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Die Erfindung betrifft eine Mehrkreis-Steuervorrichtung zum
häufigen Öffnen/Schließen von vielen
Beleuchtungs-Abzweigschaltungen oder dergleichen.
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Eine Schaltungs-Steuervorrichtung ist in FR-A-2 563 394
angegeben, die einen Hauptkontakt aufweist, der mit einer
Stromquelle verbunden ist. Eine einen Elektromotor
aufweisende Last ist mit dem Hauptkontakt über eine Vielzahl von
Halbleiter-Schaltgeräten verbunden, die jeweils in Reihe mit
dem Hauptkontakt geschaltet sind. Eine Steuerschaltung
schließt den Hauptkontakt, bevor sie die
Halbleiter-Schaltgeräte aufgrund von ihnen zugeführten
Einschalt-Befehlssignalen einschaltet. Außerdem wird der Hauptkontakt erst
geöffnet, nachdem die Halbleiter-Schaltgeräte aufgrund eines
Ausschalt-Befehlssignals ausgeschaltet worden sind.
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Fig. 6 ist ein Verbindungsschema, das eine andere
herkömmliche Mehrkreis-Steuervorrichtung zeigt, die im Patentblatt
von JP-A-62-193481 beschrieben ist. In Fig. 6 weist eine
Vielfachschaltung 100 eine Vielzahl (z. B. vier) von
ferngesteuerten Relais 3A, 3B, 3C und 3D auf, von denen jedes
einen Hauptkontakt 35 zum Öffnen und Schließen eines
Laststromkreises (nicht gezeigt) hat, der damit verbunden ist.
Diese ferngesteuerten Relais 3A, 3B, 3C und 3D sind jeweils
mit vier Fernbetätigungsschaltern 6A, 6B, 6C und 6D über
eine Stromquelle 7 verbunden, so daß eine
Mehrkreis-Steuervorrichtung gebildet ist, bei der jedes ferngesteuerte
Relais 3A, ..., 3D durch einen entsprechenden
Fernbetätigungsschalter 6A, ..., 6D gesteuert wird.
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Fig. 7 ist ein Schaltbild, das nur die Schaltungsanordnung
des ferngesteuerten Relais 3A und des
Fernbetätigungsschalters 6A in Fig. 6 zeigt.
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In dem ferngesteuerten Relais 3A ist ein Ende einer
Betätigungsspule 31 mit der Stromquelle 7 verbunden, und das
andere Ende ist mit der Kathode einer Diode 32 und mit der Anode
einer Diode 33 verbunden. Die Anode der Diode 32 und die
Kathode der Diode 33 sind mit einem Wechsler 34 verbunden.
Dieser Wechsler 34 stellt bei jeder Umkehrerregung der
Betätigungsspule 31 alternierend eine Verbindung mit einer der
Dioden 32 und 33 her. Der Hauptkontakt 35, der mit dem
Laststromkreis zu verbinden ist, stellt den Kontakt aufgrund der
alternierenden Schaltzustände des Wechslers 34 her bzw.
unterbricht ihn.
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In dem Fernbetätigungsschalter 6A sind die Anode einer Diode
61 und die Kathode einer Diode 62 mit dem Wechsler 34 des
ferngesteuerten Relais 3A verbunden, und die Kathode der
Diode 61 und die Anode der Diode 62 sind mit der Stromquelle
7 über Schalter 63a bzw. 63b verbunden. Die Kathode einer
Diode 65 ist mit dem Wechsler 34 über einen Widerstand 64
verbunden, und die Anode der Diode 65 ist mit der Kathode
einer LED 66 verbunden. Die Anode einer Diode 68 ist
ebenfalls mit dem Wechsler 34 über einen Widerstand 67
verbunden, und die Kathode der Diode 68 ist mit der Anode einer
LED 69 verbunden. Sowohl die Anode der LED 66 als auch die
Kathode der LED 69 sind mit der Stromquelle 7 verbunden.
