DE69408652T2

DE69408652T2 - Hybridschalter mit monostabilem Zündimpuls

Info

Publication number: DE69408652T2
Application number: DE69408652T
Authority: DE
Inventors: Kazusue Itoga; Junzo Tanaka
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1993-11-26
Filing date: 1994-11-25
Publication date: 1998-06-18
Anticipated expiration: 2014-11-26
Also published as: JP3178236B2; EP0660348A1; EP0660348B1; US5528443A; CN1038078C; TW323412B; DE69408652D1; JPH07201266A; KR100297640B1; KR950015995A; CN1107999A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hybridschalter, der Halbleiterschaltelemente aufweist, die parallel mit einem Hauptkontakt eines elektromagnetischen Schaltschützen verbunden sind, der für das Schalten einer Motorlast oder ähnlichem verwendet wird und der dafür ausgebildet ist, die Halbleiterschaltelemente kurzzeitig während des Anschaltens und Ausschaltens des elektromagnetischen Schaltschützen anzuschalten.
Ein derartige Hybridschalter stellt sicher, daß kein Lichtbogen zwischen den Kontakten eines mechanischen Kontakts erzeugt wird, der ein Hauptkontakt eines elektromagnetischen Schaltschützen ist, indem er die Halbleiterschaltelemente dazu veranlaßt, das Anschalten und das Ausschalten eines Versorgungsstroms während des Anschaltens und Ausschaltens des elektromagnetischen Schaltschützen durchzuführen.
Fig. 14 ist ein Schaltdiagramm eines Hybridschalters, das eine herkömmliche Einrichtung darstellt, für die eine Patentanmeldung durch den vorliegenden Anmelder eingereicht wurde (JP-A-04 354 374).
In Fig. 14 gibt das Bezugszeichen 51 eine Gleichstromversorgung an, das Bezugszeichen 52 eine mit der Gleichstromversorgung 51 über einen Hauptkontakt 53a eines elektromagnetischen Schaltschützen 53 verbundene Last, das Bezugszeichen 53 den elektromagnetischen Schaltschützen mit dem Hauptkontakt 53a und einem normalerweise geschlossenen Nebenkontakt 53b, das Bezugszeichen 54 ein Triac (ein Halbleiterschaltelement), das parallel mit dem Hauptkontakt 53a des elektromagnetischen Schaltschützen 53 geschaltet ist, und das Bezugszeichen 55 einen Gate-Trigger-Widerstand, der in Reihe mit dem normalerweise geschlossenen Nebenkontakt 53b des elektromagnetischen Schaltschützen 53 geschaltet ist, wobei die Verbindung mit dem normalerweise geschlossenen Nebenkontakt 53b mit dem Gate G des Triac 54 verbunden ist.
Wenn der Schaltschütz 53 bei dem in Fig. 14 gezeigten Hybridschalter sich in einem ausgeschalteten Zustand befindet, bleibt das Triac 54 ausgeschaltet, da der normalerweise geschlossene Nebenkontakt 53b geschlossen ist und die Schaltung zwischen dem Gate und der Kathode kurzgeschlossen ist. Bei Anlegung eines Betreiebseingangsspannungssignals an dem elektromagnetischen Schaltschütz 53, startet der elektromagnetische Schaltschütz den Betrieb und ein nicht gezeigter beweglicher Eisenkern beginnt sich zu einem unbeweglichen Eisenkern zu bewegen, worauf der normalerweise geschlossene Nebenkontakt 53 geöffnet wird, bevor der Hauptkontakt 53a geschlossen wird, wodurch ein Zündsignal an das Gate G des Triac 54 über den Zündwiderstand 55 ausgegeben und das Triac 54 anschaltet wird. Nachdem das Triac 54 angeschaltet ist, und wenn der Hauptkontakt 53a des elektromagnetischen Schaltschützen 53 geschlossen ist, fließt der meiste Laststrom über das Triac 54 zu der Ladung 52 über den Hauptkontakt 53a. Wenn kein Betriebseingangsspannungssignal mehr vorliegt, das an dem elektromagnetischen Schaltschütz 53 angelegt wurde, dann wird der Hauptkontakt 53a geöffnet. Da das Zündsignal an dem Gate G des Triac 54 über den Zündwiderstand 55 angelegt wird, wird das Triac 54 zu diesem Zeitpunkt angeschaltet und der durch den Hauptkontakt 53a fließende Laststrom fließt über das Triac 54. Wenn der normalerweise geschlossene Nebenkontakt 53b geschlossen wird, nachdem der Hauptkontakt 53a des elektromagnetischen Schaltschützen 53 geöffnet wird, wird die Schaltung zwischen dem Gate und der Kathode des Triac 54 kurzgeschlossen und das Zündsignal, das an dem Gate G angelegt wurde, wird gestoppt, so daß das Triac 54 zu einem Zeitpunkt abgeschaltet wird, zu dem der Laststrom aus der Gleichstromversorgung 51 den Nullpunkt durchschreitet. Wenn der elektromagnetische Schaltschütz an- und abgeschaltet wird, wird also das Triac 54 kurzzeitig angeschaltet, wodurch das Auftreten eines Lichtbogens verhindert wird, der durch das Schließen und Öffnen des Hauptkontakts 53a verursacht wird. Da es ausreicht, wenn das Triac 54 kurzzeitig angeschaltet wird, um den Laststrom fließen zu lassen, wird ein Element mit einer geringen Leitkapazität für eine kurze Zeitdauer als Triac 54 verwendet.
Da bei der in Fig. 14 gezeigten herkömmlichen Einrichtung der normalerweise geschlossene Nebenkontakt 53b offen ist, wenn der elektromagnetische Schaltschütz 53 an ist, fließt ein, wenn auch kleiner, Laststrom durch das Gate G des Triac 54. Wenn der Hauptkontakt 53a des elektromagnetischen Schaltschützen 53 einen fehlerhaften Kontakt herstellt, wird der Laststrom aus diesem Grund an dem Gate G angelegt, um das Triac 54 anzuschalten, was verursacht, daß der gesamte Laststrom über das Triac 54 fließt. Da das Element mit einer geringen Leitungskapazität für eine kurze Zeitdauer als das oben beschriebene Triac 54 verwendet wird, und wenn der Laststrom weiterhin aufgrund des fehlerhaften Kontakts des Hauptkontakts 53a fließt, besteht das Risiko, daß Hitze erzeugt wird, was einen thermisch bedingten Ausfall zur Folge hat. Um einen derartigen thermisch bedingten Ausfall des Triac 54 zu verhindern, ist es denkbar, ein Element mit hoher Kapazität als Triac 54 zu verwenden. Dabei ist es jedoch nötig, ein Kühlglied für die Wärmeableitung für den Fall zu verwenden, daß der Laststrom weiterhin über das Triac 54 fließt. Zusätzlich dazu, daß ein Triac 54 mit großen Ausmaßen das Element selbst teuer macht, da das Kühlglied erforderlich ist, ist es nachteilig, daß der Hybridschalter teuer und groß wird. Für den Fall, daß der normalerweise geschlossene Nebenkontakt 53a zusätzlich zu dem fehlerhaften Kontakt des Hauptkontakts einen fehlerhaften Kontakt herstellt, treten ebenfalls die oben beschriebenen Nachteile auf, da der Laststrom konstant an dem Gate G des Triac 54 angelegt wird.
Wenn außerdem das Öffnen und Schließen der Last 52 mit einer hohen Frequenz vorgenommen wird, wird der Hybridschalter, insbesondere das Triac 54, oft angeschaltet. Aus diesem Grund erhöht sich die elektrische Leistung, die in dem Triac 54 auftritt, und die erzeugte Hitzemenge wird groß, so daß ein nachteiliger thermisch bedingter Ausfall in einem Triac mit geringer Kapazität auftritt.
Wenn weiterhin der Spannungswert des Betriebseingangsspannungssignals bei einem vorgeschriebenen oder einem höheren Wert liegt, tritt eine ausreichende Anziehung zwischen dem unbeweglichen Eisenkern und dem beweglichen Eisenkern auf und eine vollständige Aktivierung findet statt. Wenn andererseits der Spannungswert des Betriebseingangsspannungssignals unterhalb des vorgeschriebenen Wertes liegt und das Betriebseingangsspannungssignal mit einem Spannungswert unterhalb des angegebenen Wertes angelegt wird, tritt keine ausreichende Anziehung zwischen dem unbeweglichen Eisenkern und dem beweglichen Eisenkern auf, so daß die Anziehung und das Auslassen des beweglichen Eisenkerns wiederholt wird. Folglich werden der Hauptkontakt 53a und der normalerweise geschlossene Nebenkontakt 53b des elektromagnetischen Schaltschützen wiederholt an- und ausgeschaltet, so daß das Triac 54 häufig angeschaltet wird. Dabei ist auch der Nachteil gegeben, daß ein thermisch bedingter Ausfall bei einem Triac mit geringer Kapazität auftritt.
Deshalb ist aus JP-A-04 354 374 ein Hybridschalter bekannt mit einem elektromagnetischen Schaltschützen, der einen Hauptkontakt und einen normalerweise geschlossenen Nebenkontakt aufweist, einem Halbleiterschaltelement, das parallel zu dem Hauptkontakt geschaltet ist, und einem Steuerbereich, um das Halbleiterschaltelement kurzzeitig anzuschalten, wenn der elektromagnetische Schaltschütz geschlossen und geöffnet wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen nicht teueren, kompakt herstellbaren Hybridschalter anzugeben, der einen thermisch bedingten Ausfall der Halbleiterschaltelements auch dann verhindern kann, wenn ein fehlerhafter Kontakt in dem Hauptkontakt oder dem normalerweise geschlossenen Nebenkontakt des elektromagnetischen Schaltschützes auftritt, und bei dem ein Halbleiterschaltelement mit einer geringen Kapazität für den elektromagnetischen Schaltschützen verwendet werden kann, der mit einer hohen Frequenz geöffnet und geschlossen wird, wodurch die oben beschriebenen Nachteile der herkömmlichen Einrichtungen beseitigt werden.
Um die oben beschriebene Aufgabe einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung entsprechend zu lösen, enthält ein Hybridschalter, der Halbleiterschaltelemente aufweist, die parallel mit einem Hauptkontakt eines elektromagnetischen Schaltschützen verbunden ist und der dafür ausgebildet ist, die Halbleiterschaltelemente kurzzeitig beim Anschalten und Abschalten des elektromagnetischen Schaltschützen zu betreiben: einen Steuerbereich, um ein Abfallen eines normalerweise geschlossenen Nebenkontaktsignals und ein Abfallen eines Betriebseingangsspannungssignals festzustellen, und um bei einer derartigen Feststellung jedesmal einen monostabilen Impuls auszugeben, damit ein Zündimpuls an den Halbleiterschaltelementen angelegt wird.
Einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung entsprechend, enthält ein Hybridschalter, der Halbleiterschaltelemente aufweist, die parallel mit einem Hauptkontakt eines elektromagnetischen Schaltschützen verbunden sind, und der dafür ausgebildet ist, die Halbleiterschaltelemente kurzzeitig beim Anschalten und Ausschalten des elektromagnetischen Schaltschützen zu betreiben: einen Steuerbereich um ein Abfallen eines normalerweise geschlossenen Nebenkontaktsignals und ein Abfallen eines Betriebseingangsspannungssignals festzustellen, und um bei einer derartigen Feststellung jedesmal einen monostabilen Impuls auszugeben, damit ein Zündimpuls an den Halbleiterschaltelementen angelegt wird, und eine Spannungskontrollschaltung zum Kontrollieren einer zwischen den Anschlüssen anliegenden Spannung oder einer Zwischenphasenspannung an der Lastseite des Hauptkontakts des elektromagnetischen Schaltschützen, um einen fehlerhaften Kontakt des Hauptkontakts oder eine fehlerhafte Leitung der Halbleiterschaltelemente festzustellen, wobei der Steuerbereich das Ausgeben des monostabilen Impulses verhindert oder eine Betriebsspule des elektromagnetischen Schaltschützen durch die Ausgabe der Spannungskontrollschaltung abschaltet.
