DE2019184B2 - Starkstromschalteinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Starkstromschalteinrichtung zum Anschalten einer Last an eine Wechselstromquelle, bestehend aus einem mit der Last und der Wechselstromquelle in Reihe liegenden Triac und einer mit der Steuerelektrode des Triacs verbundenen Steuereinrichtung, die eingangsseitig einen von einem Steuersignal betätigbaren Schwachstromschließkontakt enthält.

Starkstromsehaltcinrichtungen dieser Art sind aus der Zeitschrift »Control Engineering«, März 1964, S. 75 und 76 sowie aus der US-PS 3 346 744 bereits bekannt. Ferner ist es bekannt, für verschiedene Arten von Maschinen elektrische Steuerungen vorzusehen, die leüweise einen solchen Umfang erreichen, daß man sie Buch bereits als Rechner ansprechen könnte. Diese Steuerungen waren zunächst mit elektromechanischen Relais und zugehörigen Einrichtungen ausgerüstet. Bei tier Einführung der Halblcitertechnologie wurden dann Versuche unternommen, die Steuerungen nur mit Halbleitern zu bestücken und auf Relais zu verzichten. Diese Lösung war jedoch nicht befriedigend, da bei einem Versagen eines Schaltkreises bzw. einer Schaltgruppe, welches beispielsweise auf Schaltspannungsstöße zurückzuführen war, häufig der Reihe nach auch die weiteren Schaltkreise ausfielen, so daß zuletzt die gesamte Steuerschaltung zusammenbrach.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein«; verbesserte Starksimnischalteinrichtung vorzuschlagen, die sich speziell für derartige Maschinensteuerungen eignet.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Starkstromschalteinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Schwachstromschließkontakt im Steuerkreis eines weiteren Triacs angeordnet ist, der seinerseits in Reihe mit einem Relais und der Wechselstromquelle liegt, und daß ein Schließkontakt ίο dieses Relais im Steuerkreis des mit der Last in Reihe liegenden Triacs angeordnet ist.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Starkstromschalteinrichtung ist darin zu sehen, daß hinsichtlich der guten Isolation der einzelnen Schaltkreise voneinander und hinsichtlich der Unempfindlichkeit gegenüber Störungen die guten Eigenschaften einer Rel.iissteuerung erhalten bleiben, während gleichzeitig eine Lebensdauer der Schaltungsanordnung erzielt wird, die im wesentlichen derjenigen von Halbleiterao schaltungen entspricht. Gleichzeitig ergibt sich in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung geiiMii dem Anspruch 2 die Möglichkeit, eine weitere Sieuerstule vorzusehen, welche ebenfalls einen Triac und eine Reiaisuicklung enthalt, wodurch eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Einsat/moglichkeiten der erfindungsgemäßen Hinrichtung erreicht werden kann.

Durch die US-PS 3 132 287 ist es bei einer Starkstromschalteinrichtung zum Abschalten einer Last von einer Wechselstromquelle im Störungsfalle oder bei Überlastung bekannt, zwei mit der Last und der Wechselstroniquelle in Reihe liegende, zueinander gegcnparallel geschaltete Thyristoren über Relaisschließkontakte zu steuern, deren Relaisspule in Reihe mit einem weiteren Thyristor an einer Hilfsgleichspannung liegt. Diesem Thyristor sind ein in Abhängigkeit von der Störung oder Überlastung cinschaltbarer Löschthyristor in Reih? mit einem Löschkondensator zugeordnet. Die Rückstellung in den Einschaltzustand der Last erfolgt durch kurzzeitiges Abschalten der Hilfsgleichspannung. Wahlweise ist an Stelle des Reiais ein Magnetverstärker vorgesehen.

Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur ein schematisches Schaltbild einer Starkstromschalteinrichtung gemäß der Erfindung zeigt.

Im einzelnen zeigt die Zeichnung eine Wechselstromquelle 10 mit einer Spannung von beispielsweise 115 oder 220 Volt und einer Frequenz von 60 oder 50 Hz, an welche eine Last 36 angeschaltet werden soll. Die Starkstromschalteinrichtung selbst weist am Steuereingang einen ersten Steuerkreis 12 mit einem Schwachstromschließkontakt 14 auf, der von einer Steucrsignalquelle 16 betätigbar ist. Der erste Sleuerkreis 12 enthält einen Triac 18. der in Reihe mit einem Relais 20 und der Wechselstromquelle 10 liegt. Das Relais 20 besitzt einen Schließkontakt 22, der den Eingang eines zweiten Steuerkreises 24 bildet, welcher einen weiteren Triac 26 enthält, der durch Betätigen des Schließkontakles 22 einschaltbar ist. Der Triac 26 liegt in Reihe mit einem Relais 28 und erregt dieses, wenn er leitend wird. Das Relais 28 besitzt einen Schließkontakt in einem dritten Steucrkreis 32, der einen weiteren Triac 34 enthält, der beim Schließen des Schließkontakes tes 30 leitend wird. Der Triac 34 dient dazu, die Last 36 an die Wechse'stromquelle 10 anzuschließen. Wie die Zeichnung zeigt, sind der erste Steuerkreis 12. der zweite Steuerkreis 24 und der dritte Steuerkreis 32 par-

ulkl geschaltet und werden bei einem Steuersignal aus der .Steuersignalquelle nacheinander erregt.

