DE2816558C2 - Circuit arrangement for controlling a non-polarized relay - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft .~ine Sd- ikungsanordnung zur Ansteuerung eines nicht polarisierten Relais, das in einem Wechselstromkreis liegi und line wohl definierte feste mechanische Eigenzeit besitzt und in etwa synchron zum Wechselstrom schauet.The invention relates to. ~ A Sd- ikungsanordnung for Control of a non-polarized relay, which well-defined liegi and line in an alternating current circuit has a fixed mechanical proper time and looks roughly synchronous with the alternating current.
Zum Verständnis der Erfindung sei zwischen monostabilen und bistabilen Relais unterschieden. Als monostabile Relais seien solche bezeichnet, die Arbeits- und Ruhekontakte besitzen, wobei die Arbeitskontakte nur bei Erregung der Relaisspule, die Ruhekontakte dagegen bei nicht erregter Relaisspule geschlossen sind. Bi* stabile Relais seien demgegenüber so definiert, daß ihre Kontakte durch einen einmaligen, kurzzeitig auf die Relaisspule zu gebenden Stromimpuls umgeschaltet werden und jede der beiden nach dem Prinzip eines Wechselschalters möglichen Schaltstellungen bis zum nächsten Stromimpuls beibehalten werden. Da die bistabile Stellung der Schaltkontakte nur durch einen Stromimpuls geändert wird, werden diese Relais auch als Stromstoßrelais bezeichnet. Relais dieser Art sind z. B. in der DE-OS 20 50 134 beschrieben.To understand the invention, a distinction is made between monostable and bistable relays. As a monostable Relays are those that have make and break contacts, the make contacts only when the relay coil is energized, whereas the normally closed contacts are closed when the relay coil is not energized. Bi* In contrast, stable relays are defined in such a way that their contacts are activated by a one-off, brief moment on the relay coil to be given current pulse are switched and each of the two according to the principle of a changeover switch possible switch positions are retained until the next current pulse. Because the bistable If the position of the switching contacts is only changed by a current pulse, these relays are also called pulse relays designated. Relays of this type are z. B. in DE-OS 20 50 134 described.
Bei Relais sind die Schaltzeitpunkte, bezogen auf die Sinuskurve der zu schaltenden Spannung, im allgemeinen nicht definiert. Sie liegen irgendwo auf der Spannungskurve. In the case of relays, the switching times are generally based on the sinusoidal curve of the voltage to be switched not defined. They are somewhere on the voltage curve.
Aus der DE-AS 28 06 628 ist eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines polarisierten Wechselstromrelais bekannt. Polarisierte Wechselstromrelais benötigen zum Umschalten zwei Erregerwicklungen sofern nur monopolare Steuerimpulse zur Verfügung stehen. Sofern bipolare Steuerimpulse zur Verfugung stehen, genügt auch eine Erregerwicklung. Ein Vorteil derart aufgebauter Relais ist es, daß in Abhängigkeit von einem bestimmten Steuerimpuls eine definierte Schaltstellung erreichbar ist. Demgegenüber ist bei dem in der DE-OS 20 50 134 beschriebenen Relais, das einen Schwenkanker besitzt, keine bestimmte Schaltstellung, sondern nur ein Wechsel von einer Schaltstellung zur anderen erreichbar.DE-AS 28 06 628 discloses a circuit arrangement for controlling a polarized AC relay known. Polarized AC relays require two excitation windings to switch over only monopolar control pulses are available. If bipolar control impulses are available, An excitation winding is also sufficient. An advantage of relays constructed in this way is that, depending on a defined switching position can be achieved with a specific control pulse. In contrast, the DE-OS 20 50 134 described relay, which has a swivel armature, no specific switching position, but only a change from one switch position to another can be achieved.
Das aus der DE-AS 28 06 628 bekannte polarisierte Relais ermöglicht nicht nur definierte Schaltstellungen, sondern auch definierte Schaltzeitpunkte. Dabei erfolgt das Schalten im Bereich des Nulldurchganges der Wechselspannung bei jeder Halbwelle durch eine Abfrage der Spannungskurve. Der Aufwand für d;e hierzuThe polarized relay known from DE-AS 28 06 628 enables not only defined switching positions, but also defined switching times. Switching takes place in the area of the zero crossing of the alternating voltage for each half-wave by querying the voltage curve. The effort for d ; e this
ίο erforderliche digitale Steuerschaltung ist jedoch sehr groß.However, ίο required digital control circuitry is very much great.
