DE19606503C2

DE19606503C2 - Methods and circuit arrangements for achieving phase-synchronous switching in the vicinity of the zero voltage crossings of contacts located in AC voltage systems

Info

Publication number: DE19606503C2
Application number: DE1996106503
Authority: DE
Inventors: Dieter Hoehn; Marcus-Christian Wiedemann
Original assignee: Rowenta Werke GmbH
Current assignee: Rowenta Werke GmbH
Priority date: 1996-02-22
Filing date: 1996-02-22
Publication date: 2000-04-06
Anticipated expiration: 2016-02-23
Also published as: DE19606503A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum Erzielen phasensynchronen Schaltens in der Nähe der Spannungsnulldurchgänge von in Wechselspannungsanlagen liegenden Kontakten elektromechanischer Schalter.The invention relates to methods and devices for achieving phase-synchronous switching near the voltage zero crossings of electromechanical contacts in AC systems Switch.

Das Ende der Lebensdauer höher belasteter Kontakte tritt in Form von Nicht-schließen oder Verschweißen der Kontakte auf. Beide Effekte sind die Folge der in den Aus-Einschaltlichtbögen umgesetzten elek trischen Energie.The end of the service life of more heavily loaded contacts occurs in the form of Do not close or weld the contacts. Both effects are the result of the elec implemented in the switch-on arcs energy.

Um die Lebensdauer der Kontakte zu erhöhen, sind Maßnahmen bekannt geworden, die das Schalten der Kontakte in der Nähe der Phasennull durchgänge zu erzwingen suchen, um die in den Aus- bzw. Einschalt lichtbögen umgesetzten Energien gering zu halten. Measures are known to increase the service life of the contacts become the switching contacts near the phase zero try to force passages in order to switch off or on to keep arcs converted energies low.

Bekanntgeworden ist beispielsweise ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Leistungsschalters (DE 195 07 933 C1) bei dem für eine Schalt handlung der Zeitpunkt der Auslösung unter Berücksichtigung der Schalter eigenzeit und einer voraussichtlichen Netzfrequenz derart bestimmt wird, daß die Betätigung wenigstens eines Schaltkontaktes zu einem in einer bestimmten Beziehung zu einem Strom-Nulldurchgang oder Spannungs-Nulldurch gang des zu schaltenden Wechselstromes stehenden Zeitpunkt bewirkt wird. Das Besondere an diesem Verfahren liegt darin, daß wiederholt zur Ermitt lung eines aktuellen Wertes der voraussichtlichen Netzfrequenz die tat sächliche Netzfrequenz bestimmt wird, und daß diese mit einem früher er mittelten Wert der voraussichtlichen Netzfrequenz verglichen und daß bei Vorliegen einer Differenz dieser beiden Werte die neue voraussichtliche Netzfrequenz ermittelt wird durch ggf Erhöhung oder. ggf. Verminderung des früher bestimmten Wertes um einen Korrekturbetrag, der wesentlich kleiner ist als der Betrag der Differenz.For example, a method for operating a electrical circuit breaker (DE 195 07 933 C1) in the case of a switch act the time of triggering taking into account the switches own time and an expected network frequency is determined in such a way that the actuation of at least one switching contact to one in one certain relationship to a current zero crossing or voltage zero crossing gear of the alternating current to be switched is effected. What is special about this procedure is that it is used repeatedly to investigate the actual value of the expected network frequency neuter network frequency is determined, and that this with an earlier he average value of the expected network frequency compared and that at If there is a difference between these two values, the new expected one Grid frequency is determined by increasing or if necessary. reduction if necessary the previously determined value by a correction amount that is material is less than the amount of the difference.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß diese bekannten Verfahrensschritte außerordentlich umständlich sind, und daß zu ihrer Durchführung ein be trächtlicher schaltungstechnischer Aufwand benötigt wird. However, it has been found that these known process steps are extremely cumbersome, and that a be considerable circuit complexity is required.

Die Lichtbogenenergie steht in einem linearen Zusammenhang mit den Kontaktabbrand pro Schaltvorgang. Beim Schalten, z. B. in 230 V Wechsel spannungsnetzen, fällt über dem sich ausbildenden Lichtbogen eine Spannung von ca. 20 V ab. Ist der Betrag des momentanen Wertes der Wechselspannung U(t) zum Schaltzeitpunkt kleiner als die Lichtbogen mindestspannung U_L von 20 V, entsteht kein Lichtbogen. Hat sich ein Lichtbogen ausgebildet, erlischt dieser normalerweise nach dem erst maligen Unterschreiten der Lichtbogenmindestspannung.The arc energy is linearly related to the contact erosion per switching operation. When switching, e.g. B. in 230 V alternating voltage networks, a voltage of approx. 20 V drops across the arc that forms. If the magnitude of the instantaneous value of the alternating voltage U (t) at the time of switching is less than the minimum arc voltage U _L of 20 V, there is no arc. If an arc has formed, it usually goes out after the minimum voltage has fallen below the minimum for the first time.