Die erfindungsgemäße Starkstromschalteinrichtung kann nun dazu verwendet werden, mittels eines Schwachstrom-Steuersignals einen Starkstrom durch die Last 36 zu steuern. Dabei sind jedoch keine Starksiromrelais mit hoher Strombelastbarkeit erforderlich, so daß die Größe der Starkstromschaltejnrichtung gegenüber reinen Relaisschaltungen erheblich reduziert ist. wahrend gleichzeitig eine große Zuverlässigkeit erreicht wird.

Die Steuersignalquelle 16 kann eine in geeigneter Weise erregbare Betätigungseinrichtung für den Sehwachstromschließkontakt umfassen, wobei für die Erregung Thermoelemente mit positivem Temperaturkoeffizienten, magnetische Fühler, photoelektrische Fühler oder ganz allgemein eine Gleichstromquelle niedriger Leistung, beispielsweise der Ausgang einer integrierten Schaltung, in Frage kommt.

Der Triac 18 besitzt außer der Steuerelektrode 42. die mit dem Sehwachstromschließkontakt 14 über einen Begrenzungswiderstand 44 verbunden ist. Starkstriiniansehlüsse 38 und 40. Der Tria<" 18 ist noimalerv. L¹.se so lange nicht leitend, bis seiner Steuerelektrode 42 ein entsprechendes Signal aufgedrückt wird, was bei Schließen des Schwachsiromschließkontaktes 14 eintriit. Wenn der Triac 18 durch das Signal an seiner Steuerelektrode 42 leitend wird, wird auch das Relais 20 erregt. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß hei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Steuerelektrode 42 des Triacs 18 ein Signal in der Größenordnung von etwa 3OmA und mit ein^r Spannung von ungefähr 5 V zugeführt wird. Dieses Signal reicht aus, den Triac leitend zu machen. Der Schwach-Mromsehließkontakt 14 muß also lediglich in der Lage sein, ein elektrisches Signal dieser geringen Leistung zu schalten, um den Triac 18 leitend zu steuern, welcher dann seinerseits eine Leistung schaltet, die um mehrere Größenordnungen höher ist. Bei dem betrachteten Ausluhrungsbeispiel flici? beispielsweise durch den Triac 18 bei einer Spannung von 115 V ein Wechsc¹-strom von 10 A. Im übrigen spricht der Triac außerordentlich schnell an und wird bei Anliegen eines Steuersignals an seiner Steuerelektrode im allgemeinen innerhalb weniger μβεΰ leitend.

Wie man aus der Zeichnung entnimmt, en'hält der erste Steuerkreis 12 ferner einen Widerstand 46 und einen diesem parallelgeschalteten Kondensator 48, wobei die Parallelschaltung aus Widerstand 46 und Kondensator 48 zwisvThen dem dem Sehwachstromschließkontakt 14 zugewandten Ende des Widerstandes 44 und dem .Starkstromanschluß 40 des Triacs 18 liegt und als Filter wirkt, welches verhindert, daß Ausgleichss.roine und elektrische Störungen in den Leitungen zu einem unbeabsichtigten Schalten des Triacs führen. Eine weitere Parallelschaltung eines Widerstandes 50 mit einem Kondensator 52 ist parallel zur Schaltstrccke des Triacs 18 geschaltet. Auch diese Parallelschaltung dient als ein Filter, welches verhindert, daß Ausgleichsströme oder Netzstörungen den Triac schalten, dessen Torelektrode bereits auf verhältnismäßig kleine Signale anspricht.

Das Relais 20, welches in Serie zu dem Triac 18 liegt, besitzt einen Schließkontakt 22. welcher als Arbeitskontakt ausgebildet ist und bei Erregung des Relais 20 geschlossen wird Beim Schließen des Schließkontaktes 22 wird der zweite Stcuerlcreis 24 erregt. Dieser enthält einen Triac 26 mit Starkstromanschlüssen 54 und 56 und einer Steuerelektrode 58, die mit dem Schließkontakt 22 über einen Begrenzungswiderstand 60 verbunden ist. Die Wirkungsweise des zweiten Steuerkreises 24 ist derjenigen des ersten Steuerkreises 12 im wesentlichen gleich. Wenn das Relais 20 bei leitend werdendem Triac 18 erregt wird, so schließt sich der Schüeßkontakt 22, wodurch der Steuerelektrode 58 des Triacs 26 ein Signal aufgedrückt wird, welches den Triac 26 leitend steuert. Wenn der Triac 26 leitend ist,

ίο verbindet er die Wechselstromquelle 10 über seine Starkstromanschlüsse 54,56 mit einem Relais 28, das zu ihm in Reihe liegt und einen Schüeßkontakt 30 besitzt, welcher sich im dritten Steuerkreis 32 befindet. Im übrigen besitzt auch der zweite Steuerkreis eine als Filter dienende Parallelschaltung aus einem Widerstand 64 und einem Kondensator 62 auf der Eingangsseite des Triacs 26 sowie eine als Filter dienende Parallelschaltung eines Widerstandes 66 und eines Kondensators 68, welche den Starkstromanschlüssen 54, 56 des Triacs 26

ίο parallel geschaltet ist.

