DE29909904U1

DE29909904U1 - Antriebssteuerung

Info

Publication number: DE29909904U1
Application number: DE29909904U
Authority: DE
Original assignee: Moeller GmbH
Current assignee: Eaton Industries GmbH
Priority date: 1999-06-08
Filing date: 1999-06-08
Publication date: 1999-09-30
Anticipated expiration: 2009-06-09

Description

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Beschreibung Antriebssteuerung

Die Erfindung betrifft eine elektronische Antriebssteuerung für einen Magnetantrieb nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.

Aus der EP 0 789 378 A1 ist bereits ein Schütz mit einer gattungsgemäßen Steuerung bekannt. Bei dieser Steuerung wird einem Schalttransistor während des Anzugvorganges (Schließvorgang der Schützkontakte) das ungesteuerte Signal der Eingangsspannung zugeführt. Um die entstehende Verlustleistung zu reduzieren, wird nach erfolgtem Schließvorgang der Schützkontakte der Schalttransistor über eine Pulsweitenmodulation angesteuert, und so der Spulenstrom im Haltebetrieb auf einem möglichst niedrigen Wert gehalten.

Derartige Steuerungen haben sich in der Vergangenheit bereits bewährt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerung zu schaffen, die hinsichtlich der von ihr erzeugten Verlustleistung optimiert ist.

Ausgehend von einer Steuerung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.

Durch den Aufbau einer gattungsgemäßen Steuerung mit zwei separaten elektronischen Schaltern, wobei den Betriebsphasen "Anzugsbetrieb" und "Haltebetrieb" jeweils ein elektronischer Schalter mit, im Hinblick auf die jeweilige Betriebsart, optimierten Eigenschaften zugeordnet ist, wird das Verlustleistungsverhalten der Schaltungsanordnung deutlich optimiert. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der, dem Anzugsbetrieb zugeordnete Schalter, ein IGBT und der, dem Haltebetrieb zugeordnete

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Schalter, ein Leistungsfeldeffekttransistor. Der IGBT besitzt eine, im Vergleich zum Leistungsfeldeffekttransistor, bei hoher Sperrspannung eine sehr hohe Stromtragfähigkeit, so daß dieser für das Einschalten einer Schützspule in einem sehr großen Eingangsspannungsbereich geeignet ist. Ein Leistungsfeldeffekttransistor ist allerdings für das Schalten (Anzugsbetrieb) von sehr großen Schützantrieben ungeeignet, da er, bei hoher Sperrspannung, eine zu niederige Stromtragfähigkeit besitzt. Dafür eignet sich dieser allerdings für den Schaltbetrieb mit hohen Schaltfrequenzen, also für den Haltebetrieb eines Schützes, bei welchem, bei hohen Eingangsspannungen eine hohe Schaltfrequenz, beziehungsweise ein sehr kleines Pulsweitenmodulationsverhältnis, erforderlich ist, um einen im wesentlichen konstanten mittleren Spulenstrom und damit eine optimierte Verlustleistung zu realisieren. Der IGBT hingegen, ist für derartig hohe Schaltfrequenzen ungeeignet. Eine Kombination der beiden Schalter gemäß der Erfindung bringt die beschrieben Vorteile.

Darüber hinaus kann durch entsprechend hohe Schaltfrequenzen (insbesondere >20kHz) im Haltebetrieb die Geräuschentwicklung des Magnetantriebes minimiert werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden, anhand einer einzigen Figur erläuterten Ausführungsbeispiel. Diese Figur zeigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einer bevorzugten Ausführungsform.