Die im Lichtbogen umgesetzte Energie ist abhängig von der Phasenlage der Wechselspannung zum Schaltzeitpunkt, da hiervon Lichtbogenleistung und Brenndauer abhängen. Die während eines Abschaltvorganges im Licht bogen umgesetzte Energie E_L ergibt sich abhängig von der Phasenlage der Wechselspannung zum Schaltzeitpunkt und somit von der Dauer der Wechselspannung vom Schaltzeitpunkt bis zum nächsten Spannungsnulldurchgang (10 ms - t_schalt), zu
The energy converted in the arc depends on the phase position of the AC voltage at the time of switching, since this depends on the arc power and burning time. The energy E _L converted in the arc during a switch-off process is dependent on the phase position of the AC voltage at the switching time and thus on the duration of the AC voltage from the switching time to the next voltage _{zero crossing} (10 ms - t switching)

am Beispiel einer Last U_eff = 230 V, I_eff = 8A, f = 50 Hz, wegen Mindest spannungsdauer t < 196 µs, Mindeststromdauer t < 84 µs, zu
_using the example of a load U _eff = 230 V, I _eff = 8A, f = 50 Hz, because of the minimum voltage duration t <196 µs, minimum current duration t <84 µs

Das Abschalten kurz nach einem Nulldurchgang ist besonders ungünstig und somit unbedingt zu vermeiden. Liegt der Schaltzeitpunkt beim Ab schaltvorgang etwa 200 µs (bei 230 V/6A/50 Hz) nach dem Phasennull durchgang, ergibt sich eine maximale Lichtbogenbrenndauer bis zum nächsten Phasennulldurchgang. Die in diesem Fall im Lichtbogen umge setzte Energie beträgt dann
Switching off shortly after a zero crossing is particularly unfavorable and must therefore be avoided at all costs. If the switching point in the switch-off process is about 200 µs (at 230 V / 6A / 50 Hz) after the phase zero crossing, there is a maximum arcing time until the next phase zero crossing. The energy converted in the arc in this case is then

Diese in den Lichtbögen umgesetzten Energien treten selbst bei er zwungener Ansteuerung des Schalters mit fester Phasenlage zur Netz spannung auf, da die Ansprech- und Rückfallzeiten von elektromechanischen Schaltern, z. B. Relais, meist nur unzureichend spezifiziert und starken Streuungen aufgrund von Fertigungstoleranzen behärtet sind. Sie unter liegen auch einer signifikanten Änderung während der Lebensdauer.These energies converted in the arcs occur even with him forced activation of the switch with a fixed phase position to the mains voltage because the response and release times of electromechanical Switches, e.g. B. relays, mostly insufficiently specified and strong Variations are hardened due to manufacturing tolerances. You under there is also a significant change in life.

Gelingt es daher nicht durch geeignete Maßnahmen die in den Lichtbögen umgesezte Energie zu vermindern, kann der Kontaktabbrand, der zum Nicht-Schließen der Kontakte führt, ebensowenig verhindert werden wie das Verschweißen der Kontakte.Therefore, it is not possible to take the appropriate measures in the arcs reduce consumed energy, the contact erosion, which leads to Failure to close the contacts does not prevent them like welding the contacts.

Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Vorrichtungen zu schaffen, mit denen sich die Lebensdauer der Kontakte elektromechanischer Schalter, vorzugsweise von Relais, beim Schalten von Wechselstromlasten erhöhen läßt.In contrast, the object of the invention is a method and to create devices with which the life of the Contacts of electromechanical switches, preferably relays, at Switching AC loads can be increased.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren, bei dem auf ein externes Signal hin zu einem beliebigen Zeitpunkt bezogen auf den Phasenver lauf der Wechselspannung der auf das Signal folgende Phasennulldurch gang detektiert und ein Timer vom aktuellen Ausgangszeitpunkt "Null" im Modus aufwärts laufend gestartet wird, sein Zustand dauernd mit dem verschlüsselten Wert eines Schaltzeitpunktes des elektromagnetischen Schalters verglichen und bei Übereinstimmung des Timerstandes mit dem verschlüsselten Wert des elektromagnetischen Schalters im gewünschten Schaltzeitpunkt angesteuert und der Timer gestoppt und/oder auf Null gesetzt wird.This task is solved by a procedure in which an external Signal at any time related to the phase ver run through the AC voltage following the phase zero following the signal gear detected and a timer from the current starting point "zero" is started in the mode running continuously, its status is constantly with the encrypted value of a switching time of the electromagnetic Switch compared and if the timer status matches the encrypted value of the electromagnetic switch in the desired Switching time controlled and the timer stopped and / or to zero is set.

Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 11 gekenn zeichnet.Developments of the method are characterized in claims 2 to 11 draws.

Eine Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren ist im Anspruch 12 gekennzeichnet. Diese Vorrichtung enthält einen durch einen externen Schalter einschaltbaren Nulldurchgangsdetektor, der über ein logisches Steuerwerk mit einem Timer gekoppelt ist, der mit wenigstens einem Speicher zur Ablage des verschlüsselten Wertes eines Abschalt- oder Einschaltzeitpunktes über einen Vergleicher in Schaltverbindung steht, der über das logische Steuerwerk mit einer Treiberstufe des elektro mechanischen Schalters in Wirkverbindung steht.An apparatus for performing the method is in claim 12 featured. This device contains one by an external one Switchable zero-crossing detector, which has a logical Control unit is coupled to a timer, which with at least one Memory for storing the encrypted value of a shutdown or Switch-on time is connected via a comparator, the via the logical control unit with a driver stage of the electro mechanical switch is in operative connection.

