DE19748430A1

DE19748430A1 - Schaltung und Verfahren zum Verhindern eines Lichtbogens bei einem mechanischen Schalter

Info

Publication number: DE19748430A1
Application number: DE19748430A
Authority: DE
Inventors: Thomas S Nishihira; David A Blau; Stephen A Calebotta
Original assignee: Hubbell Inc
Current assignee: Hubbell Inc
Priority date: 1996-11-04
Filing date: 1997-11-03
Publication date: 1998-05-07
Also published as: JPH10229642A; TW431043B; ITTO970962A0; SE9703962L; GB2319116A; GB9723193D0; KR100452709B1; KR19980042047A; IT1295805B1; US5821642A; ITTO970962A1; GB2319116B; SE9703962D0

Description

Diese Erfindung betrifft das Gebiet der automatischen Netz schaltkreise. Insbesondere betrifft die Erfindung das Gebiet der Verhinderung von schädlichen Lichtbögen zwischen Relais kontakten in Netzschaltkreisen.

Schaltkreise zur Leistungsversorgung von Beleuchtungssystemen werden im allgemeinen durch Wandschalter gesteuert, die an leicht zugänglichen Stellen angeordnet sind, wie etwa nahe an einem Eingang zu einem Raum oder einem Bereich. Diese Anord nung erlaubt es einer Person, das Beleuchtungssystem für ei nen Bereich beim Eintreten in diesen Bereich zu aktivieren und das System beim Verlassen des Bereiches zu deaktivieren. Schaltungen zur Leistungsversorgung von Heizungs-, Belüf tungs- oder Klimatisierungssystemen (HVAC) sind im allgemei nen permanent oder in einem gewerblichen Gebäude durchgehend während der Arbeitszeit eingeschaltet. Oftmals bleiben jedoch die Beleuchtungs- und/oder HVAC-Systeme in Bereichen, die für relativ lange Zeiträume unbesetzt sind, mit Leistung versorgt bzw. eingeschaltet, was eine Energieverschwendung bedeutet. Zusätzlich versuchen oftmals nicht autorisierte Personen, in nicht öffentliche Bereiche im Schutz der Dunkelheit einzu dringen. Daher ist es oftmals wünschenswert, um Energie zu sparen und die Sicherheit zu erhöhen, die Beleuchtungs- und/oder HVAC-Systeme so zu steuern, daß sie automatisch ein geschaltet werden, wenn eine Person einen Bereich betritt, und automatisch ausgeschaltet werden, nachdem der Bereich verlassen wird. Es sind Anwesenheitssensoren bekannt, die die Anwesenheit von Personen in einem Bereich erfassen, um die Beleuchtungs- und HVAC-Schaltkreise zu steuern.

Die in derartige Beleuchtungs- und/oder HVAC-Systeme inte grierte Technologie, die die von dem System während der Ein schaltdauer verbrauchte Energie minimieren soll, erzeugt je doch manchmal Effekte, die für mechanische Schalter mit Luftspalt, Wippenschalter und Schaltrelais sehr nachteilig sein können, die allgemein in Anwesenheitssensoren und ande ren Schaltsystemen verwendet werden. Beispielsweise finden elektronische Schnellstart-Vorschaltgeräte mit hoher Leistung zunehmend Verwendung in Beleuchtungssystemen mit Leucht stofflampen. Diese elektronischen Vorschaltgeräte sind durch hohe Einschaltströme beim Schließen des Schalters und hohe Rückschlagleistung beim Öffnen des Schalters gekennzeichnet. Sowohl hohe Einschaltströme als auch hohe Rückschlagleistun gen können eine Beschädigung der Schalterkontakte verursa chen, was zu einem frühzeitigen Versagen von Schaltrelais führt. Beispielsweise werden hohe Einschaltströme dafür ver antwortlich gemacht, daß Schalter- und Relaiskontakte mitein ander verschmolzen werden, und hohe Rückschlagleistung wurde dafür verantwortlich gemacht, daß Schalter- und Relaiskontak te erodieren.

Oftmals ist es erwünscht, einen manuell betätigten Schalter durch einen Anwesenheitssensor in einem vorhandenen Gebäude oder einer anderen Struktur zu ersetzen, um Beleuch tungs- und/oder HVAC-Systeme automatisch zu steuern. Im allgemeinen ist der Zugang zu den elektrischen Systemen eines Gebäudes durch Wand- und Deckenverkleidungen auf die bereits vorhande nen Schaltkästen beschränkt. Typischerweise werden beim Bau eines Gebäudes nur zwei Drähte in die Schaltkästen geführt. Diese umfassen eine stromführende Leitung von der Wechsel stromleistungsversorgung zu dem Schalter und einen von dem Schalter zu der Last verlaufenden Draht. Im allgemeinen wird die Last mit der Nulleitung der Leistungsversorgung verbun den, um den Schaltkreis zu schließen. Wenn daher der Schalter geschlossen wird, fließt der Strom von der stromführenden Leitung durch den Schalter und die Last und anschließend zu dem Nulleiter.

Ein Schaltkreis, der einen Transformator und ein Schaltrelais enthält, kann die Auswirkungen eines hohen Einschaltstromes und einer Rückschlagleistung mildern. Der Transformator benö tigt jedoch eine Verbindung zu der stromführenden Leitung und zu dem Nulleiter der Leistungsversorgung. Die Verlängerung der Nulleitung zu dem Schaltkasten kann kosten- und zeitauf wendig sein, bedingt durch den eingeschränkten Zugang zu dem elektrischen System des Gebäudes. Beispielsweise müssen mög licherweise Wandverkleidungen geöffnet werden, Deckenverklei dungen abgenommen werden und der Nulleiter muß möglicherweise durch eine vorhandene Kabelführung gezogen werden. Daher kann eine derartige Schaltung, die einen Transformator enthält, nicht allgemein verwendet werden.

Ein elektronischer Schaltkreis, der eine Diac- und/oder Triacvorrichtung enthält, kann jedoch ohne Zugang zu der Nulleitung verwendet werden. Triac- und Diacvorrichtungen neigen jedoch dazu, elektronische Störgeräusche und Frequenz störungen zu erzeugen, die für empfindliche Kommunikations- und Computerausrüstungen schädlich sein können, die gegenwär tig in vielen gewerblich genutzten Gebäuden verwendet werden. Zusätzlich können Diac- und Triacvorrichtungen durch Strom- und Spannungsstöße mit bis zu 10 000 Volt beschädigt werden, die in elektrischen Systemen auftreten können. Ferner ver brauchen diese Vorrichtungen kontinuierlich Leistung und er zeugen Wärme, ob nun die Last eingeschaltet ist oder nicht. Viele Personen stehen einer Schalttafel, die einer ständigen, deutlich fühlbaren Erwärmung unterliegt, nicht positiv gegen über.

Daher besteht Bedarf für eine Einrichtung zum automatischen Schalten von Beleuchtungs- und/oder HVAC-Systemen, die zuver lässig unter Lasten funktionieren kann, die durch hohe Ein schaltströme und hohe Rückschlagleistungen gekennzeichnet sind, die keinen Zugang zu einem dritten Wechselstromnullei ter erfordert und die kein Diac oder Triac verwendet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Ver fahren zur selektiven Versorgung einer Last mit Leistung zu schaffen, bei welchen die mit dem Stand der Technik verbunde nen Probleme nicht auftreten.

Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den Patentansprüchen. Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Dabei sind auch andere Kombinationen von Merk malen als in den Unteransprüchen beansprucht möglich.

