te Schaltvorgang auf einen Zeitpunkt gelegt wird, in dem das Relais nicht im Nullpunkt, sondern zu einem Zeitpunkt zum Schließen bzw. Öffnen der Relaiskontakte 9, 10 angesteuert wird, damit ein Schaltfunke entsteht. Durch diesen werden die Relaiskontakte 9, 10 freigebrannt, mithin von der Oxidschicht befreit. Über die Spannungsverlaufsüberwachung zum Bestimmen des nächsten erwarteten Nulldurchgangs ist die Bestimmung eines solchen Schaltzeitpunkts zum Nicht-Nullpunktschalten ohne weiteres möglich.
• Bezugszeichenliste

1

Relaisschaltung

2

Relais

3

Steuerelektronik

4

Ansteuereingang

5

Phase

6

LED-Leuchte

7

Nullleiter

8

Spannungsquelle

9

ortsfester Relaiskontakt

10

beweglicher Relaiskontakt

11

Spannungsmesseinrichtung

12

Signalleitung

13

Speicher

14

Spannungsüberwachungseinrichtung

15

Signalleitung

Claims (13)

1. Verfahren zum Nullpunktschalten eines eine wechselstromgespeiste Last schaltenden Relais (2), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Bestimmen der Schaltträgheit des Relais (2) beim Einschaltvorgang und/oder beim Ausschaltvorgang durch Erfassen der Spannung über die geöffneten Relaiskontakte (9, 10) zwischen dem Zeitpunkt (t_ein1) seiner Ein- bzw. Ausschaltansteuerung und dem Zeitpunkt (t_schalt1) der geschlossenen bzw. geöffneten Relaiskontakte (9, 10), - Überwachen des Spannungsverlaufes der durch das Relais (2) zu schaltenden Spannung zum Ermitteln des Zeitpunktes des nächsten erwarteten Nulldurchganges, - Ansteuern des Relais (2) zum Schließen bzw. Öffnen der Relaiskontakte (9, 10) zu einem Zeitpunkt (t_ein2), der dem Zeitpunkt des erwarteten Nulldurchganges abzüglich der Einschaltträgheit bzw. der Ausschaltträgheit des Relais (2) entspricht, - Mehrfache Ermittlung der Schaltträgheit und die Bildung eines Mittelwertes aus einer vordefinierten Anzahl an Schaltträgheitsmessungen, der die zu berücksichtigende Schaltträgheit bei der Bestimmung des Zeitpunktes der Ansteuerung darstellt und - Tiefpassfiltern der Ergebnisse der Schaltträgheitsmittelwertermittlung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen der Schaltträgheit des Relais (2) die Spannung über die Relaiskontakte (9, 10) kontinuierlich differenziert wird und das Erreichen einer vordefinierten Steigung der Spannung den Relaiskontakt-geschlossen-Zustand bzw. den Relaiskontakt-offen-Zustand definiert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorgang des Bestimmens der Einschaltträgheit und/oder der Ausschaltträgheit bei jedem Einschaltvorgang bzw. jedem Ausschaltvorgang durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt der geschlossenen bzw. geöffneten Relaiskontakte (9, 10) mit dem aktuellen Verlauf der Wechselspannungshalbwelle bezüglich seines zeitlichen Abstandes von dem auf das Schalten des Relaiskontaktes (9, 10) folgenden Nulldurchgang bestimmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten einer vorgegebenen Differenzzeit dieses bei der nächsten Ansteuerung des Relais (2) für denselben Schaltvorgang - Öffnen oder Schließen - bezüglich des Ansteuerzeitpunktes berücksichtigt wird, um den tatsächlichen Relaiskontaktschaltvorgang näher an den Nulldurchgang zu bringen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung des Spannungsverlaufes mittels einer die Phase (5) mit dem Nullleiter (7) verbindenden Spannungsüberwachungseinrichtung (14) vorgenommen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung des Spannungsverlaufes in der Spannungsüberwachungseinrichtung (14) mittels eines Spannungsteilers vorgenommen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nur die Schaltträgheit des Relais (2) beim Einschaltvorgang bestimmt wird und die Schaltträgheit beim Ausschaltvorgang als konstante Größe vorgegeben ist.
9. Relaisschaltung, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem zum Schalten einer wechselspannungsgespeisten Last vorgesehenen Relais (2) und mit einer Steuerelektronik (3) zum Ansteuern des Relais (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Relaisschaltung (1) eine Spannungsmesseinrichtung (11) zum Erfassen der Spannung über die geöffneten Relaiskontakte (9, 10) aufweist.
10. Relaisschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Relaisschaltung (1) eine die Phase (5) mit dem Nullleiter (7) verbindenden Spannungsüberwachungseinrichtung (14) zur Überwachung des Spannungsverlaufes umfasst.
11. Relaisschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsüberwachungseinrichtung (14) einen Spannungsteiler umfasst, über den der Spannungsverlauf überwacht wird.
12. Relaisschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik (3) eine Nulldurchgangserkennung zum Erkennen des Nulldurchganges der Wechselspannung umfasst.
13. Relaisschaltung nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsmesseinrichtung (11) über eine Spannungsteilerschaltung oder eine Komparatorschaltung realisiert ist.

Images