Weiterbildungen dieser Vorrichtung sind in den Ansprüchen 13 bis 24 gekennzeichnet.Further developments of this device are in claims 13 to 24 featured.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeich nung erläutert.Embodiments of the invention are described below with reference to the drawing explained.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zum Erzielen eines phasensynchronen Schaltens eines elektromechanischen Schalters in der Nähe eines Spannungsnulldurchganges, Fig. 1 shows a circuit arrangement for obtaining a phase-synchronous switching of an electromechanical switch near a voltage zero crossing,

Fig. 2 Schaltungsanordnung nach Fig. 1, jedoch mit Berücksichtigung der Alterungs- und Umwelteinflüsse beim Abschalten oder Ein schalten, Fig. 2 circuit arrangement of FIG. 1, but turn taking into account the effects of aging and environmental influences when switching off or A,

Fig. 3 Schaltungsanordnung zum Erzielen eines phasensynchronen Schaltens eines elektromechanischen Schalters in der Nähe der Phasennulldurchgänge zufälliger Polarität, Fig. 3 A circuit arrangement for obtaining a phase-synchronous switching of an electromechanical switch in the vicinity of phase zero crossings random polarity,

Fig. 4 Schaltungsanordnung zum Erzielen eines phasensynchronen Schaltens eines elektromechanischen Schalters in der Nähe der Spannungsnulldurchgänge mit einem unidirektional ar beitenden Timer und Fig. 4 circuit arrangement for achieving a phase-synchronous switching of an electromechanical switch in the vicinity of the voltage zero crossings with a unidirectional ar working timer and

Fig. 5 Schaltungsanordnung zum Erreichen eines phasensynchronen Schaltens eines elektromechanischen Schalters mit Berück sichtigung der Alterungs- und Umwelteinflüsse beim Ein- und Ausschalten. Fig. 5 circuit arrangement for achieving a phase-synchronous switching of an electromechanical switch with consideration of the aging and environmental influences when switching on and off.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung dargestellt, mit welcher die Lichtbogenverluste eines elektromecha nischen Schalters 25 reduziert werden können. Der elektromechanische Schalter 25 ist als Relaiskontakt eines Relais 24 dargestellt. Der elektromechanische Schalter 25 schaltet im wechselspannungsgespeisten Stromkreis eine Last 26. Diese Last 26 ist als ohmscher Widerstand dargestellt. Ohne am Kern der Erfindung etwas zu ändern, kann die Last im Wechselspannungskreis, aber auch vorwiegend induktiv sein. In Fig. 1, a first embodiment of a circuit arrangement is shown with which the arc losses of an electro-mechanical switch 25 can be reduced. The electromechanical switch 25 is shown as a relay contact of a relay 24 . The electromechanical switch 25 switches a load 26 in the AC-fed circuit. This load 26 is shown as an ohmic resistance. Without changing anything at the core of the invention, the load in the AC voltage circuit can also be predominantly inductive.

An das Wechselspannungsnetz ist ein Nulldurchgangsdetektor 1 ange schlossen, der über einen Nulldurchgangsausgang 2 mit einem logischen Steuerwerk 9 verbunden ist. Am Nulldurchgangsdetektor oder in der Timer-Einheit kann auch eine gewollte Phasenverschiebung des Schalt zeitpunktes erzwungen werden.A zero crossing detector 1 is connected to the AC voltage network and is connected to a logic control unit 9 via a zero crossing output 2 . A desired phase shift of the switching time can also be forced at the zero crossing detector or in the timer unit.

An dieses logische Steuerwerk 9 ist über einen Schaltausgang 11 ein externer Schalter 10 angeschlossen, der nur symbolisch dargestellt ist. Realiter enthält er einen Einschalter und einen Ausschalter, durch den die Schaltungen des Relais 24 vorgegeben werden.An external switch 10 , which is only shown symbolically, is connected to this logic control unit 9 via a switching output 11 . It actually contains an on switch and an off switch, through which the circuits of the relay 24 are specified.

An das logische Steuerwerk 9 ist über eine Eingangsleitung 15 und einen Reseteingang 17 ein Timer 14 angeschlossen, der ohne am Kern der Erfindung etwas zu ändern, entweder digital oder analog betrieben werden kann. Wird der Timer 14 digital betrieben, enthält er einen Digitalzähler, wohingegen er beispielsweise einen Zählkondensator enthält, wenn er analog betrieben wird.A timer 14 is connected to the logic control unit 9 via an input line 15 and a reset input 17, which timer can be operated either digitally or analogously without changing anything at the core of the invention. If the timer 14 is operated digitally, it contains a digital counter, whereas it contains, for example, a counting capacitor if it is operated in an analog manner.

Im logischen Steuerwerk 9 befindet sich ein entsprechender Impuls geber, der entweder den digitalen Zähler oder den Zählkondensator betreibt.In the logic control unit 9 there is a corresponding pulse generator that operates either the digital counter or the counting capacitor.

Der Nulldurchgangsdetektor 1 ist so ausgebildet, daß er durch einen beliebigen Schaltimpuls durch den externen Schalter 10 eingeschaltet wird, daß er jedoch den auf die Einschaltung folgenden Nulldurchgang detektiert. Durch das Detektieren dieses Nulldurchganges wird im logischen Steuerwerk 9 beispielsweise ein Impulsgeber gestartet, der den Timer vom aktuellen Ausgangszeitwert "Null" im Modus aufwärts laufend startet.The zero crossing detector 1 is designed such that it is switched on by an arbitrary switching pulse by the external switch 10 , but that it detects the zero crossing following the switching on. By detecting this zero crossing, a pulse generator is started in the logic control unit 9, for example, which starts the timer from the current output time value "zero" in the mode upwards.