Die Erfindung schafft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Schaltrelais zur selektiven Versorgung einer Last, wie etwa eines Beleuchtungs- oder HVAC-Systems, mit Leistung. Das Schaltrelais gibt Leistung ab, indem selektiv eine stromführende Leitung einer Netzstromversorgung mit der Last gekoppelt wird. Die Last kann mit einer Nulleitung der Netzleistungsversorgung gekoppelt werden. Daher kann das Schaltrelais in das elektrische System eines vorhandenen Ge bäudes oder eines anderen Bauwerks ohne Zugriff auf den Nulleiter integriert werden. Somit kann die Vorrichtung ohne weiteres installiert werden, ohne daß Wandverkleidungen oder Deckenverkleidungen geöffnet bzw. entfernt werden müssen.

Die Vorrichtung enthält einen Sensor, um zu erfassen, ob ein Bereich besetzt ist. Wenn der Sensor anzeigt, daß der Bereich besetzt ist und die Last von der Leistungsversorgung getrennt ist, überwacht die Vorrichtung die Wechselstromleitungsspan nung auf der stromführenden Leitung der Netzstromversorgung auf einen Nulldurchgang. Bei Erfassen eines Nulldurchganges wird die Zeitdauer bis zu einem nachfolgenden Nulldurchgang gemessen und gespeichert. Anschließend wartet die Vorrichtung die Zeitdauer zwischen Nulldurchgängen abzüglich einer Verzö gerungszeit zum Schließen der Kontakte des Relais ab und lei tet das Schließen der Kontakte des Relais ein. Damit sagt die Vorrichtung durch Messen der Zeitdauer zwischen Nulldurchgän gen voraus, wann ein zukünftiger Nulldurchgang auftreten wird und löst das Schließen der Kontakte der Relais aus, so daß dann, wenn die Kontakte tatsächlich schließen, die Leitungs spannung auf dem oder nahe dem Erdpegel ist.

Wenn die Spannung auf der stromführenden Leitung über Null steigt oder unter Null fällt, nimmt der Strom durch die ge schlossenen Kontakte des Relais allmählich zu. Daher fließt auch dann, wenn die Last eine Vorrichtung enthält, die durch einen hohen Einschaltstrom gekennzeichnet ist, nur ein nied riger Strompegel beim Schließen durch die Relaiskontakte. Erst nachdem die Kontakte vollständig geschlossen sind, steigt der Strom mit dem Spannungspegel an.

Entsprechend wird dann, wenn der Sensor feststellt, daß der Bereich für einen vorbestimmten Zeitraum nicht frequentiert wurde, und die Last eingeschaltet bzw. mit Leistung versorgt ist, die Leitungsspannung wiederum auf einen Nulldurchgang überwacht und ein Zeitraum bis zu einem nachfolgenden Null durchgang wird gemessen und gespeichert. Anschließend wartet die Vorrichtung eine Zeitdauer zwischen Nulldurchgängen ab züglich einer Verzögerungszeit zum Öffnen der Kontakte des Relais und löst ein Öffnen der Kontakte des Relais aus. Damit sagt durch Messen der Zeitdauer zwischen Nulldurchgängen die Vorrichtung voraus, wann ein zukünftiger Nulldurchgang auf treten wird, und löst das Öffnen der Kontakte des Relais aus, so daß dann, wenn die Kontakte des Relais tatsächlich öffnen, die Leitungsspannung auf dem oder nahe dem Erdpegel ist.

Da der Strom durch die Kontakte des Relais niedrig ist, wenn die Leitungsspannung nahe Null ist, öffnen die Relaiskontak te, wenn der Strompegel niedrig ist. Auf diese Weise besteht auch dann, wenn die Last eine Vorrichtung einschließt, die durch eine hohe Rückschlagleistung gekennzeichnet ist, keine Wahrscheinlichkeit, daß die Relaiskontakte beschädigt werden.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Figuren erläutert.

Fig. 1 stellt ein vereinfachtes Blockdiagramm der vorliegen den Erfindung dar.

Fig. 2 zeigt eine Spannungswellenform der Leitungsspannung auf der stromführenden Leitung der Netzstromversorgung.

Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm des Betriebes der in Fig. 1 dargestellten Schaltung.

Fig. 4 zeigt ein detailliertes schematisches Schaltbild der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm der vorliegen den Erfindung, bei der eine stromführende Leitung 1 einer Netzstromversorgung mit einem VIN-Anschluß einer Steuerschal tung 2 verbunden ist. Ein Erdanschluß der Steuerschaltung 2 ist geerdet. Die stromführende Leitung 1 der Netzstromversor gung ist ferner mit einem ersten Pol eines Relais 3 verbun den. Ein zweiter Pol des Relais 3 ist mit einem ersten An schluß einer Last 4 verbunden. Eine Nulleitung 5 der Netz stromversorgung ist mit einem zweiten Anschluß der Last 4 verbunden. Ein Sensor 6 ist mit einem Eingang der Steuer schaltung 2 verbunden. Ein Ausgangsanschluß der Steuerschal tung 2 ist mit einem Steueranschluß des Relais 3 verbunden.

In der Vorrichtung von Fig. 1 erfaßt der Sensor 6 die Anwe senheit einer Person oder von Personen in der Umgebung des Sensors 6. Wenn der Sensor 6 erfaßt, daß eine Person oder Personen in seiner Umgebung sind, zeigt der Sensor 6 diesen Zustand der Steuerschaltung 2 an. Wenn die Last 4 ausgeschal tet ist, überwacht die Steuerschaltung 2 die Leitungsspannung der stromführenden Leitung 1 und aktiviert das Relais 3, um die Last 4 mit Leistung zu versorgen, wenn die Leitungsspan nung auf der stromführenden Leitung 1 die Null-Achse kreuzt. Da eine Zeitverzögerung zwischen dem Zeitpunkt, an dem das Schließen der Relaiskontakte eingeleitet wird, und dem Zeit punkt, an dem die Kontakte tatsächlich schließen, vorliegt, leitet die Steuerschaltung 2 das Schließen der Relaiskontakte geringfügig vor dem Zeitpunkt ein, an dem die Leitungsspan nung tatsächlich den Nullpunkt erreicht. Die Synchronisierung des Schließens der Relaiskontakte mit dem Zeitpunkt, an dem die Spannung auf der stromführenden Leitung 1 nahe Null ist, läßt das Ausmaß des Einschaltstromstoßes durch die Relaiskon takte zu der Last 4 möglichst gering werden, womit die Licht bogenbildung und die Beschädigung des Relais minimiert wer den, die aufgrund eines großen Einschaltstromstoßes auftreten können. Nachdem die Kontakte vollständig geschlossen sind, steigt der Strom durch die Relaiskontakte allmählich an, wenn der Spannungspegel auf der stromführenden Leitung 1 über Null ansteigt oder unter Null absinkt.

In ähnlicher Weise aktiviert dann, wenn die Last 4 einge schaltet ist und der Sensor 6 über eine vorbestimmte Zeitdau er keine Personen in seiner Umgebung entdeckt, die Steuer schaltung 2 das Relais 3, um die Last 4 abzuschalten, wenn die Spannungswellenform auf der stromführenden Leitung 1 die Null-Achse schneidet. Da auch hier eine Verzögerungszeit zwi schen dem Zeitpunkt, an dem das Öffnen der Relaiskontakte eingeleitet wird, und dem Zeitpunkt, an dem sie tatsächlich öffnen, vorhanden ist, leitet die Steuerschaltung 2 das Öff nen der Relaiskontakte geringfügig vor dem Zeitpunkt ein, an dem die Leitungsspannung tatsächlich Null erreicht. Das Syn chronisieren des Öffnens der Relaiskontakte mit dem Zeit punkt, an dem die Spannung auf der stromführenden Leitung na he Null ist, minimiert das Ausmaß der in dem Relais beim Öff nen der Relaiskontakte abgeleiteten Rückschlagleistung, womit eine Lichtbogenbildung und eine Beschädigung, die aufgrund der hohen Rückschlagleistung auftreten kann, minimiert wird.

