DE102020207276A1

DE102020207276A1 - Verfahren und Steuereinheit zum Schalten eines Relais bei Nulldurchgang

Info

Publication number: DE102020207276A1
Application number: DE102020207276.0A
Authority: DE
Inventors: Peter Spisák
Original assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2020-06-10
Filing date: 2020-06-10
Publication date: 2021-12-16
Also published as: WO2021249770A1; EP4165674A1

Abstract

Ein Verfahren (600) zum Steuern eines Relais (1) wird beschrieben. Das Verfahren (600) umfasst das Anlegen (601), zu einem Steuerzeitpunkt (313), eines Steuersignals an einen Steueranschluss (4) des Relais (1) zum Auslösen eines Ausschaltereignisses oder eines Einschaltereignisses des Relais (1), wobei der Steuerzeitpunkt (313) von einer zuvor bestimmten Steuerungsverzögerung (315) des Relais (1) abhängt. Das Verfahren (600) umfasst ferner das Bestimmen (602) von Lichtbogeninformationen (406) bezüglich der Bildung eines Lichtbogens zwischen Kontakten (5) des Relais (1) während des Ausschaltereignisses oder des Einschaltereignisses des Relais (1) und das Aktualisieren (603) der Steuerungsverzögerung (315) auf Grundlage der Lichtbogeninformationen (406).

Description

Das vorliegende Dokument ist gerichtet auf ein Verfahren und eine Steuereinheit zum Steuern des Zustands eines (elektro-) mechanischen Relais, insbesondere zum Einstellen des Steuerzeitpunkts zum Ein- oder Ausschalten des Relais.
Mechanische Relais sind z. B. in Haushaltsgeräten weit verbreitet. Beim Schalten eines Relais zu einem zufälligen Zeitpunkt relativ zu der Netzwechselspannungssinuswelle können die Relaiskontakte und/oder seine mechanischen Komponenten einer Verschlechterung unterworfen sein, die durch Plasmabögen entsteht, die sich während Schaltereignissen des Relais zwischen den Relaiskontakten bilden. Das Phänomen der Plasmabögen kann eine Verschlechterung der Relaismechanik durch Beschädigen des Relaiskontaktmaterials, durch Beschädigen der Relaisrückholfedern und/oder durch Beschädigen anderer mechanischer Relaisteile verursachen. Weiterhin kann durch den Lichtbogenstrom zwischen den Kontakten erhebliches elektromagnetisches Emissionsrauschen verursacht werden, wobei das Lichtbogenrauschen den Betrieb eines Geräts stören kann. Zusätzlich kann ein Plasmabogen dazu führen, dass Kontaktmaterial innerhalb eines Relais verdampft und/oder verstreut wird, was die Zuverlässigkeit des Relais insgesamt beeinflusst. Schließlich kann ein beschädigtes Relais die Zuverlässigkeit des Haushaltsgeräts, das das Relais enthält, beeinflussen.
Um das Phänomen der Plasmabögen zu vermeiden, kann Nulldurchgangserkennung zum Erkennen des Nulldurchgangs der Netzwechselspannungssinuswelle verwendet werden. Die Schaltzeiten eines Relais können dann auf Grundlage der erkannten Nulldurchgangszeitpunkte eingestellt werden, sodass das Relais zu Zeitpunkten eingeschaltet oder ausgeschaltet wird, wenn die Netzwechselspannungssinuswelle einen Nulldurchgang zeigt.
Ein Relais zeigt typischerweise eine Steuerungsverzögerung zwischen dem Steuerzeitpunkt eines Steuersignals zum Ein- oder Ausschalten des Relais und dem Verbindungs- oder Trennungszeitpunkt, zu dem das Relais tatsächlich ein- oder ausgeschaltet wird, was das Fließen des Netzwechselstroms erlaubt oder deaktiviert. Um das Einschalten oder Ausschalten des Relais zu einem Nulldurchgangszeitpunkt durchführen, muss der Steuerzeitpunkt in Bezug auf den Nulldurchgangszeitpunkt um die Steuerungsverzögerung vorverlagert werden.
Das vorliegende Dokument ist gerichtet auf das technische Problem des Einstellens des Steuerzeitpunkts zum Ein- oder Ausschalten eines Relais auf eine genaue und zuverlässige Weise, insbesondere um die Verschlechterung eines Relais während des Betriebs des Relais in Verbindung mit einer Wechselstromversorgung zu reduzieren. Dieses technische Problem wird durch den Gegenstand jedes der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Beispiele werden in den abhängigen Patentansprüchen, in der folgenden Beschreibung und in der beigefügten Zeichnung beschrieben.
Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zum Steuern eines Relais beschrieben. Das Relais kann einen beweglichen Anker oder eine bewegliche Armatur und eine Spule umfassen. Die Spule kann dazu konfiguriert sein, eine (magnetische) Kraft auf den Anker, auf den ein Spulenstrom (insbesondere ein Wechselstrom) an einem Steueranschluss wirkt, auszuüben, um die Kontakte des Relais zu verbinden. Die Kontakte des Relais können dazu konfiguriert sein, eine elektrische Verbindung zwischen Lastanschlüssen des Relais zu aktivieren oder zu deaktivieren. Die Lastanschlüsse können mit einer Wechselspannung (z. B. einer 230-V-Netzspannung mit einer Wechselstromfrequenz von 50 Hz oder einer 110-V-Netzspannung mit einer Wechselstromfrequenz von 60 Hz) gekoppelt sein.
Während eines Einschaltereignisses können die Kontakte des Relais verbunden, d. h. miteinander in Kontakt gebracht werden, wenn eine Spulenspannung ein Magnetfeld erzeugt, dass den beweglichen Anker anzieht. Der Spulenstrom kann erzeugt werden durch Anlegen einer Steuerspannung an den Steueranschluss des Relais. Andererseits können während eines Ausschaltereignisses die Kontakte getrennt, d. h. voneinander separiert werden, wenn der Spulenstrom auf Null fällt, sodass das Magnetfeld unterbrochen wird. Der Spulenstrom kann durch Koppeln des Steueranschlusses mit Masse unterbrochen werden.
Das Verfahren kann das Anlegen, zu einem Steuerzeitpunkt, eines Steuersignals an den Steueranschluss zum Auslösen eines Ausschaltereignisses oder eines Einschaltereignisses des Relais umfassen. Der Steuerzeitpunkt kann von einer zuvor bestimmten Steuerverzögerung des Relais abhängen. Das Steuersignal kann eine Aufwärtsfunktion sein, die die Steuerspannung von Null auf einen konstanten Steuerspannungspegel (zum Auslösen eines Einschaltereignisses) erhöht. Alternativ kann das Steuersignal eine Abwärtsfunktion sein, die die Steuerspannung von dem konstanten Steuerspannungspegel auf Null (zum Auslösen eines Ausschaltereignisses) verringert.
Das Verfahren kann das Bestimmen eines bevorstehenden oder zukünftigen Nulldurchgangszeitpunkts der Wechselspannung, die an die Lastanschlüsse des Relais angelegt wird, umfassen. Der Nulldurchgangszeitpunkt kann der Zeitpunkt sein, an dem die Wechselspannung die Polarität ändert. Der Steuerzeitpunkt kann auf Grundlage der zuvor bestimmten Steuerungsverzögerung und auf Grundlage des Nulldurchgangszeitpunkts bestimmt werden. Insbesondere kann der Steuerzeitpunkt in Bezug auf den (bevorstehenden oder zukünftigen) Nulldurchgangszeitpunkt durch die Steuerungsverzögerung nach vorn verschoben oder vorverlagert werden. Indem das Steuersignal in Abhängigkeit von der Steuerungsverzögerung des Relais nach vorn verschoben wird, kann der Trennungszeitpunkt (zu dem die Kontakte des Relais sich trennen) oder der Verbindungszeitpunkt (zu dem die Kontakte sich verbinden) näher an den Nulldurchgangszeitpunkt verschoben werden (verglichen mit einer willkürlichen Auswahl des Steuerzeitpunkts). Dies hat zur Folge, dass die Erzeugung von Lichtbögen zwischen den Kontakten während eine Ausschaltereignisses oder während eines Einschaltereignisses reduziert oder vermieden werden kann, wodurch die Verschlechterung des Relais reduziert wird.