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Als nächstes wird der Betrieb des oben angegebenen
Fernbetätigungsschalters 6A und des ferngesteuerten Relais 3A
beschrieben.
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In einem in Fig. 7 gezeigten Zustand fließt Strom in einem
geschlossenen Kreis, der die Stromquelle 7, die LED 66, die
Diode 65, den Widerstand 64, den Wechsler 34, die Diode 32
und die Betätigungsspule 31 umfaßt. Der Stromfluß wird
aufgrund der Anwesenheit der Dioden 65 und 32 nur in einer
Richtung zugelassen, und die LED 66 emittiert Licht. Da der
Strom von dem Widerstand 64 begrenzt wird, reicht die
Erregung der Betätigungsspule 31 nicht aus, um den Wechsler 34
zu betätigen. Wenn aus diesem Zustand heraus der Schalter
63b geschlossen wird, fließt Strom durch den Schalter 63b,
die Diode 62, den Wechsler 34, die Diode 32 und die
Betätigungsspule 31. Da dieser Strom von keinem Widerstand
begrenzt wird, wird die Betätigungsspule 31 ausreichend
erregt, so daß die Umschaltbewegung des Wechslers 34 bewirkt
wird. Daher schaltet der Wechsler 34 augenblicklich die
Verbindung von dem Pol 34b zu einem Pol 34a um, und
gleichzeitig öffnet der Hauptkontakt 35. Sobald der Wechsler 34
die Verbindung mit dem Pol 34a hergestellt hat, wird der
Stromfluß aufgrund des Polaritätswechsels der Diode 33
unterbrochen. In diesem Zustand fließt Strom in einem
geschlossenen Kreis, der die Stromquelle 7, die
Betätigungsspule 31, die Diode 33, den Wechsler 34, den Widerstand 67,
die Diode 68 und die LED 69 umfaßt. Der Stromfluß wird
aufgrund der Anwesenheit der Dioden 33 und 68 nur in einer
Richtung zugelassen, und die LED 69 emittiert Licht. Da der
Strom durch den Widerstand 67 begrenzt wird, reicht die
Erregung der Betätigungsspule 31 nicht aus, um den Wechsler
34 zu betätigen. Wenn aus diesem Zustand heraus der Schalter
63a geschlossen wird, fließt Strom durch die
Betätigungsspule 31, die Diode 33, den Wechsler 34, die Diode 61 und
den Schalter 63a. Da dieser Strom von keinem Widerstand
begrenzt wird, wird die Betätigungsspule 31 ausreichend
erregt, was die Umschaltbewegung des Wechslers 34 bewirkt.
Somit schaltet der Wechsler 34 augenblicklich die Verbindung
von dem Pol 34a zu dem Pol 34b um, und gleichzeitig schließt
der Hauptkontakt 35. Sobald der Wechsler 34 die Verbindung
mit dem Pol 34b herstellt, fließt der Strom wegen des
Polaritätswechsels der Diode 32 nicht mehr, so daß der
Ausgangszustand gemäß Fig. 7 wieder hergestellt ist.
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Der obige Steuervorgang wird im wesentlichen in nur einer
Schleife ausgeführt, wobei zwei Leiter mit dem
Fernbetätigungsschalter 6A verbunden sind, indem die jeweiligen
Halbwellen der Wechselstromquelle 7 als zwei Richtungssignale
genutzt werden. Das ist als die "Zweileiter"-Steuermethode
bekannt.
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Bei der oben angegebenen herkömmlichen
Mehrkreis-Steuervorrichtung ist der Hauptkontakt 35 ein mechanischer
Kontakt, der von der von der Betätigungsspule 31 erzeugten
elektromagnetischen Kraft mechanisch betätigt wird. Da die
Betätigungsspule 31 eine vergleichsweise große Energiemenge
benötigt, um eine solche elektromagnetische Kraft zu
erzeugen, ist der für die Steuerung von vielen Schaltkreisen wie
etwa die Beleuchtungs-Abzweigschaltungen notwendige
Gesamtenergiebedarf hoch. Die Stromquelle 7, die die Energie nur
für die Steuerung liefert, muß daher große Kapazität haben.