Der Schüeßkontakt 30 des Relais 28 dient, in ähnlicher Weise wie der SchL.okontakt 22 des Relais 20, dem Schalten eines Triacs 34, welcher Starkstromanschlüsse 70 und 72 sowie eine Steuerelektrode 74 besitzt, die mit dem Schüeßkontakt 30 über einen Begren-/ungswiderstand 76 gekoppelt ist. Der dritte Steuerkreis 32 ist in seiner Wirkungsweise dem ersten Steuerkreis 12 und dem zweiten Steuerkreis 24 ähnlich. Der Last 36 wird ein Starkstromsignal zugeführt, wenn der Steuerelektrode 74 des Triacs 34 über den Schüeßkontakt 30 ein Schwachstromsignal zugeführt wird. Auch der Ausgangssteuerkreis 32 enthält wiederum ein Filter aus der Parallelschaltung eines Kondensators 78 mit einem Widerstand 80. welches mit der Steuerelektrode 74 des Triacs 34 verbunden ist, um zu verhindern, daß elektrische Ausgleichsströme den Triac einschalten. Ein zweites Filter aus einem Widerstand 82 und einem dazu parallclgeschalteten Kondensa'or 84 liegt zwischen den Starkstromanschliissen 70 und 72 jes Triacs 34, um zu verhindern, daß der Triac unbeabsichtigt durch Ausgleichsströme eingeschaltet wird.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Last 36 nicht näher gekennzeichnet. Es versteht sich jedoch, daß sie irgendeine ohmsche und/oder induktive und/oder kapazitive Last sein kann. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Starkstromschalteinrichtung insbesondere dazu geeignet ist. die Stromzufuhr zu einem Elektromagneten entsprechend den Befehlen aus einer Steuersignalquelle zu steuern.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß der F.infachheit halber lediglich drei Steuerkreise 12, 24 und 32 dargestellt sind und daß entsprechend der gewünschten Funktion praktisch eine beliebige Anzahl derartiger Schaltkreise vorhanden sein kann. In manchen Fällen kann es erwünscht sein, zwischen dem ersten Steucikreis und dem letzten Steuerkreis eine Verzögerurjsschaltung vorzusehen, um das Ein- oder Ausschalten zu verzögern. Bei einer Verzögerung des Einschaltvorgangs wird dabei eine vorgegebene Verzögerung gewählt, ehe ein Steuersignal der Steuersignalquelle an den nächsten Siejerkreis weitergegeben wird. In ähnlicher Weise wird bei einer Ausschaltverzögerung die Verzögerungsschaltung so eingestellt, daß sich eine vorgegebene Verzögerung ergibt, ehe nach Unterbrechung des Steuersignals eine Unterbrechung des nächsten Steuerkreises erfolgt, um die der Last zugeführtc Leistung zu unterbrechen.

Die Tribes 18. 26 und 36 bleiben so hinge eingeschaltet, wie cm entsprechendes Steuersignal vorhanden ist. Bei Unterbrechung des Steuersignals \wrd der Triac ausgeschaltet, wenn die Wechselspannung b/u. der Wechselstrom an seinen Starkstromanschlüssen durch Null geht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   I. Starkstromsehalteinriehtung zum Anschalten einer Last an eine Wechselstromquelle, bestehend aus einem mit der Last und der Wechselstromquelle in Reihe liegenden Triac und einer mit der Steuerelektrode des Triacs verbundenen Steuereinrichtung, die eingangsseitig einen von einem Steuersignal betätigbaren SchwachstromschlieOkontakt enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwachstromschließkontakt (14) im Steuerkreis eines weiteren Triacs (18) angeordnet ist, der seinerseits in Reihe mit einem Relais (20) und der Wechselstromquelle (10) liegt, und daß ein Schließkontakt (22) dieses Relais (20) irr Steuerkreis des mit der Last (36) in Reihe liegenden Triacs (34) angeordnet ist.
2. 2. Starkstromschalteinrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis des mit der Last (36) in Reihe liegenden Triacs (34) zweistufig ausgebildet ist und daß der die ersie Stufe bildende Sicuerkreis (24) einen dritten Triac (26) enthalt, mit dessen Steuerelekirode (58) der Schließkontakt (22) des Relais (20) verbunden ist und der in Reihe mit einem weiteren Relais (28) lieg!, welches einen Schließkon!akt (30) besitzt, der im die zweite Stufe bildenden Steuerkreis (32) mit der Steuerelektrode (74) des in Reihe mit der Last (36) liegenden Triacs (34) verbunden ist.
3. 3. Stark.stromsclialteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwachstromschließkontakt _V14) und die Schließkontakte (20. 30) der Relais (20, 28) jeweils zischen dem einen Starkstromanschluß (38. 54. 70) und der Steuerelektrode (42. 58. 74) der zugeordne.en Triacs (18. 26. 34) angeschlossen sind.