-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Schalten eines Verbrauchers, insbesondere eines Drehstrommotors, umfassend wenigstens ein Relais.
-
Drehstrommotoren werden insbesondere über eine so genannte Stern-Dreieck-Anlaufschaltung betrieben. Die Netzspannung im Drehstromnetz für einen solchen Drehstrommotor beträgt in der Regel 400 V. Das Ein- und Ausschalten sowie das Ändern der Drehrichtung eines Drehstrommotors erfolgt nach dem Stand der Technik über ein Relais. Insbesondere bei größeren Leistungen liegt bei einer herkömmlichen Schaltung über Relais ein Nachteil darin, dass beim Schaltvorgang ein Schaltfunke entsteht. Außerdem wird beim Schalten Wärme erzeugt, so dass gegebenenfalls gekühlt werden muss. Weiterhin nimmt die gesamte Anordnung recht viel Platz in Anspruch.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Anordnung zum Schalten eines Verbrauchers mit den Merkmalen der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, die die vorgenannten Nachteile und insbesondere das Entstehen eines Schaltfunkens vermeidet.
-
Die Lösung der vorgenannten Aufgabe liefert eine Anordnung zum Schalten eines Verbrauchers der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Anordnung wenigstens ein elektronisches Schaltelement umfasst, welches dem Relais vorgeschaltet ist, sowie wenigstens einen Mikrocontroller, welcher mit dem elektronischen Schaltelement einerseits und mit dem Relais andererseits verbunden ist und welcher sowohl den Schaltvorgang des elektronischen Schaltelements als auch denjenigen des Relais steuert, derart, dass das Relais immer dann geschaltet wird, wenn die Versorgungsleitung zum Relais stromlos ist.
-
Die erfindungsgemäße Lösung unterscheidet sich somit von dem eingangs zitierten Stand der Technik darin, dass das Relais (oder auch die Relais, wenn mehrere vorgesehen sind) immer nur dann geschaltet wird, wenn es stromlos ist. Dies hat den Vorteil, dass beim Schaltvorgang kein Funke und keine Wärmeentwicklung mehr auftreten.
-
Gemäß einer möglichen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das elektronische Schaltelement über den Mikrocontroller ein- und/oder ausschaltbar, um die Versorgungsleitung zum Relais stromlos zu schalten. Wenn beispielsweise ein Benutzer einen Drehstrommotor einschalten möchte, erhält der Mikrocontroller beispielsweise ein Signal über einen von einem Benutzer eingegebenen Befehl. Daraufhin schaltet der Mikrocontroller zunächst über das elektronische Schaltelement die elektrische Versorgung des Relais ab. Danach steuert der Mikrocontroller das Relais an und schaltet beispielsweise das Relais ein und dann steuert der Mikrocontroller erneut das elektronische Schaltelement an, um die elektrische Versorgung wieder einzuschalten, so dass der Drehstrommotor nun angefahren wir, da sich das diesem vorgeschaltete Relais bereits in der Einschaltstellung befindet. Somit wird das Relais stromlos geschaltet und es entsteht kein Schaltfunke. Diese Abfolge von Schaltvorgängen kann beispielsweise innerhalb von Millisekunden erfolgen.
-
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das elektronische Schaltelement einen Triac umfasst. Ein Triac ist eine Triode für Wechselstromanwendungen. In der Regel handelt es sich um ein Halbleiterbauteil, welches vom Prinzip her einer Antiparallelschaltung von zwei Thyristoren entspricht. In manchen Fällen kann ein einzelner Triac als elektronischer Schalter bereits ausreichen, um die Leitung zu dem Relais vor dessen Schaltvorgang stromlos zu schalten. Es kann sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung aber auch um eine komplexere Schaltung handeln umfassend wenigstens einen Triac sowie weitere elektronische oder elektrische Bauelemente.
-
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Mikrocontroller ein PIC (programmable intelligent Computer). Mikrocontroller dieser Art sind für die Anwendung gut geeignet. Die heute üblichen Typen der PIC Mikrocontroller sind recht leistungsfähig und schnell und verwenden häufig bereits Speicher, die sich löschen und wieder beschreiben lassen. Im Programmspeicher werden zumeist vergleichsweise kurze Befehle verwendet. Diese Mikrocontroller haben zudem eine vergleichsweise kompakte Bauform und nehmen nur verhältnismäßig wenig Bauraum in Anspruch, wobei die Größe davon abhängig ist, wie viele interne Peripherieeinheiten der Mikrocontroller enthält.
