DE2940543A1 - Kontaktloses halbleiterkoppelrelais - Google Patents

Description

• Kontaktioses Halbleiterkoppelrelais
• Die Erfindung betrifft ein kontaktloses Halbleiterkoppelrelais nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Die Verwendung von Thyristoren als Schalter und Steller ist bekannt (BBC Handbuch Silizium Stromrichter; SCR-Manual, General Electric). In der Wartentechnik sind die von den Schalt geräten der Energietechnik geforderten Betätigungsströme bisher über mechanische Roppelrelais gesteuert und geschaltet worden. In der Regel handelt es sich um Betätigungsgleichströme, die vom jeweiligen Schaltgerät nach erfolgter Schalthandlung selbst abgesteuert werden. Solche mechanischen Relais sind jedoch störanfällig.
• Die Aufgabe besteht daher darin, ein Halbleiterkoppelrelais zu schaffen, das es gestattet, die insbesondere für Energietechnik und Energieverteilung vorkommenden Geräte, wie Schalter und Ventile, direkt mit den in der Nachrichtentechnik und Informatik vorkommenden digitalen Befehlsausgänge zu koppeln. Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale gelöst.
• Anhand-von Zeichnungen wird im folgenden die Erfindung näher erläutert.
• In Fig. 1 ist das kontaktlose Halbleiterkoppelrelais dargestellt und seine Verbindung mit dem Steuerstromkreis und dem Betätigungsstromkreis. In diesem Ausführungsbeispiel ist als Signalgeber und Signalempfänger ein Ubertrager mit seiner Primär- und seiner Sekundärwicklung dargestellt. Als Signalgeber und Signalempfänger können jedoch auch optoelektronische Elemente verwendet werden.
• Ein Thyristor V 1 wird potentialgetrennt über einen induktiven Übertrager U 1 von der Verknüpfungslogik direkt gezündet und durch den Hilfskontakt K1 des Schaltgerätes Q 1 stromlos gemacht. Das Schaltgerät Q 1 hat währenddessen seine Stellung geändert und durch die Offnung seines Hilfskontaktes den Thyristor V 1 wieder gelöscht.
• In Fig. 2 ist die Schaltung für die Ein- und Aus-Funktion dargestellt. Dabei haben die Hilfskontakte K1, E2 divergente Stellung und geben damit die Schaltfolge EIN-AUS-EIN frei.
• Für erdfreie Betätigungsstromkreise lassen sich positive und negative Pfade auch 2-polig schalten. es genügt nach Fig. 3 für den negativen Pfad ein gemeinsamer Thyristor für zwei oder mehrere positive Pfade. Die Verknüpfung der Primärseiten der übertrager ist eine UND-Verknüpfung.
• Die Verwendung von Halbleiterkoppelrelais als parallel geschaltete Pumpverhinderungsrelais erfordert in den Betätigungskreisen für Schaltgeräte besondere Maßnahmen.
• An die Stelle der Impuls zündung der Thyristoren wird eine Gleichstromzündung erforderlich, wobei die Bedingung (1) gelten muß: IerrP < 1HTh (1) IBet X IHTh Es sind: IerrP = Erregersom des Pumpverhinderungsrelais IHTh = Thyristorhaltestrom IBet = Betätigungsstrom des Schaltgerätes.
• Für die Gleichstromzündung sind induktiv und optisch galvanisch getrennte Schaltungen bekannt.
• Die in der Starkstromtechnik auftretenden starken elektromagnetischen Felder können jedoch zu ungewollten Zündungen führen.
• In Fig. 4 ist eine Schaltung dargestellt, durch die eine vorzeitige Zündung verhindert wird. Je nach Ausmaß der vorkommenden Störfelder dienen RC-Glieder (R11, C7, R12, C8) zur Zündverzögerung.
• Die parallel zu den Steuerungs- und Betätigungskreisen geschalteten Leuchtdioden D1 - D4 nebst Vorwiderständen R1 R R4 signalisieren die Schaltvorgänge. Für die Signalisierung der Betätigungsstromkreise gilt die Bedingung (2) IDn <1HTh (2) Es sind: IDN = Leuchtdiodendurchlaßstrom IHTh = Thyristorhaltestrom.