Zur Speisung des Timers werden Impulszüge eingesetzt, so daß eine hin reichend feine Auslösung der Netzperiode möglich ist.Pulse trains are used to feed the timer, so that one out sufficiently fine triggering of the network period is possible.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 enthält auch einen Speicher 12 sowie einen Speicher 18. In diesen Speichern 12 bzw. 18 sind verschlüsselte Werte gespeichert, die den Schaltzeitpunkt des elektro mechanischen Schalters 25 charakterisieren. Dabei enthält der Speicher (12) die verschlüsselten Werte für den Einschaltzeitpunkt, wohingegen der Speicher 18 verschlüsselte Werte für den Ausschaltzeitpunkt des elektromechanischen Schalters 25 enthält. Die entsprechenden zu speichernden Werte sind über den Eingang 13a bzw. 19a in den zuge hörigen Speicher eingegeben. Es handelt sich dabei um die individuellen Werte für die relativen Schaltzeitpunkte des elektromechanischen Schalters 25. Diese Werte sind vom Werk vorgegeben. Da diese Werte bezüglich einer Serie von elektromechanischen Schaltern 25 sehr streuen können, muß ggfs. für jeden elektromechanischen Schalter 25 die aktuelle Form der individuellen Werte eingegeben werden.The circuit arrangement according to FIG. 1 also includes a memory 12 and a memory 18. Encrypted values are stored in these memories 12 and 18 , respectively, which characterize the switching time of the electromechanical switch 25 . The memory ( 12 ) contains the encrypted values for the switch-on time, whereas the memory 18 contains encrypted values for the switch-off time of the electromechanical switch 25 . The corresponding values to be saved are entered into the associated memory via inputs 13 a and 19 a. These are the individual values for the relative switching times of the electromechanical switch 25 . These values are specified in the factory. Since these values can vary widely with respect to a series of electromechanical switches 25 , the current form of the individual values may have to be entered for each electromechanical switch 25 .

Die Speicher 12 und 18 sind über Vergleicher 22 und 23 mit dem Ausgang des Timers 14 verbunden. Bei Gleichstand des Timers und der Speicher ausgänge wird ein Impuls abgegeben, der über das logische Steuerwerk und über einen Set-Eingang 7 und einen Reset-Eingang 8 eine Treiber stufe 6 für das Relais 24 betätigt.The memories 12 and 18 are connected to the output of the timer 14 via comparators 22 and 23 . If the timer and the memory outputs are the same, a pulse is emitted which operates a driver level 6 for the relay 24 via the logic control unit and via a set input 7 and a reset input 8 .

Gemäß Fig. 1 wird in dem Speicher 12 der werksseitig festgelegte Wert für den Einschaltzeitpunkt und im Speicher 18 der werksseitig festgelegte verschlüsselte Wert für den Ausschalt zeitpunkt eingespeichert.Referring to FIG. 1, the factory default value for the switch-on and in the memory 18 of the factory-set encrypted value is stored at the time for the OFF in the memory 12.

Wenn es jedoch ausreicht, nur die Lichtbögen beim Ausschalten des elektromechanischen Schalters zu minimieren, braucht natürlich nur der Speicher 18 vorgesehen zu werden.However, if it is sufficient to only minimize the arcs when the electromechanical switch is switched off, only the memory 18 need be provided.

Wenn hingegen nur die Lichtbogenenergie beim Einschalten der Schalter vermindert werden soll, genügt es, wenn lediglich der Speicher 12 mit dem Timer 14 kombiniert wird.If, on the other hand, only the arc energy is to be reduced when the switches are switched on, it is sufficient if only the memory 12 is combined with the timer 14 .

Die Schaltungsanordnung, vor allem das logische Steuerwerk 9 ist so ausgebildet, daß durch das externe Signal vom externen Schalter 10 lediglich das Einschaltsignal oder das Ausschaltsignal für den elektromagnetischen Schalter 24, 25 vorgegeben wird. Die Schaltungs anordnung arbeitet danach selbständig und automatisch.The circuit arrangement, in particular the logic control unit 9, is designed such that only the switch-on signal or the switch-off signal for the electromagnetic switch 24 , 25 is specified by the external signal from the external switch 10 . The circuit arrangement then works independently and automatically.

Durch das logische Steuerwerk 9 wird über die Leitung 17 nach dem Schalten des elektromechanischen Schalters 25 der Timer auf Null zurückgestellt.The logic control unit 9 resets the timer to zero via line 17 after switching the electromechanical switch 25 .

Der Timer 14 kann im einfachsten Fall unidirektional betrieben werden. Er läuft dann immer nur vom Zeitpunkt Null im Modus aufwärtslaufend, bis Gleichstand mit dem Inhalt eines Speichers 12 bzw. 18 erreicht ist.In the simplest case, the timer 14 can be operated unidirectionally. It then only runs in the upward mode from time zero until a tie with the contents of a memory 12 or 18 is reached.

Ohne am Kern der Erfindung etwas zu ändern, kann der Timer 14 auch bidirektional arbeiten. In Fig. 2 ist eine veränderte Schaltungsan ordnung dargestellt, in welcher der Nulldurchgangsdetektor 1 außer den Nulldurchgängen auch deren Polarität ermittelt und über den Pola ritätsausgang 3 an das logische Steuerwerk 9 weiterleitet.Without changing anything at the core of the invention, the timer 14 can also operate bidirectionally. In Fig. 2, a modified circuit arrangement is shown in which the zero crossing detector 1 determines the polarity in addition to the zero crossings and forwards via the polarity output 3 to the logic control unit 9 .

