DE2251839C3 - Elektronisches Umkehrschütz oder elektronische Umkehrschützkombination - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Umkehrschütz oder elektronische Umkehrschützkombination mit einer Triacs enthaltenden Schaltanordnung zum Vertausch zweier Phasen eines Drehstromsystems durch einen äußeren Schaltbefehl.

Die beiden zu vertauschenden Phasen werden dazu in bekannter Weise über zwei parallelgeschaltete Strompfade, die je zwei in Reihe liegende Triacs aufweisen, miteinander verbunden. Dabei sind die zu vertauschenden Klemmen eines Verbrauchers an Mittelanzapfungen der beiden Strompfade jeweils zwischen den in Reihe liegenden Triacs angeschlossen.

Beim Betrieb eines Triacs darf die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit einen bestimmten, zulässigen Wert nicht überschreiten, andernfalls zündet er in unerwünschter Weise unabhängig von seiner Gitteransteuerung durch. Beim Betrieb eines solchen Triacs als Wechselstromschalter für eine induktive Last können grundsätzlich zwei verschiedene kritische Belastungszustände durch derartige Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten auftreten. Im ersten Fall handelt es sich um eine Spannungsanstiegsgeschwindigkeit unmittelbar nach einer Strombeanspruchung (dynamische Spannungsanstiegsgeschwindigkeit). Die Höhe der Sprungspannung kann dabei im Extremfall gleich dem Scheitelwert der anliegenden Wechselspannung sein. Ist die hierbei auftretende Spannungsanstiegsgeschwindigkeit größer als die im Anschluß an die Stromführung zulässige Spannungsanstiegsgeschwindigkeit eines Triacs, so zündet dieser durch. - Im zweiten Fall handelt es sich um die Spannungsanstiegsgescbwindigkeit bei einem gesperrten Triac (statische Spannungsanstiegsgeschwindigkeit). Die zulässigen Werte dafür sind etwa zehnmal größer als die der dynamischen Spannungsanstiegsgeschwindigkeit.

Durch die DT-OS 1 930 240 ist eine Anordnung zum Betrieb eines Triacs in einem StromV eis mil überwiegend induktiver Last bekanntgeworden, womit die dynamische Spannungsanstiegsgeschwindigkeit auf einen unkritischeren Wert verzögert werden kann, d. h. im wesentlichen nur zeitverschoben wird. Dies wird dadurch erreicht, daß in Reihe mit dem Triac eine Sättigungsdrossel und parallel zu ihm eine /?C-Beschattung vorgesehen ist. Der damit erreichbare zeitverschobene Spannungsanstieg trifft den Triac somit nicht mehr unmittelbar nach der Strombelastung, sondern erst im Zustand seiner statischen Belastbarkeit, die - wie oben erwähnt — etwa lOmal höher liegt als seine dynamische Belastbarkeit. Der verzögerte Spannungsanstieg kann somit keinen Schaden anrichten, vorausgesetzt, daß er unterhalb der Grenze für die zulässige statische Spannungsanstiegsgeschwindigkeit bleibt. Dies ist jedoch in vielen Betriebsfällen nicht gewährleistet. Man könnte zwar in einem solchen Fall die statische du/dt-Festigkcit durch Überdimensionierung der Sättigungs drossel erhöhen, müßte damit jedoch den Nachteil eines unzulässigen, hohen Spannungsabfalles in Kauf nehmen. Insbesondere für den Fall, daß zwei Phasen eines Drehstromsystems durch zwei in Reihe geschaltete Triacs miteinander verbunden sind -- wie es bei einem die Erfindung betreffenden Drehstromumkehr schütz erforderlich ist - ist die statische rfu/c/f-Festig keit der verwendeten handelsüblichen Triacs zu gering Die bei der Kommutierung eines Triacs auftretender Spannungssprünge verursachen zusammen mit den Induktivitäten und Kapazitäten des Netzes sowie mit der Beschaltungskapazitäten der Triacs Überschwingungen mit großen Spannungssteilheiten, die ein ungewolltes Durchzünden ohne Gitteransteuerung des in Reihe ge schalteten Triacs durch Überschreitung der zulässiger statischen Spannungsanstiegsgeschwindigkeit hervor rufen können.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, be einem Umkehrschütz oder einer Umkehrschützkombi nation der eingangs genannten Art mit wenig Aufwanc derartige durch statische Belastungen verursachte Durchzündungen sicher zu verhindern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindesten; mit jedem der bei dem Vertausch beteiligten Triac; eine eisenlose Drosselspule in Reihe liegt, die so dimen sioniert ist, daß die bei der Kommutierung auftretende Spannungsanstiegsgeschwindigkeit (du/dt) für den sta tischen Fall auf einen für den momentan nicht schalten den Triac unschädlichen Wert herabgesetzt und dai der durch die Verluste auftretende Spannungsabtall füi die Funktion unbedeutend ist. Durch solche erfindungs gemäß eingebauten und dimensionierten Drosselspuler ist bei den üblichen Netzverhältnissen jede Gefah eines unerwünschten Durchzündens der Triacs und da mit jede Gefahr eines Phasenkurzscliiusses beseitigt Damit ist eine absolute Betriebssicherheit mit einen Minimum an Aufwand gewährleistet.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung als elek tronische Umkehrschützkombination sind zwei gcson derte elektronische Drehstromschütze pro Phase mit j< einem Triac und je einer in Reihe liegenden Drossel spule versehen und derart zusammengesctuiltel, daß je