Bekannt ist auch ein Synchron-Ausloser, bei dem die Auslösung durch zwei in Reihe liegende, zeitlich um etwa 180 Grad gegeneinander versetzte BefehlsschalterA synchronous trigger is also known, in which the triggering is timed by two in a row Command switches offset about 180 degrees from one another
is bewirkt wird. Mit diesem Schalter ist es im Prinzip auch möglich in der Nähe des Nulldurchgangs zu schalten, doch werden zu seinem Aufbau eine Drossel, ein zweiter Schalter, sowie gegebenenfalls weitere Bauelemente benötigt, durch die ebenfalls eine relativ aufwendige Schaltung entsteht (DE-PS 11 48 619).is effected. In principle it is also with this switch possible to switch in the vicinity of the zero crossing, but to its structure a choke, a second one Switches, and possibly other components, are also required, which are also relatively complex Circuit is created (DE-PS 11 48 619).
Aufgabe der Erfindung ist es, mit sehr wenigen Bauelementen ein Schließen und Öffnen von Wechselstromkreisen im nahen Bereich des Nulldurchgangs der Spannung zu ermöglichen.The object of the invention is with very few components closing and opening of AC circuits in the vicinity of the zero crossing of the voltage to enable.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem bistabilen Relais in an sich bekannter Weise die Relaisspule durch kurzzeitiges Schließen eines Schaltgliedes erregt wird, jedoch durch einen ohmschen Vorwiderstand der Strom durch die Relaisspule auf den Bewegungsmechanismus des Relais abgestimmt ist und zwar derart, daß die öffnung der Relaiskontakte 20 Grad bis 10 Grad elektrisch vor dem Nulldurchgang und ihr Schließen bis 20 Grad elektrisch nach dem Nulldurchgang erfolgt.This object is achieved in that at a bistable relay in a manner known per se, the relay coil by briefly closing a switching element is excited, but by an ohmic series resistor the current through the relay coil to the movement mechanism of the relay is matched in such a way that the opening of the relay contacts 20 degrees to 10 degrees electrical before the zero crossing and their closing up to 20 degrees electrical after the zero crossing he follows.
Bekanntlich ist das Ausschalten von elektrischen Stromkreisen in der Regel mit dem Auftreten eines Lichtbogens und mit Funkstörungen verbunden. Diese Störeinflüsse so gering wie möglich zu halten, ist deshalb seit langem Ziel vieler Schaiterkonstruktionen. Bei Halbleiterbauelementen wie z. B. Ί hyristoren und Triacs ist es relativ einfach den Strom exakt im Nulldurchgang zu unterbrechen. Wenn auch nicht mit gleicher Exaktheit, so schafft die Erfindung doch erstmals eine Lösung, die es erlaubt auch bei einem elektromechanisch arbeitenden Relais mit außerordentlich einfachen Mitteln ein definiertes Schalten im Bereich nahe des Nulldurchgangs zu erreichen. Die Erfindung macht dabei im wesentlichen von der Kombination dreier Merkmale Gebrauch. Zunächst geht die Erfindung davon aus,As is well known, the switching off of electrical circuits is usually associated with the occurrence of a Arcing and associated with radio interference. It is therefore important to keep this interference as low as possible for a long time the goal of many switch constructions. In semiconductor components such. B. Ί hyristors and triacs it is relatively easy to interrupt the current exactly at the zero crossing. Even if not with the same Precision, this is how the invention creates a solution for the first time that also allows an electromechanical one working relays with extremely simple means a defined switching in the area near the To achieve zero crossing. The invention essentially makes use of the combination of three features Use. First of all, the invention assumes
JH) daß jede Relaiswicklung auch eine induktive Widerstandskomponente besitzt, so daß der Stromanstieg zeitabhängig erfolgt. Die Ansprecherregung, das ist der Zeitpunkt, in dem sich der Anker durch die magnetischen Kräfte in Bewegung setzt, wird erst nach einer bestimmten Zeit erreicht. In F i g. 3 ist dargestellt, wie sich der Zeitpunkt der Ansprecherregung durch verschiedene Vorwiderstände beeinflussen läßt. Weiterhin berücksichtigt die Erfindung, daß für die mechanische Bewegung des Ankers eine bestimmte Zeit erforderlich ist. Sind die Kontakte nicht unmittelbar am Anker befestigt, sondern von diesen betätigte Schwenkelemente, so kommt noch ein weiterer Zeitintervall für die Bewegung der Kontakte hinzu. Sowohl bei einem Schwenkanker mit Kontakten, wie auch bei getrennten Schwenkkontakten gilt aber, daß beim Umschalten zuerst der eine Kontakt geöffnet wird und dann der andere schließt. Zwischen dem öffnen und dem Schließen liegt eine definierte Zeit, die durch den Weg und dieJH) that every relay winding also has an inductive resistance component possesses, so that the current increase is time-dependent. The excitement, that's that The point in time at which the armature is set in motion by the magnetic forces is only after a reached a certain time. In Fig. 3 shows how the time of response excitation varies through different Can influence series resistors. Furthermore, the invention takes into account that for the mechanical Movement of the anchor a certain time is required. If the contacts are not attached directly to the armature, but swivel elements actuated by these, there is still another time interval for the movement of contacts. Both with a swivel armature with contacts and with separate ones Pivoting contacts, however, apply that when switching over, first one contact is opened and then the other closes. There is a defined time between opening and closing, through the path and the
