DE69704079T2

DE69704079T2 - Statisches relais mit zustandserkennung

Info

Publication number: DE69704079T2
Application number: DE69704079T
Authority: DE
Inventors: Jean Blain
Original assignee: Crouzet Automatismes SAS
Current assignee: Crouzet Automatismes SAS
Priority date: 1996-04-22
Filing date: 1997-04-18
Publication date: 2001-08-02
Anticipated expiration: 2017-04-19
Also published as: WO1997040578A1; DE69704079D1; FR2747864B1; AU2703897A; EP0895671A1; EP0895671B1; FR2747864A1; US6111736A

Description

Die Erfindung betrifft statische Relais, die verwendet werden, um das Öffnen und das Schließen von elektrischen Stromkreisen zu bewerkstelligen. Ein derartiges Relais gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der Patentanmeldung EP-A-0 511 028 bekannt.
Zur Zeit werden wenigstens zwei Haupttypen von Relais entsprechend ihren Fertigungstechnologien unterschieden: die elektromechanischen Relais und die Halbleiterrelais oder statischen Relais. Die Relais vom elektromechanischen Typ umfassen einen oder mehrere elektrische Kontakte, die mit einem beweglichen Element eines Magnetkreises mechanisch gekoppelt sind, das durch Steuern der Stromversorgung einer Spule, die einen Induktionsfluß in dem Magnetkreis erzeugt, betätigt wird. Der Magnetkreis ist je nach Position seines beweglichen Elements offen oder geschlossen. Ist beispielsweise das Relais in Ruhestellung, wird die Spule des Relais nicht gespeist, ist der Magnetkreis der Spule des Relais offen und sind die elektrischen Kontakte des Relais geöffnet. Die Zustandsänderung des Relais wird bewerkstelligt, indem der Spule ein elektrischer Steuerstrom zugeführt wird, wodurch sich der Magnetkreis schließt, was ein Schließen der elektrischen Kontakte zur Folge hat. Das Relais geht von einer Ruhestellung in eine Arbeitsstellung über.
Der Zustand des elektromagnetischen Relais kann schnell bestimmt werden, entweder durch Sichtbarmachen des Luftspaltes zwischen einem feststehenden Teil und dem beweglichen Element des Magnetkreises oder durch das einer Zustandsänderung entsprechende Schaltgeräusch des Relais, wobei vorausgesetzt wird, daß der Anfangszustand bekannt war.
Im Gegensatz zu den elektromechanischen Relais verwenden die statischen Relais keine beweglichen mechanischen Elemente, sondern Halbleiter, die in der Lage sind, das Öffnen oder das Schließen eines elektrischen Stromkreises, in den sie eingesetzt sind, zu bewerkstelligen. Im allgemeinen ist die Steuerschaltung aus Sicherheitsgründen von der elektrischen Schaltung, in die das Relais eingesetzt ist, galvanisch getrennt, da manche elektrische Schaltungen hohe Ströme und Spannungen verwenden. Für die statischen Relais erfolgt die elektrische Trennung der Steuerung beispielsweise mittels eines Optokopplers. Die in eine wechselstrombetriebene elektrische Schaltung geschalteten statischen Relais verwenden Halbleiter, wie etwa Triacs oder Thyristoren, die zueinander parallel und entgegengesetzt geschaltet sind, oder analoge Bauelemente, wie etwa diejenigen, die unter den Bezeichnungen "Snubberless" oder "Alternistor" vermarktet werden, wie Triacs funktionieren und ein - besseres Verhalten hinsichtlich Fehlauslösungen aufweisen.
Diese Typen von Halbleitern weisen, wenn sie in einer elektrische Schaltung eingesetzt sind, in ihrem normalen Betrieb zwei verschiedene Zustände auf einen geöffneten Zustand und einen geschlossenen Zustand. In dem geöffneten Zustand liegt die gesamte Spannung der elektrischen Schaltung an den Anschlüssen des Halbleiters an. In dem geschlossenen (oder gesättigten) Zustand tritt an den Anschlüssen des Halbleiters eine Sättigungswechselspannung von etwa 1,5 Volt auf.