Fig. 2 zeigt eine Spannungswellenform der Leitungsspannung auf der stromführenden Leitung 1 der öffentlichen Stromver sorgung. Die Leitungsspannung schneidet die Null-Achse an dem Zeitpunkt T0, T1, T2, T4 und T5. Wenn während der Zeitperiode zwischen T0 und T1 die Steuerschaltung 2 feststellt, daß die Last 4 aus einem ausgeschalteten Zustand einzuschalten ist, mißt die Steuerschaltung 2 dann eine Zeitperiode zwischen aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen, wie etwa die Zeitperi ode zwischen T1 und T2, um das Auftreten eines nachfolgenden Nulldurchganges vorherzusagen.

Es besteht eine systembedingte Zeitverzögerung ΔT zwischen dem Zeitpunkt, an dem die Steuerschaltung (Fig. 1) ein Steu ersignal erzeugt, das das Schließen des Relais 3 verursacht, und dem Zeitpunkt, an dem die Relaiskontakte tatsächlich schließen. Diese Zeitverzögerung ΔT kann gemessen werden und ist typischerweise für den Hersteller von Relaisschaltern kennzeichnend. Die Zeitverzögerung ΔT ist als ein Zeitab schnitt auf einer Leitungsspannungskurve dargestellt, der in Fig. 2 durch den Zeitraum zwischen T3 und T4 dargestellt ist. Entsprechend löst die Steuerschaltung 2, um das Schlie ßen der Relaiskontakte mit dem nächsten Nulldurchgang der Leitungsspannungswellenform zu synchronisieren, das Schließen der Relaiskontakte zu einem Zeitpunkt ΔT vor dem nächsten Nulldurchgang aus. Wenn die Kontakte tatsächlich schließen, hat die Leitungsspannungswellenform den nächsten Nulldurch gang an einem Zeitpunkt T4 erreicht. Nach dem Schließen der Relaiskontakte nimmt die Größe des Stromes durch die Relais kontakte allmählich zu, während die Leitungsspannung unter Null abfällt. Es ist offensichtlich, daß die Relaiskontakte an jedem Nulldurchgang, wie z. B. zum Zeitpunkt T2 oder T5, geschlossen werden können.

In ähnlicher Weise liegt eine meßbare systemeigene Zeitverzö gerung ΔT' zwischen dem Zeitpunkt, an dem die Steuerschaltung 2 das Öffnen der Relaiskontakte aus einem geschlossenen Zu stand einleitet, und dem Zeitpunkt, an dem die Relaiskontakte tatsächlich öffnen. Diese Zeitverzögerung ΔT' zum Öffnen der Relaiskontakte ist nicht notwendigerweise gleich der Zeitver zögerung beim Schließen der Relaiskontakte. Wenn daher die Relaiskontakte aus einer geschlossenen Position zu öffnen sind, leitet die Steuerschaltung 2 das Öffnen der Relaiskon takte ein, bevor das Auftreten eines Nulldurchganges vorher gesagt ist, und zwar um eine Zeitperiode, die der Zeitverzö gerung zum Öffnen der Relaiskontakte entspricht. Es ist of fensichtlich, daß die Relaiskontakte auch bei jedem Null durchgang der Leitungsspannung geöffnet werden können.

Fig. 3 ist ein Flußdiagramm des Betriebes der in Fig. 1 ge zeigten Schaltung. Zum vollen Verständnis des Flußdiagramms wird sowohl auf Fig. 1 als auch auf Fig. 3 Bezug genommen. Von einem Startblock 10 bewegt sich der Programmfluß zu einem Entscheidungsblock 12. In dem Entscheidungsblock 12 entschei det die Steuerschaltung 12 auf der Basis einer Anzeige von dem Sensor 6, ob eine Person in der Umgebung des Sensors 6 erfaßt wird. Wenn eine Person erfaßt wird, geht der Programm fluß zu Block 14 weiter, in dem ein Zähler/Zeitgeber auf ei nen vorbestimmten Wert, wie z. B. Null, initialisiert wird. Der Zähler/Zeitgeber ist vorzugsweise ein Register eines di gitalen Prozessors, der mit jedem Impuls eines Taktsignals, das eine regelmäßige Periode hat, inkrementiert bzw. erhöht wird, kann jedoch auch ein herkömmlicher Zähler einer inte grierten Schaltung sein. Sobald der Zähler/Zeitgeber initia lisiert ist, bewegt sich der Programmfluß zu Block 16, wo die Steuerschaltung auf den nächsten Nulldurchgang der Leitungs spannungswellenform der stromführenden Leitung 1 wartet. Nachdem dieser Nulldurchgang erfaßt ist, bewegt sich der Pro grammfluß zu Block 18, wo der Zeitgeber/Zähler einmal erhöht wird. Anschließend bewegt sich der Programmfluß zum Entschei dungsblock 20, wo die Steuerschaltung 2 bestimmt, ob ein nächster Nulldurchgang aufgetreten ist. Wenn nicht, wird der Zähler/Zeitgeber für jeden Taktimpuls einmal erhöht, bis ein Nulldurchgang erfaßt wird.

Sobald ein Nulldurchgang in dem Entscheidungsblock 20 erfaßt wurde, bewegt sich der Programmfluß zum Entscheidungsblock 22, wo eine vorab gemessene und gespeicherte Zeitverzöge rungsdauer zum Schließen der Relaiskontakte, die durch eine Anzahl von Impulsen des Taktsignals dargestellt ist, von der Anzahl der Erhöhungen des Zählers/Zeitgebers im Entschei dungsblock 20 subtrahiert wird. Anschließend bewegt sich der Programmfluß zu Block 24, wo der Zähler/Zeitgeber für jeden Taktimpuls um eins verringert wird, bis der Zähler/Zeitgeber auf den vorbestimmten Initialisierungswert herabgezählt hat. Wenn der Zähler/Zeitgeber bis auf diesen Wert herabgezählt hat, wie im Entscheidungsblock 26 festgestellt wird, bewegt sich der Programmfluß zu Block 28, wo die Steuerschaltung 2 das Relais 3 zum Schließen aktiviert. Da die Zeitverzögerung zum Schließen der Relaiskontakte von der Zeit zwischen den vorangegangenen Nulldurchgängen subtrahiert wurde, schließen die Relaiskontakte tatsächlich, wenn die Leitungsspannungs wellenform auf der stromführenden Leitung 1 einen Nulldurch gang erreicht. Nachdem das Steuersignal an das Relais ange legt wird, um den Betrieb zum Schließen der Kontakte im Block 28 auszulösen, bewegt sich der Programmfluß zu Block 32 und beginnt eine Sequenz zum Öffnen der Relaiskontakte, nachdem ein vorbestimmter Zeitraum abgewartet wurde, in dem keine Personen durch den Sensor 6 erfaßt werden.

Wenn in dem Entscheidungsblock 12 der Sensor 6 keine Personen in seiner Umgebung entdeckt, bewegt sich der Programmfluß zum Entscheidungsblock 30, in dem die Steuerschaltung 2 fest stellt, ob die Relaiskontakte geschlossen sind. Wenn die Re laiskontakte nicht geschlossen sind, kehrt der Programmfluß zum Entscheidungsblock 12 zurück und die Relaiskontakte blei ben offen, bis eine Person durch den Sensor 6 erfaßt wird.