Das Verfahren kann das Bestimmen von Phasenverschiebungsinformationen bezüglich einer Phasenverschiebung zwischen der Wechselspannung und dem Laststrom an den Lastanschlüssen des Relais umfassen. Die Phasenverschiebung kann durch eine (nicht ohmsche, insbesondere eine induktive) Last, die mit den Lastanschlüssen gekoppelt ist, verursacht werden. Die Steuerungsverzögerung kann auf Grundlage der Phasenverschiebungsinformationen bestimmt werden, wodurch die Verwendung des Verfahrens für nicht ohmsche (z. B. induktive) Lasten (wie etwa einen elektrischen Motor) ermöglicht wird. Insbesondere kann, durch Berücksichtigen der Phasenverschiebungsinformationen, der Trennungszeitpunkt (an dem die Kontakte des Relais sich trennen) oder der Verbindungszeitpunkt (an dem die Kontakte sich verbinden) näher an den Zeitpunkt verschoben werden, an dem der Laststrom einen Nulldurchgang aufweist (was der für die Erstellung eines Plasmabogens zwischen den Kontakten des Relais relevante Zeitpunkt ist).
Das Verfahren umfasst das Bestimmen von Lichtbogeninformationen bezüglich der Bildung eines Plasmabogens zwischen den Kontakten des Relais während des Ausschaltereignisses oder des Einschaltereignisses des Relais. Die Lichtbogeninformationen können indikativ dafür sein, ob während des Ausschaltereignisses oder des Einschaltereignisses ein Lichtbogen erzeugt wird oder nicht. Weiterhin können die Lichtbogeninformationen indikativ sein für den Startzeitpunkt und/oder den Endzeitpunkt und/oder die Dauer des Lichtbogens. Die Lichtbogeninformationen können auf Grundlange eines Lichtbogenrauschens, das von dem Lichtbogen erzeugt wird, bestimmt werden.
Das Verfahren umfasst ferner das Aktualisieren (d. h. Verschieben) der Steuerungsverzögerung auf Grundlage der Lichtbogeninformationen, insbesondere auf Grundlage des Startzeitpunkts und/oder des Endzeitpunkts und/oder der Dauer des Lichtbogens. Insbesondere kann die Steuerungsverzögerung durch einen Versatz, der der Zeitdauer des erkannten Lichtbogenrauschens entspricht oder davon abhängt, aktualisiert oder verschoben werden. Die Steuerungsverzögerung kann so aktualisiert werden, dass der Lichtbogen während des aktuellen Ausschaltereignisses oder Einschaltereignisses des Relais nicht erzeugt worden wäre, wenn die aktualisierte Steuerungsverzögerung verwendet worden wäre, um den Steuerzeitpunkt für das aktuelle Ausschaltereignis oder Einschaltereignis des Relais zu bestimmen.
Unter Berücksichtigung von Lichtbogeninformationen bezüglich der Bildung von Lichtbögen während Ausschaltereignissen oder Einschaltereignissen wird eine genaue Nulldurchgangssteuerung eines Relais ermöglicht, wodurch die Verschlechterung des Relais reduziert wird.
Das Verfahren kann das Erkennen von durch einen Lichtbogen zwischen den Kontakten des Relais verursachtem Lichtbogenrauschen umfassen. Die Lichtbogeninformationen können auf eine genaue Weise auf Grundlage des erkannten Lichtbogenrauschens bestimmt werden. Zur Erkennung von Lichtbogenrauschen kann ein Relaissignal während des Ausschaltereignisses oder des Einschaltereignisses des Relais gemessen werden. Das Relaissignal kann einen Signalwert als Funktion der Zeit während des Ausschaltereignisses oder des Einschaltereignisses des Relais angeben. Das Relaissignal kann dem Verlauf des Spulenstroms durch die Spule des Relais während des Ausschaltereignisses oder des Einschaltereignisses des Relais entsprechen oder indikativ dafür sein. Das Verfahren kann dann das Bestimmen von Lichtbogeninformationen bezüglich des Lichtbogenrauschens, das in dem Relaissignal enthalten ist, umfassen.
Das Verfahren kann das Bestimmen des Startzeitpunkts des Beginns des Lichtbogenrauschens und/oder des Endzeitpunkts des Endes des Lichtbogenrauschens umfassen. Die Lichtbogeninformationen können dann indikativ sein für den Startzeitpunkt und/oder den Endzeitpunkt und/oder die Dauer des Lichtbogens (d. h. die Zeitdifferenz zwischen dem Startzeitpunkt und dem Endzeitpunkt). Durch die Nutzung dieser Zeitinformationen des Lichtbogenrauschens kann die Steuerungsverzögerung auf eine genaue Weise aktualisiert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Steuereinheit zum Steuern eines Relais beschrieben. Die Steuereinheit kann eine analoge und/oder digitale Schaltung umfassen. Die Steuereinheit ist dazu konfiguriert, zu einem Steuerzeitpunkt ein Steuersignal an den Steueranschluss anzulegen, um ein Ausschaltereignis oder ein Einschaltereignis des Relais auszulösen, wobei der Steuerzeitpunkt von einer zuvor bestimmten Steuerungsverzögerung des Relais abhängt. Die Steuereinheit kann eine (analoge) Erkennungsschaltung umfassen, die dazu konfiguriert ist, Lichtbogeninformationen bezüglich der Bildung eines Lichtbogens zwischen den Kontakten des Relais während des Ausschaltereignisses oder des Einschaltereignisses des Relais zu bestimmen. Weiterhin ist die Steuereinheit dazu konfiguriert, die Steuerungsverzögerung auf Grundlage der Lichtbogeninformationen zu aktualisieren.
Die Erkennungsschaltung kann dazu konfiguriert sein, ein Relaissignal während des Ausschaltereignisses oder des Einschaltereignisses des Relais zu erfassen. Weiterhin kann die Erkennungsschaltung einen Leistungsdetektor (insbesondere einen Funkfrequenz (Radio Frequency, RF)-Leistungsdetektor) umfassen, der dazu konfiguriert ist, einen Leistungspegel des Relaissignals innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbands zu bestimmen. Mit anderen Worten, der Leistungspegel eines Teilbands des Relaissignals, das einem vorbestimmten Frequenzband entspricht, kann bestimmt werden.
Das vorbestimmte Frequenzband umfasst Frequenzen eines Lichtbogenrauschens, das zwischen den Kontakten des Relais erzeugt wird. Insbesondere kann das vorbestimmte Frequenzband eine untere Grenze von 1 MHz oder höher aufweisen.
Die Erkennungsschaltung kann dazu konfiguriert sein, die Lichtbogeninformationen auf Grundlage des Leistungspegels des Relaissignals innerhalb des vorbestimmten Frequenzbands zu bestimmen. Insbesondere kann die Erkennungsschaltung dazu konfiguriert sein, einen erhöhten Leistungspegel (verglichen mit einem Referenzleistungspegel) zu bestimmen, wodurch die Anwesenheit von Lichtbogenrauschen in dem Relaissignal erkannt wird. Durch Bestimmen des (RF-) Leistungspegels eines Teilbands des Relaissignals, können die Lichtbogeninformationen auf eine genaue Weise bestimmt werden.