der Phase zwei Triacs mit je einer in Reihe liegenden Drosselspule zugeordnet sind. Der Einbau einer Drosselspule in jede Phase eines normalen elektronischen Drehstromschützes bietet den Vorteil, daß bei dem Zusammenbau zweier derartiger Schütze zu einer Umkehrschülzkombination, z. B. für den Wendebetrieb eines Drehstrommotors, zwei beliebige Phasen miteinander vertauscht werden können. Der Zusammenbau erfolgt ohne irgendeinen besonderen schaltungstechnischen Aufwand. Überdies wird die übliche Funktion eines Einzelschützes, das mit derartigen Drosselspulen versehen ist, in keiner Weise durch diese Drosselspule beeinträchtigt. Damit ergibt sich eine verminderte Lagerhaltung, da derartige Schütze sowohl einzeln als normales Schütz als auch durch Zusammenschaltung zweier Schütze als Umkehrschülzkombination verwendet werden können.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Enmdung als elektronisches Umkehrschütz sind alle Bau- und Schaltelemente mit einem einzigen Gehäuse angeordnet, wobei die Drosselspulen nur den bei dem Vertausch der Phasen beteiligten Triacs zugeordnet sind. Dies ist ein erheblicher Vorteil gegenüber elektromechanischen Schützen, bei denen zur Erzielung einer Drehrichtungsumkehr immer zwei einzelne Schütze zusammengeschaltet werden müssen. Gegenüber bekannten elektronischen Umkehrschützen mit ebenfalls nur einem Gehäuse ergibt sich der Vorteil einer wesentlich einfacheren und sicherer arbeitenden Schaltungsanordnung. Überdies entspricht die Bezeichnung der An-Schlüsse bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Umkehrschütz derjenigen elektromechanischer Motorschütze, so daß ein Elektronikschütz gemäß der Erfindung problemlos und ohne besondere Elektronikkenntnisse angeschlossen werden kann.

In der Zeichnung sind in den F i g. 1 bis 4 zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes gemäß der Erfindung dargestellt.

F i g. 1 zeigt ein Schaltbild eines elektronischen Drehstromschützes mit drei Triacs und drei eingebauten, erfindungsgemäßen Drosselspulen;

F i ^ 2 zeigt ein Schaltbild einer aus zwei Drehstromv hützen gemäß F i g. 1 zusammengebauten Umkehrschützkombination mit sechs Triacs;

F i g. 3 zeigt ein Schaltbild eines Umkehrschützes, das als eine Einheit aufgebaut ist und mit fünf Triacs arbeitet;

F i g. 4 zeigt ein Umkehrschüiz mit einer Schaltung gemäß F i g. 3 in einem quaderförmigen Gehäuse.

Die F i g. 1, 2 und 3 zeigen jeweils ein Schaltbild mit Eingangsklemmen 1, 3, 5, die an ein Netz RST geführt sind, und mit Ausgangsklemmen 2, 4, 6, die an die Klemmen LJ, V, W eines Drehstrommotors IO angeschlossen sind.

Das Drehstromschütz gemäß F i g. 1 enthält in den Phasen R, S. Γ drei Triacs 11. 12, 13 mit drei in Reihe liegenden eisenlosen Drosselspulen 14, 15, 16 und drei parallelgeschalteten RC-Kombinationen 17, 18, 19. Die Steuerelektroden 20, 21, 22 der Triacs sind über Vorwiderstände 23, 24, 25 und Kontakte 26, 27, 2Si /u Verbindungspunkten der Phasen R, S, Γ geführt. Die Kontakte 26, 27, 28 gehören zu einem Reedrelais 29, dessen Anschlüsse mit a, b bezeichnet sind. Parallel zum Reedrelais liegt eine Leuchtdiode 30 mit einem Vorwiderstand 31. — Bei Anlegen einer Spannung an die Klemmen a. b des Reedrelais 29 schließen die Kontakte 26, 27, 28. Damit erhalten die Steuerelektroden 20. 21, 22 Spannung und die Triacs 11,12.13 zünden durch.

In F i g. 2 sind zwei einzelne Drehstromschütze gemäß F i g. 1 zu einer Umkehrschützkombination zusammengeschaltet. Dabei sind die beiden Phasen R, S zur Stromrichtungsumkehr herangezogen Die Bauelemente des ersten Drehstromschützes sind mit dem Index »a« und die des zweiten Drehstromschützes mit dem Index »6« versehen. Somit sind die beiden Phasen R. S durch zwei parallele Strompfade 32,33, die jeweils zwei in Reihe geschaltete Triacs 11a, 126 bzw. 12a, lib enthalten, miteinander verbunden. Die Phase T enthält in Parallelschaltung die beiden nicht an der Umkehr beteiligten Triacs 13a, 136. Die Motoranschlußklemmen 2, 4 sind mit Mittelanzapfungen 34, 35 der Strompfade 32,33 verbunden.