Weiterhin, einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung entsprechend, enthält ein Hybridschalter, der Halbleiterschaltelemente aufweist, die parallel mit einem Hauptkontakt eines elektromagnetischen Schaltschützen verbunden sind und der dafür ausgebildet ist, die Halbleiterschaltelemente kurzzeitig beim Anschalten und Abschalten des elektromagnetischen Schaltschützen zu betreiben: einen Steuerbereich um ein Abfallen eines normalerweise geschlossenen Nebenkontaktsignals und ein Abfallen eines Betriebseingangsspannungssignals festzustellen, und um bei einer derartigen Feststellung jedesmal einen monostabilen Impuls auszugeben, damit ein Zündimpuls an den Halbleiterschaltelementen angelegt wird, wobei der Steuerbereich eine Zeitsteuerung aufweist, die einen Zeitstuerungsbetrieb mit einem vorbestimmten Zeitlimit startet, durch die Ausgabe des monostabilen Impulses eine Ausgabe ausgibt und die Ausgabe bei Abschluß des Zeitsteuerungsbetriebes mit dem vorbestimmten Zeitlimit stoppt, wobei das Ausgeben des monostabilen Impulses verhindert wird, während die Ausgabe aus der Zeitsteuerung ausgegeben wird.
Außerdem, einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung entsprechend, enthält ein Hybridschalter, der Halbleiterschaltelemente aufweist, die parallel mit einem Hauptkontakt eines elektromagnetischen Schaltschützen verbunden sind, und der dafür ausgebildet ist, die Halbleiterschaltelemente kurzzeitig beim Anschalten und Abschalten des elektromagnetischen Schaltschützen zu betreiben: einen Steuerbereich um ein Abfallen eines normalerweise geschlossenen Nebenkontaktsignals und ein Abfallen eines Betriebseingangsspannungssignals festzustellen, und um bei einer derartigen Feststellung jedesmal einen monostabilen Impuls auszugeben, damit ein Zündimpuls an den Halbleiterschaltelementen angelegt wird, und eine Eingangsspannungs-Detektorschaltung, um eine Ausgabe auszugeben, wenn eine Spannung des Betriebseingangsspannungssignals gleich einer Betriebsspannung oder einer Wiederkehrspannung des elektromagnetischen Schaltschützen ist oder diese überschreitet, wobei der Steuerbereich den monostabilen Impuls in Abhängigkeit von der Ausgabe der Eingangsspannungs- Detektorschaltung ausgibt.
Weiterhin, einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung entsprechend, enthält ein Hybridschalter, der Halbleiterschaltelemente aufweist, die parallel mit einem Hauptkontakt eines elektromagnetischen Schaltschützen verbunden sind und der dafür ausgebildet ist, die Halbleiterschaltelemente kurzzeitig beim Anschalten und Abschalten des elektromagnetischen Schaltschützen zu betreiben: einen Steuerbereich um ein Abfallen eines normalerweise geschlossenen Nebenkontaktsignals und ein Abfallen eines Betriebseingangsspannungssignals festzustellen, und um bei einer derartigen Feststellung jedesmal einen monostabilen Impuls auszugeben, damit ein Zündimpuls an den Halbleiterschaltelementen angelegt wird, wobei der Steuerbereich ein Steigen des Betriebseingangsspannungssignals und das Vorhandensein oder Fehlen des Abfallens des normalerweise geschlossenen Nebenkontaktsignals nach dem Abfallen feststellt und das Ausgeben des monostabilen Impulses verhindert, wenn kein Abfallen des normalerweise geschlossenen Nebenkontaktsignals auftritt.
Dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden ein Abfallen eines normalerweise geschlossenen Nebenkontaktsignals und ein Abfallen des Betriebseingangsspannungssignals festgestellt und ein monostabiler Impuls wird jedesmal bei einer derartigen Feststellung ausgegeben, um einen Zündimpuls an den Halbleiterschaltelementen anzulegen. Das hat zur Folge, daß die Halbleiterschaltelemente nur während einer durch den monostabilen Impuls angegeben Zeitdauer mit Energie versorgt werden, selbst wenn der normalerweise geschlossene Kontakt oder der Hauptkontakt des elektromagnetischen Schaltschützen einen fehlerhaften Kontakt herstellen, so daß bei den Halbleiterschaltelementen kein thermisch bedingter Ausfall auftreten kann.
Dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung entsprechend, ist zusätzlich zu der Anordnung gemäß des ersten Aspektes eine Spannungskontrollschaltung vorgesehen, um eine zwischen den Anschlüssen anliegende Spannung oder eine Zwischenphasenspannung an der Seite der Last des Hauptkontakts des elektromagnetischen Schaltschützen zu kontrollieren, um einen fehlerhaften Kontakt des Hauptkontakts oder eine fehlerhafte Leitung der Halbleiterschaltlemente zu bestimmen, und das Ausgeben des monostabilen Impuls an die Halbleiterschaltelemente wird durch die Ausgabe der Spannungskontrollschaltung verhindert, oder eine Betriebsspule des elektromagnetischen Schaltschützen wird durch die Ausgabe der Spannungskontrollschaltung ausgeschaltet. Selbst wenn der Hauptkontakt nach dem Anschalten der Halbleiterschaltelemente geschlossen wird und der Hauptkontakt einen fehlerhaften Kontakt hergestellt hat, wird das Ausgeben des monostabilen Impulses verhindert, wenn eine zwischen den Anschlüssen des Hauptkontaktes auftretende Spannung nach dem Ausgeben des monostabilen Impulses festgestellt wird oder wenn festgestellt wird, daß die Zwischenphasenspannung an der Lastseite gleich Null ist. Das engt die Zeitbreite des monostabilen Impulses ein und reduziert die Zeitdauer, während der die Halbleiterschaltelemente mit Energie versorgt werden, wodurch die Hitzererzeugung der Halbleiterschaltelemente unterdrückt wird. Auch wenn die Halbleiterschaltelemente eine falsche Leitung hergestellt haben, und wenn festgestellt wird, daß zwischen den Anschlüssen des Hauptkontakts während des Ausgebens des monostabilen Impulses eine Spannung auftritt, wird die Betriebsspule des elektromagnetischen Schaltschützen ausgeschaltet, wodurch der elektromagnetische Schaltschütz freigegeben wird.
Dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung entsprechend, ist zusätzlich zu dem Aufbau entsprechend dem ersten Aspekt, eine Zeitsteuerung vorgesehen, die einen Zeitsteuerungsbetrieb mit einem vorbestimmten Zeitlimit startet, durch die Ausgabe des monostabilen Impulses eine Ausgabe ausgibt und die Ausgabe nach Abschluß des Zeitsteurungsbetriebes mit dem Zeitlimit stoppt, und wobei das Ausgeben des monostabilen Impulses verhindert wird, während die Ausgabe von der Zeitsteuerung ausgegeben wird. Folglich wird der monostabile Impuls nicht innerhalb des Zeitlimits der Zeitsteuerung ausgegeben, selbst wenn der elektromagnetische Schalstütz häufig schaltgesteuert wird, so daß die Hitzeerzeugung durch die Halbleiterschaltelemente unterdrückt werden kann.
Dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung entsprechend, ist zusätzlich zu der Anordnung entsprechend dem ersten Aspekt eine Eingangsspannungs- Detektorschaltung vorgesehen, um eine Ausgabe auszugeben, wenn eine Spannung des Betriebseingangsspannungssignals gleich einer Betriebsspannung oder einer Wiederkehrspannung des elektromagnetischen Schaitschützen ist oder diese überschreitet, und der Steuerbereich gibt den monostabilen Impuls in Abhängigkeit von der Ausgabe der Eingangsspannungs-Detektorschaltung aus. Folglich werden die Halbleiterschaltelemente in den Fällen nicht angeschaltet, in denen der Spannungswert des Betriebseingangsspannungssignals niedriger ist als ein vorbestimmter Wert, so daß die Halbleiterschaltelemente nicht aufgrund des wiederholten Anschaltens thermisch bedingt ausfallen.
Dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung entsprechend, stellt der Steuerbereich, zusätzlich zu der Anordnung entsprechend dem ersten Aspekt, das Vorhandensein oder das Nicht-Vorhandensein eines Abfallens des normalerweise geschlossenen Nebenkontaktsignals nach einem Ansteigen des Betriebseingangsspannungssignals fest. Wenn der normalerweise geschlossene Nebenkontakt einen fehlerhaften Kontakt hergestellt hat, tritt dementsprechend das Abfallen im normalerweise geschlossenen Nebenkontaktsignal nicht auf, so daß der fehlerhafte Kontakt des normalerweise geschlossenen Kontakts festgestellt wird und die Ausgabe des monostabilen Impulses verhindert wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Hybridschalters in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 2 ist ein Schaltdiagramm, das eine Konfiguration einer in Fig. 1 gezeigten Erzeugungseinheit für einen monostabilen Impuls zeigt,
Fig. 3A bis 3C sind Wellenformdiagramme von wesentlichen Teilen, die den Betrieb des in Fig. 1 gezeigten Hybridschalters erläutern, wobei Fig. 3A ein Wellenformdiagramm des wesentlichen Teils während des normalen Betriebs ist,
Fig. 3B ein Wellenformdiagramm des wesentlichen Teils während des fehlerhaften Kontakts eines normalerweise geschlossenen Nebenkontakts ist, und Fig. 3C ein Wellenformdiagramm des wesentlichen Teils während des fehlerhaften Kontakts eines Hauptkontakts ist,
Fig. 4 ist ein Schaltdiagramm, das eine Ausführungsform mit einer anderen als der in Fig. 1 gezeigten Erzeugungseinheit für einen monostabilen Impuls zeigt,
Fig. 5A und 5B sind Wellenformdiagramme wesentlicher Teile, die den Betrieb der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform erläutern, wobei Fig. 5A ein Wellenformdiagramm des wesentlichen Teils während des normalen Betriebs ist, und Fig. 5B ein Wellenformdiagramm des wesentlichen Teils während des fehlerhaften Kontakts eines Hauptkontakts ist,
Fig. 6 ist ein Schaltdiagramm der Erzeugungseinheit für einen monostabilen Impuls, das eine andere Ausführungsform als die in Fig. 1 gezeigte darstellt,
Fig. 7 ist ein Wellenformdiagramm wesentlicher Teile, das den Betrieb der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform erläutert,
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Hybridschalters in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 9A bis 9C sind Wellenformdiagramme wesentlicher Teile, die den Betrieb der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform erläutern, wobei Fig. 9A ein Wellenformdiagramm der wesentlichen Teile während des normalen Betriebs ist, Fig. 9B ein Wellenformdiagramm der wesentlichen Teile während eines fehlerhaften Kontakts eines Hauptkontakts ist, und Fig. 9C ein Wellenformdiagramm der wesentlichen Teile bei der fehlerhaften Leitfähigkeit der Thyristoren (Schaltelemente) der Hauptschaltelementeinheiten ist,