Die Erkennungsschaltung kann dazu konfiguriert sein, einen Referenzleistungspegel des Relaissignals innerhalb des vorbestimmten Frequenzbands vor einem Zeitpunkt, zu dem die Kontakte des Relais getrennt oder verbunden werden, (insbesondere vor der Bildung eines Lichtbogens) zu bestimmen. Der Referenzleistungspegel kann unter Verwendung des Leistungsdetektors bestimmt werden. Der Referenzleistungspegel kann indikativ sein für das Hintergrundrauschen innerhalb des Relaissignals.
Weiterhin kann die Erkennungsschaltung dazu konfiguriert sein, den Leistungspegel des Relaissignals innerhalb des vorbestimmten Frequenzbands, das während des Ausschaltereignisses oder des Einschaltereignisses des Relais bestimmt wird, mit dem Referenzleistungspegel zu vergleichen, um die Lichtbogeninformationen zu bestimmen. Insbesondere kann die Erkennungsschaltung einen Komparator umfassen, der dazu konfiguriert ist, den Leistungspegel mit dem Referenzleistungspegel zu vergleichen. Der Komparator kann dazu konfiguriert sein, ein Abweichungssignal zu erzeugen, das Zeitpunkte angibt, zu denen der Leistungspegel den Referenzleistungspegel übersteigt (und folglich Zeitpunkte, an denen das Relaissignal Lichtbogenrauschen umfasst). Die Lichtbogeninformationen können dann auf eine präzise Weise auf Grundlage des Abweichungssignals bestimmt werden.
Nach einem weiteren Aspekt wird ein Gerät, insbesondere ein Haushaltsgerät (wie etwa ein Geschirrspüler, ein Backofen, eine Waschmaschine, ein Trockner, ein Kühlschrank, eine Kochmaschine usw.) beschrieben. Das Gerät kann die in dem vorliegenden Dokument beschriebene Steuereinheit umfassen.
Das Gerät kann eine Mehrzahl von Relais umfassen. Weiterhin kann das Gerät eine gemeinsame Erkennungsschaltung für die Mehrzahl von Relais umfassen. Die Erkennungsschaltung kann wie in dem vorliegenden Dokument dargelegt ausgebildet sein. Insbesondere kann die Erkennungsschaltung dazu konfiguriert sein, Lichtbogeninformationen bezüglich der Bildung eines Lichtbogens zwischen Kontakten von irgendeinem der Mehrzahl von Relais während eines Ausschaltereignisses oder eines Einschaltereignisses des jeweiligen Relais zu bestimmen.
Zusätzlich kann das Gerät eine Steuereinheit umfassen, die konfiguriert ist zu bestimmen, dass ein (beliebiges) erstes Relais aus der Mehrzahl der Relais eingeschaltet oder ausgeschaltet werden soll. Weiterhin kann die Steuereinheit dazu konfiguriert sein, zu einem Steuerzeitpunkt ein Steuersignal an den Steueranschluss des ersten Relais anzulegen, um ein Ausschaltereignis oder ein Einschaltereignis des ersten Relais auszulösen, wobei der Steuerzeitpunkt von einer zuvor bestimmten Steuerungsverzögerung des ersten Relais abhängt. Zusätzlich kann die Steuereinheit dazu konfiguriert sein, die Steuerungsverzögerung des ersten Relais auf Grundlage der durch die Erkennungseinheit während des Ausschaltereignisses oder des Einschaltereignisses des ersten Relais bestimmten Lichtbogeninformationen zu aktualisieren.
Daher kann eine gemeinsame Erkennungsschaltung zum Anpassen der Steuerungsverzögerung mehrerer Relais verwendet werden, wodurch ein kostengünstiges Gerät bereitgestellt werden kann.
Das Gerät kann einen Messpunkt umfassen, der von Lichtbogenrauschen betroffen ist, das durch ein Ausschaltereignis oder ein Einschaltereignis irgendeines der Mehrzahl von Relais erzeugt wird. Die Erkennungsschaltung kann dazu konfiguriert sein, ein Relaissignal an dem Messpunkt zu erfassen und die Lichtbogeninformationen auf Grundlage des Relaissignals zu bestimmen. Durch die Nutzung eines gemeinsamen Messpunkts für die Mehrzahl von Relais können die Steuerungsverzögerungen auf eine genaue und zuverlässige Weise angepasst werden.
Der Messpunkt kann derart sein, dass er die Erkennung von Lichtbogeninformationen und/oder Lichtbogenrauschen drahtlos erlaubt. Insbesondere kann der Messpunkt eine Antenne umfassen und/oder als eine Antenne implementiert sein. Die Antenne kann an einem zentralen Punkt zwischen der Mehrzahl von Relais angeordnet werden. Durch die Nutzung einer Antenne zum Messen der Lichtbogeninformationen kann die Lichtbogenmessung auf eine besonders effiziente und zuverlässige Weise durchgeführt werden.
Es sollte angemerkt werden, dass die Verfahren und Systeme, die ihre bevorzugten Ausführungsformen wie in dem vorliegenden Dokument dargelegt sind, einschließen, allein oder in Kombination mit den anderen in diesem Dokument offenbarten Verfahren und Systemen verwendet werden können. Zusätzlich können die Merkmale, die in dem Kontext eines Systems dargelegt sind, auch auf ein entsprechendes Verfahren anwendbar sind. Weiterhin können alle Aspekte der in dem vorliegenden Dokument dargelegten Verfahren und Systeme beliebig kombiniert werden. Insbesondere die Merkmale der Patentansprüche können auf eine beliebige Weise miteinander kombiniert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beispielhaft erläutert, wobei

1 ein beispielhaftes elektromechanisches Relais zeigt,
2a den zeitlichen Verlauf oder die zeitliche Kurve des Spulenstroms während eines Einschaltereignisses zeigt,
2b den zeitlichen Verlauf oder die zeitliche Kurve des Spulenstroms während eines Ausschaltereignisses zeigt,
3a Lichtbogenrauschen innerhalb des Spulenstroms während eines Ausschaltereignisses veranschaulicht,
3b das Zeitintervall von Lichtbogenrauschen in Relation zur der Netzwechselspannung veranschaulicht,
4 eine beispielhafte Erkennungsschaltung zur Erkennung von Lichtbogenrauschen zeigt,
5 ein beispielhaftes Hüllsignal für das Lichtbogenrauschen veranschaulicht und
6 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Steuerung eines Einschaltereignisses oder eines Ausschaltereignisses eines Relais zeigt.

Wie oben angegeben ist das vorliegende Dokument gerichtet auf das Reduzieren der Verschlechterung eines elektromechanischen Relais, das zum Ein- oder Ausschalten einer Wechselstromversorgung (z. B. einer 230-V-Netzspannung mit einer Wechselstromfrequenz von 50 Hz) verwendet wird. In diesem Kontext zeigt 1 ein beispielhaftes Relais 1. Das Relais 1 umfasst eine Spule 2, die dazu konfiguriert ist, ein Magnetfeld zu erzeugen, auf das ein Spulenstrom I(t) wirkt, der an den Steueranschluss 4 angelegt wird. Die Spule 2 kann einen Spulenkern 8 umfassen, der dazu konfiguriert ist, das Magnetfeld zu einer Armatur oder einem Anker 3 des Relais 1 hin zu leiten. Die Armatur oder der Anker 3 ist dazu konfiguriert, von dem durch die Spule 2 erzeugten Magnetfeld angezogen zu werden. Die Armatur 3 wird typischerweise unter Verwendung einer Feder 10 von der Spule 2 und dem Spulenkern 8 weg bewegt. Das Magnetfeld, das durch die Spule 2 erzeugt wird, kann eine ausreichend hohe Anziehungskraft auf die Armatur 3 verursachen, sodass die Federkraft für die Feder 10 überwunden wird und sodass die Armatur 3 zu dem Spulenkern 8 hin gezogen wird, um das Relais 1 einzuschalten.