Das ist natürlich im Hinblick auf die Einsparung von Energie
nachteilig.
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Zur Einsparung von Energie könnte man den mechanischen
Kontakt durch ein Halbleitergerät wie etwa ein Halbleiterrelais
ersetzen. Die Anwendung des Halbleitergeräts führt jedoch zu
einem anderen schwerwiegenden Problem, daß nämlich die
Isolation zwischen der Hauptleitung (Stromquelle) und der
Sekundärleitung (Last) des Halbleitergeräts nicht
zuverlässig ist. Der Grund dafür ist Kriechstrom durch das
Halbleitergerät oder eine Schutzschaltung wie etwa eine
Überspannungsschutzschaltung, die parallel mit dem Halbleitergerät
vorgesehen ist. Wenn also selbst nach beendetem Öffnen des
Schaltkreises ein Bediener die Sekundärleitung mit den
Fingern berührt, trifft ihn unerwartet ein elektrischer
Schlag. Außerdem könnte der Kriechstrom zu einem Unfall wie
etwa einem Brand führen. Unter diesen Umständen ist es in
der Praxis schwierig, Halbleitergeräte anstelle der
mechanischen Kontakte zu verwenden.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer
Mehrkreis-Steuervorrichtung, die sehr lange Lebensdauer und
hohe Isolationsfähigkeit der Ausschaltzeit hat und die zum
Betrieb erforderliche Energie verringert.
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Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe wird durch die Erfindung
eine Mehrkreis-Steuervorrichtung gemäß der Definition in
Patentanspruch 1 bereitgestellt.
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Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus der nachstehenden
detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen in
Verbindung mit den Zeichnungen.
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Fig. 1 ist ein Einphasen-Netzschema, das eine Mehrkreis-
Steuervorrichtung in einer Ausführungsform der
Erfindung zeigt;
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Fig. 2 ist ein Schaltbild, das Verbindungen zwischen der
Mehrkreis-Steuervorrichtung 10 von Fig. 1 und
vier Fernbetätigungsschaltern 6A, . .., 6D zeigt;
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Fig. 3 ist ein Schaltbild, das einen internen
Schaltkreis eines elektromagnetischen Schalters 12 von
Fig. 1 zeigt;
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Fig. 4(a)
und 4(b) sind Schaltbilder, die zwei Arten eines internen
Schaltkreises des Fernbetätigungsschalters 6A in
Fig. 2 zeigen;
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Fig. 5 ist ein Diagramm, das jeden Ein- oder
Ausschaltzustand eines Hauptkontakts 125 und einer
Vielzahl von Triacs 13a, ..., 13d in Fig. 2 zeigt;
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Fig. 5a ist ein Flußdiagramm, das von einem Mikrocomputer
152 in Fig. 1 auszuführen ist;
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Fig. 6 ist ein Schaltbild, das die herkömmliche
Mehrkreis-Steuervorrichtung zeigt;
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Fig. 7 ist ein Schaltbild, das die aus Fig. 6
herausgelöste herkömmliche Zweileiter-Steuerschaltung
zeigt.