Dieses logische Steuerwerk ist über eine Eingangsleitung mit dem Speicher 12 verbunden, in dem der verschlüsselte Wert für den Ein schaltzeitpunkt des elektromechanischen Schalters 25 abgelegt ist.This logic control unit is connected via an input line to the memory 12 , in which the encrypted value for the switch-on time of the electromechanical switch 25 is stored.

Der Timer 14 ist außer über den Eingang 15 und den Reset-Eingang 17 auch noch über eine Leitung 16 mit dem logischen Steuerwerk 9 verbunden, durch welche Signale: Aufwärtslauf bzw. Abwärtslauf über mittelt werden.In addition to the input 15 and the reset input 17 , the timer 14 is also connected to the logic control unit 9 via a line 16 , by means of which signals: upward movement or downward movement are transmitted.

Zudem steht der Timer 14 noch über eine Verbindungsleitung 20 mit dem Speicher 12 in Schaltverbindung.In addition, the timer 14 is still connected to the memory 12 via a connecting line 20 .

Der Stromkreis mit dem Relaiskontakt 25 ist sodann über eine Abtast schaltung 4 und einen Ist-Ausgang 5 mit dem logischen Steuerwerk 9 verbunden.The circuit with the relay contact 25 is then connected via a sampling circuit 4 and an actual output 5 to the logic control unit 9 .

Mit der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 können vom Nulldurchgangs detektor sowohl positive wie auch negative Spannungsnulldurchgänge detektiert werden. Nach Betätigen des externen Schalters 10 wird daher der darauffolgende jeweilige positive oder negative Phasen nulldurchgang detektiert und an das logische Steuerwerk 9 weiterge geben. Beeinflußt durch Signale über die Leitung 16: Aufwärtslauf/Abwärtslauf wird entsprechend der Vorgabe durch den positiven oder negativen Spannungsverlauf, der vom Nulldurchgangsdetektor 1 detektiert ist, der Timer 14 in Tätigkeit gesetzt.With the circuit arrangement according to FIG. 2, both positive and negative voltage zero crossings can be detected by the zero crossing detector. After actuation of the external switch 10 , the subsequent respective positive or negative phase zero crossing is therefore detected and passed on to the logic control unit 9 . Influenced by signals via the line 16 : upward / downward movement, the timer 14 is activated in accordance with the specification by the positive or negative voltage curve, which is detected by the zero crossing detector 1 .

Sein Ausgang wird über den Vergleicher 22 mit dem verschlüsselten Wert im Speicher 12 verglichen und bei Gleitstand wird vom Vergleicher 22 ein Signal an das logische Steuerwerk 9 abgegeben, woraufhin über die Treiberstufe 6 das Relais 24 geschaltet wird.Its output is compared via the comparator 22 with the encrypted value in the memory 12 and, in the case of a floating position, a signal is sent from the comparator 22 to the logic control unit 9 , whereupon the relay 24 is switched via the driver stage 6 .

Durch die Abtastschaltung 4 wird nach dem Ansteuern des elektro mechanischen Schalters 24, 25 dessen Schaltzustand beobachtet und die Netzspannung auf einen Phasennulldurchgang geprüft. Die Ergebnisse dieser Beobachtung und der Prüfung werden über den Ist-Ausgang 5 an das logische Steuerwerk 9 weitergegeben, so daß die Ergebnisse dieser Beobachtung und der Prüfung zur Korrektur des verschlüsselten Wertes des Einschaltzeitpunktes oder des Ausschaltzeitpunktes verwendet werden können.After switching on the electro-mechanical switch 24 , 25 the switching state is observed by the scanning circuit 4 and the mains voltage is checked for a phase zero crossing. The results of this observation and the test are passed on to the logic control unit 9 via the actual output 5 , so that the results of this observation and the test can be used to correct the encrypted value of the switch-on time or the switch-off time.

Gemäß Fig. 2 ist nur der Speicher 12 für die Ablage des verschlüsselten Wertes über den Einschaltzeitpunkt dargelegt. Anstelle des Speichers 12 kann jedoch der Timer 14 auch mit dem Speicher 18 verbunden sein.Referring to FIG. 2, only the memory 12 is set forth for the storage of the encrypted value of the switch-over. Instead of the memory 12 , however, the timer 14 can also be connected to the memory 18 .

Wenn durch die Abtastschaltung 4 ermittelt wird, daß der Sollschalt zeitpunkt des elektromechanischen Schalters 24, 25 vor dem Erreichen des Phasennulldurchganges der Netzspannung liegt, wird der Timer 14 von seinem momentanen Zustand aus bis zum nächsten Phasennulldurch gang weiter aufwärtsbetrieben. Der dann erreichte Wert wird über die Verbindungsleitung 20 an den Speicher 12 übermittelt und dort zur Korrektur des abgelegten verschlüsselten Wertes des Schaltzeit punktes verwendet. Beim nächsten Durchlauf läuft der Timer dann so lange, bis er Gleichstand mit dem korrigierten Wert im Speicher 12 erreicht ist. Dieser Gleitstand wird durch den Vergleicher 22 ermittelt und über die Treiberstufe 6 zum Schalten des elektromechanischen Schalters 25 im korrigierten Schaltzeitpunkt verwendet.If it is determined by the sampling circuit 4 that the desired switching time of the electromechanical switch 24 , 25 is before reaching the phase zero crossing of the mains voltage, the timer 14 is operated from its current state up to the next phase zero crossing further up. The value then reached is transmitted to the memory 12 via the connecting line 20 and used there to correct the stored encrypted value of the switching point. During the next run, the timer then runs until it is tied with the corrected value in the memory 12 . This sliding position is determined by the comparator 22 and used via the driver stage 6 to switch the electromechanical switch 25 at the corrected switching point in time.

