DE2237898A1 - Elektronische schaltvorrichtung fuer elektromechanische schaltschuetze und schaltrelais - Google Patents

Description

• ELEKTRONISCHL SCHALTVORRICHTUNG FÜR ELEKTROMECHSNISCHE SCHALTSCHÜTZE UND SCHALTRELAIS.
• Elektromechanische Schaltschütze und Relais haben in ihren vielfältigen Ausführungsformen und Leistungsabstufungen auf fast allen Gebieten der elektrischen Schalt-und Steuerungstechnik Eingang gefunden. Der heutige hohe Leistungsstand der Automation maschineller Vorgänge wäre ohne diese in Bauart, Schaltleistung und Schaltsicherheit ausgereiften Geräte nicht denkbar.
• Bekanntlich sind diese,vorwiegend als Luft-oder Ölschütze aufgebauten Elemente mit Schaltkontakten versehen,die mittels elektrischer Erregung eines magnetischen Feldes, sowie über einen /9nker,geschlossen bzw. geöffnet werden, Auf diese Weise werden elektrische Stronkreisetgalvanisch voneinander und vom Steuerkreis getrennt,geschaltet.Die Lebensdauererwartung dieser Schütze wird im wesentlichen von der Schalthäufigkeit und der Strombelastung der Kontakte bestimmt. Schnelle Schaltfolge und.starke Erhitzung der Schaltkontakte durch Abreiss-Lichtbogen verursachen raschen Verschleiss des Schützes.Deshalb sind für den Anwender diese beiden Kriterien auch die wichtigsten Faktoren für die Auswahl des richtigen Schaltschützes.
• Infolgedessen stellen die beiden vorgenannten Kriterien in der hauptsache auch die folgegemäss ichtigs ten Nachteile elektromechanischer Schaltelemente dar.
• Zusammengefasst namlich: a)Ungünstiges Einschaltverhalten durch Stoss-Strombelastung beim Kontaktschliessen und der je nach Spulenausfübtung und Aufbau des mechanisch bewegten Schaltteils schlechten spezifischen Einschaltcharakteristik.
• b) Sehr ungünstiges Ausschaltverhalten durch die Lichtbogenbildung mit allmählicher Kontaktzerstörung und gleiciIzeitiger Netz-und Funkstörung.
• Durch rein elektronisch über Halbleiter arbeitende Schaltkreise könnten diese Nachteile eliminiert werden.
• Da solche Geräte jedoch im Augenblick noch sehr teuer sind,bietet sich als zweckmässige Lösung für eine Vielzahl von Anwendungen eine sinnvolle Kombination von Mechanik und Leistungselektronik an.Ein Gerät dieser Art nach vorliegender Erfindung erhöht wesentlich die elektrische Lebensdauer üblicher mechanischer Schaltschütze und Relais und steigert die Schaltsicherheit um ein Vielfaches. Beeinflussung des Netzes sowie Funkstörungen und Störimpulse auf benachbarte Steuerleitungen sind praktisch ausgeschaltet0Die Beschaltung der llilfskontakte für den Steuerahlauf und die Verriegelung bleiben, wie bisher,erhalten.
• Im Folgenden wird die Wirkungsweise der Anordnung nach vorliegender Erfindung erkldrt.Dabei zeigen: Fig.l :Schaltimpulsdiagramm eines elelctromecllaniscilen Schützes oder Relais mit ttin (= Schließverzug bei Nennbetätigungsspannung und Betriebszustand kalt. Wert: tEin ca 8-16 ms. Wert:t Aus ca 8-11 ms, Fig.2 :Schaltimpulsdiagramm eines elektronischen Schaltkreises mit Triac mit: tEin ca o,5 ms und tAns ca lo ms (max.l lialbwelle) Fig.3 :Spezifisches Ausschaltverhalten eines Triacs im Stronululldurchgang bei Ausschaltsignal in derselben Halbwelle.
• Fig.4 :Schaltverhaltensdiagramm des Schaltgeräts nach der Erfindung.
• Fig.5 : Anwendungsbeispiel für einen Drehstromverbraucher mit sehr hoher Scllalthäutigkeit und grosser induktiver Last.
• Funktionsbeschreibung: Durch Anlegen einer Steuerspannung an das Schaltgerät nach der Erfindung werden zu gleicher Zeit die Spule des mechan.
• Schaltschützes erregt,sonie die Triacs über einen monostabilen Multivibrater eingeschaltet.Da die Triacs innerhalb der kurzen Zeit von ca o,5 ms einschalten,zu diesem Zeitpunkt die Schützkontakte des mechan.Schützes aber noch nicht geschlossen sind,müssen diese also auch den Einschaltstromstoß des Verbrauchers übernehmen.Sie werden jedoch in dem Augenblick wieder entlastet,wo die Kontakte des Schützes endlich schliessen.Jetzt friihestens dürfen die .Triacs wieder abgeschaltet werden,was auch nun durch das selbsttätige Rücksetzen des Monoflops geschieht. Der Nennstrom des Verbraucliers fliesst nun wie bisher Üblich über die Kontakte des meciianischen Schützes.
• Zusammengefasst:Die Triacs scllalten also den Verbraucher ein, übernehmen den Einschaltstromstoss und iiberbeben den Nennstrom den mechanischen Kontakten, die mittlerweile durch den verzögerten Einschaltvorgang des Schlitzes geschlossen wurden.
• Beim Wegnelmen der Steuerspannung bzw. durch Anlegen eines entsprechend gepegelten" Aus"-Signals werden zu gleicher Zeit wieder die Schützspule ausgeschaltet,der Monoflop eingeschaltet. Bevor also die mechanischen Schützkontakte öffnen können,haben die Triacs wieder eingeschaltet und übernehmen den Neiinstrom des Verbrauchers. Inzwischen öffnen die mechanischen Kontakte. Nach Ablauf der Abschaltverzögerung des Monoflops schalten die Triacs entsprechend ihrer Abschaltcharakteristik im nächsten Stromnulldurchgang den Verbraucher lichtbogerifrei und ohne Störungen ab.Der induktive Verbraucher kan also keine hohen Abschaltspannungen ins Netz transferieren und auch keine Störimpulse auf benachbarte Steuerleitungen soeben oder Funkstörungen verursachen.
• Da die Triacs jeweils nur über eine oder 2 llalbwellen eingeschaltet sein müssen, da ja das mechanische Schütz die eigentliche Schaltzeit übernimmt,benötigen die Triacs prktisch keine Kühlbleche. Sie müssen nur entsprechend der vorliegenden Schaltspannung (eff) und del,l zu erwartenden Stoßstrom dimensioniert sein.
• Eine Ausnahme machen nur die Anwendungsfälle, wo die Schalthaufigkeit extrem hoch liegt und die Triacs durch die dauernde und schnell aufeinanderfolgende Stoßstrombelastung heiss werden und Vorsorge für eine gute Wärmeableitung getroffen erden muss.
• Die elektronische Schaltvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung gestattet also bei verhaltnismässig kleiner Baugrösse und preisgünstiger Ilerstellung die optimale Ausnutzung üblicher mechanischer Schaltschütze und Hochstromrelais als einfach zuschaltbares Schaltelement.
• Sciialiläufigkeit und Lebensdauer werden wesentlich erhöht und Störungen des Versorgungsnetzes und der Funk-und Empfangsanlagen praktisch ausgeschaltet0