Die statischen Relais können einen weiteren, zusätzlichen Zustand aufweisen, der kein üblicher Betriebszustand ist und der mit der Zerstörung des Halbleiters in Beziehung steht, wobei sie dann entweder kurzschließen oder eine offene Schaltung darstellen. Wenn der Halbleiter zerstört ist und einen Kurzschlußkreis bildet, ist die Spannung an seinen Anschlüssen praktisch gleich 0 Volt, wenn er hingegen einen offenen Kreis bildet, liegt die gesamte Spannung der elektrischen Schaltung an seinen Anschlüssen an.
Automatiken benutzen sehr häufig Relais, insbesondere statische Relais, die in der Tendenz die elektromechanischen Relais veralteter Technologie ersetzen, und es ist notwendig, den tatsächlichen Zustand des Relais in Abhängigkeit vom Zustand seiner Steuerung zu erkennen. Gegenwärtig können zwei Fälle auftreten: entweder liefert das Relais keinerlei Information über seinen Zustand oder sein Zustand wird mit Hilfe von Systemen außerhalb des Relais bestimmt.
Beispielsweise ermöglicht unter der Annahme, daß das Relais nicht fehlerhaft oder defekt ist, eine Messung des Stroms der elektrischen Schaltung, in die das Relais eingesetzt ist, zu bestimmen, ob das Relais geöffnet oder geschlossen ist, was eine Meßvorrichtung erfordert, die den gesamten Strom der elektrischen Schaltung vertragen kann. Diese Meßvorrichtung ist teuer und beansprucht Platz, insbesondere im Fall elektrischer Schaltungen, die hohe Leistungen aufbieten. Im Fall von statischen Halbleiterrelais kann, um ihren Zustand zu bestimmen, die Spannungsmessung an den Anschlußklemmen des Relais ausgeführt werden. Wenn das Relais geöffnet ist, liegt die gesamte Spannung der elektrischen Schaltung an seinen Anschlußklemmen an, wenn es hingegen geschlossen ist, muß eine Spannung in der Größenordnung von 1,5 Volt feststellbar sein, die der Sättigungsspannung des Halbleiters entspricht. Die Vorrichtung zum Messen der Spannung an den Anschlußklemmen des Relais muß einerseits die Spannungen der elektrischen Schaltungen, die mitunter einige hundert oder sogar tausend Volt hoch sind, vertragen und andererseits eine ausreichende Präzision aufweisen, um die schwache Sättigungsspannung des Halbleiters von etwa 1,5 Volt nachzuweisen. Dies führt zu einer zu teuren und zu schwierig anzuwendenden Meßeinrichtung.
Um diese Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen, schafft die Erfindung ein statisches Relais (RS), das dazu vorgesehen ist, in eine elektrische Wechselstromschaltung (CE) eingesetzt zu werden, die wenigstens zwei Anschaltanschlüsse (1, 2) enthält, wobei das statische Relais (RS) wenigstens ein Halbleiterbauelement, das zwei Betriebszustände, einen geöffneten und einen geschlossenen, annehmen kann, sowie Mittel besitzt, die den Betriebszustand des Relais (RS) und einen zusätzlichen Zustand bestimmen, der insbesondere dem zerstörten Relais, der spannungslosen elektrischen Schaltung (CE) oder dem abgetrennten Relais entspricht, wobei diese Mittel an die Anschlüsse des Relais angeschlossen sind und ein Paar Elektrolumineszenz-Dioden (D1, D2) umfassen, die parallel und zueinander entgegengesetzt geschaltet sind, wobei dieses Paar mit einer Reihenschaltung (R1, C) des RC-Typs in Reihe geschaltet ist, wobei die Gesamtheit aus den Dioden (D1, D2) und der RC-Schaltung (R1, C) zu dem Halbleiterbauelement (Th1, Th2) parallelgeschaltet ist und jede Diode (D1, D2) mit einem Transistor (T1, T2) optisch gekoppelt ist, wobei eine der Dioden von einem Strom durchflossen wird, der