Wenn hingegen durch die Abtastschaltung 4 ein Phasennulldurchgang vor dem Sollschaltzeitpunkt des elektromechanischen Schalters 24, 25 ermittelt wird, wird der Timer 14 daraufhin abwärts betrieben, bis der verschlüsselte Wert des Schaltzeitpunktes im Speicher 12 bzw. 18 erreicht ist. Dieser Wert des Timers wird dann über die Verbindungsleitung 20 an den Speicher 12 abgegeben und zur Korrektur des dort abgelegten verschlüsselten Wertes für den Schaltzeitpunkt verwendet. Der Timer 14 selbst wird über den Reset-Eingang 17 auf Null gesetzt.If, on the other hand, the sampling circuit 4 determines a phase zero crossing before the desired switching time of the electromechanical switch 24 , 25 , the timer 14 is then operated downwards until the encrypted value of the switching time in the memory 12 or 18 is reached. This value of the timer is then output to the memory 12 via the connecting line 20 and used to correct the encrypted value stored there for the switching time. The timer 14 itself is set to zero via the reset input 17 .

Fig. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung, in welcher gegenüber der Fig. 2 der Speicher 18 für die Ablage verschlüsselter Werte für den Aus schaltzeitpunkt dargestellt ist. Der Speicher 18 ist über eine Ver bindungsleitung 21 mit dem Timer 14 verbunden und über eine Eingangs leitung 19 an das logische Steuerwerk 9 angeschlossen. Fig. 3 shows a circuit arrangement in which compared to FIG. 2, the memory 18 for storing encrypted values for the switch-off time is shown. The memory 18 is connected via a connecting line 21 to the timer 14 and connected via an input line 19 to the logic control unit 9 .

Der Nulldurchgangsdetektor 1 ist nur über eine Nulldurchgangsaus gangsleitung 2 an das logische Steuerwerk 9 angeschlossen. Die Schal tungsanordnung nach Fig. 3 arbeitet demnach immer mit gleicher Pola rität. Ihre Arbeitsweise ist in erster Annäherung vergleichbar mit einer quasi Gleichspannungsanordnung. Diese Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 wird immer dann bevorzugt, wenn eine sehr gute Symmetrie zwischen den positiven und negativen Halbwellen besteht.The zero crossing detector 1 is only connected to the logic control unit 9 via a zero crossing output line 2 . The sound processing arrangement according to Fig. 3, therefore, always operates with the same Pola rity. In a first approximation, their mode of operation is comparable to a quasi-DC arrangement. This circuit arrangement according to FIG. 3 is always preferred when there is very good symmetry between the positive and negative half-waves.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4 arbeitet mit einem unidirek tionalen Timer 14. Dieser läuft ständig in Richtung aufwärts. Es fehlt gegenüber der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 die Leitung 16 Aufwärts/Abwärtslauf.The circuit arrangement according to FIG. 4 works with a unidirectional timer 14 . This runs constantly upwards. Compared to the circuit arrangement according to FIG. 3, the line 16 up / down run is missing.

Fig. 5 schließlich zeigt eine Schaltungsanordnung, die komplett die Lichtbogenverlustleistungen sowohl beim Einschalten wie auch beim Ausschalten vermindern kann, und durch die sowohl die positiven wie die negativen Nulldurchgangszeitpunkte der Netzspannung ausgewertet werden. Finally, FIG. 5 shows a circuit arrangement which can completely reduce the arcing losses both when switching on and when switching off, and by means of which both the positive and the negative zero crossing times of the mains voltage are evaluated.

Der Speicher 12 ist über den Eingang 13 und der Speicher 18 über den Eingang 19 an das logische Steuerwerk 9 angeschlossen.The memory 12 is connected to the logic control unit 9 via the input 13 and the memory 18 via the input 19 .

Mit der Erfindung ist es möglich, ein Schalten des elektromechanischen Schalters 25 kurz vor dem Phasennulldurchgang mit Sicherheit zu er reichen. Es wird die Ansteuerung des Relais mit einem zeitlichen Vorlauf zum Nulldurchgang in der Größe der aktuellen Ansprech- bzw. Abfallzeit erreicht.With the invention, it is possible to switch the electromechanical switch 25 shortly before the phase zero with certainty. The relay is activated with a lead time to the zero crossing in the size of the current response or fall time.

Durch Nutzung der im vorhergehenden Schaltspiel durch Messung ermittel ten Ansprech- und Rückfallzeiten, kann der Schaltzeitpunkt nur noch durch die zufälligen Schaltzeitabweichungen (Schaltzeit-Rauschen) gestört, eingestellt werden. Messungen haben gezeigt, daß diese Ab weichungen relativ klein sind gegenüber solchen Abweichungen, die durch Fertigungstoleranzen und Alterung auftreten.Determine by measuring using the previous switching cycle response and release times, the switching point can only due to the random switching time deviations (switching time noise) be disturbed, discontinued. Measurements have shown that this Ab deviations are relatively small compared to such deviations, that occur due to manufacturing tolerances and aging.