Geschwindigkeit der Kontakte bestimmt wird. Durch richtige Wahl der Zeit für die mechanische Bewegung und eine darauf abgestellte Ansprecherregung, die durch den Vorwiderstand beeinflußbar ist, läßt sich das Öffnen des einen und damit zwangsläufig auch das Schließen des anderen Kontaktes in einem definierten Zeitraum vorgeben. Dieser definierte Zeitraum muß vor dem Nulldurchgang der Wechselspannung liegen. Es wird dabei von der Erfahrung ausgegangen, daß in einem Wechselstromkreis der Lichtbogen im ersten Nulldurchgang der Spannung erlischt. Durch die Wahl des Zeitbereiches 20 Grad bis 10 Grad vor dem Nulldurchgang wird sichergestellt, daß die Öffnung des Kontaktes in jedem Fall noch vor dem Nulldurchgang erfolgt und dann der Strom bereits so weit abgesunken ist, daß es mit Sicherheit zum Erlöschen des Lichtbogens kommt.Speed of the contacts is determined. By choosing the correct time for mechanical movement and a response excitation based on it, which can be influenced by the series resistor, can do that Opening of the one and thus inevitably also the closing of the other contact in a defined manner Specify the period. This defined period of time must be before the AC voltage crosses zero. It it is based on experience that in an alternating current circuit the arc occurs in the first zero crossing the tension disappears. By choosing the time range 20 degrees to 10 degrees before the zero crossing it is ensured that the opening of the contact takes place in any case before the zero crossing and then the current has already dropped so far that the arc is definitely extinguished.
Eine Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, daß der Vorwiderstand aufgeteilt wird in einen Widerstand und einen Kaltleiter. Hierdurch wird vermieden, daß ein bei Störungen auftretender länger anhaltender Stromfluß durch die Relaisspule diese sowie den Vorwiderstand überlastet.A further development of the subject matter of the invention provides that the series resistor is divided into one Resistor and a PTC thermistor. This avoids the problem of a longer-lasting Current flow through the relay coil overloads this and the series resistor.
Von besonderem Vorteil ist es, eine Freilaufdiode parallel zur Relaisspule anzuordnen. Hierdurch wird der Relaisanker einerseits sicher gehalten, so daß Brummgeräusche vermieden werden, andererseits wird aber auch eine Halbwelle unterdrückt. Durch die Halbwellenunterdrückung wird zusätzlich erreicht, daß die Erregung der Relaisspule nur in der positiven Halbwelle erfolgen kann. Alle durch das Schaltglied ausgelösten Ansteuerungen des Relais, die während der negativen Halbwelle anfallen, können sich damit erst im Spannungsnulldurchgang für die positive Halbwelle auswirken. Bei mindestens 50% aller Einschaltungen fällt somit die Erregung auf den gleichen Zeitpunkt. Bei einem Einschalten während der positiven Halbwelle kann sich der Zeitpunkt der Erregung zwar leicht, aber in einem nur sehr begrenzten Bereich verschieben.It is particularly advantageous to arrange a freewheeling diode parallel to the relay coil. This will make the Relay armature on the one hand held securely so that humming noises are avoided, but on the other hand also suppressed a half-wave. The half-wave suppression also ensures that the excitation the relay coil can only take place in the positive half-wave. All triggered by the switching element Activations of the relay, which occur during the negative half-wave, can only be released when the voltage crosses zero for the positive half-wave. This means that at least 50% of all switch-ons fall the excitement at the same time. When switching on during the positive half-wave, the The moment of excitement is easy, but only in one move very limited area.
Ebenfalls verbessert werden kann der Gegenstand der Erfindung dadurch, daß das Schaltglied ein Thyristör ist. Über einen Thyristor oder einen Triac kann das Einschalten des Relais elektronisch erfolgen, so daß auch die Möglichkeit besteht einen definierten Einschaltpunkt zu wählen, oder diesen ggf. während der negativen Halbwelle auszulösen.The subject matter of the invention can also be improved in that the switching element is a thyristor is. The relay can be switched on electronically via a thyristor or a triac, so that there is also the option of selecting a defined switch-on point or, if necessary, this during the trigger negative half-wave.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist in der Zeichnung in zwei Ausführungsbeispielen erläutert.The arrangement according to the invention is explained in the drawing in two exemplary embodiments.
Fig. ι zeigt eine Ansteuerschaltung für ein bistabiles Relais mit Vorwiderstand, Freilaufdiode und mit mechanischem Taster.Fig. Ι shows a control circuit for a bistable Relay with series resistor, free-wheeling diode and with mechanical button.