Die Armatur 3 ist mit einem Kontakt 5 gekoppelt, wobei der Kontakt 5 der Armatur 3 den Kontakt 5 des Sockels des Relais 1 berührt, wenn die Armatur 3 zu dem Spulenkern 8 hin gezogen wird. Dies hat zur Folge, dass die Lastanschlüsse 6 des Relais 1 elektrisch miteinander gekoppelt sind, wodurch ein Strom zwischen den Lastanschlüssen 6 und insbesondere zwischen den Kontakten 5 fließen kann.
Durch Unterbrechen des Spulenstroms I(t) wird das Magnetfeld unterbrochen und die Armatur 3 wird aufgrund der von der Feder 10 verursachten Federkraft von dem Spulenkern 8 weg gezogen. Schließlich werden die Kontakte 5 voneinander getrennt, wodurch das Relais 1 ausgeschaltet wird. In einem entspannten oder inaktiven Zustand bilden die Kontakte 5 einen Kontaktspalt S, der eine bestimmte Spaltbreite aufweist.
Im Laufe eines Einschaltereignisses wird die Armatur 3 zu dem Spulenkern 8 hin gezogen, sobald ein Spulenstrom I(t) an den Steueranschluss 4 angelegt wird. Der Spulenstrom I(t) kann zu einem Steuerzeitpunkt angelegt werden. Zu einem nachfolgenden Steuerzeitpunkt beginnen die Kontakte 5, einander zu berühren, wodurch das Relais 1 eingeschaltet wird und wodurch ein Laststrom über die Lastanschlüsse 6 fließen kann. Zu dem Verbindungszeitpunkt berührt die Armatur 3 den Spulenkern 8 typischerweise noch nicht. Der Zeitpunkt, zu dem die Armatur 3 den Spulenkern 8 berührt, kann als Schließzeitpunkt bezeichnet werden, weil das Relais 1 nun vollständig geschlossen ist. Sobald das Relais 1 vollständig geschlossen ist, bildet die (flexible) Verbindungsplatte zwischen der Armatur 3 und dem Kontakt 5 der Armatur 3 eine Blattfeder 11 in einem gebogenen Zustand, wobei die Kraft der Blattfeder 11 die Armatur 3 von dem Spulenkern 8 weg zieht. Daher muss das Magnetfeld die Kräfte der Rückholfeder 10 der Armatur 3 und der Blattfeder 11 des Kontakts 5 überwinden.
Im Laufe eines Ausschaltereignisses wird der Steueranschluss 4 (zu einem Steuerzeitpunkt) von einer Steuerspannung getrennt. Dies hat zur Folge, dass der Spulenstrom I(t) allmählich abnimmt, sodass die magnetische Kraft abnimmt, was dazu führt, dass die Blattfeder 11 in einen entspannten Zustand zurückkehrt, und was nachfolgend dazu führt, dass die Rückholfeder 10 den Kontakt 5 der Armatur 3 von dem Kontakt 5 des Sockels des Relais 1 weg zieht. Der Zeitpunkt, zu dem die Kontakte 5 getrennt werden, kann als Trennungszeitpunkt bezeichnet werden.
Wie in dem einführenden Abschnitt dargelegt, kann ein Einschaltereignis oder ein Ausschaltereignis zu Plasmabögen zwischen den Kontakten 5 führen, wenn die Kontakte 5 zu einem Zeitpunkt, wenn die Spannung über die Lastanschlüsse 6 relativ hoch (z. B. 24 V oder höher) ist und/oder wenn ein Laststrom durch die Lastanschlüsse 6 vorhanden ist. Dies kann zu einer Verschlechterung der Kontakte 5 und der mechanischen Komponenten des Relais 1 führen. Um solche Verschlechterungen zu vermeiden, ist es vorzuziehen, den Trennungs-/ Verbindungszeitpunkt eines Einschaltereignisses oder eines Ausschaltereignisses an einen Nulldurchgang der Wechselspannung, die an die Lastanschlüsse 6 angelegt wird, und/oder an einen Nulldurchgang des Laststroms an den Lastanschlüssen 6 zu legen. Angesichts dessen muss die Steuerungsverzögerung zwischen dem Steuerzeitpunkt, zu dem die Steuerspannung an den Steueranschluss 4 angelegt oder davon getrennt wird, und dem Trennungs-/Verbindungszeitpunkt, zu dem der Kontaktspalt S geschlossen oder geöffnet wird, auf eine genaue Weise bestimmt werden.
2a zeigt eine beispielhafte Kurve oder einen beispielhaften Verlauf 201 des Spulenstroms 200 während eines Einschaltereignisses. Es ist zu sehen, dass der Spulenstrom 200 allmählich zunimmt, aber einen zwischenzeitlichen Abfall aufweist. 2b zeigt eine beispielhafte Kurve oder einen beispielhaften Verlauf 202 des Spulenstroms 200 während eines Ausschaltereignisses. Es ist zu sehen, dass der Spulenstrom 200 allmählich abnimmt, aber eine zwischenzeitliche Spitze aufweist.
3a veranschaulicht Lichtbogenrauschen 302 in dem Verlauf 202 des Spulenstroms, 200, der von dem Relaiskontakt-Lichtbogen stammt, der erzeugt wird, falls sich die Relaiskontakte 5 öffnen, kurz nachdem die Netzwechselspannung an den Kontakten 5 die Nullspannung durchlief, sodass die Netzwechselspannung über dem kritischen Spannungspegel (von z. B. 24 V) liegt. Sobald der Lichtbogen sich aufgebaut hat, dauert der Lichtbogen bis zum nächsten Nulldurchgang der Netzspannung. Weiterhin zeigt 3a den Verlauf 301 der ersten Ableitung des Verlaufs 202 des Spulenstroms 200. Die erste Ableitung, insbesondere das Maximum der ersten Ableitung, kann zum Erkennen des tatsächlichen Verbindungs-/Trennungszeitpunkts verwendet werden.
3b veranschaulicht das Zeitintervall 312 während dessen Lichtbogenrauschen 302 in dem Spulenstrom 200 anwesend ist. Weiterhin zeigt 3b die Netzspannungswelle 310, die einen Nulldurchgang zu dem Nulldurchgangszeitpunkt 311 aufweist. Es ist zu sehen, dass das Lichtbogenrauschen 302 erzeugt wird, solange die Netzwechselspannung eine bestimmte Schwellenspannung (z. B. 24 V) übersteigt. Zusätzlich zeigt 3b den Steuerzeitpunkt 313 (an dem Punkt, wo die Kurve 202 des Spulenstroms 200 zu fallen beginnt), zu dem ein Steuersignal an den Steueranschluss 4 des Relais 1 angelegt werden soll, um ein Einschaltereignis oder ein Ausschaltereignis des Relais 1 auszulösen. Der Steuerzeitpunkt 313 geht dem Nulldurchgangszeitpunkt 311 um eine Steuerungsverzögerung 315 voraus.
Durch Ändern der Steuerungsverzögerung 315 und durch entsprechendes Ändern des Steuerzeitpunkts 313 wird die Kurve 202 des Spulenstroms 200 relativ zu der Netzwechselspannungswelle 310 verschoben. Die Kurve 202 kann so verschoben werden, dass der Beginn des Intervalls 312 mit dem Nulldurchgangszeitpunkt 311 zusammenfällt. In diesem Fall verschwindet der Lichtbogen, weil die Relaiskontakte 5 genau zu dem Nulldurchgangszeitpunkt 311 geöffnet werden.