Die Zeitmessung und Relaissteuerung kann beispielsweise mit Hilfe einer relativ einfachen Digitalschaltung oder einem eventuell bereits vorhandenen Mikroprozessor erfolgen.Timekeeping and relay control can be used, for example a relatively simple digital circuit or possibly already existing microprocessor.

Erfolgt das gezielte Ein- und Ausschalten der Last im Mittel eine ms vor dem Nulldurchgang, läßt sich der Kontaktabbrand gegenüber statistisch verteilten Schaltzeitpunkten um ca. den Faktor 20 ver ringern. Die elektrische Lebensdauer wird somit entsprechend deutlich erhöht. Außerdem wird durch die wesentlich reduzierte, im Lichtbogen umgesetzte Energie das Aufweichen der Kontakte während des Einschaltens so weit verringert, daß die Wahrscheinlichkeit für das dauerhafte Verschweißen der Kontakte stark abnimmt.If the targeted switching on and off of the load takes place on average ms before the zero crossing, the contact erosion can be compared statistically distributed switching times by a factor of 20 ver wrestle. The electrical service life is accordingly clear elevated. In addition, due to the significantly reduced, in the arc implemented energy the softening of the contacts while switching on reduced so far that the likelihood of permanent Welding of the contacts decreases sharply.

Das Schalten bei Nulldurchgängen wechselnder Polarität ist notwendig, da es bei statistisch ungleicher Verteilung, insbesondere der Abschalt vorgänge, auf Spannungen einer Polarität - der Schaltzeitpunkt liegt nicht exakt im Nullspannungsdurchgang, sondern kurz davor - zu Ma terialabwanderungseffekten an den Schaltkontakten kommen kann, welche die elektrische Lebensdauer unter Umständen wesentlich verkürzen. Switching at zero crossings of changing polarity is necessary since there is a statistically uneven distribution, especially the shutdown events, on voltages of one polarity - the switching time is not exactly in the zero voltage passage, but shortly before - to Ma material migration effects on the switching contacts can occur the electrical service life may be significantly reduced

Sollte es sich bei der für die Ansteuerschaltung verwendeten Techno logie als zu aufwendig erweisen, den Nulldurchgangsdetektor exakt symmetrisch, d. h. daß die Beträge der momentanen Spannungen, bei welchen der Nulldurchgang detektiert wird, für positive und negative Halbwelle gleich sein, zu realisieren, oder ist das externe Steuer signal, welches die Schaltvorgänge einleitet, nicht von der phasen weisen Netzspannung unabhängig, sollte das Schalten der Last genau mit bei jedem Schaltspiel wechselnder Polarität der Restspannung im Schaltzeitpunkt erzwungen werden.Should it be the techno used for the control circuit Logic prove to be too complex, the zero crossing detector exactly symmetrical, d. H. that the amounts of the current tensions, at which the zero crossing is detected for positive and negative Half wave to be the same to realize, or is the external control signal that initiates the switching process, not from the phase have line voltage independently, the switching of the load should be accurate with changing polarity of the residual voltage with each switching cycle be forced at the time of switching.

Wenn der Timer 14 und die Speicher 12, 18 digital betrieben werden, werden die Werte für die Schaltzeitpunkte digital verschlüsselt in den Speichern 12, 18 abgelegt.If the timer 14 and the memories 12 , 18 are operated digitally, the values for the switching times are stored digitally encrypted in the memories 12 , 18 .

Werden hingegen die Timer 14 und die Speicher 12, 18 analog betrieben, werden auch die Werte für die Schaltzeitpunkte analog verschlüsselt in den Speichern 12, 18 abgelegt. If, on the other hand, the timers 14 and the memories 12 , 18 are operated in an analog manner, the values for the switching times are also encoded in the memories 12 , 18 in an analog manner.

List of terms used

11

Nulldurchgangsdetektor
Zero crossing detector

22nd

Nulldurchgangsausgang
Zero crossing output

33rd

Polaritätsausgang
Polarity output

44th

Abtastschaltung
Sampling circuit

55

Ist-Ausgang
Actual output

66

Treiberstufe
Driver stage

77

Set-Eingang
Set entrance

88th

Reset-Eingang
Reset input

99

logisches Steuerwerk
logical control unit

1010th

externer Schalter
external switch

1111

Soll-Ausgang
Target output

1212th

Speicher für den Einschaltzeitpunkt
Memory for the switch-on time

1313

Eingang
entrance

1313

a Eingang
a entrance

1414

Timer
timer

1515

Eingang
entrance

1616

Aufwärts/Abwärtslauf
Up / down run

1717th

Reset-Eingang
Reset input

1818th

Speicher für Abschaltzeitpunkt
Storage for switch-off time

1919th

Eingang
entrance

1919th

a Eingang
a entrance

2020th

Verbindungsleitung
Connecting line

2121

Verbindungsleitung
Connecting line

2222

Vergleicher
Comparator

2323

Vergleicher
Comparator

2424th

Relais
relay

2525th

Relaiskontakt
Relay contact

2626

Last
load

Claims

1. A method for achieving phase-synchronous switching in the vicinity of the zero voltage crossings of in AC voltage systems are the contacts of electromechanical switches, characterized in that an external signal at any time in relation to the phase profile of the AC voltage detects the phase zero crossing following the signal and a timer ( 14 ) from the current starting point "zero" is started in the mode upwards, its status is continuously compared with the stored values of the opening delay or the closing delay of the electromechanical switch ( 24 , 25 ) and if the timer status matches the stored characteristic time values of the electromechanical switch ( 24 , 25 ) controlled and the timer ( 14 ) stopped and / or set to zero.