Fig. 10 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Hybridschalters in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 11 ist ein Wellenformdiagramm wesentlicher Teile, das den Betrieb der in Fig. 10 gezeigten Ausführungsform erläutert,
Fig. 12 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Hybridschalters in Übereinstimmung mit noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 13A und 13B sind Wellenformdiagramme wesentlicher Teile, die den Betrieb der in Fig. 12 gezeigten Ausführungsform erläutern, wobei Fig. 13A ein Wellenformdiagramm der wesentlichen Teile während des normalen Betriebs ist, und
Fig. 13B ein Wellenformdiagramm der wesentlichen Teile während eines fehlerhaften Kontakts des normalerweise geschlossenen Nebenkontakts ist, und
Fig. 14 ein Schaltdiagramm ist, das einen Hybridschalter einer herkömmlichen Einrichtung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Im folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Hybridschalters in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen elektromagnetischen Schaltschütz. Dieser elektromagnetische Schaltschütz list mit einem Hauptkontakt 1a versehen, dessen einer Anschluß mit den drei Phasenanschlüssen R, S und T der Gleichstromquelle verbunden ist und dessen anderes Ende mit den Lastanschlüssen U, V und W, sowie mit dem normalerweise geschlossenen Kontakt 1b verbunden ist, der mit dem Hauptkontakt 1a verknüpft ist. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet einen Steuerbereich zum Steuern der Halbleiterschaltelemente, die weiter unten beschrieben werden. An den Eingangsanschlüssen I&sub1; und I&sub2; des Steuerbereichs 10 ist ein Betriebseingangsspannungssignal angelegt, das parallel mit einer elektromagnetischen Spule (nicht gezeigt) des elektromagnetischen Schaltschützen 1 verbunden und an der elektrischen Spule angelegt ist. Der normalerweise geschlossene Nebenkontakt 1b des elektromagnetischen Schaltschützen 1 ist mit den Nebenkontakteingangsanschlüssen I&sub3; und I&sub4; des Steuerbereichs 10 verbunden. Der Steuerbereich 10 setzt sich wie folgt zusammen: eine Gleichrichter/Glättungs-Schaltung 11, die mit den Betriebseingangsanschlüssen I&sub1; und I&sub2; verbunden ist, eine Eingangsspannungs-Detektorschaltung 12, um festzustellen, ob die Ausgangsspannung der Gleichrichter/Glättungs-Schaltung 11 einen bestimmten Wert der Betriebsspannung während des Anschaltens des elektromagnetischen Schaltschützen 1 oder der Wiederkehrpannung während eines Abschaltens desselben erreicht hat, wobei die Eingangsspannungs- Detektorschaltung dafür ausgebildet ist, um (S1) ein Signal mit hohem Pegel (das im folgenden als Signal H bezeichnet wird), wenn die Ausgangsspannung der Gleichrichter/Glättungs-Schaltung 11 den bestimmten Wert erreicht hat, und ein Signal mit niedrigem Pegel (das im folgenden als Signals L bezeichnet wird), wenn die Ausgangsspannung der Gleichrichter/Glättungs-Schaltung 11 den bestimmten Wert nicht erreicht hat, auszugeben, eine Bestimmungsschaltung 13, die mit den Nebenkontakteingangsanschlüssen I&sub3; und I&sub4; verbunden ist und dafür ausgebildet ist, (S2) das Signal L und das Signal H in Übereinstimmung mit dem geschlossenen Zustand und dem offenen Zustand des normalerweise geschlossenen Neben kontakts 1b auszugeben, eine Monostabil-Impuls-Erzeugungsschaltung 14, um ein monostabiles Impulssignal S3 auf der Basis der Signale aus der Bestimmungsschaltung 13 und der Eingangsspannungs-Detektorschaltung 12 auszugeben, eine Zündschaltung 15 mit den Fotokopplern PHT1, PHT2 und PHT3, an die der monostabile Impuls aus der Monostabil-Impuls-Erzeugungsschaltung 14 geleitet wird, und Hauptschaltungselementeinheiten 16, die jeweils Halbleiterschaltelemente aufweisen, d.h. zwei invers-parallele miteinander verbundene Thyristoren in dieser Ausführungsform. Die Zündschaltung 15 enthält den Fotokoppler PHT1 für die Phase R, den Fotokoppler PHT2 für die Phase 5 und den Fotokoppler PHT3 für die Phase T in Übereinstimmung mit der Dreiphasen- Gleichstromversorgung. Die Hauptschaltungselemente setzen sich aus den drei Hauptschaltungselementeinheiten für die Phase R, die Phase S und die Phase T zusammen, die jeweils zwischen den Anschlüssen R, S und T der Dreiphasen- Gleichstromversorgung und den Lastanschlüssen U, V und W verbunden sind. Da der Aufbau für jede Phase identisch ist, wird hier beispielhaft die Hauptschaltungselementeinheit für die Phase R erläutert. In der Hauptschaltungselementeinheit 16 sind die gegenüber den invers-parallel verbundenen Thyristoren THY&sub1; und THY&sub2; angeordneten Anschlüsse jeweils mit dem Dreiphasenstromversorgungsanschluß R und dem Lastanschluß U verbunden. Ein durch eine Reihenschaltung mit einem Widerstand R1 und einem Kondensator C gebildeter Rauschfilter sowie ein nichtlineares Element Z, das als Z RAP (Marke) bezeichnet wird, sind mit den gegenüber den Thyristoren THY&sub1; und THY&sub2; angeordneten Anschlüssen verbunden. Eine parallele Schaltung, die durch eine einen Gegenstrom sperrende Diode D2 und einen Widerstand R3 gebildet ist, ist zwischen dem Gate und der Kathode des Thyristors THY&sub1; geschaltet, während eine parallele Schaltung, die durch eine einen Gegenstrom sperrende Diode D1 und einen Widerstand R2 gebildet ist, zwischen dem Gate und der Kathode des Thyristors THY&sub2; geschaltet ist. Die entsprechenden Kathoden der einen Gegenstrom sperrenden Dioden D1 und D2 sind mit beiden Anschlüssen des Fototriacausgangs des Fotokopplers PHT1 der Zündschaltung 15 verbunden. Obwohl ein Thyristor als Halbleiterschaltelement gezeigt ist, kann übrigens ein Halbleiterschaltelement wie ein Triac anstatt des Thyristors verwendet werden.
Fig. 2 zeigt ein Schaltdiagramm der in Fig. 1 gezeigten Monostabil-Impuls- Erzeugungsschaltung 14. Wie in Fig. 2 gezeigt, wird ein umgekehrtes Signal S2 von der Bestimmungsschaltung 13 in eine Monostabil-Impuls-Erzeugungsschaltung 141 eingegeben, und diese Monostabil-Impuls-Erzeugungsschaltung 141 gibt einen monostabilen Impuls mit einer Zeitbreite ta aus, wenn das normalerweise geschlossene Kontaktsignal S2 von H zu L gefallen ist, d.h. wenn der normalerweise geschlossene Nebenkontakt 1b von einem geschlossenen Zustand zu einem offenen Zustand gewechselt ist. Währenddessen wird das Betriebssignal S1, das dem Betriebseingangsspannungssignal entspricht, in eine Monostabil-Impuls- Erzeugungsschaltung 142 eingegeben, und die Monostabil-Impuls-Erzeugungsschaltung 142 gibt einen monostabilen Impuls mit einer Zeitbreite tb aus, wenn das Betriebssignal S1 von H zu L gefallen ist, d.h. wenn das Betriebseingangsspannungssignal von einem angeschalteten Zustand zu einem ausgeschalteten Zustand gewechselt ist. Die Ausgabe der Monostabil-Impuls- Erzeugungsschaltung 141 wird zusammen mit dem Betriebssignal S1 in eine UND-Schaltung AND1 eingegeben. Wenn die UND-Bedingung der UND-Schaltung erfüllt wird, d.h. wenn das umgekehrte Signal des Kontaktsignals S2 von H (der normalerweise geschlossene Nebenkontakt 1b ist im geschlossenen Zustand) zu L (der normalerweise geschlossene Neben kontakt 1b ist im offenen Zustand) gewechselt ist, das Betriebssignal S1 gleich H ist, und der monostabile Impuls mit der Zeitbreite ta ausgegeben wird, die UND-Bedingung erfüllt wird, und das monostabile Impulssignal S3 mit der Zeitbreite ta an die Zündschaltung 15 über eine ODER-Schaltung OR1 ausgegeben wird. Wenn der monostabile Impuls mit der Zeitbreite tb von der Monostabil-Impuls-Erzeugungsschaltung 142 ausgegeben wird, wird der monostabile Impuls S3 mit der Zeitbreite tb über die ODER-Schaltung OR1 an die Zündschaltung 15 ausgegeben.
Zum Zeitpunkt des Anschaltens des elektromagnetischen Schaltschützen 1, wenn das Betriebssignal S1 (das dem Betriebseingangsspannungssignal entspricht) in einem An-Zustand ist, und wenn der normalerweise geschlossene Nebenkontakt 1b von einem geschlossenen Zustand zu einem offenen Zustand gewechselt ist, ist nämlich die UND-Bedingung der UND-Schaltung AND1 erfüllt und das Signal S3 wird ausgegeben. Währenddessen, zum Zeitpunkt des Abschaltens des elektromagnetischen Schaltschützen 1, wenn das Betriebssignal S1 von An zu Aus gewechselt ist, wird das Signal 83 ausgegeben.
Als nächstes wird der Betrieb in Übereinstimmung mit der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform mit Bezug auf die in Fig. 3 gezeigten Wellenformdiagramme beschrieben. In Fig. 3 bezeichnet S1 die Ausgabe der Eingangsspannungs- Detektorschaltung 12, S2 bezeichnet das normalerweise geschlossene Kontaktsignal, das den An- und Aus-Zustand des normalerweise geschlossenen Neben kontakts 1b angibt, 1a bezeichnet das Hauptkontaktsignal, das den An- und Aus-Zustand des Hauptkontakts 1a des elektromagnetischen Schaltschützen 1 angibt, 83 bezeichnet das Ausgabesignal von der Monostabil-Impuls- Erzeugungseinheit 14, THY bezeichnet das Betriebssignal der Thyristoren THY1 und THY2 jeder der Hauptschaltungselementeinheiten 16, und 1 bezeichnet den Laststrom. Fig. 3A ist ein Wellenformdiagramm von verschiedenen Teilen während des normalen Betriebs, Fig. 3B ist ein Wellenformdiagramm der verschiedenen Teile während eines fehlerhaften Kontakts des normalerweise geschlossenen Nebenkontakts, und Fig. 3C ist ein Wellenformdiagramm der verschiedenen Teile während eines fehlerhaften Kontakts des Hauptkontakts. Die in Fig. 3B und 3C gezeigten Wellenformdiagramme während eines fehlerhaften Kontakts sind übrigens mit größeren Zeitintervallen als bei dem in Fig. 3A gezeigten Wellenformdiagramm während des normalen Betriebs gezeigt, um das Verständnis zu erleichtern.