In den vorliegenden Dokument wird ein Lichtbogenerkennungs-Nulldurchgangsrelaissteuerungs (Are Detection Zero Cross Relay Control, ADRC)-Schema beschrieben. Das Schema nutzt Schaltungstechnik zum Erkennen des Auftretens von elektromagnetischem Lichtbogenrauschen. Insbesondere kann die Schaltungstechnik zum Bestimmen von Lichtbogeninformationen über Lichtbogenrauschen 302 verwendet werden. Zeitinformationen bezüglich des Steuerzeitpunkts 313 und/oder der Steuerungsverzögerung 315 zum Ein- oder Ausschalten des Relais 1 können auf Grundlage der Lichtbogeninformationen bestimmt werden. Die Zeitinformationen können mit der Netzwechselstromnulldurchgangszeit 311 verglichen werden, um den Steuerzeitpunkt 313 zu bestimmen. Insbesondere können die Lichtbogeninformationen zum Ermöglichen einer genauen Relaisschaltsteuerung verwendet werden, um die Bildung von Lichtbögen zu vermeiden. Das Schalten der Relaiskontakte 5 kann daher innerhalb des Zeitintervalls durchgeführt werden, in dem die Netzwechselspannung unter dem kritischen Spannungsschwellenwert liegt.
Das ADRC-Schema kann in verschiedenen unterschiedlichen elektromechanischen Relaisschaltschaltungen verwendet werden, die mit einer Netzwechselstromnulldurchgangserkennungschaltung und/oder mit prozessorgesteuerter Relaisschaltung ausgestattet sind. Typischerweise sind keine Änderungen der Relaissteuerung(shardware) erforderlich. Das ADRC-Schema ist geeignet für Schaltungen, die eine ohmsche Last (z. B. Heizelemente) und/oder eine nicht ohmsche (z. B. induktive) Last schalten.
4 zeigt eine beispielhafte Erkennungsschaltung 400 zur Erkennung von Lichtrauschen 302, das durch einen Lichtbogen während eines Einschalt- oder Ausschaltereignisses eines Relais 1 veranlasst wird. Die Erkennungsschaltung 400 ist dazu konfiguriert, ein Relaissignal 401 zu analysieren, das während des Einschalt- oder Ausschaltereignisses des Relais 1 erfasst wird. Das Relaissignal 401 kann dem Verlauf 202 des Spulenstroms 200 entsprechen. Die Erkennungsschaltung 400 kann dazu konfiguriert sein, Lichtbogeninformationen 406 auf Grundlage des Relaissignals 401 zu bestimmen, wobei die Lichtbogeninformationen 406 Folgendes angeben:

• ob das Relaissignal 401 Lichtbogenrauschen 302 umfasst oder nicht und/oder
• den Startzeitpunkt und/oder den Endzeitpunkt des Lichtbogenrauschens 302.

Die Erkennungsschaltung 400 von 4 wird mit einer Versorgungsspannung VCC 413 (z. B. bei 5 V) betrieben. Die Erkennungsschaltung 400 umfasst einen Vorverstärker 410 mit einem Verstärkungstransistor 411, der dazu konfiguriert ist, das Relaissignal 401 zu verstärken, um ein verstärktes Relaissignal 402 bereitzustellen. Ein (Funkfrequenz (Radio Frequency, RF-)) Leistungsdetektor 412 kann verwendet werden, um die Leistung des (verstärkten) Relaissignals 401, 402 innerhalb eines bestimmten (RF-) Frequenzbands zu erkennen, wobei das Frequenzband von ein oder mehr Betriebsfrequenzen des Geräts, in dem die Erkennungsschaltung 400 verwendet wird, verschieden sein sollte. Weiterhin sollte das bestimmte Frequenzband Frequenzen des Lichtbogenrauschens 302, das erkannt werden soll, umfassen. Der Leistungsdetektor 412 kann unter Verwendung eines Ein/Aus-Signals 422 ein- oder ausgeschaltet werden.
Der Leistungsdetektor 412 stellt als Ausgabe ein Leistungssignal 403 (insbesondere einen Leistungspegel) bereit, der indikativ ist für die Leistung des (verstärkten) Relaissignals 401, 402 innerhalb des bestimmten Frequenzbands zu einem bestimmten Zeitpunkt. Die Erkennungsschaltung 400 kann eine Abtast- und Halteschaltung 418 umfassen, die dazu konfiguriert ist, das Leistungssignal 403 für einen Zeitpunkt, zu dem das Relaissignal 401 kein Lichtbogenrauschen 302 umfasst, zu speichern. Dieses Leistungssignal oder dieser Leistungspegel 403 kann als ein Referenzpegel des Hintergrundrauschens, das in dem Relaissignal 401 enthalten ist, betrachtet werden. Die Abtast- und Halteschaltung 418 umfasst einen Transistor 413, der unter Verwendung des Abtast- und Haltesteuersignals 421 gesteuert wird und der dem Leistungssignal 403 erlaubt, in dem Kondensator 414 gespeichert zu werden. Das gespeicherte Leistungssignal 403 kann einem Komparator 416 über einen Spannungsfolger 415 als ein Referenzsignal (oder Referenzpegel) 404 bereitgestellt werden.
Das Leistungssignal 403 zu verschiedenen Zeitpunkten während eines Einschalt- oder Ausschaltereignisses des Relais 1 kann unter Verwendung des Komparators 416 mit dem Referenzsignal 404 verglichen werden, wobei der Komparator 416 ein Abweichungssignal 405 bereitstellt, das angibt, ob das Leistungssignal 403 von dem Referenzsignal 404 abweicht oder nicht. Ein Signalkonditionierer 417 kann verwendet werden, um das Abweichungssignal 405 in ein Rechteck- oder Binärsignal umzuwandeln, das angibt, ob in dem Relaissignal 401 Lichtbogenrauschen 302 vorhanden ist oder nicht vorhanden ist. Die Lichtbogeninformationen 406 können das Rechteck- oder Binärsignal umfassen oder diesem entsprechen.
Daher wird eine Erkennungsschaltung 400 beschrieben, die einen Leistungsdetektor 412 (etwa den Leistungsdetektor LTC5507 RF von Linear Technology) umfasst. Der Leistungsdetektor 412 und die Funkfrequenz (RF)-Vorverstärkerstufe 410 bilden einen RF-Frequenz-Leistungsdetektor, der auf einen Frequenzbereich oder ein Frequenzband von etwa 1 MHz bis 100 MHz eingestellt werden kann. Die Verstärkung des Vorverstärkers 410 kann gemäß dem erkannten Rauschpegel des Lichtbogenrauschens 302 in dem bestimmten Gerät, in dem die Erkennungsschaltung 400 verwendet wird, eingerichtet werden.
Da das erwartete (erkannte) Lichtbogenrauschen 302 weißes Breitbandrauschen ist, ist die Wahl des Erkennungsfrequenzbands typischerweise nicht kritisch. Seine untere Grenze sollte über den Arbeitsfrequenzen des Geräts liegen, um sicherzustellen, dass die Erkennung des Lichtbogenrauschens 302 nicht durch den Betrieb des Geräts gestört wird. Der Leistungsdetektor 412 kann das erkannte elektromagnetische Rauschen 302 in eine Spannung (d. h. den Leistungspegel 403) umwandeln, der proportional zu der Rauschleistung in dem Relaissignal 401 ist (in dBm).
Das Abtast- und Haltesteuersignal 421 der Abtast- und Halteschaltung 418 kann durch einen Steuerprozessor betrieben werden, um allgemeine RF-Rauschpegelinformationen (d. h. einen Referenzleistungspegel 404) kurz vor dem erwarteten Zeitpunkt des Auftretens von Lichtbogenrauschen 302 zu speichern. Der Referenzleistungspegel 404 kann einige Mikrosekunden nach dem Steuerzeitpunkt 313, d. h. nachdem die Bedienhandlung des Relaisschaltens (Schließen oder Öffnen des Relais) durch den Relais-Steuerprozessor 100 veranlasst worden ist, gespeichert werden.