• Die an die Klemmen A2, A4 gelegte Steuergleichspannung lädt über ein RC-Glied R12, C8 zeitverzögert einen gondensator C4. Der Ladeimpuls wird über Ubertrager U3, U2 auf die Gate-Kathodenstrecke der Thyristoren V5, V3 über tragen. Die an Eingänge A8, A1o angelegte Betätigungsgleichspannung wird auf Eingänge A7, A9 aufgeschaltet und betätigt die nicht verriegelte Betätigungsspule "EIN".
• Die Leuchtdiode D2 leuchtet, solange die Steuerspannung an den Eingängen A2, A4 anliegt.
• Die Leuchtdiode D4 leuchtet nach Zündung der Thyristoren V5, V3 und wird mit Absteuerung des "EIN"-Betätigungsstromes dunkel. Die Thyristoren V5, V3 bleiben stromlos und lassen sich erst nach erneuter Freigabe durch den Absteuerkontakt, d. h. nach der Betätigung "AUS" wieder zünden.
• Das Ausschalten geschieht analog durch die Zündung der Thyristoren V1, V3.
• Besondere Beachtung verdient die Beschaltung der meist induktiven Last Z: Z = RL + jwL Der Anteil R an Z muß ausreichend sein, um während des Stromanstiegs an Z iZ (t) = U (l - e t) = L RL T, T RL den Thyristorhaltestrom IHTh während der Zündimpulsdauer TZ zu überschreiten.
• TZ = f (R 12, C8, C4).
• Hierfür ist es notwendig, der induktiven Last Z gegebenenfalls einen Widerstand R parallel zu schalten. Der Gesamtstrom i (t) wird dann U U -t L i (t) = + (l - e ), T = R RL T RL Dabei muß für die Konstante U/R gelten: U R > IHTh Die gleiche Wirkung, mit dem zusätzlichen Fortfall der Verlustleistung in der Beschaltung bringt das Parallelschalten eines Kondensators C mit Z = 1 j#C Die im Zündzeitpunkt sich addierenden Einschwingströme iG = iC + iL haben bei geeigneter Dimensionierung von C Ohmsches Verhalten.
• Die Zuschaltung von Freilaufdioden verhindert Spannungsspitzen im Absteuermoment.
• Fig. 5 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel eine Schaltung mit Transistoren und optischen Kopplern.
• Das Halbleiterkoppelrelais nach der Erfindung ist für alle bekannten genormten Steuer- und Betätigungsgleichspannungen geeignet.
• Direkter TTL-, CMOS- oder P-Steueranschluß ist möglich.
• Alle bekannten Betätigungsspannungen lassen sich durch einen einzigen Thyristor und Ubertragungstyp schalten.
• Ein übergeordneter ttberstromzeitschutz erkennt Fehler in der Koppelschaltung und im Schaltgerät und schützt vor Folgeschäden in Betätigungsstromkreisen.
• Das System wird damit umfassend sicher und erfüllt VDE o160.
• Die Verwendung eines kontaktlosen Halbleiterkoppelrelais zur Trennung von Potentialen, Spannungsebenen usw. ist außerordentlich einfach und damit preiswert.
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Claims (5)

1. Patentansprüche 9 Eontaktloses Halbleiterkoppelrelais zur Kopplung von Schwachstrom-Steuerkreisen und Starkstrom-Betätigungskreisen, dadurch gekennzeichnet, daß im Schwachstrom-Steuerkreis ein Signalgeber liegt und im Starkstrom-Betätigungskreis ein Signalempfänger, der mit dem Steueranschluß eines Thyristors verbunden ist.
2. 2. Halbleiterkoppelrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Signalgeber und Signalempfänger die Wicklungen eines induktiven Ubertragers sind.
3. 3. Halbleiterkoppelrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Signalgeber und Signalempfänger optoelektronische Elemente sind.
4. 4. Halbleiterkoppelrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Thyristor eine rückwärtssperrende Thyristortriode ist.
5. 5. Halbleiterkoppelrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Thyristor von einem Hilfskontakt eines Schaltgerätes löschbar ist.