Zuerst wird während des in Fig. 3A gezeigten normalen Betriebs das Betriebseingangsspannungssignal an den Betriebseingangsanschlüssen I&sub1; und I&sub2; des Steuerbereichs 10 angelegt, wobei angenommen wird, daß das Ausgabesignal S1, das von der Eingangsspannungs-Detektorschaltung 12 ausgegeben wird, zu einem Zeitpunkt t&sub1; angeschaltet wird, wenn das Betriebseingangsspannungssignal einen bestimmten Wert erreicht hat. Gleichzeitig wird eine Spannung an der elektromagnetischen Spule des elektromagnetischen Schaltschützen 1 angelegt, was verursacht, daß der bewegliche Eisenkern durch den unbeweglichen Eisenkern angezogen wird. Wenn angenommen wird, daß der normalerweise geschlossene Nebenkontakt 1b zu einem Zeitpunkt t&sub2;, bevor der Hauptkontakt 1a geschlossen ist, geöffnet ist, da das Betriebseingangsspannungssignal S1 An ist, dann wechselt der normalerweise geschlossene Nebenkontakt 1b zu dem offenen Zustand, d.h. das Signal an dem normalerweise geschlossenen Nebenkontakt 1b fällt von An zu Aus, und der monostabile Impuls S3 mit der Zeitbreite ta wird von der Monostabil-Impuls- Erzeugungseinheit 14 ausgegeben. Wenn ein Zündsignal an den Thyristoren der Hauptschaltungselementeinheiten 16 über die Zündschaltung 15 mit Hilfe dieses monostabilen Impulses angelegt wird, werden die Thyristoren angeschaltet, was es erlaubt, einen Laststrom über die Thyristoren an die Last zu leiten. Wenn der Hauptkontakt 1a des elektromagnetischen Schaltschützen 1 zu einem Zeitpunkt t&sub3; geschlossen ist, fließt der Laststrom über diesen Hauptkontakt, die Thyristoren der Hauptschaltungselementeinheiten 16 werden für eine kurze Zeitdauer ta&sub1; zwischen dem Zeitpunkt t&sub2; und dem Zeitpunkt t&sub3; angeschaltet und dann abgeschaltet. Der von der Monostabil-Impuls-Erzeugungseinheit 14 zu dem Zeitpunkt t&sub2; ausgegebene monostabile Impuls wird nach einer Zeitdauer ta abgeschaltet. Auf diese Weise wird der Hauptkontakt 1a des elektromagnetischen Schaltschützen 1 während des Anschaltens des elektromagnetischen Schaltschützen 1 geschlossen, nachdem die Hauptschaltungselementeinheiten 16 kurzzeitig angeschaltet wurden, um die Last mit Energie zu versorgen, wodurch der Laststrom von den Thyristoren zu dem Hauptkontakt 1a gewechselt wird.
Nach dem Anschalten des elektromagnetischen Schaitschützen 1, wenn das Betriebseingangsspannungssignal zu einem Zeitpunkt t&sub4; abgeschaltet wird, wird der monostabile Impuls S3 mit der Zeitbreite tb von der Monostabil-Impuls-Erzeugungseinheit 14 ausgegeben. Mit Hilfe dieses monostabilen Impulses von der Monostabil-Impuls-Erzeugungseinheit 14 wird das Zündsignal an den Thyristoren der Hauptschaltungselementeinheiten 16 der Zündschaltung 15 angelegt, um die Thyristoren in einen leitfähigen Zustand zu versetzen. Da jedoch der Hauptkontakt 1a des elektromagnetischen Schaltschützen 1 an ist, werden die Thyristoren nicht unmittelbar angeschaltet. Gleichzeitig mit dem Ausschalten des Hauptkontakts 1a des elektromagnetischen Schaltschützen 1 zum Zeitpunkt t&sub5; werden die Thyristoren der Hauptschaltungselementeinheiten 16 angeschaltet, wodurch der Laststrom von dem Hauptkontakt 1a zu den Thyristoren gewechselt wird. Wenn der von der Monostabil-Impuls-Erzeugungseinheit 14 zum Zeitpunkt t&sub4; ausgegebene monostabile Impuls nach einer Zeitdauer tb vom Zeitpunkt t&sub4; an ausgeschaltet wird, werden die Thyristoren der Hauptschaltungselementeinheiten 16 zu einem Zeitpunkt t&sub7; ausgeschaltet, wenn der Gleichstrom der Dreiphasengleichstromversorgung schließlich den Nullpunkt durchschreitet. Während des Abschaltens des elektromagnetischen Schaltschützen 1 wird also der Laststrom durch die Tyhristoren der Hauptschaltungselementeinheiten 16 ausgeschaltet, die für die kurze Zeitdauer tb&sub1; vom Zeitpunkt t&sub5; bis zum Zeitpunkt t&sub7; angeschaltet werden.
Als nächstes wird der Betrieb für den Fall eines durch den normalerweise geschlossenen Nebenkontakt 1b hergestellten fehlerhaften Kontakts mit Bezug auf das in Fig. 3B gezeigte Wellenformdiagramm beschrieben.
In diesem Fall bleibt der normalerweise geschlossene Nebenkontakt 1b aufgrund des fehlerhaften Kontakts im ausgeschalteten Zustand, selbst wenn das Betriebseingangsspannungssignal S1 zu einem Zeitpunkt t&sub1;&sub0; eingegeben wird, und eine Spannung an der elektromagnetischen Spule des elektromagnetischen Schaltschützen 1 angelegt wird, um zu verursachen, daß der bewegliche Eisenkern von dem unbeweglichen Eisenkern angezogen wird. Aus diesem Grund wird der monostabile Impuls nicht von der Monostabil-Impuls-Erzeugungseinheit 14 ausgegeben und das Zündsignal wird nicht von der Zündschaltung 15 an den Thyristoren der Hauptschaltungselementeinheiten 16 angelegt, so daß die Thyristoren nicht angeschaltet werden und im abgeschalteten Zustand bleiben. Nach dem Anlegen des Betriebseingangsspannungssignals S1 zum Zeitpunkt t&sub1;&sub0; schließt der elektromagnetische Schaltschütz 1 den Hauptkontakt 1a zu einem Zeitpunkt t&sub1;&sub1;, was das Fließen des Laststroms erlaubt. Wenn dann das Betriebseingangsspannungssignal S1 zu einem Zeitpunkt t&sub1;&sub2; ausgeschaltet wird und das Betriebseingangsspannungssignal von An zu Aus fällt, wird der monostabile Impuls mit der Zeitbreite tb von der Monostabil-Impuls-Erzeugungseinheit 14 ausgegeben, wodurch die Thyristoren in einen leitfähigen Zustand versetzt werden. Wenn der Hauptkontakt 1a zu einem Zeitpunkt t&sub1;&sub3; nach dem Abschalten des Betriebseingangsspannungssignals S1 abgeschaltet wird, wird der Laststrom vom Hauptkontakt 1a zu den Thyristoren gewechselt. Diese Thyristoren werden zu einem Zeitpunkt abgeschaltet, wenn der Gleichstrom der Dreiphasengleichstromversorgung den Nullpunkt durchschreitet, wenn der monostabile Impuls S3 nach einer Zeitdauer tb ab dem Zeitpunkt t&sub1;&sub2; ausgeschaltet wird. Die Thyristoren werden dann kurzzeitig für eine Zeitdauer tb&sub2; ab dem Zeitpunkt t&sub1;&sub3; angeschaltet, wenn der Hauptkontakt 1a bis zum Zeitpunkt t&sub1;&sub4; abgeschaltet war. In Fällen, wo der normalerweise geschlossene Nebenkontakt 1b einen fehlerhaften Kontakt hergestellt hat, werden auf diese Weise die Thyristoren während des Anschaltens des elektromagnetischen Schaltschützen 1 nicht angeschaltet und die Thyristoren werden beim Abschalten des elektromagnetischen Schaltschützen 1 nur kurzzeitig angeschaltet, so daß die Thyristoren nicht ausfallen.
Als nächstes wird der Betrieb für den Fall, daß der Hauptkontakt 1a einen fehlerhaften Kontakt hergestellt hat, mit Bezug auf das in Fig. 3C gezeigte Wellenformdiagramm beschrieben.
In diesem Fall fällt das Signal an dem normalerweise geschlossenen Neben kontakt 1b zu einem Zeitpunkt t&sub1;&sub6; von An zu Aus, nachdem das Betriebseingangsspannungssignal S1 zu einem Zeitpunkt t&sub1;&sub5; eingegeben wird und eine Spannung an der elektromagnetischen Spule des elektromagnetischen Schaltschützen 1 angelegt wird, um zu verursachen, daß der bewegliche Eisenkern von dem unbeweglichen Eisenkern angezogen wird. Folglich wird der monostabile Impuls mit der Zeitbreite ta von der Monostabil-Impuls-Erzeugungseinheit 14 ausgegeben und ein Zündsignal wird über die Zündschaltung 15 an den Thyristoren der Hauptschaltungselementeinheiten 16 angelegt, wodurch die Thyristoren angeschaltet werden. Wenn die Thyristoren angeschaltet werden, beginnt der Laststrom zu fließen. Da jedoch nach einer Zeitdauer ta des monostabilen Impulses S3 ab dem Zeitpunkt t&sub1;&sub6; die Thyristoren zu einem Zeitpunkt t&sub1;&sub7; abgeschaltet werden, wenn der Gleichstrom schließlich den Nullpunkt durchschreitet, fließt der Laststrom nur während der angeschalteten Zeitdauer (mit einer Zeitbreite ta&sub3;) der Thyristoren. Wenn das Betriebseingangsspannungssignal S1 zu einem Zeitpunkt t&sub1;&sub8; abgeschaltet wird, wird andererseits der monostabile Impuls mit der Zeitbreite tb von der Monostabil-Impuls-Erzeugungseinheit 14 ausgegeben, so daß die Thyristoren angeschaltet werden, was das Fließen des Laststroms erlaubt. Nach einer Zeitdauer tb des monostabilen Impulses S3 ab dem Zeitpunkt t&sub1;&sub8; werden die Thyristoren zu einem Zeitpunkt t&sub1;&sub9; abgeschaltet, wenn der Gleichstrom den Nullpunkt durchschreitet, was zur Folge hat, daß der Laststrom abgeschaltet wird, weshalb der Laststrom nur während der angeschalteten Zeitdauer (mit einer Zeitbreite tb&sub3;) der Thyristoren fließt. In Fällen, in denen der Hauptkontakt 1a einen fehlerhaften Kontakt hergestellt hat, werden deshalb die Thyristoren der Hauptschaltungselementeinheiten 16 beim Anschalten und Abschalten des elektromagnetischen Schaltschützen 1 kurzzeitig angeschaltet, um das Fließen des Laststroms zu erlauben. Da jedoch die Zeitdauer während des Fließens des Laststroms kurz ist, können die entsprechenden Thyristoren nicht thermisch bedingt ausfallen.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform müssen die für das Zünden der Thyristoren THY&sub1; und THY&sub2; der Hauptschaltungselementeinheiten 16 notwendigen monostabilen Impulse die folgenden Bedingungen erfüllen: 1) (die Zeitbreite ta des monostabilen Impulses für das Anschalten) > (die Betriebszeit des Hauptkontakts 1a) - (die Betriebszeit des normalerweise geschlossenen Nebenkontakts 1b), und 2) (die Zeitbreite tb des monostabilen Impulses für das Abschalten) > (Wiederkehrzeit des normalerweise geschlossenen Nebenkontakts 1b). Während des normalen Betriebs ist folglich die angeschaltete Zeitdauer jedes der Thyristoren THY&sub1; und THY&sub2; während eines durch den normalerweise geschlossenen Nebenkontakt 1b hergestellten fehlerhaften Kontakts und während eines durch den Hauptkontakt 1a hergestellten fehlerhaften Kontakts wie folgt gegeben: Zuerst (a) während des normalen Betriebs ist 1) (die angeschaltete Zeitdauer ta&sub1; jedes Thyristors für das Anschalten) = (die Betriebszeit des Hauptkontakts 1a) - (die Betriebszeit des normalerweise geschlossenen Nebenkontakts 1b) und 2) (die angeschaltete Zeitdauer tb&sub1; jedes Thyristors für das Abschalten) ≤ [(die Wiederkehrzeit des normalerweise geschlossenen Kontakts 1b) - (die Wiederkehrzeit des Hauptkontakts 1a)] + (1/2 Zyklus der Gleichstromversorgung). (b) Während des fehlerhaften Kontakts des normalerweise geschlossenen Nebenkontakts 1b ist 1) (die Zeitdauer ta&sub2; jedes Thyristors für das Anschalten) = 0, und 2) (die Zeitdauer tb&sub2; jedes Thyristors für das Abschalten) ≤ ((Zeitbreite tb des monostabilen Impulses) -(Wiederkehrzeit des Hauptkontakts 1a)] + (1/2 Zyklus der Gleichstromversorgung). (c) Während des fehlerhaften Kontakts des Hauptkontakts 1a ist 1) (die angeschaltete Zeitdauer ta&sub3; jedes Thyristors für das Anschalten) ≤ (die Zeitbreite ty des monostabilen Impulses), und 2) (die Zeitdauertb&sub3; jedes Thyristors für das Abschalten) ≤ (die Zeitbreite tb des monostabilen Impulses) + (1/2 Zyklus der Gleichstromversorgung). Von (a) bis (c) ergibt sich die angeschaltete Zeitdauer jedes Thyristors für das Abschalten derart, daß ta&sub1; < ta&sub3;, während die angeschaltete Zeitdauer jedes Thyristors für das Abschalten derart gegeben ist, daß tb&sub1; < tb&sub2; < tb&sub3;. Deshalb muß für jeden Thyristor ein Halbleiterelement mit einer Kapazität ausgewählt werden, die in der Lage ist einer Versorgung mit Energie für ta&sub3; oder tb&sub3; standzuhalten. Da die Beziehung ta < tb erfüllt ist, gilt allgemein, daß ta&sub3; < tb&sub3;, so daß als Thyristor ein Halbleiterelement mit einer Kapazität ausgewählt wird, die in der Lage ist, einer Versorgung mit Energie für eine kurze Zeitdauer tb&sub3; standzuhalten.
