DE4445961A1 - Steuereinheit für elektrische Lasten, insbesondere für Motoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit für elektrische Lasten, insbesondere für Motoren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Es sind bereits Steuereinheiten zum Schalten von Motoren oder sonstigen Ver­ brauchern, die im Rahmen einer Steuerung oder Energieverteilungsanlage verwendet werden, bekannt, bei denen alle Schutz- und Steuerfunktionen in einer Einheit zusammengefaßt sind. Dabei wird entweder für das Schutzschaltgerät und das Betriebsschaltgerät je ein eigenes Kontaktsystem verwendet, oder beide Funktionen werden von einem einzigen Kontaktapparat übernommen. Diese Lösungen sind auch dann relativ aufwendig, wenn nur ein Kontaktapparat verwendet wird. Es sind in diesem Fall nämlich die Funktion eines verklinkten Schalters und die eines Magnetantriebes miteinander zu kombinieren.

Desweiteren hat die Entwicklung zur Verwendung von seriellen Datenleitungen zur Steuerung und Überwachung derartiger Abgangseinheiten geführt. Hierzu befinden sich eine Reihe von Produkten auf dem Markt, die entweder mit getrennten Interface- Einheiten an die Steuerungsbusse angekoppelt werden, oder es werden Geräte mit Teilfunktionen des Abganges (z. B. Motorschutz) zusätzlich mit Einrichtungen zur seriellen Datenkommunikation versehen. Die gleichzeitige Verwendung aller dieser Funktionen und Leistungen kann innerhalb eines Abganges zu erheblichen Kosten führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinheit für elektrische Lasten, insbesondere für Motoren gegenüber den bekannten Steuereinheiten zu verbessern und zu vereinfachen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, alle erforderlichen Steuer- und Überwachungsfunktionen in einer kompakten Baueinheit zusammenzufassen. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Steuereinheit enthält ein Kontaktsystem, das von einem speziellen Magneten betätigt wird. Dieses Magnetsystem ist speziell auf eine sehr schnelle Abschaltung ausgelegt, wobei der Magnet z. B. als Remanenzmagnet aus­ gebildet ist. Zur Kurzschlußstrombegrenzung ist dieses Kontaktsystem mit einem Polymer-Strombegrenzer kombiniert, der allfällig auftretende Kurzschlußströme auf Werte reduziert, welche das Kontaktsystem des Betriebsschaltgerätes unterbrechen kann. Die Ansteuerung des Magneten, die Kurzschlußstromauslösung, die Überstrom­ auslösung im Zusammenhang mit dem Motorschutz, und die Bedienung der seriellen Schnittstelle werden von einer gemeinsamen aus einer Elektronikeinheit bestehenden Steuereinrichtung durchgeführt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles im folgenden näher be­ schrieben. Es zeigen

Fig. 1 Ein Ausführungsbeispiel für eine Steuereinheit einer elektrischen Last und

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Strombegrenzungselementes.

Die Fig. 1 zeigt eine Steuereinheit zum Steuern, Schützen und/oder Überwachen von Abgängen für elektrische Lasten, insbesondere für Motoren in einem Steuerungs- oder Energieverteilungssystem mit nur einem Kontaktsystem 1, welches als doppelt unter­ brechendes System mit in einem Gehäuse 2 angeordneten Lichtbogenlöscheinrich­ tungen 3, 5 ausgelegt ist. Diese Lichtbogenlöscheinrichtungen 3, 5 weisen Lösch­ kammern 7, 9 auf, welche einzelne, z. B. parallel zueinander angeordnete Lichtbogenlöschbleche 11, 13 enthalten. Zum Abführen der Lichtbogenlöschgase sind Auspufföffnungen in dem Gehäuse 2 vorgesehen. Die Doppelkontaktstellen 15, 17 des Kontaktsystems 1 weisen zwei Festkontaktstücke 19, 21 auf, welche mit je einem auf einer beweglichen Kontaktbrücke 27 angeordneten Kontaktstücke 23, 25 zusammen­ wirken. Hierbei werden die Kontaktstücke 23, 25 gegen die beiden Festkontaktstücke 19, 21 gedrückt wird.

Die Festkontaktstücke 19, 21 sind an Leitschienen 29, 31 angebracht, die eine u-förmige Umbiegung 33, 35 aufweisen, wodurch zwei U-Formen gebildet sind, deren offene Seiten voneinander wegweisen. An den den Festkontaktstücken 19, 21 jeweils entgegen gesetzten Schenkeln 37, 39 der u-förmigen Umbiegungen 33, 35 sind Anschlußfahnen 41, 43 angebracht, von denen die eine Anschlußfahne 41 den Strom zu einer Last oder einem Verbraucher, z. B. einem Motor leitet und die andere Anschlußfahne 43 über eine Strombegrenzungseinheit 45 mit dem Netz in Verbindung steht.