Wenn in dem Entscheidungsblock 30 die Steuerschaltung 2 fest stellt, daß die Relaiskontakte geschlossen sind, oder wenn die Relaiskontakte im Block 28 geschlossen sind, bewegt sich der Programmfluß zum Entscheidungsblock 32, in dem die Steu erschaltung 2 feststellt, ob keine Personen von dem Sensor 6 in einer Warteperiode erfaßt werden. Die Warteperiode ist die vorbestimmte Zeitperiode, in der die Last 4 eingeschaltet bleiben soll, nachdem keine Personen durch den Sensor 6 er faßt werden, und kann jede Zeitdauer haben, ist jedoch vor zugsweise zwischen 30 Sekunden und 30 Minuten auswählbar. Wenn daher eine Person die Umgebung des Sensors 6 nur für ei ne kurze Zeitdauer verläßt, wird die Last 4 nicht unnotwendig abgeschaltet, oder wenn der Sensor 6 kurzzeitig keine Person in seiner Umgebung entdeckt, obgleich in seiner Umgebung eine Person ist (z. B. wenn ein Umgebungsgeräuschsensor eine Person nicht erfaßt, die kurzzeitig sehr still ist), wird die Last 4 nicht fehlerhaft abgeschaltet. Wenn eine Person innerhalb der Warteperiode erfaßt wird, wird die Warteperiode erneut ge startet.

Nachdem der Sensor 6 für einen vorbestimmten Zeitraum keine Person in seiner Umgebung erfaßt hat, bewegt sich der Pro grammfluß zu Block 34, wo der Zeitgeber/Zähler auf Null in itialisiert wird. Anschließend bewegt sich der Programmfluß zu Block 36, in dem die Steuerschaltung 2 auf einen Null durchgang der Leitungsspannungswellenform auf der stromfüh renden Leitung 1 wartet. Sobald der Nulldurchgang erfaßt wird, bewegt sich der Programmfluß zu Block 38, in dem der Zeitgeber/Zähler erhöht wird, und bewegt sich dann zu Block 40, in dem die Steuerschaltung 2 feststellt, ob ein nachfol gender Nulldurchgang aufgetreten ist. Der Zeitgeber/Zähler wird für jeden Impuls des Taktsignals erhöht, bis der nächste Nulldurchgang erfaßt wird.

Nachdem der nächste Nulldurchgang in dem Entscheidungsblock 40 erfaßt wurde, bewegt sich der Programmfluß zum Entschei dungsblock 42, in dem eine vorab gemessene und gespeicherte Zeitverzögerungsdauer zum Öffnen der Relaiskontakte, die durch eine Anzahl von Impulsen des Taktsignals dargestellt wird, von der Anzahl der Erhöhungen des Zählers/Zeitgebers im Entscheidungsblock 38 subtrahiert wird. Dann bewegt sich der Programmfluß zu Block 44, wo der Zähler/Zeitgeber für jeden Taktimpuls einmal verringert wird, bis der Zähler/Zeitgeber auf Null gezählt hat. Sobald der Zähler/Zeitgeber auf Null herabgezählt hat, wie im Block 46 festgestellt wird, bewegt sich der Programmfluß zu Block 48, in dem die Steuerschaltung das Relais zum Öffnen aktiviert. Da die Zeitverzögerung zum Öffnen der Kontakte von dem Zeitraum zwischen vorangegangenen Nulldurchgängen abgezogen wurde, öffnen die Relaiskontakte tatsächlich, wenn die Leitungsspannungswellenform auf der stromführenden Leitung 1 Null erreicht. Nachdem die Relais kontakte in Block 48 zum Öffnen initialisiert werden, kehrt der Programmfluß zum Entscheidungsblock 12 zurück.

Wenn die Last 4 eingeschaltet ist, ist der Strom durch die Last idealerweise in Phase mit der Leitungsspannungswellen form auf der stromführenden Leitung 1. Wenn daher der Über gang der Relaiskontakte aus einem geschlossenem Zustand zu einem offenen Zustand vollzogen wird, liegt eine Null-Span nung an der stromführenden Leitung 1 sowie ein durch die Kon takte fließender Nullstrom vor. Vorteilhafterweise haben elektronische Vorschaltgeräte, die in Beleuchtungssystemen mit Leuchtstofflampen verwendet werden, die durch hohe Ein schaltströme und hohe Rückschlagleistung gekennzeichnet sind, häufig Widerstandsimpedanzen, die so ausgelegt sind, daß der Strom durch die Last 4 mit der Leitungsspannungswellenform eng in Phase ist. Andere Lasten können jedoch durch eine Lastimpedanz gekennzeichnet sein, die eine Blindkomponente hat, so daß der Strom durch die Last 4 außer Phase mit der Leitungsspannung ist. Um die Rückschlagleistung beim Schalten derartiger Blindlasten zu minimieren, kann die an dem Wert, der in dem Zähler/Zeitgeber in Block 42 gespeichert wird, vorgenommene Einstellung so geändert werden, daß die Relais kontakte geringfügig vor oder geringfügig nach dem Nulldurch gang öffnen. Es besteht kein Bedarf zur Ausführung einer der artigen Einstellung beim Schließen der Relaiskontakte, da vor dem Schließen der Relaiskontakte der Laststrom den Ausgangs wert Null hat.

Fig. 4 zeigt ein detailliertes Schaltbild der vorliegenden Erfindung. Eine der in Fig. 4 dargestellten Schaltung ähnlich aufgebaute Schaltung ist unter der Modellnummer IWS-ZP-277V von Unesco Services, Inc. in 1350 South Loop Road, Suite 104 in Alameda, Kalifornien erhältlich. Ein Sensor 200 hat drei Anschlüsse und enthält einen Feldeffekttransistor 148, einen Widerstand 149 und einen frequenzerzeugenden Oszillator 150. Der Sensor 200 ist ein Infrarotsensor. Es versteht sich jedoch, daß der Sensor 200 ein Umgebungsgeräuschsensor, ein Bewegungssensor, ein Tageslichtsensor, ein manuell betätigter Schalter, ein elektronischer Zeitgeber oder dergleichen sein kann. Der Drain des Transistors 148 ist mit einem ersten An schluß des Sensors verbunden und die Source des Transistors 148 ist mit einem zweiten Anschluß des Sensors 200 verbunden. Das Gate des Transistors 148 ist mit einem ersten Anschluß des Widerstands 149 verbunden und mit einem ersten Anschluß des frequenzerzeugenden Oszillators 150. Ein zweiter Anschluß des Widerstands 149 und ein zweiter Anschluß des frequenzer zeugenden Oszillators 150 sind mit einem dritten Anschluß des Sensors 200 verbunden.

Der erste Anschluß des Sensors 200 ist mit einem ersten An schluß eines Kondensators 147 (47 µF) und mit einer Span nungsversorgung mit 6 Volt verbunden. Ein zweiter Anschluß des Kondensators ist mit dem Erdknoten verbunden. Der dritte Anschluß des Sensors 200 ist mit einem Erdknoten verbunden. Der zweite Anschluß des Sensors 200 ist mit einem ersten An schluß eines Widerstands 146 (47 kOhm) und mit einem nicht umkehrenden Eingang eines Verstärkers 145 (TLC271) verbunden. Ein zweiter Anschluß des Widerstands 146 ist mit dem Erdkno ten verbunden. Ein umkehrender Eingang des Verstärkers ist mit einem ersten Anschluß eines Widerstands 142 (22 Megaohm) verbunden und mit einem ersten Anschluß eines Widerstands 143 (51 kOhm). Ein zweiter Anschluß des Widerstands 143 ist mit einem ersten Anschluß eines Kondensators 144 (10 µF) verbun den. Ein zweiter Anschluß des Kondensators 144 ist mit dem Erdknoten verbunden.

Ein zweiter Anschluß des Widerstands 142 ist mit einem Aus gang des Verstärkers 145 und mit einem ersten Anschluß eines Kondensators 141 (1 µF) verbunden. Ein zweiter Anschluß des Kondensators 141 ist mit einem ersten Anschluß eines Wider stands 140 (1 Megaohm) verbunden. Ein zweiter Anschluß des Widerstands 140 ist mit einem ersten Anschluß eines ersten Widerstands 139 (2,2 Megaohm), einem ersten Anschluß eines Kondensators 138 (0,33 µF), einem ersten Anschluß eines Wi derstands 137 (10 Megaohm) und einem RA1-Eingang zu einer Steuereinrichtung 100 verbunden. Ein zweiter Anschluß des Kondensators 138 und ein zweiter Anschluß des Widerstands 137 sind mit dem Erdknoten verbunden. Ein zweiter Anschluß des Widerstands 139 ist mit einem RA0-Eingang der Steuereinrich tung 100 verbunden.