Die Umkehrschützkombination arbeitet wie folgt: Bei Erregung des Reedrelais 29a durch Anlegen einer Gleichspannung an seine Klemmen a, fei schließen die Kontakte 26a, 27a, 28a und die Triacs 1 ta. \2a. 13a zünden durch. In dieser Lage sperren die Triacs life, 12fe, 13fe. da sie wegen des niclit erregten Reedrelais 29fe und der damit geöffneten Kontakte 26fe. 27fe, 28fo nicht angesteuert werden. Soll die Drehrichtung des nunmehr eingeschalteten Motors 10 geändert werden, so w«rd jetzt das Reedrelais 29fe erregt, nachdem vorher das Reedrelais 29a abgeschaltet worden ist. Damit werden die Triacs Ua, 12a. 13a gesperrt, während die Triacs life. 12fe, 13fe durchzünden. Die erfindungsgemäß eingebauten und dimensionierten Drosselspulen 14a, 14fe, 15a, 15fe bewirken, daß die bei dieser Kommutierung auftretenden Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten auf einen Wert herabgesetzt werden, der unterhalb der zulässigen statischen Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten liegt. Damit wird ein ungewolltes Durchzünden der mit den leitenden Triacs in Reihe liegenden gesperrten Triacs verhindert. — Die doppelten Strompfade mit den Triacs 13a, 13fe in Phase Tergeben sich durch die Zusammenschaltung der zwei einzelnen Drehstromschütze. Normalerweise genügt hier ein Strompfad ohne eine Drosselspule 16a, 16fe, da hier keine Kommutierung stattfindet.

F i g. 3 zeigt ein Schaltbild für ein Umkehrschütz, dessen Bauelemente als eine Einheit in einem Gehäuse angeordnet sind. Schaltungstechnisch unterscheidet sich dieses Ausführungsbeispiel von dem gemäß F i g. 3 nur dadurch, daß der Phase T lediglich ein Strompfad mit einem Triac 13a und einer ÄC-Kombination 19a zugeordnet ist. An Stelle eines Kontaktes in der Zuleitung zur Steuerelektrode des Triacs 13a liegen hier zwei Kontakte 28a, 28fe, die jeweils zu einem der Reedrelais 29a, 29fe gehören. Die Wirkungsweise der Drehrichtungsumkehr der Phase R, S ist die gleiche wie bei Beispiel gemäß F i g. 2.

F i g, 4 zeigt ein quaderförmiges Gehäuse 36 mit einer Beschallung gemäß F i g. 3. Das Gehäuse 36 besteht aus Kunststoff und ist an »einer Unterseite mit einem Schnappmechanismus auf einer Schiene befestigt. Die elektronischen Bauelemente sind auf Leiterplatten angeordnet und mit Gießharz vergossen. Das Gehäuse 36 ist stirnseitig mit einem Deckel 37 verschlossen, der mit Schraubenanschlußklemmen 38 versehen ist und die zwei Lumineszenzdioden 30a, 30fe aufweist.

Ein derartiges Gehäuse 36 kann in gleicher Weise eine Schaltung gemäß F i g. 1 enthalten. Bei einer Kombination gemäß F i g. 2 werden dann zwei derartige Gehäuse verwendet.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektronisches Umkehrschütz oder elektronische Umkehrschützkombination mit einer Triacs enthaltenden Schaltanordnung zum Vertausch zweier Phasen eines Drehstromsystems durch einen äußeren Schaltbefehl, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens mit jedem der bei dem Vertausch beteiligten Triacs (11a 116; 12a, 126) eine eisenlose Drosselspule (14a, 146; 15a, 156) in Reihe liegt, die so dimensioniert ist, daß die bei der Kommutierung auftretende Spannungsanstiegsgeschwindigkeit {du/dt) für den statischen Fall auf einen für den momentan nicht schaltenden Triac unschädlichen Wert herabgesetzt und daß der durch die Verluste auftretende Spannungsabfall für die Funktion unbedeutend ist

2. Elektronische Umkehrschützkombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gesonderte elektronische Drehstromschütze mit pro Phase (R. S. T) einem Triac (11. 12, 13) und einer in Reihe geschalteten Drosselspule (14, 15, 116) versehen und derart zusammengeschaltet sind, daß jeder Phase (R. S. T) zwei Triacs (Ha, 116; 12a, 126; 13a. 136) mit je einer in Reihe liegenden Drosselspule (14a. 146; 15a. 156; 16a. 166) zugeordnet sind (F ig. 2).

3. Elektronisches Umkehrschütz nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Bau- und Schaltelemente in einem einzigen Gehäuse (36) angeordnet sind und daß die Drosselspulen (14a, 146; 15a, 156) nur den bei einem Vertausch der Phasen (R. S) beteiligten Triacs (11a, 116; 12a, 126) zugeordnet sind (F i g. 3).