Der Betriebsverstärker 416 vergleicht zwei verschiedene RF-Rauschpegel, d. h. den kurz vor dem Betrieb der Relaiskontakte 5 in der Abtast- und Halteschaltung 418 gespeicherten Referenzrauschpegel 404 mit dem momentanen Rauschpegel 403. Wenn der momentane Rauschpegel 403 höher ist als der gespeicherte Referenzrauschpegel 404, wird die Differenz durch den Betriebsverstärker 416 verstärkt, wodurch ein Abweichungssignal 405 bereitgestellt wird, das angibt, dass das Lichtbogenrauschen 302 wegen eines Lichtbogens zwischen den Relaiskontakten 5 aufgetreten ist.
Ein Signalkonditionierer 417 kann zur Produktion einer rechteckigen Impulshülle 406, die die Dauer des Lichtbogenrauschens 302 umrahmt, verwendet werden. Die rechteckige Impulshülle 406 stellt genaue Zeitinformationen bezüglich des Beginns und des Endes des Lichtbogens zwischen den Relaiskontakten 5 bereit. Die rechteckige Impulshülle 406 kann zum Neuberechnen der Steuerungsverzögerung 315 relativ zu dem Netzwechselstromnulldurchgangszeitpunkt 311 verwendet werden, um die Erzeugung eines Lichtbogens während eines nachfolgenden Einschalt- oder Ausschaltereignisses zu vermeiden.
5 zeigt eine beispielhafte, rechteckige Impulshülle 406. Die Hülle 406 gibt einen Startzeitpunkt 501 für den Beginn des Lichtbogenrauschens 302 und/oder einen Endzeitpunkt 502 für das Ende des Lichtbogenrauschens 302 an.
Die Erkennungsschaltung 400 kann unter Verwendung eines Steuerprozessors oder einer Steuereinheit 100 gesteuert werden. Die Steuereinheit 100 kann dazu konfiguriert sein, die Erkennungsschaltung 400 durch Einschalten des Leistungsdetektors 412 unter Verwendung des Ein/Aus-Signals 422 und durch Steuern der Abtast- und Halteschaltung 418 unter Verwendung des Abtast- und Haltesteuersignals 421 zu aktivieren. Weiterhin kann die Steuereinheit 100 dazu konfiguriert sein, den Betrieb des Relais 1 zu steuern. Die Steuereinheit 100 kann einen Befehl erteilen, das Relais 1 zu einem Steuerzeitpunkt Taus 313 auszuschalten (oder einzuschalten). Der Steuerzeitpunkt 313 kann bestimmt werden durch Anwenden einer (negativen) Zeitverzögerung 315 auf den Netzwechselstromnulldurchgangszeitpunkt 311. Die (als die Steuerungsverzögerung bezeichnete) Zeitverzögerung 315 kann bei einen vorherigen Schaltereignis des Relais 1 bestimmt und gespeichert worden sein.
Nach dem Erteilen des Ausschaltbefehls zu dem Steuerzeitpunkt Taus 313 schließt die Steuereinheit 100 den Transistor 413 (unter Verwendung des Steuersignals 421), um den (Referenz-) Rauschpegel 404 möglicherweise kurz vor der erwarteten Relaiskontaktöffnungszeit zu speichern. Der Kondensator 414 speichert den Spannungspegel 404, der das kurz vor der Relaiskontaktöffnung gemessene elektromagnetische (Hintergrund-) Rauschen (in dBm Leistung) angibt. Diese Spannung wird über den Spannungsfolger 415 an den (-)-Eingang des Komparators 416 angelegt.
Wenn ein Lichtbögen zwischen Relaiskontakten 5 auftritt, wird eine Spannung 403, die der dBm-Leistung des folgenden elektromagnetischen Lichtbogenrauschens 302 entspricht, an den (+)-Eingang des Komparators 416 angelegt. Der Komparator 416 verstärkt die Differenz beider Spannungen und gibt ein Abweichungssignal 405 an den Signalkonditionierer 417 aus, der den Rechteckimpuls 406 bereitstellt, der indikativ für das Lichtbogenrauschen 302 ist. Der Rechteckimpuls 406 gibt den Beginn des Lichtbogens T_a1 501 (beim Öffnen der Relaiskontakte 5) und das Ende des Lichtbogens T_a2 502 (das dem Fallen der Netzwechselspannung unter den kritischen Spannungsschwellenwert entsprechen kann) an. Daher erlaubt das ADRC-Schema das Bestimmen des Ist-Zeitpunkts 501 der Relaiskontaktöffnung und des Ist-Zeitpunkts 502 des Endes des Lichtbogens, unabhängig von der Art der Last, d. h. auch für nicht ohmsche Lasten (z. B. induktive Lasten). Das ADRC-Schema kann daher den Ist-Lichtbogenzustand zwischen den Relaiskontakten 5 für verschiedene Lastarten überwachen.
Die Steuereinheit 100 kann die Informationen über T_a1) 501 und/oder T_a2 502 verwenden, um den Steuerzeitpunkt Taus 313 zum Ausschalten des Relais 1 in der Zukunft neu zu berechnen, sodass während des zukünftigen Schaltereignisses kein Lichtbogen erzeugt wird. Insbesondere kann die Zeitverzögerung 315, die auf den Nulldurchgangszeitpunkt 311 angewendet werden soll, um den Steuerzeitpunkt 313 zu bestimmen, auf Grundlage von T_a1 501 und/oder T_a2 502 angepasst werden.
5 zeigt das Beispiel einer nicht ohmschen, insbesondere induktiven Last. Wie in 5 zu sehen ist, folgt das Lichtbogenrauschen 302 dem Laststrom 510, der in Bezug auf die Netzwechselspannungswelle 310 phasenverschoben ist. Das Relais 1 sollte zu dem Nulldurchgangszeitpunkt 511, an dem der Laststrom 510 einen Nulldurchgang aufweist, ein- oder ausgeschaltet werden. Andererseits kann typischerweise nur der Nulldurchgangszeitpunkt 311 der Netzwechselspannungswelle 310 erkannt werden. Die Zeitverzögerung 315 zwischen dem Nulldurchgangszeitpunkt 311 der Netzwechselspannungswelle 310 und dem Steuerzeitpunkt 313 zum Steuern des Relais 1 kann die Phasenverschiebung berücksichtigen, die durch die nicht ohmsche Last verursacht wird, wodurch lichtbogenfreies Schalten in Verbindung mit einer nicht ohmschen Last ermöglicht wird.
Daher können die Korrekturen des Relaissteuerprozesses und der Relaisbetriebszeit, die von der Steuereinheit 100 vorgenommen werden, Phasenverschiebungskorrekturen für eine nicht ohmsche Last berücksichtigen. Dies kann eine konstante Phasenverschiebungskorrektur oder einen komplexeren Prozess, der ein Worst-Case-Szenario berechnet, wenn die Phasenverschiebung während des Betriebs des Geräts nicht konstant ist, beinhalten. Während sich die oben genannte T_a1-Zeit 501 auf die Relaiskontaktöffnung bezieht, gibt die T_a2-Zeit 502 das Ende des jeweiligen elektrischen Lichtbogens wegen elektrischen Stroms in einer nicht ohmschen Last an.