mit der positiven Halbperiode der Wechselspannung der elektrischen Schaltung in Beziehung steht, und die andere Diode von einem Strom durchflossen wird, der mit der negativen Halbperiode dieser elektrischen Schaltung in Beziehung steht. Die Elektrolumineszenz-Dioden sind nahezu während der gesamten Halbperioden erleuchtet, wenn das Element geöffnet und nicht fehlerhaft ist. Diese gleichen Dioden sind während eines kurzen Moments beim Nulldurchgang der Halbperioden erleuchtet, wenn das Bauelement geschlossen und nicht fehlerhaft ist.
Die Dioden bleiben während der gesamten Halbperioden erloschen, wenn das Element fehlerhaft und kurzgeschlossen ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der Beschreibung von Beispielen des Relais gemäß der Erfindung; worin
- Fig. 1a den Schaltplan des statischen Relais gemäß der Erfindung zeigt und
- Fig. 1b eine Variante des Halbleiters des Relais zeigt,
- Fig. 1c eine Variante der Mittel zur Bestimmung des Zustands des Relais zeigt;
- die Fig. 2a, 2b und 2c die Diagramme von Spannung und Strom des den Gegenstand der Fig. 1a bildenden Relais im geöffneten Zustand zeigen;
- die Fig. 3a, 3b, 3c die Diagramme von Spannung und Strom des den Gegenstand der Fig. 1a bildenden Relais im geschlossenen Zustand zeigen;
- die Fig. 4a und 4b die Diagramme von Spannung und Strom des den Gegenstand der Fig. 1a bildenden Relais in einem zusätzlichen Zustand, in dem der Halbleiter kurzgeschlossen ist, zeigen;
- die Fig. 5a, 5b und 5c die Diagramme von Spannung und Strom des den Gegenstand der Fig. 1a bildenden Relais in einem weiteren zusätzlichen Zustand, in dem das Relais in der geschlossenen Position ist, zeigen.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden in den Diagrammen die Maßstäbe nicht konsequent gewahrt.
Fig. 1a zeigt den Schaltplan eines Ausführungsbeispiels eines statischen Relais RS gemäß der Erfindung, das ein Paar Thyristoren Th1 und Th2, die parallel und zueinander entgegengesetzt geschaltet sind, umfaßt. Die Katode des Thyristors Th2 ist mit der Anode des Thyristors Th1 und einer Anschlußklemme 1 des Relais RS verbunden, welche mit einer ersten Seite A einer elektrischen Schaltung CE verbunden ist, während die Katode des Thyristors Th1 mit der Anode des Thyristors Th2 und mit einer Anschlußklemme 2 des Relais RS verbunden ist, welche mit einer zweiten Seite B der elektrischen Schaltung CE verbunden ist. Die Spannung, die an den Anschlüssen des Thyristors auftritt, wenn die elektrische Schaltung unter Spannung steht, wird im folgenden mit Ucc bezeichnet.
Das Relais RS wird mittels einer Befehlsansteuerung EC einer Steuerschaltung CD gesteuert, die in bekannter Weise mittels ihrer Steuerungsausgänge S1 und S2 über die Gates G1 bzw. G2 der Thyristoren Th1 und Th2 elektrische Signale sendet, die das Schließen dieses Thyristors auslösen. Die Steuerschaltung CD umfaßt eine optische Trennung, um den Eingang EC des Relais von den Thyristoren zu trennen, die unter der Spannung der elektrischen Schaltung CE stehen.
Die Mittel zur Bestimmung des Zustands des Relais umfassen ein Paar Elektrolumineszenz-Dioden D1, D2, die parallel und zueinander entgegengesetzt geschaltet sind, wobei dieses Diodenpaar mit einer Reihenschaltung (R1, C) des RC- Typs in Reihe geschaltet ist, wobei die Gesamtheit aus den Dioden D1, D2 und der RC- Schaltung zu dem Thyristorenpaar Th1, Th2 parallelgeschaltet ist und jede Diode D1, D2 mit jeweils einem Transistor T1, T2 optisch gekoppelt ist.