Um das Halbleiterelement kompakt zu machen, reicht es aus dem oben erläuterten Grund aus, wenn die Zeitdauer tb jedes Thyristors während des Abschaltens des elektromagnetischen Schaltschützen 1 kurz gemacht wird. Mit Bezug auf Fig. 4 wird im folgenden eine Ausführungsform beschrieben, bei der die angeschaltete Zeitdauer jedes Thyristors kürzer gemacht ist als bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform. Fig. 4 ist ein Schaltdiagramm, das eine Ausführungsform darstellt, bei der die Monostabil-Impuls-Erzeugungseinheit 14 gegenüber der in Fig. 1 und 2 gezeigten verschieden ist. Da der restliche Aufbau mit dem in Fig. 1 gezeigten identisch ist, wird hier auf eine diesbezügliche Beschreibung verzichtet.
Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 2 gezeigten wie folgt: Die Ausgabe der Monostabil-Impuls-Erzeugungseinheit 141 wird zusammen mit dem Betriebssignal S1 in die UND-Schaltung AND1 eingegeben. Wenn die UND-Bedingung der UND-Schaltung AND1 erfüllt ist, d.h., wenn das umgekehrte Signal des normalerweise geschlossenen Kontaktsignals S2 von H (der normalerweise geschlossene Nebenkontakt 1b ist im geschlossenen Zustand) zu L (der normalerweise geschlossene Nebenkontakt 1b ist im offenen Zustand) wechselt, wenn das Betriebssignal S1 gleich H ist und der monostabile Impuls mit der Zeitbreite ta ausgegeben wurde, die UND-Bedingung erfüllt ist, und das monostabile Impulssignal mit der Zeitbreite ta über die ODER-Schaltung OR1 ausgegeben wird. Die Ausgabe der Monostabil-Impuls-Erzeugungsschaltung 142 wird zusammen mit einem durch die Umkehrung des umgekehrten Signals des normalerweise geschlossenen Kontaktsignals S2 durch einen Inverter IN erhaltenen Signal in die UND-Schaltung AND2 eingegeben. Wenn die UND-Bedingung der UND-Schaltung AND2 erfüllt wird, d.h., wenn das umgekehrte Signal des normalerweise geschlossenen Kontaktsignals S2 L ist (der normalerweise geschlossene Nebenkontakt 1b ist im offenen Zustand) und der monostabile Impuls mit der Zeitbreite tb ausgegeben wurde, die UND-Bedingung erfüllt ist, und der monostabile Impuls mit der Zeitbreite tb über die ODER-Schaltung OR1 ausgegeben wird. Die Ausgabe dieser ODER-Schaltung OR1 wird zusammen mit einem durch die Umkehrung der umgekehrten Signals des normalerweise geschlossenen Kontaktsignals S2 durch den Inverter IN erhaltenen Signal in eine UND-Schaltung AND3 eingegeben. Das monostabile Impulssignal S3 wird von dieser UND-Schaltung AND3 an die Zündschaltung 15 ausgegeben.
Im folgenden wird der Betrieb in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf die in Fig. 5A und 5B gezeigten Betriebswellenformdiagramme beschrieben. Fig. 5A zeigt eine Wellenformdiagramm während des normalen Betriebs, während Fig. 5B ein Wellenformdiagramm während eines fehlerhaften Kontakts des Hauptkontakts zeigt. Während des in Fig. 5A gezeigten normalen Betriebs fällt zuerst das Signal an dem normalerweise geschlossenen Nebenkontakt 1b zu einem Zeitpunkt t&sub2;&sub2; von An zu Aus, nachdem das Betriebseingangsspannungssignal S1 zu einem Zeitpunkt t&sub2;&sub1; während des Anschaltens des elektromagnetischen Schaltschützen 1 angelegt wurde, worauf der monostabile Impuls mit der Zeitbreite ta von der Monostabil-Impuls-Erzeugungsschaltung 141 ausgegeben wird, während das Signal H über die UND-Schaltung AND1 und die ODER-Schaltung OR1 an dem anderen Eingangsanschluß der UND-Schaltung AND3 angelegt wird. Da das durch die Umkehrung des umgekehrten Signals (Signal L) des normalerweise geschlossenen Kontakts 1b durch den Inverter IN erhaltene Signal an einem Eingangsanschluß der UND-Schaltung AND3 angelegt wird, wird der monostabile Impuls mit der Zeitbreite ta von der UND-Schaltung AND3 ausgegeben, so daß die Thyristoren angeschaltet werden, was ein Fließen des Laststroms erlaubt. Wenn der Hauptkontakt 1a des elektromagnetischen Schaltschützen 1 angeschaltet ist, fließt der Laststrom über den Hauptkontakt, so daß jeder Thyristor zu einem Zeitpunkt t&sub2;&sub3; ausgeschaltet wird und die Zeitdauer für die Versorgung mit Energie für jeden Thyristor gleich ta&sub1;&sub0; ist. Wenn das Betriebseingangsspannungssignal zu einem Zeitpunkt t&sub2;&sub4; abgeschaltet wird, wird der monostabile Impuls mit der Zeitbreite tb von der in Fig. 4 gezeigten Monostabil-Impuls-Erzeugungsschaltung 142 ausgegeben. Da sich der normalerweise geschlossene Nebenkontakt 1b im offenen Zustand befindet und die Ausgabe des lnverters IN gleich H ist, leitet die Und-Schaltung AND2 und das Signal H wird über die ODER-Schaltung OR1 an dem anderen Eingangsanschluß der UND- Schaltung AND3 angelegt. Da das Signal H von dem Inverter IN an einem Eingangsanschluß dieser UND-Schaltung AND3 angelegt wird, leitet die UND-Schaltung AND3, so daß der monostabile Impuls mit der Zeitbreite tb ausgegeben wird, wodurch die Thyristoren in einen leiffähigen Zustand versetzt werden. Wenn dann der Hauptkontakt 1a zu einem Zeitpunkt t&sub2;&sub5; geöffnet wird, werden die Thyristoren eingeschaltet, um das Fließen des Laststroms zu erlauben. Wenn der normalerweise geschlossene Neben kontakt 1b darauf folgend zu einem Zeitpunkt t&sub2;&sub6; geschlossen wird, wird die Eingabe des in Fig. 4 gezeigten lnverters IN zu H und die Ausgabe des lnverters IN wird zu L, so daß die UND-Schaltung AND3 nicht leitet und die Ausgabe des monostabilen Impulses tb zu diesem Zeitpunkt t&sub2;&sub6; abgeschaltet wird. Die Thyristoren werden zu einem Zeitpunkt t&sub2;&sub7; abgeschaltet, wenn der Gleichstrom nach dem Abschalten des monostabilen Impulses zum Zeitpunkt t&sub2;&sub6; den Nullpunkt durchschreitet und die Zeitdauer für die Versorgung mit Energie gleich tb&sub1;&sub0; wird. Während des in Fig. 5B gezeigten fehlerhaften Kontakts des Hauptkontakts 1a, nachdem das Betriebseingangsspannungssignal S1 zu einem Zeitpunkt t&sub2;&sub6; angelegt wurde, fällt das Signal an dem normalerweise geschlossenen Nebenkontakt 1b zu einem Zeitpunkt t&sub2;&sub9; von An zu Aus, worauf der monostabile Impuls mit der Zeitbreite ta von der Monostabil-Impuls-Erzeugungsschaltung 141 auf gleiche Weise ausgegeben wird wie während des normalen Betriebs, und die Thyristoren angeschaltet werden, um ein Fließen des Laststroms zu erlauben. Die Thyristoren werden dann abgeschaltet, wenn der Gleichstrom nach dem Abschalten des monostabilen Impulses mit der Zeitbreite ta schließlich den Nullpunkt durchschreitet. Wenn das Betriebseingangsspannungssignal zu einem Zeitpunkt t&sub3; abgeschaltet wird, wird gleichzeitig der monostabile Impuls mit der Zeitbreite tb erzeugt, und die Thyristoren werden angeschaltet, um ein Fließen des Laststroms zu erlauben. Wenn der normalerweise geschlossene Nebenkontakt 1b zu einem Zeitpunkt t&sub3;&sub1; geschlossen ist, leitet die in Fig. 4 gezeigte UND-Schaltung AND3 nicht, so daß der monostabile Impuls abgeschaltet wird. Wenn dann zu einem Zeitpunkt t&sub3;&sub2; der erste Gleichstrom darauffolgend den Nullpunkt durchschreitet, werden die Thyristoren abgeschaltet, wobei der Laststrom ausgeschaltet wird. In diesem Fall wird die Zeitdauer für die Versorgung jedes Thyristors mit Energie zu tb&sub2;&sub0;. Deshalb wird bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform die angeschaltete Zeitdauer jedes Thyristors beim Abschalten des elektromagnetischen Schaltschützen 1 gleich der Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt des Anschaltens des monostabilen Impulses bis der erste Gleichstrom nach dem Schließen des normalerweise geschlossenen Nebenkontakts 1b den Nullpunkt durchschreitet. Auf diese Weise ist es möglich, die angeschaltete Zeitdauer jedes Thyristors im Gegensatz zu einer Konfiguration, bei der die angeschaltete Zeitdauer jedes Thyristors durch die Zeitbreite des monostabilen Impulses bestimmt wird, wie bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform.
Fig. 6 stellt eine Ausführungsform dar, bei der die Monostabil-Impuls- Erzeugungseinheit 14 sich von der in Fig. 1 und 2 gezeigten unterscheidet, wobei die andere Konfigurationen mit denen in Fig. 1 gezeigten identisch sind. Die in Fig. 6 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von den in Fig. 1 und 2 gezeigten wie folgt: Eine Oszillatorschaltung 19 ist zusätzlich zu der in Fig. 1 gezeigten Monostabil-Impuls-Erzeugungseinheit 14 vorgesehen, und die Ausgaben der Oszillatorschaltung 19 und der Monostabil-Impuls-Erzeugungseinheit 14 werden in eine UND-Schaltung ANDS, um ein UND zu erhalten. Der Betrieb des in Fig. 6 gezeigten Schaltdiagramms ist in Fig. 7 dargestellt. Wie in Fig. 7 gezeigt, wie ein Zündbefehl SO durch ein UND einer Ausgabe OP der Monostabil-Impuls-Erzeugungseinheit 14 und eine Oszillationsausgabe OS der Oszillatorschaltung 19 wird zu einem intermittierenden Impulssignal, so daß der Zündbefehl SO in der Lage ist, die durch die Schaltungselemente erzeugte Hitzemenge und den Energieverbrauch zu reduzieren. Da der Betrieb während des Anschaltens und des Abschaltens des elektromagnetischen Schaltschützen 1 mit dem im Fig. 1 gezeigten ist, wird hier auf eine diesbezügliche Beschreibung verzichtet.
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm eines Hybridschalters, das eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Komponententeile oder Teile, die identisch mit denen in Fig. 1 gezeigten sind, werden mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei hier auf eine Beschreibung dieser Teile verzichtet wird. Die in Fig. 8 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten wie folgt: Eine mit gegenüberliegenden Anschlüssen des Hauptkontakts 1a des elektromagnetischen Schaltschützen 1 verbundene Spannungskontrollschaltung 17 ist vorgesehen, um eine zwischen den Anschlüssen anliegende Spannung am Hauptkontakt festzustellen, und eine Ausgabe der Spannungskontrollschaltung 17 wird in die Monostabil-Impuls-Erzeugungseinheit 14 eingegeben, um ein UND des Betriebseingangsspannungssignals S1 und des normalerweise geschlossenen Kontaktsignals S2 von der Bestimmungsschaltung 13 zu erhalten, um den Zustand des normalerweise geschlossenen Nebenkontakts 1b zu bestimmen. Außerdem wird die Ausgabe der Spannungskontrollschaltung 17 in eine nicht dargestellte Antriebsschaltung des elektromagnetischen Schaltschützen 1 eingegeben, um die Betriebsspule des elektromagnetischen Schaltschützen 1 auszuschalten. Der Betrieb dieser Ausführungsform wird mit Bezug auf die in Fig. 9 gezeigten Wellenformdiagramme beschrieben. In Fig. 9 bezeichnet S1 die Ausgabe der Eingangsspannung- Detektorschaltung 12, S2 bezeichnet das normalerweise geschlossene Kontaktsignal, 1a bezeichnet das Hauptkontaktsignal, THY bezeichnet das Betriebssignal der Thyristoren THY1 und THY2 der Hauptschaltungselementeinheiten 16, und V bezeichnet eine Zwischenanschlußspannungskontrollausgabe der Spannungskontrollschaltung 17. Fig. 9A ist ein Wellenformdiagramm verschiedener Teile während eines fehlerhaften Kontakts des normalerweise geschlossenen Nebenkontakts, und Fig. 9C ist ein Wellenformdiagramm der verschiedenen Teile während der fehlerhaften Leitung der Hauptschaltungselementeinheiten.