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Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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Fig. 1 ist ein Einphasen-Netzschema, das eine Mehrkreis-
Steuervorrichtung 10 zeigt. Die Mehrkreis-Steuervorrichtung
10 umfaßt einen elektromagnetischen Schalter 12, eine
Mehrzahl (z. B. vier) Halbleiter-Schaltgeräte 13a, 13b, 13c, 13d
und eine Steuerschaltung 15 und hat einen Hauptanschlußpunkt
11, vier sekundäre Anschlüsse 14a, 14b, 14c, 14d und vier
Steueranschlüsse 16a, 16b, 16c, 16d mit einem gemeinsamen
Anschlußpunkt 17. Ein Hauptkontakt 125 des
elektromagnetischen Schalters 12 ist mit dem Hauptanschlußpunkt 11
verbunden, und jeder Triac 13a, 13b, 13c und 13d ist mit dem
Hauptkontakt 125 des elektromagnetischen Schalterse 12 in
Reihe geschaltet. Sekundäre Leitungen der Triacs 13a, 13b,
13c und 13d sind mit den sekundären Anschlüssen 14a, 14b,
14c und 14d verbunden. Ein Steuerbereich 12a des
elektromagnetischen Schalters 12 und Steuerleitungen der Triacs 13a,
..., 13d sind mit der Steuerschaltung 15 verbunden, die
Signale von den Steueranschlüssen 16a, ..., 16d und ihrem
gemeinsamen Anschlußpunkt 17 empfängt. Der
Hauptanschlußpunkt 11 ist mit einer Hauptstromversorgung (nicht gezeigt)
verbunden, und die sekundären Anschlüsse 14a, ..., 14d sind
mit jeweiligen Verbrauchern wie Beleuchtungseinrichtungen
verbunden.
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Die Steuerschaltung 15 besteht aus einer Engangssignal-
Verarbeitungsschaltung 151, einem Mikrocomputer 152, einer
Gatesteuerschaltung 153, einer Stromversorgungsschaltung
154, einer Schaltersteuerschaltung 155 und einer Vielzahl
von Dioden 156a, ..., 156d. Eingangssignale, die von dem
Fernbetätigungsschalter 6A, ..., 6D kommen, werden dem
Mikrocomputer 152 durch die
Eingangssignal-Verarbeitungsschaltung 151 zugeführt. Der Mikrocomputer 152
berücksichtigt die momentanen Ein/Ausschaltzustände des
Hauptkontakts 125 und der Triacs 13a, ..., 13d und liefert
Steuersignale an die Gatesteuerschaltung 153 und die
Schaltersteuerschaltung 155, so daß dadurch die Triacs 13a, ...,
13d bzw. der elektromagnetische Schalter 12 gesteuert
werden. Vier Dioden 156a, ..., 156d sind vorgesehen, um an die
Steueranschlüsse 16a, ..., 16d gelieferte Signale
voneinander zu trennen.
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Fig. 2 ist ein Schaltbild, das Verbindungen zwischen der
vorgenannten Mehrkreis-Steuervorrichtung 10 und vier
Fernbetätigungsschaltern 6A, ..., 6D zeigt, die jeweils zwei
Anschlüsse 601x und 602x (x = a, b, c, d) für die
Zweileitersteuerung haben. Die Anschlüsse 602x (x = a, b, c, d)
sind jeweils mit den Steueranschlüssen 16a, 16b, 16c und 16d
verbunden. Die Triacs 13a, ..., 13d werden durch die
jeweiligen Fernbetätigungsschalter 6A, ..., 6D ein- oder
ausgeschaltet.
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Fig. 3 ist ein Schaltbild, das einen inneren Schaltkreis des
elektromagnetischen Schalters 12 zeigt, der aus dem
Hauptkontakt 125 und dem Steuerbereich 12a besteht. In Fig. 3
sind die Kathode einer Diode 121, die Anode einer Diode 122
und ein Ende einer Betätigungsspule 124 mit der
Steuerschaltung 15 (Fig. 1) verbunden. Das andere Ende der
Betätigungsspule 124 ist mit einem gemeinsamen Anschlußpunkt
eines Wechslers 123 verbunden, der bei jeder
Erregungsumkehrung der Betätigungsspule 124 alternierend eine
Verbindung mit einer der Dioden 121 und 122 herstellt. Der
Hauptkontakt 125 wird ebenfalls von der Betätigungsspule 124
betätigt, um aufgrund des jeweils wechselnden Zustands des
Wechslers 123 einen Kontakt herzustellen bzw. zu
unterbrechen. Wenn also der Wechsler 123 die Verbindung mit der
Diode 121 herstellt, wie Fig. 3 zeigt, wird der Hauptkontakt
125 geöffnet. Wenn der Wechsler 123 die Verbindung mit der
Diode 122 herstellt, wird der Hauptkontakt 125 geschlossen.