Das Relais RS besitzt einen Eingang 10, der mit einer Spannungsversorgung außerhalb des Relais verbunden ist, deren Spannung Vcc ermöglicht, mit einem Gleichstrom zum einen die Steuerschaltung CD des Relais und zum anderen die Mittel zur Bestimmung des Zustands des Relais RS zu speisen.
Die Kollektoren der Transistoren T1 und T2 sind gemeinsam mit einem Anschluß 6 verbunden und einerseits über einen Widerstand R2 mit der Versorgungsspannung Vcc und andererseits über einen Kondensator C2 mit einer gemeinsamen Masse M verbunden.
Die Emitter der Transistoren T1 und T2 sind mit der gemeinsamen Masse M verbunden.
Die Zustandsinformationen des Relais RS werden über die Spannung Vs am Ausgang der Kollektoren der Transistoren T1 und T2 (Anschluß 6) erhalten.
Vorzugsweise wird ein Spannungsbegrenzer eingesetzt, der in diesem Ausführungsbeispiel zwei Zenerdioden 21 und 22 umfaßt, die in Reihe und zueinander entgegengesetzt geschaltet mit den Anschlüssen der Untereinheit, die aus dem Elektrolumineszenz-Dioden-Paar D1 und D2 und dem Widerstand R1 gebildet ist, verbunden sind. Dieser Begrenzer 21, 22 ermöglicht, die Elektrolumineszenz-Dioden D1 und D2 im Fall einer steilen Flanke mit großer Amplitude der Spannung Ucc an den Anschlüssen des Thyristors, die beispielsweise durch das Zünden des Thyristors bei einer hohen Spannung Ucc hervorgerufen wird, zu schützen.
Nun wird die Funktionsweise des Relais RS beschrieben. Das Relais RS ist in eine elektrische Schaltung CE eingefügt, von der vorausgesetzt wird, daß sie mit einer elektrischen, beispielsweise sinuswellenförmigen, Wechselspannung U arbeitet. Es wird der Fall betrachtet, in dem das Relais in geöffneter Stellung ist, d. h. die Transistoren Th1 und Th2 offen sind.
Um die Funktionsweise zu erläutern, wird auf die Fig. 1a, 2a, 2b und 2c Bezug genommen, die den Schaltplan des in die elektrische Schaltung CE eingesetzten Relais zeigen, sowie auf die Diagramme von Spannung und Strom in den Stromkreisen des Relais RS.
Ist das Relais RS mittels der Ansteuerung EC in die geöffnete Stellung gebracht, liegt die gesamte Spannung U der elektrischen Schaltung an den Anschlüssen des Thyristors (Anschlußklemmen 1 und 2 des Relais RS) an. In diesem Fall ist Ucc gleich der Spannung U der elektrischen Schaltung CE. Das Diagramm der Fig. 2a zeigt die Spannung Ucc an den Anschlüssen des Thyristors in Abhängigkeit von der Zeit.
Wenn eine elektrische Schaltung betrachtet wird, die mit einem Wechselstrom einer Frequenz von 50 Hz arbeitet, ist die Periode T der Spannung Ucc 20 ms.
Das Diagramm der Fig. 2b zeigt die Form des Stroms I in der von dem Kondensator C, den Elektrolumineszenz-Dioden D1 und D2 und dem Widerstand R1 gebildeten Schaltung.
Der Strom I ähnelt der Form nach einem sinuswellenförmigen Strom. Der Strom I durchfließt die Elektrolumineszenz-Diode D1 während einer Halbperiode und die Elektrolumineszenz-Diode D2 während der anderen Halbperiode, wodurch abwechselnd die Sättigung des Transistors T1 und daraufhin des Transistors T2 hervorgerufen wird usw., außer während einer in bezug auf die Periode der Spannung Ucc kurzen zeitlichen Periode Δt, die der Aufhebung des Stroms I in den Dioden D1 und D2 entspricht, die durch die Leitfähigkeitsschwelle (in etwa 1,2 Volt) der Dioden D1 und D2 im Moment des Durchganges der Spannung Ucc durch 0 Volt hervorgerufen wird.
Etwa während dieses kurzen Zeitabschnitts Δt sind die Transistoren T1 und T2 gesperrt und die Spannung Vs an den Anschlüssen ihrer Kollektoren, in Fig. 2c punktiert dargestellt, strebt während der Zeit Δt plötzlich danach, die Höhe der Versorgungsspannung Vcc zu erreichen. Fig. 2c zeigt punktiert eine Spannung Vcb, die in dem Fall, in dem der Kondensator C2 nicht mit den Kollektoren der Transistoren verbunden ist, während Δt über den Kollektoren der Transistoren T1, T2 anliegen würde. Die Schaltung R2, C2 vom RC-Typ hat zur Aufgabe, die Variationen der Spannung Vcb während des Zeitabschnitts Δt zu integrieren.
