DE102019213390A1 - Method for controlling an electrical switch - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines elektrischen Schalters (S1, S2), welcher eine Wechselspannung schaltet und einen Steuerungsrechner (1) zur Ansteuerung des Schalters (S1, S2) und zur Erfassung des Phasenwinkels eines Stroms im Schalter (S1, S2) aufweist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Steuerungsrechner (1) beim Schalten des Schalters (S1, S2) neben einem Nulldurchgang des Stroms zusätzlich eine Zeitdauer berücksichtigt und den Schaltzeitpunkt um diese Zeitdauer verändert.The invention relates to a method for controlling an electrical switch (S1, S2), which switches an AC voltage and has a control computer (1) for controlling the switch (S1, S2) and for detecting the phase angle of a current in the switch (S1, S2) . The invention is characterized in that when the switch (S1, S2) is switched, the control computer (1) also takes into account a time period in addition to a zero crossing of the current and changes the switching time by this time period.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines elektrischen Schalters, welche eine Wechselspannung schaltet und einen Steuerungsrechner zur Ansteuerung des Schalters und zur Erfassung des Phasenwinkels eines Stroms im Schalter aufweist.The present invention relates to a method for controlling an electrical switch, which switches an AC voltage and has a control computer for controlling the switch and for detecting the phase angle of a current in the switch.
Aus dem Stand der Technik wie dem Patent
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Ansteuerung eines elektrischen Schalters zu schaffen, welcher eine Überlastung des Schalters auch bei einem kurzzeitigen Wiederöffnen, wie z.B. beim Schließen eines Relais mit Prellvorgang, ermöglicht.It is therefore an object of the present invention to provide a method for controlling an electrical switch, which overloads the switch even when it is reopened for a short time, e.g. when closing a relay with bouncing process.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Patentanspruch 1 gelöst, vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.This object is achieved according to the invention by
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Steuerungsrechner zur Ansteuerung des elektrischen Schalters beim Schalten des Schalters neben dem Phasenwinkel des Stroms zusätzlich eine Zeitdauer berücksichtigt und den Schaltzeitpunkt und diese Zeitdauer verändert. Beim Einsatz eines Relais mit einer bestimmten Prellzeitdauer kann so diese Prellzeitdauer entsprechend berücksichtigt werden, so dass der Nulldurchgang des Stroms nicht direkt beim erstmaligen Schließen des Schalters liegt, sondern so liegt, dass auch während der Prellzeit ein möglichst geringer Strom fließt und eine Beschädigung des Relais verhindert wird. Grundsätzlich kann diese Art der Ansteuerung eines elektrischen Schalters sowohl beim Einschalten als auch beim Ausschalten des Schalters verwendet werden.According to the invention, it is provided that the control computer for controlling the electrical switch when switching the switch also takes into account a time period in addition to the phase angle of the current and changes the switching time and this time period. When using a relay with a certain bounce time, this bounce time can be taken into account accordingly, so that the zero crossing of the current is not directly when the switch is closed for the first time, but is such that the lowest possible current flows during the bounce time and damage to the relay is prevented. Basically, this type of control of an electrical switch can be used both when switching on and when switching off the switch.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Schalter ein Relais ist und dass der Schaltzeitpunkt am Ende der Prelldauer liegt. Hier liegt dann der Nulldurchgang des Stroms beim letzten Schließen der Relaiskontakte und löscht so den Lichtbogen final. Es ist aber auch möglich, den Schaltzeitpunkt ungefähr in die Mitte der Prelldauer zu legen. Diese Lösung hat sich als effektiv erwiesen, um Überlastungen eines Relais durch ein Relaisprellen zu vermeiden.In a particularly advantageous embodiment of the present invention, it is provided that the switch is a relay and that the switching time is at the end of the bounce time. This is where the current crosses when the relay contacts are last closed, thus finally extinguishing the arc. However, it is also possible to place the switching time approximately in the middle of the bounce time. This solution has proven to be effective in preventing relay overloading from relay bouncing.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass zu dem Schalter ein zweiter Schalter parallel angeordnet ist, welcher ebenfalls durch den Steuerungsrechner angesteuert wird, und dass die Schalter unterschiedliche Schaltverzögerungen aufweisen. Durch die Parallelschaltung zweier Schalter können die Ströme im Betrieb und beim Schließen und Öffnen eines Relais deutlich reduziert werden, so dass eine Überlastung eines Schalters verhindert wird. Vorteilhafterweise ist dabei vorgesehen, dass die durch Fertigungstoleranzen bedingt unterschiedlichen Schaltverzögerungen der Schalter, insbesondere Relais, durch einen unterschiedlichen Schaltzeitpunkt im Steuerungsrechner zur Ansteuerung der elektrischen Schalter berücksichtigt werden, so dass beide Relais effektiv zum gleichen Zeitpunkt schalten. Auf diese Art und Weise ist es möglich, Schalter bzw. Relais mit unterschiedlichen Schaltverzögerungen beim Öffnen bzw. Schließen der Kontakte zu verwenden und die Abweichungen durch eine entsprechende Ansteuerung des Steuerungsrechners zu kompensieren. Alterung, Temperaturschwankungen etc. beeinflussen die Einschaltzeiten von elektromechanischen Schaltern. Die Einschaltzeit des jeweiligen Schalters kann man durch einen kleinen Prüfstrom dynamisch erfassen und entsprechend über eine Software verarbeiten. Somit lassen sich parallel geschaltete Relais zeitlich synchron in einem vorgegebenen Winkel schalten.In a further embodiment of the present invention, it is provided that a second switch is arranged in parallel with the switch, which is also controlled by the control computer, and that the switches have different switching delays. By connecting two switches in parallel, the currents during operation and when closing and opening a relay can be significantly reduced, so that overloading of a switch is prevented. It is advantageously provided that the different switching delays of the switches, in particular relays, caused by manufacturing tolerances are taken into account by a different switching time in the control computer for controlling the electrical switches, so that both relays switch effectively at the same time. In this way, it is possible to use switches or relays with different switching delays when opening or closing the contacts and to compensate for the deviations by appropriately controlling the control computer. Aging, temperature fluctuations etc. affect the switch-on times of electromechanical switches. The switch-on time of the respective switch can be dynamically recorded using a small test current and processed accordingly using software. Relays connected in parallel can thus be switched synchronously in time at a predetermined angle.