Während des in Fig. 9A gezeigten normalen Betriebs, wenn das Betriebseingangsspannungssignal S1 zu einem Zeitpunkt t&sub4;&sub1; angeschaltet wird, wird der normalerweisee geschlossene Nebenkontakt 1b zu einem Zeitpunkt t&sub4;&sub2; geschlossen und der monostabile Impuls der Zeitbreite ta wird von der Monostabil-Impuls- Erzeugungseinheit 14 ausgegeben, so daß die Thyristoren der Hauptschaltungselementeinheiten 16 angeschaltet werden, was ein Fließen des Laststroms erlaubt. Wenn die Thyristoren der Hauptschaltungselementeinheiten 16 angeschaltet werden, wird die Spannung zwischen den Anschlüssen im wesentlichen Null, so daß die Zwischenanschlußspannungskontrollausgabe V in den An-Zustand versetzt wird. Dann wird der Hauptkontakt 1a zu einem Zeitpunkt t&sub4;&sub3; geschlossen, aber da die Spannung zwischen den Anschlüssen am Hauptkontakt 1a im wesentlichen Null ist, ist die Zwischenanschlußspannungskontrollausgabe V weiterhin auf An gesetzt.
Wenn das Betriebseingangsspannungssignal S1 zu einem Zeitpunkt t&sub4;&sub4; abgeschnitten wird, wird der Hauptkontakt 1a zu einem Zeitpunkt t&sub4;&sub5; abgeschaltet, und die Thyristoren der Hauptschaltungselementeinheiten 16 werden angeschaltet, während der normalerweise geschlossene Nebenkontakt 1b zu einem Zeitpunkt t&sub4;&sub6; geschlossen wird, und die Thyristoren der Hauptschaltungselementeinheiten 16 abgeschaltet werden. Die Zwischenanschlußspannungskontrollausgabe V wird in den Aus-Zustand versetzt.
Während des in Fig. 9B gezeigten fehlerhaften Kontakts des Hauptkontakts, wenn der monostabile Impuls mit der Zeitbreite ta zu einem Zeitpunkt t&sub4;&sub8; ausgegeben wird, um die Thyristoren der Hauptschaltungselementeinheiten 16 anzuschalten, und dieser monostabile Impuls zu einem Zeitpunkt t&sub4;&sub9; verschwindet, wenn der Hauptkontakt 1a einen fehlerhaften Kontakt hergestellt hat, wird eine Spannung zwischen den Anschlüssen des Hauptkontakts 1a erzeugt. Wenn die zwischen den Anschlüssen des Hauptkontakts 1a erzeugte Spannung durch die Spannungskontrollschaltung 17 nach dem Ausgeben des monostabilen Impulses festgestellt wird, legt die Spannungskontrollschaltung 17 an der Monostabil-Impuls-Erzeugungsschaltung 14 einen Ausgabeverhinderungsbefehl an, wobei die Zwischenanschlußspannungskontrollausgabe V auf Aus gesetzt ist, um das Ausgeben des monostabilen Impulses nach diesem Zeitpunkt und ein Zünden der Thyristoren zu verhindern. Dank der Verwendung einer derartigen Konfiguration ist es bei einem fehlerhaften Kontakt des Hauptkontakts 1a möglich, das Ausgeben des monostabilen Impulses zu verhindern, nachdem die Thyristoren nur einmal durch den monostabilen Impuls nach dem Anlegen des Betriebseingangsspannungssignals angeschaltet wurden, so daß die Zeitbreite ta des monostabilen Impulses so gesetzt werden kann, daß ta = tb = 0. Deshalb kann die Kapazität jedes der Thyristoren klein gemacht werden. Obwohl die Spannungskontrollschaltung 17 in der vorstehenden Beschreibung angeordnet ist, um die Spannung zwischen den Anschlüssen des Hauptkontakts zu kontrollieren, ist dabei zu beachten, daß die Spannungskontrollschaltung 17 die Leitungsspannung auf der Lastseite des Hauptkontakts 1a kontrollieren kann.
Da während der in Fig. 9C gezeigten fehlerhaften Leitung der Hauptschaltungselementeinheiten 16 die Thyristoren der Hauptschaltungselementeinheiten 16 nicht angeschaltet werden, auch wenn der monostabile Impuls der Zeitbreite ta zu einem Zeitpunkt t&sub5;&sub3; ausgegeben wird, wird eine Spannung zwischen den Anschlüssen des Hauptkontakts 1a erzeugt, bis der Hauptkontakt 1a zu einem Zeitpunkt t&sub5;&sub4; angeschaltet wird. Wenn die zwischen den Anschlüssen des Hauptkontakts 1a auftretende Spannung durch die Spannungskontrollschaltung 17 festgestellt wurde, während der monostabile Impuls ausgegeben wird, gibt die Spannungskontrollschaltung 17 einen Abschneide-Befehl mit einer auf Aus gesetzten Zwischenanschlußspannungskontrollausgabe an eine nicht dargestellte Antriebsschaltung des elektromagnetischen Schaltschützen 1 aus und gibt diesen frei.
Als nächstes wird eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf Fig. 10 beschrieben. In Fig. 10 sind nur die Aspekte gezeigt, die sich von der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheiden. Da die anderen Konfigurationen mit denen in Fig. 1 gezeigten identisch sind, wird hier auf eine diesbezügliche Beschreibung verzichtet. Die in Fig. 10 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten durch folgendes: Die Ausgabe OP der Monostabil-Impuls-Erzeugungseinheit 14 wird als eine Eingabe für eine UND-Schaltung AND4 verwendet und in eine Zeitsteuerschaltung 18 eingegeben, und eine Ausgabe TM der Zeitsteuerschaltung 18 wird als eine andere Eingabe für die UND-Schaltung AND4 verwendet. Das Zeitlimit der Zeitsteuerschaltung 18 wird größer gesetzt als die Zeitbreite des monostabilen Impulses. Der Betrieb dieser in Fig. 10 gezeigten Ausführungsform wird mit Bezug auf die in Fig. 11 gezeigte Wellenform beschrieben. Nachdem das Betriebseingangsspannungssignal S1 zu einem in Fig. 11 gezeigten Zeitpunkt t&sub6;&sub0; angelegt wurde, um den nicht dargestellten normalerweise geschlossenen Nebenkontakt zu öffnen, wird der monostabile Impuls zu einem Zeitpunkt t&sub6;&sub1; ausgegeben, worauf ein Zündsignal an die Thyristoren von der UND-Schaltung AND4 ausgegeben wird, da das durch das Invertieren des Signals L der Zeitsteuerschaltung 18 erhaltene Signal H an einem anderen Eingangsanschluß des UND-Schaltung AND4 angelegt wird. Wenn der monostabile Impuls zu einem Zeitpunkt t&sub6;&sub2; abgeschaltet wird, fällt die Eingabe der Zeitsteuerung 18 von An zu Aus, so daß die Zeitsteuerschaltung 18 den Zeitsteuerungsbetrieb startet. Wenn die Ausgabe TM der Zeitsteuerschaltung 18 zu H wird, wird die Eingabe in die UND-Schaltung AND4 zu L, so daß die UND-Schaltung AND4 nicht leitet, was das Verschwinden des Zündsignals SO zu jedem der Thyristoren verursacht. Während des Zeitsteuerungsbetriebs der Zeitsteuerschaltung 18, bleibt die Zeitsteuerschaltung 18 weiterhin nicht leitend, da die andere Eingabe in die UND-Schaltung AND4 gleich L ist. Nach dem Ablaufen des Zeitlimits tm der Zeitsteuerschaltung 18 wird von der Zeitsteuerschaltung 18 ein Zeitlimitsignal ausgegeben, wodurch die UND-Schaltung AND4 in einen nicht leitenden Zustand versetzt wird. Deshalb ist die Anordnung bei der in Fig. 10 gezeigten Ausführungsform derart vorgesehen, daß die Zeitsteuerschaltung 18 den Zeitsteuerbetrieb zu einem fallenden Zeitpunkt des monostabilen Impulses startet, und das Zündsignal SO wird während dieser Zeitdauer nicht an jedem der Thyristoren angelegt. Selbst wenn das hochfrequente Schalten derart ausgeführt wird, daß der elektromagnetische Schaltschützen 1 mit kürzeren Intervallen als dem Zeitlimit tm der Zeitsteuerschaltung geöffnet und geschlossen wird, werden dementsprechend die Thyristoren dabei nicht jedesmal angeschaltet. Das hat zur Folge, daß es durch Setzen des Zeitlimits der Zeitsteuerschaltung 18 in Übereinstimmung mit der Hitzekapazität jedes Thyristors möglich ist, einen thermisch bedingten Ausfall der Thyristoren zu verhindern.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt in der in die erste Ausführungsform darstellenden Fig. 1 gezeigten Eingangsspannungs-Detektorschaltung 12. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist die Eingangsspannungs-Detektorschaltung in den Fällen nicht erforderlich, in denen die Stromversorgung für die Bereitstellung des Betriebseingangsspannungssignals stabil ist. In Fällen, in denen die Stromversorgung für die Bereitstellung des Betriebseingangsspannungssignals instabil ist, ist die Eingangsspannungs-Detektorschaltung 12 jedoch vorgesehen. Außerdem ist eine Anordnung vorgesehen, so daß eine Ausgabe durch die Verwendung der Eingangsspannungs-Detektorschaltung 12 ausgegeben wird, wenn die Spannung des Betriebseingagnsspannungssignals gleich der Betriebsspannung oder der Wiederkehrspannung des elektromagnetischen Schaitschützen 1 ist oder diese überschreitet. Dank der Verwendung einer derartige Anordnung ist es möglich, eine Situation zu verhindern, in derder bewegliche Eisenkern nicht positiv durch den unbeweglichen Eisenkern angezogen wird, und der An-Aus-Betrieb des normalerweise geschlossenen Nebenkontakts aufgrund des wiederholten Anziehens und Abstoßens des beweglichen Eisenkerns wiederholt wird, was verursacht, daß die Thyristoren ein frequentes An-Aus-Schalten durchführen, und einen thermisch bedingten Ausfall zur Folge hat, wenn die Spannung des Betriebseingangsspannungssignals einen bestimmten Wert erreicht, der ausreicht, um den beweglichen Eisenkern des elektromagnetischen Schaltschützen 1 zu dem unbeweglichen Eisenkern anzuziehen.
Fig. 12 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die die Monostabil-Impuls-Erzeugungseinheit 14 verwendet, die sich von der in Fig. 4 gezeigten unterscheidet, wobei die anderen Konfigurationen mit den in Fig. 1 gezeigten identisch sind. Die in Fig. 12 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 4 gezeigten dadurch, daß eine Detektorschaltung 143 zum Öffnen/Schließen des Kontakts b vorgesehen ist, in die das Betriebssignal S1, das invertierte Signal des normalerweise geschlossenen Kontaktsignals S2 und die Ausgabe des lnverters IN eingegeben werden, wobei ein Ausgabesignal S4 der Detektorschaltung 143 zum Öffnen/Schließen des Kontakts b in die Eingangsanschlüsse der UND-Schaltungen AND1 und AND2 eingegeben werden. Da während des normalen Betriebs des normalerweise geschlossenen Neben kontakts 1b das normalerweise geschlossene Kontaktsignal S2 nach dem Anschalten des Betriebssignals S1 abgeschaltet wird, bestimmt die öffnende/schließende Detektorschaltung 143, ob ein fehlerhafter Kontakt am normalerweise geschlossenen Nebenkontakt 1b aufgetreten ist darauf beruhend, ob das normalerweise geschlossene Kontaktsignal während der angeschalteten Zeitdauer des Betriebssignals S1 abgeschaltet wird oder nicht. Die Detektorschaltung 143 zum Öffnen/Schließen des Kontakts b speichert das Ergebnis in einer selbsthaltenden Schaltung und gibt im Fall eines fehlerhaften Kontakts ein Aus-Signal aus, das eine Abnormalität angibt. Diese selbsthaltende Schaltung wird durch einen Anstieg der Ausgabe des lnverters IN zurückgestellt.