F i g. 2 zeigt eine Ansteuerschaltung für ein bistabiles Relais mit einem elektronischen Schalter.F i g. 2 shows a control circuit for a bistable relay with an electronic switch.
Fig.3 zeigt einen graphischen Ablauf der Vorgänge gemäß den Schaltungsanordnungen nach den F i g. 1 und 2.3 shows a graphical sequence of the processes according to the circuit arrangements according to FIGS. 1 and 2.
Gemäß Fig. 1 fließt in der positiven Halbwelle von der Phase Ph über den mechanischen Taster 1 und über den Vorwiderstand 2 ein Strom gernäß der treibenden sinusförmigen Netzspannung durch die Reiaisspule zum Nulleiter.According to FIG. 1, in the positive half-wave from the phase Ph, a current flows through the relay coil to the neutral conductor via the mechanical button 1 and the series resistor 2.
Unter Berücksichtigung des mechanischen Bewegungsablaufs wird durch eine ausgewählte Bemessung des Vorwiderstandes der Anzugsstrom zu einem Zeitpunkt erreicht, daß das Schließen des Relaiskontaktes 4 bis 20° elektrisch nach dem Nulldurchgang und das Öffnendes Relaiskontaktos4 20° bis 10° elektrisch vordem Nulldurchgang erfolgt.Taking into account the mechanical sequence of movements the starting current at a point in time is determined by a selected dimensioning of the series resistor achieves that the closing of the relay contact 4 to 20 ° electrical after the zero crossing and the opening end Relay contactos4 20 ° to 10 ° electrical before Zero crossing takes place.
Zum thermischen Schutz der Relaisspule 3 sowie des Vorwiderstandes 2 insbesondere bei auftretenden Störungen im Taster ist es sinnvoll, den Vorwiderstand 2 in einen Widerstand 2a und einen Kaltleiter 2ö aufzuteilen. Dadurch wird nach einer bestimmten Zeit der Strom auf einen sehr kleinen Wert begrenzt, wodurch die Wärmeentwicklung sehr gering ist.For thermal protection of the relay coil 3 and the series resistor 2, especially in the event of malfunctions In the button it makes sense to divide the series resistor 2 into a resistor 2a and a PTC thermistor 2ö. As a result, the current is limited to a very small value after a certain period of time, which causes the development of heat is very low.
Während der negativen Halbwelle übernimmt eine zum Relais parallel geschaltete Diode 5 den Strom sowie einen Freilaufstrom, wodurch der Relaisanker sicher gehalten wird und somit keine Brummgeräusche entstehen. Durch diese Maßnahme können aufwendige Kurzschlußringe entfallen.During the negative half-wave, a diode 5 connected in parallel to the relay takes over the current as well a free-wheeling current, whereby the relay armature is held securely and thus no humming noises develop. This measure eliminates the need for complex short-circuit rings.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 herrschen die gleichen Bedingungen wie in Fig. 1, jedoch ist der mechanische Taster 1 durch einen Thyristor 6 ersetzt. Diese Ausbildung erlaubt ein Schalten mit extrem kleinen Steuerströmen in das Gate 6a.In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the same conditions prevail as in FIG. 1, but the mechanical button 1 replaced by a thyristor 6. This training allows switching with extremely small ones Control flows into the gate 6a.
Aus der graphischen Darstellung nach F i g. 3 ist ersichtlich, daß der Relaisspulenstrom in Abhängigkeit der Vorwiderstände ansteigt. Bei Erreichen der Ansprecherregung des Relais beginnt der .lechanische Bewegungsvorgang. From the graph according to FIG. 3 it can be seen that the relay coil current as a function the series resistance increases. When the relay is activated, the mechanical movement process begins.
Dieser ist für das Umschaltverhalten immer gleich, d. h. die Zeiten vom Erreichen der Ansprecherregung bis zum Öffnen des Kontaktes bzw. Schließen des Kontaktes sin:! ebenfalls immer gleich.This is always the same for the switching behavior, i.e. H. the times from reaching the response stimulus until the contact opens or the contact closes sin :! also always the same.
Mit Hilfe dieser Schaltungsanordnungen ist es also möglich, aus der Kombination mechanischer Bewegungsablauf, Erregungswerte der Relaisspule und Vorwiderstand definierte Schaltpunkte zu erreichen. Dadurch werden sehr geringe Schweißneigung, geringer Kontaktverschleiß und wenig Störknacke erzielt.With the help of these circuit arrangements it is possible, from the combination of mechanical movement sequences, To achieve the excitation values of the relay coil and series resistor defined switching points. Through this A very low tendency to weld, low contact wear and few annoying clicks are achieved.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (4)
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