-
Eine mögliche konkrete konstruktive Ausgestaltung sieht beispielsweise vor, dass die erfindungsgemäße Anordnung weiterhin eine Stromerfassung, insbesondere ein Strommessgerät umfasst, welches mit dem Mikrocontroller verbunden ist. Dieses Strommessgerät kann zum Beispiel ein Amperemeter oder eine Spule sein. Die von diesem Strommessgerät gemessenen Ströme können über eine Leitung vom Strommessgerät zum Mikrocontroller geleitet und dort verarbeitet werden.
-
Gemäß einer möglichen Weiterbildung der Erfindung kann beispielsweise die erfindungsgemäße Anordnung weiterhin eine Eingabeeinrichtung, insbesondere ein Befehlspanel umfassen, welches zur Eingabe von Befehlen über eine Verbindungseinrichtung mit dem Mikrocontroller verbunden ist. Der Benutzer kann dann über das Befehlspanel die entsprechenden Eingaben vornehmen, beispielsweise Einschalten oder Ausschalten des Verbrauchers, Umschalten der Drehrichtung, wenn es sich um einen Drehstommotor handelt, oder auch beispielsweise Änderung der Motorleistung, wozu die Anordnung verschiedene Schaltstufen vorsehen kann, die ebenfalls über die Anordnung stromlos geschaltet werden können. Die in das Befehlspanel eingegebene Anweisung wird an den Mikrocontroller weitergeleitet, welcher so programmiert ist, dass er dann das elektronische Schaltelement ansteuert, welches daraufhin den Strom in der Versorgungsleitung abschaltet, so dass das Relais stromlos ist und auf einen entsprechenden Steuerungsbefehl des Mikrocontrollers hin danach geschaltet werden kann, bevor der Versorgungsstrom wieder eingeschaltet wird und dann der Verbraucher entsprechend dem vorgesehenen Schaltzustand betrieben werden kann.
-
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Verbindungseinrichtung von der Eingabeeinrichtung zu dem Mikrocontroller beispielsweise ein Buskabel umfassen. Dies ermöglicht insbesondere eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit der Befehle zwischen der Eingabeeinrichtung und dem Mikrocontroller.
-
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann die erfindungsgemäße Anordnung zum Beispiel mehrere Schaltstufen vorsehen, so dass der Verbraucher mit unterschiedlichen Leistungen schaltbar ist. Beispielsweise können dies bei einem Drehstrommotor bis zu sechs Schaltstufen sein, die je nach Anwendungsfall zum Beispiel im Bereich von 0,5 kW bis 2,5 kW Leistung liegen. Hier sind selbstverständlich beliebige Variationen hinsichtlich der Anzahl der Schaltstufen und der Leistungsbereiche der diversen Schaltstufen im Einklang mit dem erfindungsgemäßen Prinzip möglich.
-
Die in den Unteransprüchen genannten Merkmale beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung.
-
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 ein schematisch vereinfachtes Schaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Schalten eines Verbrauchers gemäß einer beispielhaften Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine schematisch vereinfachte Ansicht eines beispielhaften PIC-Mikrocontrollers, welcher im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
-
Nachfolgend wird zunächst auf die 1 Bezug genommen und anhand dieses vereinfachten Schaltbilds wird eine beispielhafte Schaltung gemäß der erfindungsgemäßen Anordnung erläutert. Die Schaltung umfasst zum einen den Mikrocontroller 10, der ein PIC - Mikrocontroller ist und die Schaltvorgänge der Anordnung steuert. Es ist ein Befehlspanel 11 vorgesehen, von dem aus ein Buskabel 12 zum Mikrocontroller 10 verläuft, so dass die Steuerbefehle in hoher Geschwindigkeit von den seitens des Benutzers in das Befehlspanel eingegebenen Befehlsdaten über das Buskabel 12 zum Mikrocontroller 10 übertragen werden können. Der Mikrocontroller steuert dann über die Verbindungsleitung 13 einen Triac 14 an, der die Verbindung von der Eingangsleitung 15, über die die Stromversorgung der Anordnung erfolgt, unterbricht, indem der Triac Schalter öffnet. Dadurch ist die Leitung 16, die das Relais 17 mit Strom versorgt, dann stromlos. Nun kann an dem Relais 17 ein Schaltvorgang durchgeführt werden, bei dem beispielsweise das Relais 17 einen hier nicht dargestellten Verbraucher, zum Beispiel einen Drehstrommotor einschaltet, der dann später über die Ausgangsleitung 18 mit Strom versorgt wird, sobald der Triac wieder eingeschaltet wird.