Die Werte für R2 und C2 sind so berechnet, daß diese Variation von Vcb auf einem geringen Wert, nahe der Sättigungsspannung der Transistoren gehalten wird. Die Spannung Vs am Anschluß 6, der Anschlußstelle der Kollektoren der beiden Transistoren T1 und T2, wird im wesentlichen gleich der Sättigungsspannung der Transistoren, d. h. etwa 0,6 Volt, gehalten. Die Spannung Vs ist sozusagen auf einem niedrigen Pegel.
Die von den Bauelementen C und R1 gebildete Schaltung vom RC-Typ ist so berechnet, daß ein Strom I gewährleistet ist, der ausreicht, um die Transistoren T 1 und T2 zu sättigen.
In dem Ausführungsbeispiel hat der Kondensator C etwa 10 nF und der Widerstand R1 etwa 47 Ω.
Das Relais befindet sich in geschlossener (oder gesättigter) Stellung. Für die Erläuterung dieses Betriebszustands wird auf die Fig. 1a, 3a, 3b und 3c Bezug genommen.
Das Schließen des Relais RS durch Ansteuern seines Eingangs EC hat das Schließen des elektrischen Stromkreises CE zur Folge. Der durch die elektrische Schaltung fließende Wechselstrom läßt an den Anschlüssen der Thyristoren Th1 und Th2 eine Sättigungsspannung auftreten, die für diesen Halbleitertyp in der Größenordnung von 1,5 Volt ist.
Das Diagramm der Fig. 3a zeigt die Form der Spannung Ucc an den Anschlüssen der Thyristoren (Anschlüsse 1 und 2).
Die Spannung Ucc folgt in einer ersten Phase der sinuswellenförmigen Spannung U der elektrischen Schaltung, in Fig. 3a teilweise punktiert dargestellt, und stabilisiert sich um den Wert der Sättigungsspannung der Thyristoren. Während der positiven Halbperiode schließt Th1, wobei die Spannung Ucc zwischen den Anschlüssen 1 und 2 in der Größenordnung von 1,5 Volt liegt, und während der anderen, negativen Halbperiode, schließt der andere Thyristor Th2, wobei die Spannung Ucc in der Größenordnung von -1,5 Volt liegt.
Der Strom I über den Kondensator C hängt von der Spannungsänderung an den Anschlüssen der den Kondensator C, die Dioden D1 und D2 und den Widerstand R1 umfassenden RC-Schaltung ab und beträgt (dUcc/dt). Der Strom I erscheint impulsförmig während der ansteigenden oder abfallenden Flanken der Spannung Ucc um 0 Volt und während einer Zeit Δt&sub1;, die im Verhältnis zu der Periode kurz ist und vom Wert der Spannung in der elektrischen Schaltung (punktierte Kurve in Fig. 3a) im Verhältnis zur Sättigungsspannung des Thyristors abhängt.
Fig. 3b zeigt den Impulsstrom I über den Kondensator C, wobei der Stromstoß I1 während der ansteigenden Flanke Ucc1 der Spannung Ucc abgegeben wird, die Diode D1 durchfließt und während etwa Δt&sub1; eine Sättigung des mit der Diode D1 optisch gekoppelten Transistors T1 und ein sofortiges Entladen des Kondensators C2, der zwischen die Kollektoren der Transistoren T1 und T2 und die Masse M geschaltet ist, hervorruft. Dies hat eine steil abfallende Flanke Vs1 (Fig. 3c) der Spannung Vs der Kollektoren der Transistoren T1 und T2 und ein anschließendes Laden des Kondensators C2 in Richtung der an dem Widerstand R2 anliegenden Versorgungsspannung Vcc mit einer Zeitkonstanten τ&sub2; = R2 · C2 zur Folge.
Beispielsweise hat in dieser Ausführung der Widerstand R2 etwa 33 kΩ und der Kondensator C2 ungefähr 200 nF. Die Zeitkonstante τ&sub2; ist etwa gleich 7,26 ms.