Der Betrieb dieser Ausführungsform wird mit Bezug auf die in Fig. 13A und 13B gezeigten Betriebswellenformdiagramme beschrieben. Fig. 13A zeigt ein Wellenformdiagramm für den normalen Betrieb, und Fig. 13B zeigt ein Wellenformdiagramm für den fehlerhaften Kontakt des normalerweise geschlossenen Nebenkontakts 1b. Da der in Fig. 13A gezeigte normale Betrieb dem in Fig. 5A gezeigten Betrieb ähnlich ist, werden nur Unterschiede gezeigt. Die Ausgabe S4 der Detektorschaltung 143 zum Öffnen/Schließen des Kontakts b wird angeschaltet, wenn das Betriebssignal S1 zu einem Zeitpunkt t&sub7;&sub1; angeschaltet wird, und die Ausgabe S4 der Detektorschaltung 143 zum Öffnen/Schließen des Kontakts b wird angeschaltet, wenn das normalerweise geschlossene Kontaktsignal S2 zu einem Zeitpunkt t&sub7;&sub6; angeschaltet wird, so daß die Ausgabe 84 der Detektorschaltung 143 zum Öffnen/Schließen des Kontakts b den Betrieb der UND-Schaltungen AND1 und AND2 während des normalen Betriebs nicht beeinflußt. Da bei einem fehlerhaften Kontakt des normalerweise geschlossenen Nebenkontakts 1b die Ausgabe S4 der Detektorschaltung 143 zum Öffnen/Schließen des Kontakts b Aus ist, wird die UND-Bedingung der UND-Schaltungen AND1 und AND2 nicht erfüllt, was zur Folge hat, daß die Ausgabe des monostabilen Impulssignals S3 gestoppt wird. Selbst wenn das Betriebseingangssignal S1 zu einem Zeitpunkt t&sub7;&sub8; angeschaltet wird, wird dementsprechend der monostabile Impuls S3 mit der Zeitbreite ta nicht ausgegeben, so daß die Thyristoren der Hauptschaltungselementeinheiten 16 nicht angeschaltet werden.
Wenn bei den in Fig. 1 und 4 gezeigten Ausführungsformen der normalerweise geschlossene Neben kontakt 1b während des Anschaltens des elektromagnetischen Schaltschützen 1 einen fehlerhaften Kontakt herstellt, wird der monostabile Impuls 83 mit der Zeitbreite ta nicht ausgegeben, da das normalerweise geschlossene Kontaktsignal ausgeschaltet ist. Zum Zeitpunkt des Abschneidens werden jedoch die Thyristoren der Hauptschaltungselementeinheiten 16 angeschaltet, da der monostabile Impuls S3 mit der Zeitbreite tb ausgegeben wird. Dementsprechend wird ein hochfrequentes Schalten ausgeführt und der Verlust in An-Zustand der Thyristoren während des Abschneidens wird groß, so daß das Risiko eines resultierenden Bruchfalls auftritt. Ein derartiger Fall kann jedoch vermieden werden, indem die Detektorschaltung 143 zum Öffnen/Schließen des Kontakts b wie in der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen ist. Übrigens wird ein fehlerhafter Kontakt des normalerweise geschlossenen Nebenkontakts separat behandelt.
Wie oben beschrieben, enthält ein Hybridschalter, der Halbleiterschaltelemente aufweist, die parallel mit einem Hauptkontakt des elektromagnetischen Schaltschützen verbunden sind, und der dafür ausgebildet ist, die Halbleiterschaltelemente kurzzeitig während des An- und Abschaltens des elektromagnetischen Schaltschützen zu betreiben, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung: einen Steuerbereich zum Feststellen eines Abfallens eines normalerweise geschlossenen Nebenkontaktsignals und eines Abfallens eines Betriebseingangsspannungssignals und zum Ausgeben eines monostabilen Impulses zu jedem derartigen Feststellungszeitpunkt, um einen Zündimpuls an den Halbleiterschaltelementen anzulegen. Da das Zündsignal nur während der Zeitdauer des monostabilen Impulses an den Halbleiterschaltelementen angelegt wird, werden folglich die Halbleiterschaltelemente nur kurzzeitig mit Energie versorgt, selbst wenn ein fehlerhafter Kontakt des Hauptkontakts oder des normalerweise geschlossenen Nebenkontakts des elektromagnetischen Schaltschützen auftritt. Deshalb ist es möglich, einen nicht teuren Hybridschalter vorzusehen, der selbst dann keinen thermisch bedingten Ausfall erfährt, wenn die Kapazität des Halbleiterschaltelementes klein ist.
Einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung entsprechend, enthält ein Hybridschalter, der Halbleiterschaltelemente aufweist, die parallel mit einem Hauptkontakt des elektromagnetischen Schaltschützen verbunden sind, und der dafür ausgebildet ist, die Halbleiterschaltelemente kurzzeitig während des An- und Abschaltens des elektromagnetischen Schaltschützen zu betreiben: einen Steuerbereich zum Feststellen eines Abfallens eines normalerweise geschlossenen Nebenkontaktsignals und eines Falles eines Betriebseingangsspannungssignals und zum Ausgeben eines monostabilen Impulses zu jedem derartigen Feststellungszeitpunkt, um einen Zündimpuls an den Halbleiterschaltelementen anzulegen, und eine Spannungskontrollschaltung zum Kontrollieren der Spannung zwischen den Anschlüssen oder einer Zwischenphasenspannung an der Lastseite des Hauptkontakts der elektromagnetischen Schaltschützen, um einen fehlerhaften Kontakt des Hauptkontakts oder eine fehlerhafte Leitung der Halbleiterschaltelemente festzustellen, wobei der Kontrollbereich das Ausgeben der monostabilen Impulse verhindert oder eine Betriebsspule des elektromagnetischen Schaltschützen durch die Ausgabe der Spannungskontrollschaltung ausschaltet. Für den Fall, daß der Hauptkontakt des elektromagnetischen Schaltschützen einen fehlerhaften Kontakt hergestellt hat, wird dementsprechend die Versorgung der Halbleiterschaltelemente mit Energie verhindert, so daß es möglich ist, Halbleiterschaltelemente zu verwenden, deren Kapazität sogar noch kleiner ist als in dem Aufbau gemäß dem ersten Aspekt. Für den Fall, daß die Halbleiterschaltelemente eine fehlerhafte Leitung hergestellt habe, wird andererseits die Betriebsspule des elektromagnetischen Schaltschützen ausgeschaltet, wodurch der elektromagnetische Schaltschütz freigegeben wird.
Weiter, dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung entsprechend, enthält ein Hybridschalter, der Halbleiterschaltelemente aufweist, die parallel mit einem Hauptkontakt des elektromagnetischen Schaltschützen verbunden sind, und der dafür ausgebildet ist, die Halbleiterschaltelemente kurzzeitig während des An- und Abschaltens des elektromagnetischen Schaltschützen zu betreiben: einen Steuerbereich zum Feststellen eines Abfallens eines normalerweise geschlossenen Nebenkontaktsignals und eines Abfallens eines Betriebseingangsspannungssignals und zum Ausgeben eines monostabilen Impulses zu jedem derartigen Feststellungszeitpunkt, um einen Zündimpuls an den Halbleiterschaltelementen anzulegen, wobei der Steuerbereich eine Zeitsteuerung aufweist, die einen Zeitsteuerungsbetrieb mit einem vorbestimmten Zeitlimit startet und eine Ausgabe durch die Ausgabe des monostabilen Impulses ausgibt und die Ausgabe stoppt, wenn der Zeitsteuerungsbetrieb mit dem vorbestimmten Zeitlimit abgeschlossen ist, wobei das Ausgeben des monostabilen Impulses verhindert wird, während die Ausgabe aus der Zeitsteuerung ausgegeben wird. Auf diese Weise werden die Halbleiterschaltelemente in einer derartigen Situation nicht mit Energie versorgt, selbst wenn der elektromagnetische Schaltschütz mit einer hohen Frequenz geschaltet wird, was den Vorteil bietet, daß die Hitzekapaziät der Halbleiterschaltelemente klein gemacht werden kann.
Weiterhin, dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung entsprechend, enthält ein Hybridschalter, der Halbleiterschaltelemente aufweist, die parallel mit einem Hauptkontakt des elektromagnetischen Schaltschützen verbunden sind, und der dafür ausgebildet ist, die Halbleiterschaltelemente kurzzeitig während des Anund Abschaltens des elektromagnetischen Schaltschützen zu betreiben: einen Steuerbereich zum Feststellen eines Falles eines normalerweise geschlossenen Nebenkontaktsignals und eines Falles eines Betriebseingangsspannungssignals und zum Ausgeben eines monostabilen Impulses zu jedem derartigen Feststellungszeitpunkt, um einen Zündimpuls an den Halbleiterschaltelementen anzulegen, und eine Eingangsspannungs-Detektorschaltung zum Ausgeben einer Ausgabe, wenn eine Spannung des Betriebseingangsspannungssignals einer Betriebsspannung oder einer Wiederkehrspannung des elektromagnetischen Schaltschützen gleich ist oder diese überschreitet, wobei der Steuerbereich den monostabilen Impuls in Abhängigkeit von der Ausgabe der Eingangsspannungs- Detektorschaltung ausgibt. In Fällen, in denen der Spannungswert des Betriebseingangsspannungssignals niedriger ist als ein vorbestimmter Wert, ist es dementsprechend möglich, eine Situation zu vermeiden, in der der Hauptkontakt des elektromagnetischen Schaltschützen flattert und die Halbleiterschaltelemente häufig mit Energie versorgt werden. Dies bietet den Vorteil, daß die Hitzekapazität der Halbleiterschaltelemente klein gemacht werden kann.
Weiterhin, dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung entsprechend, enthält ein Hybridschalter, der Halbleiterschaltelemente aufweist, die parallel mit einem Hauptkontakt des elektromagnetischen Schaltschützen verbunden sind, und der dafür ausgebildet ist, die Halbleiterschaltelemente kurzzeitig während des Anund Abschaltens des elektromagnetischen Schaltschützen zu betreiben: einen Steuerbereich zum Feststellen eines Falles eines normalerweise geschlossenen Nebenkontaktsignals und eines Falles eines Betriebseingangsspannungssignals und zum Ausgeben eines monostabilen Impulses zu jedem derartigen Feststellungszeitpunkt, um einen Zündimpuls an den Halbleiterschaltelementen anzulegen, wobei der Steuerbereich einen Anstieg des Betriebsspannungssignals und das Vorhandensein oder das Nicht-Vorhandensein des Abfallens des normalerweise geschlossenen Nebenkontaktsignals nach dem Anstieg feststellt und das Ausgeben des monostabilen Impulses verhindert, wenn kein Abfallen des normalerweise geschlossenen Kontaktsignals gegeben ist. Eine Folge davon ist, daß das Ausgeben des monostabilen Impulses verhindert wird, wenn ein fehlerhafter Kontakt auftritt, so daß es möglich ist, eine Beschädigung der Halbleiterschaltelemente insbesondere während eines hochfrequenten Schaltens zu verhindern.