Claims (4)

1. P A T E N T A N S P R Ü C H E U Elektronische Schaltvorrichtung für elektromechanische Schaltschütze und Schaltrelais, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Jedem mechanischen Kontakt eines elektromechanischen Schlitzes oder Relais ein Tyristor oder Triac elektrisch parallel geschaltet ist, dass die Schütz-oder Relaisspule vom Steuerimpuls direkt geschaltet wird, die Tyristoren oder Triacs jedoch über einen Monoflop bestimmter Verzögerungszeit,die aber grösser als die Scliliessverzugszeit des Schützes oder Relais ist, ein-und ausgeschaltet werden dass die Schaltzeit zwischen Einschaltvorgang und Ausschaltvorgang ausschliesslich von den mechanischen Schütz-oder Relaiskontakten übernommen wird.
2. 2) Elektronische Schaltvorrichtung nach Anspruch 1,d a d u r c h g e k e n n z e ic h n e t , dass anstelle des einen gemeinsamen Monoflops für Ein-und Ausschaltvorgang zwei getrennte Monoflops für getrennte Ansteuerung angeordnet werden.
3. 3) Elcktronische Schaltvorrichtung nach Ansprueh 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Triacs eigene Kurzschluss-und Überspannungsschutzbeschaltung haben und die Lberspannungsableiter auch im Ausschaltzustand der Triaes für das mechanische Schütz voll wirksam sind.
4. 4) Elektronische Schaltvorrichtung nach Ansprüchen 1-3,dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung sowohl in seperatem Gehäuse als Zusatzgerät oder integriert in mechanische Schützgehäuse ausgeführt sein kann.

   L e e r s e i t s