In gleicher Weise durchfließt während der abfallenden Flanke Ucc2 (Fig. 3a) der Spannung Ucc, die in der folgenden Halbperiode um eine Spannung Ucc von 0 Volt erzeugt wird, der Impulsstrom 12 die andere Elektrolumineszenz-Diode D2 und ruft dabei während etwa einer Zeit Δt&sub1; eine Sättigung des mit der Elektrolumineszenz-Diode D2 optisch gekoppelten Transistors T2 und in gleicher Weise wie für die vorherige Halbperiode ein sofortiges Entladen der Kapazität C2 hervor, was eine steil abfallende Flanke Vs2 der Spannung Vs der Kollektoren der Transistoren T1 und T2 und ein erneutes Laden des Kondensators C2 in Richtung der an dem Widerstand R2 anliegenden Spannung Vcc zur Folge hat.
Der geöffnete Zustand des Relais RS ist durch abfallende Flanken (Vs1, Vs2, ...) der Spannung Vs bestimmt, die alle Halbperioden, d. h. für einen mit 50 Hz arbeitende elektrischen Wechselstromkreis alle 10 ms, aufeinanderfolgen.
Nun wird der Fall betrachtet, in dem die Mittel zur Bestimmung des Zustands den zusätzlichen Zustand anzeigen. Dies geschieht insbesondere dann, wenn einer oder beide Thyristoren zerstört sind oder wenn die elektrische Schaltung spannungslos ist oder selbst wenn das Relais abgeklemmt ist.
In den folgenden Fällen wird für die Erläuterung der Funktionsweise auf das Relais von Fig. 1a Bezug genommen.
In den Fällen, in denen beide Thyristoren zerstört oder kurzgeschlossen sind, oder in denen die elektrische Schaltung spannungslos ist oder in denen selbst das Relais nur von der elektrischen Schaltung CE (Anschlüsse 1 und 2) abgeklemmt ist, ist die in Fig. 4 dargestellte Spannung Ucc an den Anschlüssen des Thyristors im wesentlichen gleich 0 Volt. Die Transistoren T1 und T2 sind aufgrund des Fehlens des Stroms I (in Fig. 4a dargestellt) in den Elektrolumineszenz-Dioden gesperrt, die Kollektoren der Transistoren T1 und T2 sind gesperrt und die Ausgangsspannung Vs, in Fig. 4b dargestellt, ist auf der Höhe der Versorgungsspannung Vcc, d. h. auf hohem Pegel.
In einem anderen Fall ist das über seinen Eingang EC angesteuerte Relais RS in geschlossenem Zustand und einer der Thyristoren, beispielsweise der Thyristor Th2, ist zerstört und stellt einen offenen Kreis dar. Während einer ersten Halbperiode a1 der Spannung Ucc ist der Thyristor Th1 geschlossen und ermöglicht den Durchgang des Stroms der elektrischen Schaltung CE. Die in der Fig. 5a dargestellte Spannung Ucc liegt in der Größenordnung von 1,5 Volt, was der Sättigungsspannung des Thyristors Th1 entspricht. Der in Fig. 5b dargestellte Strom I ist in der das Diodenpaar D1, D2 umfassenden Schaltung während dieser ersten Halbperiode a1 null. Die Transistoren T1 und T2 sind gesperrt und die in Fig. 5c dargestellte Spannung Vs, die sich während der vorherigen Halbperiode auf einem niedrigen Pegel befand, geht, wie anschließend erläutert wird, wie in dem Fall von Fig. 3c mit der Zeitkonstante τ&sub2; (Widerstand R2, Kondensator C2) von 0 Volt auf die Versorgungsspannung Vcc über.
Während der folgenden Halbperiode a2 ändert die Spannung Ucc die Richtung und der Thyristor Th1, der während der vorherigen Halbperiode a1 geschlossen war, öffnet bei normalem Betrieb, und die gesamte Spannung der elektrischen Schaltung CE liegt an den Anschlüssen des Thyristors an. An einer der Dioden des Diodenpaares D1, D2 tritt ein Strom I auf, der einen der Transistoren T1, T2 sättigt und dann die sofortige Entladung des Kondensators C2 sowie einen Übergang mit einer steilen Flanke Vsx der Spannung Vs vom Pegel Vcc auf den Sättigungspegel des gesättigten Transistors, d. h. etwa 0,6 Volt, nach sich zieht. Während der gesamten Halbperiode a2 bleibt die Spannung Vs auf etwa 0,6 Volt, d. h. auf niedrigem Pegel.