Claims

1. Hybridschalter mit

einem elektromagnetischen Schaltschützen (1), der einen Hauptkontakt (1a) und einen normalerweise geschlossenen Nebenkontakt (1b) aufweist,

einem Halbleiterschaltelement (16), das parallel zu dem Hauptkontakt (1a) geschaltet ist, und

einem Steuerbereich (10), um das Halbleiterschaltelement kurzzeitig in einen An-Zustand zu versetzen, wenn der elektromagnetische Schaltschütz (1) geschlossen und geöffnet wird, wobei der Steuerbereich (10) enthält:

eine Einrichtung (11, 12, 13) zum Feststellen eines Abfallens eines Nebenkontaktsignals, das den sich öffnendenisich schließenden Zustand des normalerweise geschlossenen Nebenkontakts (1b) angibt, und eines Abfallens eines Betriebseingangsspannungssignals angibt, und

eine Einrichtung (14, 15) zum Erzeugen eines monostabilen Impulses als Zündimpuls für das Halbleiterschaltelement (16) nach dem Feststellen des Abfallens des Nebenkontaktsignals oder des Abfallens des Betriebseingangsspannungssignals.

2. Hybridschalter nach Anspruch 1, wobei die beim Abfallen des Nebenkontaktsignals und des Betriebssignals erzeugten monostabilem Impulse verschiedene Breiten aufweisen.

3. Hybridschalter nach Anspruch 1, wobei der beim Abfallen des Betriebseingangsspannungssignals erzeugte Impuls in Reaktion auf ein Ansteigen des Nebenkontaktsignals fällt.

4, Hybridschalter nach Anspruch 1, wobei der Steuerbereich (10) weiterhin einen Oszillator (19) enthält, und wobei der monostabile Impuls und eine Ausgabe des Oszillators (19) UND-verknüpft werden, um ein Zündsignal zu erzeugen.

5. Hybridschalter nach Anspruch 1, wobei der Steuerbereich (10) weiterhin eine Spannungskontrollschaltung (17) zum Kontrollieren des Zwischenanschlußspannung oder einer Zwischenphasenspannung an der Lastseite des Hauptkontakts (1a) des elektromagnetischen Schaltschützen (1) enthält, um einen fehlerhaften Kontakt des Hauptkontakts (1a) und eine fehlerhafte Leitung des Halbleiterschaltelements (16) festzustellen, und wobei der Steuerbereich (10) die Ausgabe des monostabilen Impulses verhindert oder eine Betriebsspule des elektromagnetischen Schaltschützen (1) auf der Basis der Ausgabe der Spannungskontrollschaltung (17) ausschaltet.

6. Hybridschalter nach Anspruch 1, wobei der Steuerbereich (10) weiterhin eine Zeitsteuerung (18) zum Erzeugen einer Ausgabe für eine vorbestimmte Zeit in Reaktion auf die Ausgabe des monostabilen Impulses enthält, wobei der Steuerbereich (10) die Ausgabe eines weiteren monostabilen Impulses verhindert, während die Zeitsteuemng (18) die Ausgabe erzeugt.

7. Hybridschalter nach Anspruch 1, wobei der Steuerbereich (10) weiterhin eine Eingangsspannungs-Detektorschaltung (12) zum Erzeugen einer Ausgabe, wenn das Betriebseingangsspannungssignal gleich einer Betriebsspannung oder einer Wiederkehrspannung des elektromagnetischen Schaltschützen (1) ist oder diese überschreitet, enthält, und wobei der Steuerbereich (10) den monostabilen Impuls nur erzeugt, während die Eingangsspannungs-Detektorschaltung (12) die Ausgabe erzeugt.

8. Hybridschalter nach Anspruch 1, wobei der Steuerbereich (10) weiterhin das Ansteigen des Betriebseingangsspannungssignals und dann das Vorhandensein des Abfallens des Nebenkontaktsignals feststellt, und wobei der Steuerbereich (19) die Ausgabe des monostabilen Impulses verhindert, wenn das Abfallen des Nebenkontaktsignals nicht gegeben ist.