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Die Fig. 4(a) und 4(b) sind Schaltbilder, die zwei Arten
eines inneren Schaltkreises beispielsweise des
Fernbetätigungsschalters 6A zeigen. Die übrigen
Fernbetätigungsschalter 6B, ..., 6D haben den gleichen inneren Schaltkreis
wie der Fernbetätigungsschalter 6A. In Fig. 4(a) sind die
Anode einer Diode 61 und die Kathode einer Diode 62 mit dem
Anschlußpunkt 601a verbunden. Ein Ende eines Schalters 63a
bzw. ein Ende eines Schalters 63b ist mit den Dioden 61 bzw.
62 verbunden, und die beiden anderen Enden der Schalter 63a
und 63b sind mit dem Anschlußpunkt 602a verbunden. Ein
Widerstand 64 ist zwischen die Anschlußpunkte 601a und 602a
geschaltet.
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Bei einer anderen Schaltung gemäß Fig. 4(b) sind die Dioden
61, 62 und die Schalter 63a, 63b auf ähnliche Weise wie oben
vorgesehen. Außerdem sind zwischen den Anschlußpunkten 601a
und 602a Betriebsanzeigekreise vorgesehen. Dabei ist die
Anode einer LED 66 mit dem Anschlußpunkt 602a über einen
Widerstand 64 verbunden, und ihre Kathode ist mit dem
Anschlußpunkt 601a verbunden. Die Kathode einer LED 69 ist mit
dem Anschlußpunkt 602a verbunden, und ihre Anode ist über
einen Widerstand 67 mit dem Anschlußpunkt 601a verbunden.
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Als nächstes wird der Betrieb der vorstehenden
Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 beschrieben. Fig.
5 ist ein Diagramm, das jeden Ein- oder Ausschaltzustand des
Hauptkontakts 125 und der Triacs 13a,..., 13d zeigt. Ein
Zeitdiagramm "M" bezeichnet einen Ein- oder Ausschaltzustand
des Hauptkontakts 125, und Zeitdiagramme A, B, C und D
bezeichnen jeweils Ein- oder Ausschaltzustände der Triacs 13a,
13b, 13c und 13d.
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In einem Zustand, in dem sämtliche Triacs 13a, ..., 13d
beispielsweise ausgeschaltet sind, wird beim Einschalten des
Fernbetätigungsschalters 6A (Fig. 2) durch Schließen des
Schalters 63b (Fig. 4(a) oder 4(b)) zum Zeitpunkt T&sub1; (Fig.