Der Pegel des durch den Sensor 200 erzeugten Signals liegt im Millivoltbereich, während der Verstärker 145 den Pegel in der Größenordnung von einigen 100 Millivolt erhöht. Der RA1-Eingang der Steuereinrichtung 100 hat einen Eingangsschwel lenwert für einen Übergang von einer logisch niedrigen Span nung zu einer logisch hohen Spannung von etwa einem Volt. Um eine Anzeige von dem Sensor 200 zu erhalten, ob eine Person in seiner Umgebung erfaßt wird, wird der RA0-Stift der Steu ereinrichtung auf eine logisch niedrige Spannung gesetzt, um den Kondensator 138 zu entladen, und dann wird der RA0-Stift schwimmend gesetzt. Anschließend wird zugelassen, daß ein Ausgangssignal von dem Verstärker 145 den Kondensator 138 über eine Periode von annähernd 16 Millisekunden auf lädt. Am Ende der Periode von 16 Millisekunden wird der RA1-Stift der Steuereinrichtung 100 abgetastet, um festzustellen, ob die Spannung über den Kondensator 138 die Schwelle von einem Volt überschritten hat.

Wenn die Spannung über den Kondensator 138 nicht die Schwelle überschritten hat, wird der RA0-Stift auf eine logisch hohe Spannung gesetzt und die Zeit, die erforderlich war, um den Kondensator 138 auf den Schwellenwert zu laden, wird in Ein heiten der Prozessortaktzyklen gemessen und gespeichert. Da her wird ein Einzelwert jedesmal dann gespeichert, wenn die Steuereinrichtung eine Anzeige von dem Sensor 200 erhält, ob eine Person in seiner Umgebung erfaßt ist.

Die Steuereinrichtung 100 empfängt periodisch und wiederholt eine Anzeige von dem Sensor 200, ob in seiner Umgebung eine Person erfaßt ist. Daher wird eine Reihe von gespeicherten Werten erhalten. Vorzugsweise führt die Steuereinrichtung 100 einen digitalen Filterprozeß der Reihe von Werten aus, um je den konstanten Wert (Hochpaßfilterung) oder Einbrüche (Tiefpaßfilterung) zu entfernen. Dies verhindert ein fehler haftes Schalten des Beleuchtungs- oder HVAC-Systems, das durch derartige Ereignisse verursacht wird. Der Filterprozeß wird gemäß herkömmlicher Verfahren der digitalen infiniten Impulsansprechfilterung ausgeführt.

Die Steuereinrichtung 100 vergleicht dann die digital gefil terten Werte mit einem Referenzwert, um festzustellen, ob ei ne Person oder Personen sich in der Umgebung des Sensors 200 befinden. Der Referenzwert ist typischerweise sieben Prozes sortaktzyklen, könnte aber mehr oder weniger sein, in Abhän gigkeit von der Prozessortaktfrequenz und der gewünschten Empfindlichkeit. Wenn der gespeicherte Wert den Referenzwert übersteigt, tritt ein Erfassungsereignis auf (das heißt die Anwesenheit einer Person in der Umgebung des Sensors 200 wird angezeigt).

Die Steuereinrichtung 100 ist vorzugsweise eine PIC16C54-RC/P Steuereinrichtung mit integrierter Schaltung, kann jedoch auch eine andere Steuerschaltung sein. Ein VSS-Stift der Steuereinrichtung 100 ist mit Erde verbunden. Ein VDD-Stift der Steuereinrichtung 100 ist mit einer Versorgung von 3 Volt und einem ersten Anschluß eines Kondensators 110 (100 µF) verbunden. Ein zweiter Anschluß des Kondensators 110 ist mit dem Erdknoten verbunden. Ein erster Anschluß eines Wider stands 112 (20 kOhm) ist mit der Versorgung von 3 Volt ver bunden. Ein zweiter Anschluß des Widerstands 112 ist mit ei nem ersten Anschluß eines Kondensators 111 (100 pF) und mit einem OSC1-Eingang der Steuereinrichtung 100 verbunden. Ein zweiter Anschluß des Kondensators 111 ist mit dem Erdknoten verbunden. Der Widerstand 112 und der Kondensator 111 stellen eine interne Taktfrequenz der Steuereinrichtung 100 ein.

Die Versorgung mit 3 Volt ist mit einem ersten Anschluß eines Widerstands 101 (39 kOhm) verbunden. Ein zweiter Anschluß des Widerstands 101 ist mit einem ersten Anschluß eines Kondensa tors 102 (47 µF) und mit einer Anode einer lichtemittierenden Diode 103 verbunden. Ein Kathode der Diode 103 ist mit einem RB3-Stift der Steuereinrichtung 100 verbunden. Ein zweiter Anschluß des Kondensators 102 ist mit dem Erdknoten verbun den. Die Diode 103 zeigt durch Blinken an, daß eine Person in der Umgebung des Sensors 200 erfaßt wurde. Der Widerstand 101 und der Kondensator 102 sorgen für die helle Erleuchtung der Diode 103, da der Kondensator 102 geladen wird, wenn die Di ode 103 aus ist, und durch die Diode 103 bei deren Aufleuch ten entladen wird.

Ein RB0-Stift der Steuereinrichtung ist mit einem ersten An schluß eines einstellbaren Widerstands 104 (2 Megaohm) ver bunden. Ein zweiter Anschluß des einstellbaren Widerstands 104 ist mit einem ersten Anschluß eines Kondensators 106 (0,0015 µF) und mit einem RB2-Stift der Steuereinrichtung 100 verbunden. Ein zweiter Anschluß des Kondensators 16 ist mit dem Erdknoten verbunden. Ein dritter, einstellbarer Anschluß des einstellbaren Widerstands 104 ist mit einem ersten An schluß eines Widerstands 105 (47 kOhm) verbunden. Ein zweiter Anschluß des Widerstands 105 ist mit einem RB1-Stift der Steuereinrichtung 100 verbunden.

Der einstellbare Widerstand 104 steuert die Warteperiode zwi schen dem Zeitpunkt, an dem der Sensor 200 nicht länger eine Person in seiner Umgebung erfaßt, und einem Zeitpunkt, an dem die Steuereinrichtung 100 bestimmt, daß eine eingeschaltete Last abzuschalten ist. Die Steuereinrichtung 100 entlädt zu nächst den Kondensator 106, indem der RB2-Stift auf eine lo gisch niedrige Spannung gebracht wird. Anschließend lädt die Steuereinrichtung 100 den Kondensator 106 von dem RB0-Stift durch den gesamten Widerstand des einstellbaren Widerstands 104 und die Zeit zum Laden des Kondensators auf eine Schwel lenspannung von annähernd einem Volt wird gemessen und ge speichert. Anschließend wird der Kondensator 106 erneut ent laden. Der Kondensator 106 wird dann von dem Stift RB1 über den Widerstand 105 und einen Teil des Widerstandes des ein stellbaren Widerstands 104 geladen. Die Zeit zur Aufladung des Kondensator 106 auf den Schwellenwert wird gemessen und gespeichert. Anschließend werden die gespeicherten Zeiten verglichen, so daß das Verhältnis der Zeiträume die Wartepe riode festlegt. Die Warteperiode kann vorzugsweise von 30 Se kunden bis zu 30 Minuten durch Einstellen des einstellbaren Widerstands 104 eingestellt werden.