Das Signal Vs weist für jede Periode eine steil abfallende Flanke Vsx auf, beispielsweise alle 20 ms im Fall einer mit 50 Hz arbeitenden elektrischen Schaltung.
Die Spannung Vs am Ausgang der Mittel zur Bestimmung des Zustands des Relais Rs wird die folgenden zusammengefaßten Merkmale aufweisen:
Relaiszustände Spannung Vs
geöffnet Vs &sim; 0,6 Volt (niedriger Pegel)
geschlossen Vs: abfallende Flanke Vs1, Vs2 jede Halbperiode (von Vcc auf 0,6 Volt)
zusätzlich:
1 - Thyristoren zerstört und kurzgeschlossen oder wenn die elektrische Schaltung spannungslos ist, oder wenn selbst nur das Relais von der elektrischen Schaltung CE abgeklemmt ist (Anschlüsse 1 und 2) Vs = Vcc (hoher Pegel)
2 - Relais RS im geschlossenen Zustand, ein Thyristor zerstört und eine offene Schaltung darstellend Vs: abfallende Flanke Vsx jede Periode (von Vcc auf 0,6 Volt)
In einer weiteren, in Fig. 1b gezeigten Ausführungsform des statischen Relais mit Zustandserfassung ist das halbleitende Bauelement ein Triac Tr. Dieser Halbleiter besitzt ein einziges Gate Gr. Das Zünden des Triacs entweder während der positiven Halbperiode oder während der negativen Halbperiode der an seinen Anschlüssen anliegenden Wechselspannung erfolgt über sein einziges Gate. In diesem Fall ist die Steuerschaltung nach bekannter Art an diesen Halbleitertyp angepaßt.
In einer weiteren, in Fig. 1c gezeigten Ausführungsform, umfassen die Mittel zur Bestimmung des Zustands des Relais RS die zwei Transistoren T1 und T2, wobei der Kollektor des Transistors T1 einerseits über einen Widerstand R2 mit der Versorgungsspannung Vcc und andererseits über einen Kondensator C2 mit der gemeinsamen Masse M verbunden ist. Der Kollektor des Transistors T2 ist einerseits über einen Widerstand R'2 mit der Versorgungsspannung und andererseits über einen Kondensator C'2 mit der gemeinsamen Masse M verbunden, wobei die Emitter der Transistoren T1, T2 mit der gemeinsamen Masse M verbunden sind.
Zwei Informationen Vs und V's, die jeweils von den Kollektoren der Transistoren T1 und T2 abgegeben werden, repräsentieren den der einen bzw. der anderen der Halbperioden der elektrischen Schaltung CE entsprechenden Zustand des Relais.
Der der Spannung Vcd am Ausgang S (Fig. 1a) entsprechende Steuerzustand der Steuerschaltung CD und die verschiedenen Ausgangsspannungszustände Vs, die den Zuständen geöffnet, geschlossen oder zusätzlich entsprechen, werden von einem bekannten elektronischen System BS verarbeitet, um beispielsweise mittels bistabiler oder monostabiler Kippschaltungen formatiert zu werden und getrennte Informationen vom Zustand des Relais zu erzeugen. Beispielsweise können die Elektrolumineszenz-Dioden L1, L2, L3 den Zuständen des Relais entsprechend erleuchtet werden und/oder Zustandsinformationen 51, 52, 53 am Ausgang des Systems BS erzeugt werden, die von einer informationsverarbeitenden Schaltung verarbeitet werden, die weitere Parameter des Relais, wie den Zustand seines Steuereingangs EC oder Parameter von außerhalb des Relais wie beispielsweise die An- oder Abwesenheit der Spannung in der elektrischen Schaltung CE berücksichtigen könnte.
Die in diesem Dokument beschriebenen Möglichkeiten der Verarbeitung des vom Relais abgegebenen Signals Vs (und V's in der Fig. 1c) sind nicht einschränkend für weitere Verarbeitungen und Kombinationen mit Signalen von außerhalb des Relais, die zu einer vollkommenen Bestimmung des Zustands des Relais oder des Zustands einer Gesamtheit von Relais, die Teil eines automatischen Systems sind, führen.