Gemäß der Figur umfaßt die erfindungsgemäße Antriebssteuerung eine elektronische Schalteinrichtung zum Schalten einer Antriebsspule 2 eines Schützes, die mittels eines Pulsweitenmodulators 4 angesteuert wird. Dabei weist die Schalteinrichtung einen ersten elektronischen Schalter 6 zum Schalten des Anzugsstroms und einen zweiten elektronischen Schalter zum Schalten des Haltestroms auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei parallelgeschaltete Strompfade mit einem ersten, einem ersten Strompfad (für Anzugsbetrieb) zugeordneten, und mit einem zweiten, einem zweiten

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Strompfad (für Haltebetrieb) zugeordneten, elektronischen Schalter 6, 8 vorhanden. Die Schalter 6, 8 werden je nach Betriebsart automatisch ausgewählt und über eine strom- oder spannungsgeführte Pulsweitenmodulation angesteuert. Der Pulsweitenmodulator 6 ist vorzugsweise Bestandteil eines Mikroprozessors. Der Antriebsspule 2 ist eine Freilaufdiode 10 bzw. ein Freilaufkreis parallelgeschaltet. Unter Berücksichtigung der hohen Spulenströme während des Anzugbetriebes des Magnetantriebes, wird für den Anzugsstrompfad vorzugsweise ein IGBT-Halbleiterschalter verwendet. Dieser Schalter ist allerdings für kürzere Schaltzeiten (hohe Schaltfrequenzen beziehungsweise kleines Pulsweitenverhältnis) ungeignet. Aus diesem Grund wird in dem Haltestrompfad ein Leistungsfeldeffekttransistor verwendet, der die im Haltebetrieb erforderlichen kurzen Schaltzeiten ermöglicht. Auf diese Weise werden die Schaltverluste von Antriebssteuerung und Antriebsspule 2 möglichst gering gehalten.

Ausgehend von einem Ruhezustand des Magnetantriebs und der diesen ansteuernden Antriebssteuerung wird der Magnetantrieb durch Anlegen einer Eingangsspannung Ue über die Antriebssteuerung angesteuert. Hierdurch wird der erste elektronische Schalter 6 über einen Pulweitenmodulator 4 angesteuert und so der Schließvorgang von Schaltkontakten eines Schützes initiiert. Nach einer über den Mikrocontroller festgelegten Zeit, nachdem der Magnetantrieb unter vorgegebenen Bedingungen (z.B. strom- oder spannungsgeführte Ansteuerung) sicher durchgeschaltet hat, wird der Erregerstrom der Antriebsspule 2 von dem hohen Antriebsstrom auf den, um einen Faktor sieben bis zwölf geringeren Haltestrom umgeschaltet. Hierfür wird der Haltestroms der Antriebsspule 2, dieser, über den elektronischen Schalter 8 des Haltekreises zugeführt. Zur Reduzierung der Verlustleistung ist es erforderlich, die Zeitvorgabe für die Umschaltung vom Anzugstrom auf den Haltestrom so kurz, und der Haltestrom so niedrig wie möglich zu halten. Dafür sind die Grenzen so zu wählen, daß die Funktionssicherheit des Schützes jederzeit gewährleistet ist.

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Desweiteren wird die Antriebsspule im Haltebetrieb vorzugsweise mit einer Frequenz (ab 20 kHz) angesteuert, die für das menschliche Gehör nicht wahrnehmbar ist. Für den nur kurzzeitig andauernden Anzugsvorgang ist die Frequenz bezüglich der Geräuschentwicklung nicht von Interesse, da die, durch niedrigen Frequenzen verursachten Geräusche durch die Geräusche der Antriebsmechanik überdeckt werden.

Claims

1. Elektronische Antriebssteuerung für einen Magnetantrieb eines Schütz, mit einem PWM (4) für die Ansteuerung einer elektronischen Schalteinrichtung zum Schalten einer Antriebsspule (2), dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung einen ersten elektronischen Schalter (6) zum Schalten des Anzugstroms der Antriebsspule (2) und einen zweiten elektronischen Schalter (8) zum Schalten des Haltestroms der Antriebsspule (2) aufweist.

2. Antriebssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste elektronische Schalter (6) ein Halbleiterschalter mit hoher Stromtragfähigkeit, insbesondere ein IGBT, ist.

3. Antriebssteuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite elektronische Schalter (8) ein Halbleiterschalter für hohe Schaltfrequenzen, insbesondere ein Leistungsfeldeffekttransistor, ist.

4. Antriebssteuerung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schalter (6, 8) in parallelgeschalteten Strompfaden angeordnet sind.