Ein RB6-Stift der Steuereinrichtung 100 ist mit einem ersten Anschluß eines Schalters 107 verbunden. Ein RB7-Stift der Steuereinrichtung 100 ist mit einem ersten Anschluß eines Schalters 108 verbunden. Ein RB5-Stift der Steuereinrichtung ist mit einem zweiten Anschluß des Schalters 107, mit einem zweiten Anschluß des Schalters 108 und mit einem ersten An schluß eines Widerstands 109 (1 Megaohm) verbunden. Ein zwei ter Anschluß des Widerstands R4 ist mit dem Erdknoten verbun den.

Der Schalter 107 verhindert, daß die Steuereinrichtung 100 eine abgeschaltete Last einschaltet, auch wenn eine Person in der Umgebung des Sensors 200 erfaßt wird. Der Schalter 107 verhindert das Einschalten der Last, solange der Schalter 107 geschlossen ist. Da diese Möglichkeit voraussichtlich nicht oft verwendet wird und um Kosten zu senken, wird der Schalter 107 vorzugsweise gebildet, indem Kontakte auf einer gedruck ten Schaltung vorgesehen werden, die nur geschlossen werden, wenn ein Leiter über die Kontakte gelegt wird, wobei jedoch auch eine mechanische Schalteinrichtung nach Wunsch verwendet werden kann. Der Schalter 108 schaltet im geschlossenen Zu stand eine abgeschaltete Last ein und verhindert, daß die Steuereinrichtung 100 die Last abschaltet, auch wenn keine Personen in der Umgebung des Sensors 200 nach Ablauf der War teperiode erfaßt werden. Der Schalter 108 kann somit verwen det werden, um die Last manuell einzuschalten. Vorzugsweise kann der Schalter 108 so eingestellt werden, daß er geschlos sen bleibt und ist daher vorzugsweise nicht ein Tastschalter. Der Zustand der Schalter 107 und 108 wird vorzugsweise durch die Steuereinrichtung 100 alle 16 Millisekunden erfaßt.

Ein RB4-Stift der Steuereinrichtung 100 ist mit einem Gate eines Feldeffekttransistors 126 (ZVNL110A) verbunden. Eine Source des Transistors 126 ist mit dem Erdknoten verbunden. Ein Drain des Transistors 126 ist mit einem ersten Anschluß eines Widerstands 129 (1 Megaohm), einer Basis eines bipola ren Transistors 130 (MPSA25) und mit einer Kathode einer Di ode 127 (1N914) verbunden. Ein zweiter Anschluß des Wider stands 129 ist mit einer Versorgung mit 28 Volt und mit einem Kollektor des Transistors 130 verbunden. Ein Emitter des Transistors 130 ist mit einer Anode der Diode 127 und mit ei nem ersten Anschluß eines Kondensators 128 (10 µF) verbunden. Ein zweiter Anschluß des Kondensators 128 ist mit einem er sten Anschluß einer Spule eines Relais 135 (OMRON C6CU-1117P-US) verbunden. Ein zweiter Anschluß der Spule des Relais 135 ist mit dem Erdknoten verbunden.

Wenn die Steuereinrichtung 100 feststellt, daß die Last bei einem Nulldurchgang der Leitungsspannung wie hierin beschrie ben einzuschalten oder auszuschalten ist, wird der Zustand der Kontakte des Relais 135 von dem RB4-Stift der Steuerein richtung 100 durch den Transistor 126 und den Kondensator 128 gesteuert. Die Transistoren 126 und 130, der Widerstand 129 und die Diode 127 wandeln einen 3-Volt-Übergang des RB4-Stif tes in einen 26-Volt-Übergang an dem Kondensator 128 um. Das Relais 135 ist vorzugsweise ein Relais des bistabilen Verrie gelungstyps (das heißt, sein offener oder geschlossener Zu stand wird auch dann aufrechterhalten, wenn in der Relaisspu le kein Strom fließt) und erfordert einen niedrigen Strom in der Spule des Relais, um den Zustand der Relaiskontakte zu ändern. Daher gibt das Laden des Kondensators 128 auf 26 Volt oder das Entladen des Kondensators 128 von 26 Volt ausrei chend Strom zum Ändern des Zustands der Relaiskontakte ab. Die an die Spule des Relais 135 angelegte Spannung liegt vor zugsweise über der Nennkapazität der Spule des Relais 135. Die Spannung wird jedoch für eine begrenzte Zeitdauer ange legt, um so eine Beschädigung des Relais 135 zu vermeiden. Indem die Spule des Relais 135 mit dieser Überspannung ange steuert wird, wird sichergestellt, daß sich der Zustand der Kontakte rasch ändert, was in einem minimalen Kontaktprellen resultiert.

Ein stromführende Leitung von einer Netzstromversorgung wird mit einem ersten Anschluß eines Widerstands 133 (226 kOhm für eine 110-VAC-Versorgung oder 549 kOhm für eine 277-VAC-Ver sorgung), mit einem ersten Kontakt des Relais und einem ersten Anschluß eines Widerstands 136 (22 Megaohm) verbunden. Ein zweiter Kontakt des Relais 135 ist mit der Last zu ver binden (nicht dargestellt). Ein zweiter Anschluß des Wider stands 136 ist mit einem RICC-Eingang der Steuereinrichtung 100 verbunden. Ein zweiter Anschluß des Widerstands 133 ist mit einer Kathode einer Diode 131 (1N914) und mit einer Anode einer Diode 132 (1N914) verbunden. Eine Anode der Diode 131 ist mit dem Erdknoten verbunden. Eine Kathode der Diode 132 ist mit einer Kathode einer Diode 125 (1N914), mit einer Ka thode einer Zenerdiode 120 (1N52551) und mit einem ersten An schluß eines Kondensators 119 (220 µF) verbunden und bildet einen 28-Volt-Versorgungsknoten.

Eine Anode der Diode 125 und eine Kathode einer Diode 124 (1N914) sind mit Erde verbunden. Eine Anode der Diode 120 ist mit einen -MCLR-Eingang der Steuereinrichtung 100, mit einem ersten Anschluß eines Widerstands 121 (1 Megaohm), einem er sten Anschluß eines Kondensators 122 (10 µF) und einer Anode einer Diode 123 (1N914) verbunden. Eine Kathode der Diode 123 ist mit der 3-Volt-Versorgung verbunden. Eine Anode der Diode 124, ein zweiter Anschluß des Kondensators 122, ein zweiter Anschluß des Widerstands 121 und ein zweiter Anschluß des Kondensators 119 sind mit dem Erdknoten verbunden.

Der 28-Volt-Versorgungsknoten ist mit einem ersten Anschluß eines Widerstands 118 (5,1 Megaohm) und mit einem Kollektor eines bipolaren Transistors 115 (2N5089) verbunden. Ein zwei ter Anschluß des Widerstands 118 ist mit einem ersten An schluß eines Widerstands 117 (2,2 Megaohm), mit einer Basis des Transistors 115 und mit einem ersten Anschluß eines Kon densators 116 (10 µF) verbunden. Ein zweiter Anschluß des Wi derstands 117 und ein zweiter Anschluß des Kondensators 116 sind mit dem Erdknoten verbunden. Ein Emitter des Transistors 115 ist mit einem ersten Anschluß eines Widerstands 114 (18 kOhm) verbunden, womit ein 6-Volt-Versorgungsknoten zur Lei stungsabgabe an den Verstärker 145 gebildet ist. Ein zweiter Anschluß des Widerstands 114 ist mit einer Kathode einer Zenerdiode 113 (1N4683) verbunden und bildet den 3-Volt-Versorgungsknoten. Ein zweiter Anschluß der Zenerdiode ist mit dem Erdknoten verbunden.