Claims

1. Statisches Relais (RS), das dazu vorgesehen ist, in eine elektrische Wechselstromschaltung (CE) eingesetzt zu werden, die wenigstens zwei Anschlußklemmen (1, 2) enthält, wobei das statische Relais (RS) wenigstens ein Halbleiterbauelement, das zwei Betriebszustände, einen geöffneten und einen geschlossenen, annehmen kann, sowie Mittel besitzt, die den Betriebszustand des Relais (RS) und einen zusätzlichen Zustand bestimmen, der insbesondere dem zerstörten Relais, der spannungslosen elektrischen Schaltung (CE) oder dem abgetrennten Relais entspricht, wobei diese Mittel an die Anschlußklemmen des Relais angeschlossen sind und ein Paar Elektrolumineszenz-Dioden (D1, D2) umfassen, die parallel und zueinander entgegengesetzt geschaltet sind, wobei jede Diode (D1, D2) optisch mit einem Transistor (T1, T2) gekoppelt ist, wobei eine der Dioden von einem Strom durchflossen wird, der mit der positiven Halbperiode der Wechselspannung der elektrischen Schaltung in Beziehung steht, und die andere Diode von einem Strom durchflossen wird, der mit der negativen Halbperiode dieser elektrischen Schaltung in Beziehung steht, wobei die Elektrolumineszenz-Dioden nahezu während der gesamten Halbperioden erleuchtet sind, wenn das Bauelement geöffnet und nicht fehlerhaft ist, wobei die Dioden während der gesamten Halbperioden gelöscht bleiben, wenn das Bauelement fehlerhaft und kurzgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Paar mit einer Reihenschaltung (R1, C) des RC-Typs in Reihe geschaltet ist, wobei die Gesamtheit aus den Dioden (D1, D2) und der RC-Schaltung (R1, C) zu dem Halbleiterbauelement (Th1, Th2) parallelgeschaltet ist, wobei die Dioden während eines kurzen Moments beim Nulldurchgang der Halbperioden erleuchtet werden, wenn das Bauelement geschlossen und nicht fehlerhaft ist.

2. Statisches Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter zwei Thyristoren (Th1, Th2) umfaßt.

3. Statisches Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter ein Triac ist.

4. Statisches Relais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es zwei Thyristoren (Th1, Th2) umfaßt, die zu den Anschlußklemmen des Relais parallel und zueinander entgegengesetzt geschaltet sind.

5. Statisches Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einer Steuerschaltung (CD) des Halbleiters (Th1, Th2) ausgerüstet ist, derart, daß der Halbeiter getriggert wird, wenn die Spannung an den Anschlußklemmen des Relais im wesentlichen auf 0 Volt übergeht.

6. Statisches Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Untergesamtheit, die aus den Elektrolumineszenz-Dioden (D1, D2) und dem Widerstand (R1) der Schaltung des RC-Typs gebildet ist, ein Spannungsbegrenzer (21, 22) parallelgeschaltet ist.

7. Statisches Relais nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzer zwei Zener-Dioden (21, 22) umfaßt, die in Reihe und zueinander entgegengesetzt geschaltet sind.

8. Statisches Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren der Transistoren (T1, T2) miteinander verbunden sind (6) und einerseits über einen Widerstand (R2) an eine Versorgungsspannung (Vcc) und andererseits über einen Kondensator (C2) mit einer gemeinsamen Masse (M) verbunden sind, wobei die Emitter der Transistoren (T1, T2) mit der gemeinsamen Masse (M) verbunden sind.

9. Statisches Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor jedes Transistors (T1, T2) einerseits über einen Widerstand (R2, R2) mit der Versorgungsspannung (Vcc) und andererseits über einen Kondensator (C2, C2) mit einer gemeinsamen Masse (M) verbunden ist, wobei die Emitter der Transistoren (T1, T2) mit der gemeinsamen Masse (NI) verbunden sind.

10. Statisches Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das statische Relais mit einem System (BS) ausgerüstet ist, das die Formung und/oder die Übertragung von Zustandsinformationen (S1, S2, S3) des Relais zur äußeren Umgebung des Relais (RS) ausführt.