Wie bereits oben angegeben ist das elektromagnetische Rauschen 302, das durch einen Lichtbogen verursacht wird, typischerweise strahlend weißes Breitbandrauschen, das sich in der gesamten Schaltung eines Geräts ausbreiten kann. Daher kann das Relaissignal 401 an verschiedenen unterschiedlichen Messpunkten innerhalb eines Geräts erfasst werden. Als Beispiel kann der Messpunkt eine Antenne sein, die der Nähe von ein oder mehr Relais 1 angeordnet sein kann. Daher kann der Messpunkt so sein, dass er eine drahtlose Erkennung des Lichtbogenrauschens 302 erlaubt. Insbesondere kann die Rauscherkennung unter Verwendung einer einzelnen Erkennungsschaltung 400 an einem einzelnen, richtig ausgewählten Messpunkt für mehrere, insbesondere für alle Relais 1 eines Geräts durchgeführt werden. Die von der Erkennungsschaltung 400 bereitgestellten Lichtbogeninformationen 406 können von einer Steuereinheit 100 des Geräts verwendet werden, um mehrere (insbesondere alle) Relais 1 des Geräts zu steuern.
Die vorgeschlagene ADRC-Technologie kann als eine eigenständige Relaisschalttechnologie zur Vermeidung von Lichtbogenbildung oder als ergänzende Sicherheitstechnologie zur Bestätigung der Abwesenheit von Lichtbögen beim Schalten der Relais 1 unter Verwendung einer anderen Nulldurchgangsschalttechnik verwendet werden.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines Beispielverfahrens 600 zum Steuern eines Relais 1. Das Relais 1 kann einen beweglichen Anker 3 und eine Spule 2 umfassen, die dazu konfiguriert ist, eine Kraft auf den Anker 3, auf den ein Spulenstrom 200 an einem Steueranschluss 4 wirkt, auszuüben, um die Kontakte 5 des Relais 1 zu verbinden.
Das Verfahren 600 umfasst das Anlegen 601, zu einem Steuerzeitpunkt 313, eines Steuersignals an den Steueranschluss 4 des Relais 1 zum Auslösen eines Ausschaltereignisses oder eines Einschaltereignisses des Relais 1. Das Steuersignal kann zu einem Spulenstrom 200 führen oder das Steuersignal kann zu einer Unterbrechung des Spulenstroms 200 führen. Der Steuerzeitpunkt 313 hängt von einer zuvor bestimmten Steuerungsverzögerung 315 des Relais 1 ab. Weiterhin hängt der Steuerzeitpunkt 313 typischerweise von einem Nulldurchgangszeitpunkt 311 der Wechselspannung 310 (die an die Lastanschlüsse 6 des Relais 1 angelegt wird), zu dem die Wechselspannung 311 die Polarität ändert und/oder durch Null geht, ab.
Das Verfahren 600 umfasst ferner das Bestimmen 602 von Lichtbogeninformationen 406 bezüglich der Bildung eines Lichtbogens zwischen den Kontakten 5 des Relais 1 während des Ausschaltereignisses oder des Einschaltereignisses des Relais 1. Insbesondere können die Lichtbogeninformationen 406 indikativ für einen Startzeitpunkt 501, zu dem der Lichtbogen beginnt zu existieren, und/oder für einen Endzeitpunkt 502, zu dem der Lichtbogen aufhört zu existieren, sein. Die Existenz des Lichtbogens kann über Lichtbogenrauschen 302, das durch den Lichtbogen erzeugt wird, erkannt werden.
Zusätzlich erfasst das Verfahren 600 das Aktualisieren 603 der Steuerungsverzögerung 315 auf Grundlage der Lichtbogeninformationen 406. Insbesondere kann die Steuerungsverzögerung 315 in Abhängigkeit von dem Startzeitpunkt 501, dem Endzeitpunkt 502 und/oder der Dauer 312 des Lichtbogens oder des Lichtbogenrauschens 302 aktualisiert oder verschoben werden. Die Steuerungsverzögerung 315 kann mit dem Ziel aktualisiert werden, die Erzeugung eines Lichtbogens während eines nachfolgenden Ausschaltereignisses oder Einschaltereignisses des Relais 1 zu vermeiden. Zu diesem Zweck kann die Steuerungsverzögerung 315 so aktualisiert werden, dass der Lichtbogen bei dem aktuellen Ausschaltereignis oder Einschaltereignis nicht erzeugt worden wäre, wenn die aktualisierte Steuerungsverzögerung 315 verwendet worden wäre, um den Steuerzeitpunkt 313 für das aktuelle Ausschaltereignis oder Einschaltereignis zu bestimmen.
Das Lichtbogenerkennungs-Nulldurchgangsrelaissteuerungs (ADRC)-Schema kann eigenständig oder als ergänzendes Schema zu einem anderen Nulldurchgangsrelaissteuerungsschema (z. B. zur Erhöhung der Sicherheit des Schemas) für die Nulldurchgangsschaltung elektromechanischer Relais 1 verwendet werden. Weiterhin kann das ADRC-Schema für Sicherheits- und/oder vorausschauende Wartung eines Geräts verwendet werden.
Die Aspekte, die in dem vorliegenden Dokument dargelegt werden, ermöglichen eine zuverlässige und effiziente Steuerung eines Relais 1. Das Steuerschema erlaubt die Reduzierung der Verschlechterungen eines Relais 1, die durch Einschalt- oder Ausschaltereignisse des Relais 1 verursacht werden.
Es sollte angemerkt werden, dass die Beschreibung und Zeichnungen lediglich die Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Systeme veranschaulichen. Fachleute auf dem Gebiet werden in der Lage sein, verschiedene Anordnungen zu implementieren, die, obwohl sie hierin nicht ausdrücklich beschrieben oder gezeigt werden, die Prinzipien der Erfindung verkörpern und in ihrem Gedanken und Umfang enthalten sind. Darüber hinaus sollen alle in dem vorliegenden Dokument dargelegten Beispiele und Ausführungsformen prinzipiell ausdrücklich nur Erläuterungszwecken dienen, um dem Leser dabei zu helfen, die Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Systeme zu verstehen. Weiterhin sollen alle Aussagen hierin, die Prinzipien, Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung sowie spezifische Beispiele davon bereitstellen, Äquivalente davon umfassen.

Claims

Verfahren (600) zum Steuern eines Relais (1), wobei das Verfahren (600) Folgendes umfasst: - Anlegen (601), zu einem Steuerzeitpunkt (313), eines Steuersignals an einen Steueranschluss (4) des Relais (1) zum Auslösen eines Ausschaltereignisses oder eines Einschaltereignisses des Relais (1), wobei der Steuerzeitpunkt (313) von einer zuvor bestimmten Steuerungsverzögerung (315) des Relais (1) abhängt, - Bestimmen (602) von Lichtbogeninformationen (406) bezüglich der Bildung eines Lichtbogens zwischen Kontakten (5) des Relais (1) während des Ausschaltereignisses oder des Einschaltereignisses des Relais (1) und - Aktualisieren (603) der Steuerungsverzögerung (315) auf Grundlage der Lichtbogeninformationen (406).
Verfahren (600) nach Anspruch 1, wobei das Verfahren (600) Folgendes umfasst: - Erkennen von Lichtbogenrauschen (302), das durch einen Lichtbogen zwischen den Kontakten (5) des Relais (1) verursacht wird, und - Bestimmen (602) der Lichtbogeninformationen (406) auf Grundlage des erkannten Lichtbogenrauschens (302).
Verfahren (600) nach Anspruch 2, wobei das Verfahren (600) Folgendes umfasst: - Messen eine Relaissignals (401) während des Ausschaltereignisses oder des Einschaltereignisses des Relais (1) und - Bestimmen von Lichtbogeninformationen (406) bezüglich des Lichtbogenrauschens (302), das in dem Relaissignal (401) enthalten ist.