Anstelle der Kompensierung durch eine geänderte Ansteuerung ist es auch möglich, durch das vorgegebene Einschaltfenster unterschiedlich lange Einschalt-/ bzw. Prellzeiten in gewissem Rahmen zuzulassen. Hier ist dann keine Angleichung durch den Steuerungsrechner erforderlich. Bis zum Nulldurchgang des Stroms sollten dann allerdings beide Kontakte geschlossen sein. Damit kann die Toleranz der Schaltverzögerung größer sein, was wiederum den Einsatz preiswerterer Schalter erlaubt und gleichzeitig sicherstellt, dass Schalter mit unterschiedlichen Schaltverzögerungen effektiv zum gleichen Zeitpunkt ein- und ausschalten und somit keine auch kurzzeitige Überlastung eines Schalters beim Schaltvorgang stattfindet.Instead of compensation by a modified control, it is also possible, to a certain extent, to switch on or bounce times of different lengths through the predetermined switch-on window allow. No adjustment by the control computer is then necessary here. However, both contacts should be closed until the current crosses zero. This means that the tolerance of the switching delay can be greater, which in turn allows the use of cheaper switches and at the same time ensures that switches with different switching delays effectively switch on and off at the same time and thus there is no short-term overloading of a switch during the switching process.
Die Schalter können dabei so ausgestaltet sein, dass sie nicht nur einphasig, sondern auch zweiphasig schalten, insbesondere sowohl den Nullleiter als auch den Leiter gleichzeitig schalten. Auf diese Art und Weise muss nicht für jede Phase ein eigener Schalter vorgesehen sein und zwei Phasen können mit einem Schalter geschaltet werden.The switches can be designed so that they switch not only single-phase, but also two-phase, in particular switch both the neutral conductor and the conductor simultaneously. In this way, a separate switch does not have to be provided for each phase and two phases can be switched with one switch.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt insbesondere beim Einschalten von Kurzschlussströmen sicher, dass die Schaltkontakte auch kurzzeitig nicht thermisch überlastet werden und somit kein Verschweißen stattfindet. Dies ist insbesondere bei sicherheitsrelevanten Schaltern, z.B. in Batterieladegeräten für Elektroautos erforderlich, da hier hohe Ströme fließen und sichergestellt werden muss, dass auch bei einem Kurzschluss der Schalter sicher schließt bzw. trennt. Gleichzeitig können mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren auch die Belastungen der Kontakte im normalen Betriebsfall reduziert werden und so die Lebensdauer der Relais verbessert werden.The method according to the invention ensures, in particular when switching on short-circuit currents, that the switch contacts are not thermally overloaded for a short time, and thus no welding takes place. This is particularly the case with safety-relevant switches, e.g. required in battery chargers for electric cars, since high currents flow here and it must be ensured that the switch closes or disconnects safely even in the event of a short circuit. At the same time, with this method according to the invention, the loads on the contacts in normal operation can be reduced and the life of the relays can be improved.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Figuren näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
-
1 : einen elektrischen Schaltkreis mit zwei zweiphasigen Relais und einem Steuerungsrechner zur Ansteuerung der Schalter und zur Erkennung der Phasenwinkel des Stroms und -
2 : den erfindungsgemäßen Bereich beim Einschalten eines Kurzschlussstroms an den beiden parallel geschalteten Relais.
-
1 : an electrical circuit with two two-phase relays and a control computer to control the switches and to detect the phase angle of the current and -
2nd : the range according to the invention when a short-circuit current is switched on at the two relays connected in parallel.
Der Schaltkreis in
In
Bezugszeichenliste Reference list
- 11
- SteuerungsrechnerControl computer
- 22nd
- Relais-AnsteuerungRelay control
- 33rd
- Phasenwinkel-Erfassung Phase angle detection
- S1S1
- erster Schalterfirst switch
- S2S2
- zweiter Schaltersecond switch
- NN
- NullleiterNeutral conductor
- LL
- Leiterladder
- GG
- Ground Ground
- Lin1Lin1
- Schaltereingang LeiterSwitch input conductor
- Lin2Lin2
- Schaltereingang LeiterSwitch input conductor
- Nin1Nin1
- Schaltereingang NullleiterSwitch input neutral
- Nin2Nin2
- Schaltereingang Nullleiter Switch input neutral
-
Lout 1
Lout 1 - Schalterausgang LeiterSwitch output conductor
-
Lout 2
Lout 2 - Schalterausgang LeiterSwitch output conductor
- Nout1Nout1
- Schalterausgang NullleiterSwitch output neutral conductor
- Nout2Nout2
- Schalterausgang Nullleiter Switch output neutral conductor
- STST
- SteckerverbindungConnector
- SBSB
- Sicherer BereichSafe area
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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