2. The method according to claim 1, characterized in that the working frequency of the timer ( 14 ) is greater than that of the network frequency to be switched.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that for switching the electromechanical switch ( 24 , 25 ) at the desired switch-on time, the timer ( 14 ) is continuously compared with the stored factory-set value of the switch-on point and triggers the switch-off in the event of a tie becomes.

4. The method according to claims 1 and 2, characterized in that for switching the electromechanical switch ( 24 , 25 ) at the desired switch-off time, the timer is continuously compared with the stored factory-set value of the switch-off point and the switch is triggered in the event of a tie.

5. The method according to claims 1 to 4, characterized in that the switch-on signal or the switch-off signal for the electromechanical switch ( 24 , 25 ) are predetermined by the external signal.

6. The method according to claims 1 to 5, characterized in that the timer ( 14 ) is operated unidirectionally.

7. The method according to claims 1 to 5, characterized in that the timer ( 14 ) is operated bidirectionally.

8. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that with the detection of the phase zero passages whose polarity is detected.

9. The method according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that after driving the electromechanical switch ( 24 , 25 ) its switching state is observed and the mains voltage is checked for a phase zero crossing and the results of this observation and the test for correcting the stored value of the switch-on time or the switch-off time can be used.

10. The method according to claim 9, characterized in that when he reach the target switching state of the electromechanical switch ( 24 , 25 ) before the phase zero crossing of the mains voltage of the timer ( 14 ) from the current state to the next phase zero crossing is operated further upwards, and that then reached value is used to correct the stored value of the switching time.

11. The method according to claim 9, characterized in that when detecting a phase zero before the target switching state of the electromechanical switch ( 24 , 25 ) the timer ( 14 ) is operated from this time down until the target switching state is reached, whereupon this value for Correction of the stored value of the switching time is used and the timer is set to "zero".

12.Circuit arrangement for achieving phase-synchronous switching in the vicinity of the zero voltage crossings of contacts located in AC voltage systems, electromechanical switches, characterized by a zero-crossing detector ( 1 ) which can be switched on by an external switch ( 10 ) and which is connected via a logic control unit ( 9 ) to a timer ( 14 ), which is connected to at least one memory ( 12 , 18 ) for storing the encrypted value of a switch-off or switch-on time via a comparator ( 22 , 23 ), which is connected via the logic control unit ( 9 ) to a driver stage ( 6 ) of the electromechanical switch ( 24 , 25 ) is in operative connection.

13. Circuit arrangement according to claim 12, characterized by a memory ( 12 or 18 ), which is provided for storing the encrypted value of both a factory-set switch-off and a factory-set switch-on time, and that each memory has an input ( 13 a or 19 a ) for entering the factory-set encrypted value of the switching time.

14. Circuit arrangement according to claim 12, characterized in that for storing both the encrypted factory-set values of the switch-off time and the encrypted factory-set value of the switch-on time, a separate memory ( 12 , 18 ) is provided, and that each memory ( 12 , 18 ) has an input ( 13 a, 19 a) for entering the factory-set encrypted value of the switching point.

15. Circuit arrangement according to claims 13 and 14, characterized in that the inputs ( 13 , 19 ) of the memory ( 12 , 18 ) for storing the encrypted values for the switch-on time and the switch-off time are connected to the logic control unit ( 9 ) .

16. Circuit arrangement according to one or more of the preceding claims 12 to 15, characterized in that the zero crossing detector ( 1 ) is designed such that it detects the phase zero crossing signal following the switch-on signal by the external switch and a corresponding signal ( 2 ) to the logic control unit ( 9 ).

17. Circuit arrangement according to one or more of the preceding claims 12 to 16, characterized in that the zero crossing detector also detects the polarity of the phase zero crossings and outputs a corresponding signal ( 3 ) to the logic control unit ( 9 ).

18. Circuit arrangement according to one or more of the preceding claims 12 to 17, characterized in that the logic control unit ( 9 ) with the timer ( 14 ) via an input ( 15 ), via a line ( 16 ): up-down and over one Reset input ( 17 ) is connected.

19. Circuit arrangement according to one or more of the preceding claims 12 to 18, characterized in that the timer ( 14 ) is switched as a unidirectional timer.

20. Circuit arrangement according to one or more of the preceding claims 12 to 18, characterized in that the timer ( 14 ) is connected as a bidirectional timer.

21. Circuit arrangement according to one or more of the preceding claims 12 to 20, characterized in that the memories ( 12 , 18 ) with the timer ( 14 ) via connecting lines ( 20 , 21 ) are in switching connection with one another.

22. Circuit arrangement according to one or more of the preceding claims 12 to 21, characterized in that the circuit of the electromechanical switch ( 25 ) via a scanning device ( 4 ) for the desired switching time and the zero voltage crossings in the power line and via an actual output ( 5 ) is connected to the logic control unit ( 9 ).

23. Circuit arrangement according to one or more of the preceding claims 12 to 22, characterized in that the memories ( 12 , 18 ) and the timer ( 9 ) are operated digitally and that the values for the switching times are digitally encrypted.

24. Circuit arrangement according to one or more of the preceding claims 12 to 22, characterized in that the memories ( 12 , 18 ) and the timer ( 9 ) are operated in an analog manner, and in that the values for the switching times are encoded in an analog manner.