Die Leistung für die in Fig. 4 dargestellte Schaltung wird aus dem Strom durch den Widerstand 133 aufgrund des Erd schlußverlustes an Erde erhalten. Die Dioden 124, 125, 132 und 133 richten die Versorgungsspannung gleich und die Zener diode 120 regelt die gleichgerichtete Spannung zur Erzeugung der 28-Volt-Versorgung. Die Spannung an dem 28-Volt-Versor gungsknoten ist die Summe der 3-Volt-Versorgung, des Span nungsabfalls über die Diode 123 und des Spannungsabfalls über die Zenerdiode 120. Der Kondensator 119 dient als ein Lei stungsversorgungsumgehungskondensator. Die 6-Volt-Versorgung wird aus der 28-Volt-Versorgung durch die Widerstände 117 und 188, den Kondensator 116 und den Transistor 115 erzeugt. Die 3-Volt-Versorgung wird aus der 6-Volt-Versorgung durch den Widerstand 114 und die Zenerdiode 113 erzeugt. Die Diode 124 schafft einen Strompfad von dem Erdknoten der Schaltung zur Erdmasse.

Der Rückstellstift-MCLR der Steuereinrichtung bleibt auf lo gisch niedriger Spannung, bis die Spannungsversorgungen sta bil sind und ausreichend Strom durch die Zenerdiode 120 fließt, um den Spannungspegel des -MCLR-Stiftes ausreichend zu erhöhen, um die Steuereinrichtung 100 in Arbeitslage zu versetzen. Die Diode 123 verhindert, daß die Spannung an dem -MCLR-Stift 3 Volt um mehr als den Spannungsabfall über die Diode 123 übersteigt.

Die Steuereinrichtung 100 überwacht die Spannung an dem RICC-Stift zum Erfassen von Nulldurchgängen der Leitungsspannungs wellenform der Netzstromversorgung um sicherzustellen, daß das Öffnen oder Schließen der Kontakte des Relais 135 mit den Nulldurchgängen der Leitungsspannungswellenform zusammen fällt. Die Steuereinrichtung 100 beginnt die Energieversor gung des Relais 134 eine angemessene Zeitdauer vor einem Nulldurchgang, so daß das tatsächliche Schließen oder Öffnen der Kontakte an dem Nulldurchgang auftritt. Sobald die Steu ereinrichtung 100 festgestellt hat, daß die Relaiskontakte in einem zu öffnenden oder zu schließenden Zustand sind, mißt die Steuereinrichtung 100 die Periode der Netzstromversor gungswellenform durch den RICC-Stift in der Einheit von Takt zyklen der Steuereinrichtung 100. Die Steuereinrichtung 100 mißt eine Zeitdauer zwischen den Nulldurchgängen, indem eine Anzahl von Taktzyklen zwischen Nulldurchgängen gezählt wird. Diese Zeitdauer beträgt annähernd 8,33 Millisekunden bei ei ner 60-Hz-Netzstromversorgung. Dann zieht die Steuereinrich tung 100 eine Verzögerungszeit zum Öffnen oder Schließen der Relaiskontakte je nach Erfordernis von dem Zeitraum zwischen den Nulldurchgängen ab, um eine Zeitdauer nach einem nachfol genden Nulldurchgang zu bestimmen, an dem das Öffnen oder das Schließen der Relaiskontakte einzuleiten ist.

Die Relaisschließzeit wird auf etwa 2,4 Millisekunden ge schätzt und Variationen zwischen einzelnen Relais werden auf weniger als 0,5 Millisekunden geschätzt. Die Relaisöffnungs zeiten werden mit einem vergleichbaren Wert geschätzt. Diese Zeiten lassen sich vorteilhaft mit Halbperiodenzeiten für die Versorgungsspannungswellenform von 8,33 Millisekunden ver gleichen. Wenn beispielsweise ein Relais 0,5 Millisekunden vor oder 0,5 Millisekunden nach einem Nulldurchgang geschlos sen wird, ist zu erwarten, daß die in das Relais abgeleitete Energie weniger als annähernd 0,5% der Energie ist, die ab geleitet würde, wenn die Relaiskontakte zum Zeitpunkt der ma ximalen Leitungsspannung geschlossen hätten. Entsprechend be steht zwar die Erwartung, daß die Relaiskontakte innerhalb eines Fehlerbereiches vor der nach dem Durchgang der Lei tungsspannung über die Null-Achse öffnen oder schließen wer den, aber es wird nicht angenommen, daß dies die Leistungsfä higkeit der Vorrichtung wesentlich beeinträchtigt.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand von spezifischen Aus führungsformen beschrieben, die Details enthalten, um das Verständnis der Konstruktions- und Betriebsprinzipien der Er findung zu erleichtern. Die Bezugnahme auf spezifische Aus führungsformen und deren Details hierin soll nicht den Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche einschränken. Für den Durchschnittsfachmann ist es offensichtlich, daß an der zur Erläuterung gewählten Ausführungsformen Modifikatio nen ausgeführt werden können, ohne den Gedanken und Schutzum fang der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise ist offen sichtlich, daß eine oder mehrere der Zeitperioden oder der Teilwerte, die hierin aufgezeigt sind, geändert werden kön nen. Ferner ist offensichtlich, daß andere Einrichtungen zur Vorhersage von zukünftigen Nulldurchgängen verwendet werden könnten. Beispielsweise könnte die Zeitdauer über jedes Mehr fache von Halbperioden der Netzversorgungswellenform (z. B. eine volle Periode) gemessen werden oder eine Zeit könnte be rechnet werden, indem eine Anzahl von verstrichenen Zeiträu men zwischen Nulldurchgängen oder Mehrfachen von Nulldurch gängen berechnet werden. Oder es könnte ein Kondensator mit einer konstanten Rate über eine Periode zwischen Nulldurch gängen geladen werden und nach dem Nulldurchgang mit dersel ben Rate entladen werden, um einen zukünftigen Nulldurchgang vorherzusagen. Alternativ kann ein zukünftiger Nulldurchgang durch Erfassen des Spannungspegels der Wechselstromwellenform vorhergesagt werden und wenn der Spannungspegel einen vorbe stimmten Wert erreicht, wenn er sich an 0 Volt annähert, kann der exakte Zeitpunkt, an dem der Nulldurchgang auftreten wird, vorhergesehen werden und zwar basierend auf der Kennt nis des Spitzenwertes und der Frequenz der Wechselstromwel lenform.

Claims

1. Vorrichtung zur selektiven Versorgung einer Last mit Lei stung, welche Vorrichtung umfaßt:

(a) eine Einrichtung zum Messen eines Zeitraumes zwischen ei nem ersten Nulldurchgang einer Wechselstromversorgungsspan nung und einem zweiten Nulldurchgang der Wechselstromversor gungsspannung; und
(b) eine Einrichtung zum Einleiten einer Zustandsänderung ei nes Schaltrelais (3), das mit der Einrichtung zum Messen ver bunden ist, wobei die Einrichtung zum Einleiten eine Zu standsveränderung des Schaltrelais (3) in einem Zeitraum nach einem dritten Nulldurchgang einleitet, wobei der Zeitraum nach dem dritten Nulldurchgang gleich dem Zeitraum zwischen dem ersten Nulldurchgang und dem zweiten Nulldurchgang abzüglich einer Verzögerungszeit für den Zustandswechsel des Schaltrelais ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltrelais (3) ein bistabi les Schaltrelais ist, das eine Spule hat, wobei die Einrich tung zum Einleiten einer Zustandsveränderung des Schaltrelais (3) in geeigneter Weise einen Kondensator durch die Spule lädt oder entlädt, wobei eine Spannung über einer Spannung, der die Spule über eine längere Zeitdauer widerstehen kann, für eine kurze Zeitdauer aufrechterhalten bleibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Messen eine erste Anzahl von Taktimpulsen zählt, die nach dem ersten Nulldurchgang der Wechselstromversorgung und vor dem zweiten Nulldurchgang der Wechselstromversorgungsspannung auftreten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit durch eine zweite Anzahl von Taktimpulsen dargestellt ist, wobei die Zeitdauer nach dem dritten Nulldurchgang durch Subtrahieren der zweiten Anzahl von Taktimpulsen von der ersten Anzahl von Taktimpulsen bestimmt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, ferner umfassend einen Sensor (6) zum Bestimmen, ob ein Be reich besetzt ist, wobei die Einrichtung zum Einleiten die Veränderung des Schaltrelais (3) von einem offenen Zustand in einen geschlossenen Zustand einleitet, nachdem bestimmt wur de, daß der Bereich besetzt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, ferner umfassend einen Sensor (6) zum Bestimmen, ob ein Be reich besetzt ist, wobei die Einrichtung zum Einleiten die Veränderung des Schaltrelais (3) von einem geschlossenen Zu stand in einen offenen Zustand einleitet, nachdem bestimmt wurde, daß der Bereich für eine vorbestimmte Zeitdauer nicht besetzt war.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Nulldurchgang und der dritte Nulldurchgang derselbe Nulldurchgang sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Nulldurchgänge zwischen dem ersten Nulldurchgang und dem zweiten Nulldurch gang auftreten.