5) eine bestimmte Spannung, die auf den Halbwellen der
Stromquelle 7 basiert, an den Anschlußpunkt 16a der
Mehrkreis-Steuervorrichtung 10 angelegt. Die Steuerschaltung 15
empfängt die vorgenannte Spannung und liefert ein
Erregungssignal an die Betätigungsspule 124 (Fig. 3) des
elektromagnetischen Schalters 12. Dadurch wird der Hauptkontakt 125
zum Zeitpunkt T&sub2; geschlossen. Da zu diesem Zeitpunkt noch
sämtliche Triacs 13a, ..., 13d ausgeschaltet sind, schließt
der Hauptkontakt 125 keinen Verbraucherkreis, sondern stellt
nur eine Verbindung her. Anschließend erhält eine
Steuerelektrode des Triacs 13a zum Zeitpunkt T&sub3; ein
Einschaltsignal von der Steuerschaltung 15. Der Triac 13a wird
dadurch eingeschaltet, und Energie wird an den damit
verbundenen Verbraucher (nicht gezeigt) geliefert. Wenn anstelle
des Triacs 13a einer der anderen Triacs 13b, 13c und 13d
eingeschaltet wird, wird ein gleichartiger Vorgang wie der
oben beschriebene ausgeführt. Nach dem Einschalten eines
Triacs (z. B. 13a) ist es möglich, bei Empfang eines
Einschaltbefehls von einem der Fernbetätigungsschalter 6B, ...,
6D sehr rasch einen anderen Triac einzuschalten. Nachdem die
Steuerschaltung 15 den elektromagnetischen Schalter 12
geschlossen hat, hält daraufhin die Steuerschaltung 15 den
Einschaltzustand des elektromagnetischen Schalters 12, bis
wenigstens ein Triac eingeschaltet ist. Das wird an einem in
Fig. 5 gezeigten Beispiel beschrieben, wobei vier Triacs
13a, ..., 13d eingeschaltet und anschließend nacheinander
ausgeschaltet werden, und zwar mit einer zeitlichen
Überlappung, wenn zwei Triacs eingeschaltet sind. Das heißt, der
Triac 13c wird eingeschaltet, wie das Zeitdiagramm C zeigt,
bevor der Triac 13a (Zeitdiagramm A) ausgeschaltet wird. Als
nächstes wird der Triac 13b (Zeitdiagramm B) eingeschaltet,
bevor der Triac 13c ausgeschaltet wird. Weiter wird der
Triac 13d (Zeitdiagramm D) eingeschaltet, bevor der Triac
13b ausgeschaltet wird. Da bei dem obigen Vorgang immer
wenigstens ein Triac eingeschaltet ist, wird der
Hauptkontakt
125 (Zeitdiagramm M) von der Steuerschaltung 15 im
Einschaltzustand gehalten. Wenn der Ferbetätigungsschalter
6D zum Zeitpunkt T&sub4; ausgeschaltet wird, sperrt die
Steuerschaltung 15 das Gatesignal für den Triac 13d. Dadurch wird
der Triac 13d zum Zeitpunkt T&sub5; ausgeschaltet. In diesem
Moment detektiert die Steuerschaltung 15 den Zustand, daß
sämtliche Gatespannungen der Triacs 13a, ..., 13d Null sind,
und anschließend betätigt die Steuerschaltung 15 den
elektromagnetischen Schalter 12, um dessen Hauptkontakt 125
zum Zeitpunkt T&sub6; zu öffnen. Da der Laststrom bereits durch
die Triacs 13a, ..., 13d unterbrochen wurde, führt der
Hauptkontakt 125 eigentlich keine Stromunterbrechung aus,
sondern stellt nur eine Trennung her. Aufgrund des
mechanischen "Offen"-Zustands des Hauptkontakts 125 sind die
Sekundärleitungen des Hauptkontakts 125 gegenüber den
Hauptleitungen vollkommen isoliert.
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Wenn erneut ein oder mehr Einschalt-Befehlssignale von den
Fernbetätigungsschaltern 6A, ..., 6D abgegeben werden,
schließt die Steuerschaltung 15 den Hauptkontakt und
schaltet anschließend den entsprechenden Triac ein. Während der
Hauptkontakt 125 geschlossen ist, kann die Ein- oder
Ausschaltsteuerung beliebig oft von den Triacs 13a, ..., 13d
durchgeführt werden, die mit geringem Energieverbrauch ohne
Lichtbogen geöffnet/geschlossen werden. Das heißt, daß die
Isolation der Sekundärleitung während der Ausschaltzeit
durch den Hauptkontakt 125 gewährleistet ist, was für die
Sicherheit wichtig ist, und daß die Triacs 13a, ..., 13d,
die Halbleiter-Steuergeräte sind, sowohl Energie einsparen
als auch lange Lebensdauer gewährleisten.
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Bei dieser Ausführungsform werden der oben aufgeführte
Ein- und Ausschaltablauf entsprechend einem in Fig. 5a gezeigten
Flußdiagramm ausgeführt, das in dem Mikrocomputer 152
gespeichert ist.