Verfahren (600) nach Anspruch 3, wobei das Relaissignal (401) einem Verlauf (202) eines Spulenstroms (200) durch eine Spule (2) des Relais (1) während des Ausschaltereignisses oder des Einschaltereignisses des Relais (1) entspricht oder indikativ dafür ist.
Verfahren (600) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei - das Verfahren (600) das Bestimmen eines Startzeitpunkts (501) eines Beginns des Lichtbogenrauschens (302) und/oder eines Endzeitpunkts (502) eines Endes des Lichtbogenrauschens (302) umfasst und - die Lichtbogeninformationen (406) indikativ für den Startzeitpunkt (501) und/oder den Endzeitpunkt (502) sind.
Verfahren (600) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das Verfahren (600) das Anpassen, insbesondere Verschieben, der Steuerungsverzögerung (315) um einen Versatz, der einer Zeitdauer (312) des Lichtbogenrauschens (302) entspricht oder davon abhängt, umfasst.
Verfahren (600) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei - Kontakte (5) des Relais (1) dazu konfiguriert sind, eine elektrische Verbindung zwischen Lastanschlüssen (6) des Relais (1) zu aktivieren oder zu deaktivieren, - eine Wechselspannung (310) an die Lastanschlüsse (6) angelegt wird, - das Verfahren (600) das Bestimmen eines Nulldurchgangszeitpunkts (311) der Wechselspannung (311), zu dem die Wechselspannung (311) die Polarität ändert, umfasst und - das Verfahren (600) das Bestimmen des Steuerzeitpunkts (313) auf Grundlage der zuvor bestimmten Steuerungsverzögerung (315) und auf Grundlage des Nulldurchgangszeitpunkts (311) umfasst.
Verfahren (600) nach Anspruch 7, wobei das Bestimmen des Steuerzeitpunkts (313) das Vorverlegen des Nulldurchgangszeitpunkts (311) um die zuvor bestimmte Steuerungsverzögerung (315) umfasst.
Verfahren (600) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei das Verfahren (600) Folgendes umfasst: - Bestimmen von Phasenverschiebungsinformationen bezüglich einer durch eine Last verursachten Phasenverschiebung zwischen der Wechselspannung (310) und einem Laststrom (510) an Lastanschlüssen (6) des Relais (1) und - Bestimmen der Steuerungsverzögerung (315) auf Grundlage der Phasenverschiebungsinformationen.
Steuereinheit (100) zum Steuern eines Relais (1), wobei - die Steuereinheit (100) dazu konfiguriert ist, zu einem Steuerzeitpunkt (313) ein Steuersignal an einen Steueranschluss (4) zum Auslösen eines Ausschaltereignisses oder eines Einschaltereignisses des Relais (1) anzulegen, wobei der Steuerzeitpunkt (313) von einer zuvor bestimmten Steuerungsverzögerung (315) des Relais (1) abhängt, - die Steuereinheit (100) eine Erkennungsschaltung (400) umfasst, die dazu konfiguriert ist, Lichtbogeninformationen (406) bezüglich der Bildung eines Lichtbogens zwischen Kontakten (5) des Relais (1) während des Ausschaltereignisses oder des Einschaltereignisses des Relais (1) zu bestimmen, und - die Steuereinheit (100) dazu konfiguriert ist, die Steuerungsverzögerung (315) auf Grundlage der Lichtbogeninformationen (406) zu aktualisieren.
Steuereinheit (100) nach Anspruch 10, wobei - die Erkennungsschaltung (400) dazu konfiguriert ist, ein Relaissignal (401) während des Ausschaltereignisses oder des Einschaltereignisses des Relais (1) zu erfassen, - die Erkennungsschaltung (400) einen Leistungsdetektor (412) umfasst, der dazu konfiguriert ist, einen Leistungspegel (403) des Relaissignals (401) innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbands zu bestimmen, wobei das vorbestimmte Frequenzband Frequenzen von zwischen den Kontakten (5) des Relais (1) erzeugtem Lichtbogenrauschen (302) umfasst, wobei das vorbestimmte Frequenzband insbesondere eine untere Grenze von 1 MHz oder höher aufweist und - die Erkennungsschaltung (400) dazu konfiguriert ist, die Lichtbogeninformationen (406) auf Grundlage des Leistungspegels (403) des Relaissignals (401) innerhalb des vorbestimmten Frequenzbands zu bestimmen.
Steuereinheit (100) nach Anspruch 11, wobei die Erkennungsschaltung (400) dazu konfiguriert ist, - unter Verwendung des Leistungsdetektors (412) einen Referenzleistungspegel (404) des Relaissignals (401) innerhalb des vorbestimmten Frequenzbands vor einem Zeitpunkt, zu dem die Kontakte (5) des Relais (1) getrennt oder verbunden werden, zu bestimmen, und - den Leistungspegel (403) des Relaissignals (401) innerhalb des vorbestimmten Frequenzbands, der während des Ausschaltereignisses oder des Einschaltereignisses des Relais (1) unter Verwendung des Leistungsdetektors (412) bestimmt wird, mit dem Referenzleistungspegel (404) zu vergleichen, um die Lichtbogeninformationen (406) zu bestimmen.
Steuereinheit (100) nach Anspruch 12, wobei - die Erkennungsschaltung (400) einen Komparator (416) umfasst, der dazu konfiguriert ist, den Leistungspegel (403) mit dem Referenzleistungspegel (404) zu vergleichen, - der Komparator (416) dazu konfiguriert ist, ein Abweichungssignal (405) zu erzeugen, das Zeitpunkte angibt, an denen der Leistungspegel (403) den Referenzleistungspegel (404) übersteigt, und - die Erkennungsschaltung (400) dazu konfiguriert ist, die Lichtbogeninformationen (406) auf Grundlage des Abweichungssignals (405) zu bestimmen.
Ein Gerät, das Folgendes umfasst: - eine Mehrzahl von Relais (1), - eine gemeinsame Erkennungsschaltung (400) für die Mehrzahl von Relais (1), wobei die Erkennungsschaltung (400) dazu konfiguriert ist, Lichtbogeninformationen (406) bezüglich der Bildung eines Lichtbogens zwischen Kontakten (5) jedes der Mehrzahl von Relais (1) während des Ausschaltereignisses oder des Einschaltereignisses des jeweiligen Relais (1) zu bestimmen, und - eine Steuereinheit (100), die dazu konfiguriert ist, - zu bestimmen, dass ein erstes Relais (1) aus der Mehrzahl der Relais (1) eingeschaltet oder ausgeschaltet werden soll, - zu einem Steuerzeitpunkt (313) ein Steuersignal an einen Steueranschluss (4) des ersten Relais (1) anzulegen, um ein Ausschaltereignis oder ein Einschaltereignis des ersten Relais (1) auszulösen, wobei der Steuerzeitpunkt (313) von einer zuvor bestimmten Steuerungsverzögerung (315) des ersten Relais (1) abhängt, und - die Steuerungsverzögerung (315) des ersten Relais (1) auf Grundlage der durch die Erkennungseinheit (400) während des Ausschaltereignisses oder des Einschaltereignisses des ersten Relais (1) bestimmten Lichtbogeninformationen (406) zu aktualisieren.
Gerät nach Anspruch 14, wobei - das Gerät einen Messpunkt umfasst, der von einem Lichtbogen (302) betroffen ist, der durch ein Ausschaltereignis oder ein Einschaltereignis irgendeines der Mehrzahl von Relais (1) erzeugt wird, wobei der Messpunkt insbesondere eine Antenne umfasst, und - die Erkennungsschaltung (400) dazu konfiguriert ist, - ein Relaissignal (401) an dem Messpunkt zu erfassen und - die Lichtbogeninformationen (406) auf Grundlage des Relaissignals (401) zu bestimmen.