9. Verfahren zur selektiven Versorgung einer Last mit Lei stung, welches Verfahren die Schritte umfaßt:

(a) Feststellen, daß eine abgeschaltete Last einzuschalten ist;
(b) Erfassen des Auftretens eines ersten Nulldurchganges ei ner Wechselstromversorgungsspannung;
(c) Messen eines verstrichenen Zeitraumes zwischen dem ersten Nulldurchgang und einem zweiten Nulldurchgang der Wechsel stromversorgungsspannung;
(d) Erfassen eines dritten Nulldurchganges der Wechselstrom versorgungsspannung; und
(e) Einleiten des Schließens eines Schaltrelais eine Zeitpe riode nach dem dritten Nulldurchgang, wobei die Zeitperiode nach dem dritten Nulldurchgang gleich der verstrichenen Zeit abzüglich einer Verzögerungszeit zum Schließen des Schaltre lais ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Messens die Schritte enthält:

(a) Initialisieren eines Zählers auf eine Startzahl; und
(b) Erhöhen des Zählers für jeden Impuls eines Taktsignals, der zwischen dem ersten Nulldurchgang und dem zweiten Null durchgang auftritt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Einleitungsschritt die Schritte enthält:

(a) Subtrahieren einer Zahl von dem Zählwert, wobei die Zahl die Verzögerungszeit zum Schließen des Schaltrelais dar stellt;
(b) Herunterzählen des Zählers für jeden Impuls des Taktsi gnals, der nach dem dritten Nulldurchgang auftritt; und
(c) Einleiten des Schließens des Schaltrelais, wenn die Startzahl erreicht ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Einleitens des Schließens des Schaltrelais einen Schritt des Anlegens einer Spannung über eine Spule des Schaltrelais einschließt, wobei die Spule einen Nennwert hat, der einer kontinuierlich ange legten Spannung widersteht, und wobei die über die Spule an gelegte Spannung höher ist als die kontinuierlich angelegte Spannung und eine begrenzte Zeitdauer hat.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Nulldurchgang und der dritte Nulldurchgang derselbe Nulldurchgang sind.

14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Nulldurchgänge zwischen dem ersten Nulldurchgang und dem zweiten Nulldurch gang auftreten.

15. Verfahren zur selektiven Versorgung einer Last mit Lei stung, welches Verfahren die Schritte umfaßt:

(a) Feststellen, daß eine eingeschaltete Last auszuschalten ist;
(b) Erfassen des Auftretens eines ersten Nulldurchganges ei ner Wechselstromversorgungsspannung;
(c) Messen eines verstrichenen Zeitraumes zwischen dem ersten Nulldurchgang und einem zweiten Nulldurchgang der Wechsel stromversorgungsspannung;
(d) Erfassen eines dritten Nulldurchganges der Wechselstrom versorgungsspannung; und
(e) Einleiten des Öffnens eines Schaltrelais eine Zeitperiode nach dem dritten Nulldurchgang, wobei die Zeitperiode nach dem dritten Nulldurchgang gleich der verstrichenen Zeit ab züglich einer Verzögerungszeit zum Öffnen des Schaltrelais ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Messens die Schritte enthält:

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Einleitungsschritt die Schritte enthält:

(a) Subtrahieren einer Zahl von dem Zählwert, wobei die Zahl die Verzögerungszeit zum Öffnen des Schaltrelais darstellt;
(b) Herunterzählen des Zählers für jeden Impuls des Taktsi gnals, der nach dem dritten Nulldurchgang auftritt; und
(c) Einleiten des Öffnens des Schaltrelais, wenn die Start zahl erreicht ist.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Einleitens des Öffnens des Schaltrelais einen Schritt des Anlegens einer Spannung über eine Spule des Schaltrelais einschließt, wobei die Spule einen Nennwert hat, der einer kontinuierlich ange legten Spannung widersteht, und wobei die über die Spule an gelegte Spannung höher ist als die kontinuierlich angelegte Spannung und eine begrenzte Zeitdauer hat.

19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Nulldurchgang und der dritte Nulldurchgang derselbe Nulldurchgang sind.

20. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Nulldurchgänge zwischen dem ersten Nulldurchgang und dem zweiten Nulldurch gang auftreten.

21. Vorrichtung zur selektiven Versorgung einer Last mit Lei stung, welche Vorrichtung umfaßt:

(a) ein Schaltrelais (3) zur selektiven Versorgung einer Last mit Leistung von einer Wechselstromversorgung, wobei das Schaltrelais einen geschlossenen Zustand und einen offenen Zustand hat;
(b) einen Sensor zum Erfassen, ob ein Bereich besetzt ist; und
(c) ein Steuerschaltung, die mit dem Schaltrelais (3) und dem Sensor (6) verbunden ist, welche Steuerschaltung umfaßt:
eine Einrichtung zum Erfassen von Nulldurchgängen der Wech selstromleitungsspannung;
eine Einrichtung zum Messen einer Zeitdauer zwischen zwei Nulldurchgängen der Wechselstromleitungsspannung;
eine erste Einrichtung zum Einleiten des Wechsels des Schaltrelais vom offenen Zustand in den geschlossenen Zu stand, die mit dem Schaltrelais verbunden ist, wobei eine Schließverzögerungszeit eine Zeitdauer ist, in der das Relais von dem offenen Zustand in den geschlossenen Zustand wech selt, wobei dann, wenn das Schaltrelais in dem offenen Zu stand ist und der Sensor erfaßt, daß der Bereich besetzt ist, die erste Einrichtung zum Einleiten die Zeitdauer zwischen zwei Nulldurchgängen abzüglich der Schließverzögerungszeit, nachdem ein Nulldurchgang erfaßt wird, abwartet, bevor der Wechsel des Schaltrelais von dem offenen Zustand in den ge schlossenen Zustand eingeleitet wird; und
eine zweite Einrichtung zum Einleiten des Wechsels des Schaltrelais vom geschlossenen Zustand in den offenen Zu stand, die mit dem Schaltrelais (3) verbunden ist, wobei eine Öffnungsverzögerungszeit eine Zeitdauer ist, in der das Re lais von dem offenen Zustand in den geschlossenen Zustand wechselt, wobei dann, wenn das Schaltrelais (3) in dem ge schlossenen Zustand ist und der Sensor erfaßt hat, daß der Bereich für einen vorbestimmten Zeitraum nicht besetzt gewe sen ist, die zweite Einrichtung zum Einleiten die Zeitdauer zwischen zwei Nulldurchgängen abzüglich der Öffnungsverzöge rungszeit abwartet, nachdem ein Nulldurchgang erfaßt ist, be vor der Wechsel des Schaltrelais (3) von dem geschlossenen Zustand in den offenen Zustand eingeleitet wird.