-
Die Leitung 16 ist mit dem PIC-Mikrocontroller 10 verbunden, ebenso wie die von dem Triac Schalter 13 kommende Leitung, die durch den Triac unterbrochen werden kann, zum PCI Mikrocontroller 10 führt. Der Triac 14 ist in dem Schaltbild in der geöffneten Stellung dargestellt. Sobald der Schaltvorgang an dem Relais 17 vollzogen ist, schaltet der Triac 14 wieder ein, wozu er den entsprechenden Steuerbefehl von dem PIC Mikrocontroller erhält und dann kann ein Strom durch die Leitung 13 und durch die Leitung 16 zum Relais 17 und in die Ausgangsleitung 18 fließen, wodurch der Verbraucher mit einer Spannung versorgt wird.
-
Soll der Verbraucher erneut geschaltet werden, beispielsweise in eine andere Leistungsstufe oder um die Drehrichtung bei einem Motor umzukehren oder um den Motor wieder auszuschalten, dann wird zunächst wieder vom Mikrocontroller 10 ein Steuerbefehl an den Triac 14 geleitet, dieser unterbricht den Stromfluss in die Leitung 13, das Relais 17 kann nun den Schaltvorgang vollziehen und sofern danach ein erneuter Betrieb des Verbrauchers beispielsweise mit einer anderen Leistungsstufe vorgesehen ist, wird dann der Triac 14 wieder eingeschaltet.
-
In 1 ist außerdem noch ein Amperemeter 19 vorgesehen für die Stromerfassung, wobei eine Leitung 20 von dem Amperemeter 19 zu dem Triac 14 führt sowie eine weitere Leitung 21 von dem Amperemeter 19 zu dem Mikrocontroller 10, so dass die gemessenen Stromwerte an den Mikrocontroller 10 übertragen werden können, um bei Überlastung und fehlender Phase am Eingang die Leistung abzuschalten und so beispielsweise Schäden am Antrieb zu vermeiden.
-
2 zeigt beispielhaft eine Ansicht eines Mikrocontrollers 10, wie er im Rahmen einer erfindungsgemäßen Anordnung verwendet werden kann. Die Erfindung basiert auf einer Anordnung mit einer Leiterplatte, die beispielsweise zwei- oder mehrlagig ausgeführt sein kann und somit wenig Verdrahtung nach außen hin benötigt. Man sieht in 2 das Anschlusskabel 24, welches zu einer Eingangsklemme 25 führt. Es handelt sich um eine Eingangsklemme 25 für die Versorgungsspannung von 400 Volt, 3 phasig. Weiterhin weist die Anordnung zwei mal drei Ausgangsklemmen 22, 23 auf, so dass an einem Drehstrommotor die verschiedensten Anschlussmöglichkeiten generiert werden können. Zwischen einem Befehlsgerät für die Eingaben und dem Mikrocontroller (PIC) besteht eine Busverbindung mit Bussteckern an beiden Baugruppen. Sämtliche Niederspannungen werden auf der Leiterplatte der Anordnung erzeugt.
-
Es ist ein redundant (zwei-kanalig) ausgeführtes Not-Aus vorgesehen, welches in jedem Schaltzustand die Schaltbefehle vom Mikrocontroller überlagert und einen Anschlusspunkt an der Leiterplatte aufweist. Je nach Leistung kann der Mikrocontroller gegebenenfalls noch weitere Aufgaben erfüllen, beispielsweise das Schalten von Licht, Wasserleitungen, Lüftern, zusätzlichen Motoren oder dergleichen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- PIC-Mikrocontroller
- 11
- Befehlspanel
- 12
- Buskabel
- 13
- Leitung vom Triac zum PCI
- 14
- Triac
- 15
- Eingangsleitung
- 16
- Leitung vom PIC zum Relay
- 17
- Relay
- 18
- Ausgangsleitung zum Verbraucher
- 19
- Strommessgrät/Amperemeter
- 20
- Leitung vom Triac zum Strommessgerät
- 21
- Leitung vom Strommessgerät zum PIC
- 22
- Ausgangsklemme
- 23
- Ausgangsklemme
- 24
- Anschlusskabel
- 25
- Eingangsklemme