Die Kontaktbrücke 27 ist über ein Magnetsystem 47 betätigbar, welches sich oberhalb der Symmetrieebene zwischen den Doppelkontaktstellen, 15, 17 befindet und für eine schnelle Abschaltung ausgelegt ist. Zu diesem Zweck wird der mit der Kontaktbrücke 27 verbundene Anker 49 über einen Magnetkern 51 eines schnellschaltenden Magneten, z. B. eines Remanenzmagneten beaufschlagt. Dieses Magnetsystem 47 enthält in be­ kannter Weise einen Spulenkörper 53 und eine Wicklung 55.

In Reihe mit dem Magnetsystem 47 liegt die Strombegrenzungseinheit 45, die gemäß Fig. 2 aus einem strombegrenzenden Element 57 und einem zu diesem parallel geschalteten Parallelwiderstand 59 besteht. Dieses strombegrenzende Element 57 besteht aus einem leitenden Polymer und wird als CLD-Element bezeichnet. Im Nennstrombereich fließt der vom Netz kommende Strom durch das niederohmige CLD- Element. Sobald ein Kurzschlußstrom auftritt, steigt der Widerstand in dem CLD- Element sehr schnell an, wonach dann der Strom durch den Parallelwiderstand 59 fließt. Dieser Vorgang wird über eine mit dem Magnetsystem 47 und dem strombegrenzenden Element 57 in Wirkverbindung stehende Steuereinrichtung 61 überwacht, welche aus einer Steuerelektronik besteht und über welche alle Steuer- und Schütz- sowie Überwachungsfunktionen steuerbar sind. Diese Steuereinrichtung 61 weist einen Mikro­ prozessor 63 auf, über den die Funktionen Motorschutz, Steuerung des Magneten, lokale Steuerung des Abganges, Bedienung der seriellen Schnittstelle und/oder der Kurzschlußschutz steuerbar sind.

Eine kurze Auslösezeit kann dadurch erreicht werden, daß die Steuereinrichtung 61 zur Erfassung der Kurzschlußsituation die Messung des Stromes und die zeitliche Ableitung des Stromes (di/dt) überwacht. Dieses wird durch Anwendung von differenzierenden Wandlern oder von Wandlern, die im Kurzschlußbereich hoch gesättigt sind, ermöglicht.

Eine weitere Verbesserung der Auslösung wird dadurch erreicht, daß ein in dem Mikro­ prozessor 63 der Steuereinrichtung 61 geführtes Wärmemodell des Motors den Motor­ schutz überwacht, wobei die an diesem Wärmemodell ermittelten Erwärmungszustände des angeschlossenen Motors als Auslösekriterium dienen.

In vorteilhafter Ausgestaltung regelt die Steuereinrichtung 61 den zur Ansteuerung des Magneten 47 erforderlichen Anzugsstrom derart, daß der Strom der erforderlichen Kraftbelastung angepaßt ist.

In einem Gehäuseteil 65 sind an der Frontseite des Schaltgerätes Bedienelemente angeordnet. Dazu gehören Skalen zur Einstellung der Parameter der Abgangseinheit sowie Anzeigen, die Auskunft über Status und Funktionen geben, und weiterhin Bedienelemente (Taster) und Anschlüsse für die Hilfsspannungen.

Für die Auslösung im Kurzschlußfall können bedarfsweise statt als Mikroprozessor 63 auch Analog-Schaltkreise verwendet werden. Auch kann der schnellschaltende Magnet aus einem Drehmagneten bestehen.

Claims (6)

1. Steuereinheit zum Steuern, Schützen und/oder Überwachen von Abgängen für elektrische Lasten, insbesondere für Motoren in einem Steuerungs- oder Energieverteilungssystem mit nur einem Kontaktsystem gekennzeichnet durch

• - einen schnellschaltenden Magneten als Antrieb für das Kontaktsystem (1),
• - ein mit dem Kontaktsystem (1) in Reihe geschaltetes Polymer-Strombe­ grenzungselement (45) und
• - eine gemeinsame aus einer Elektronikeinheit bestehenden Steuerein­ richtung (61), über die alle Steuer- und Schutz- sowie Überwachungs­ funktionen steuerbar sind.

2. Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerein­ richtung (61) einen Mikroprozessor (63) aufweist, über den die Funktionen Motorschutz, Steuerung des Magneten, lokale Steuerung des Abganges, Bedienung der seriellen Schnittstelle und/oder der Kurzschluß steuerbar sind.

3. Steuereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (61) zur Erfassung der Kurzschlußsituation die Messung des Stromes und die zeitliche Ableitung des Stromes (di/dt) überwacht.

4. Steuereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein in dem Mikroprozessor (63) der Steuereinrichtung geführtes Wärmemodell des Motors den Motorschutz überwacht, wobei die an diesem Wärmemodell ermittelten Erwärmungszustände des angeschlossenen Motors als Auslösekriterium dienen.

5. Steuereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (61) den zur Ansteuerung des Magneten erforderlichen Anzugsstrom derart regelt, daß der Strom der erforderlichen Kraftbelastung angepaßt ist.

6. Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der schnellschaltende Magnet ein Remanenzmagnet ist.