EP0951727B1 - Reduktion der einschaltzeit bei elektronisch gesteuerten schützen - Google Patents

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EP0951727B1
EP0951727B1 EP98904012A EP98904012A EP0951727B1 EP 0951727 B1 EP0951727 B1 EP 0951727B1 EP 98904012 A EP98904012 A EP 98904012A EP 98904012 A EP98904012 A EP 98904012A EP 0951727 B1 EP0951727 B1 EP 0951727B1
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EP
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coil
switching
control device
contact
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EP98904012A
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Wilfried Jaehner
Franz Ultsch
Bernhard Streich
Diethard Runggaldier
Reinhard Maier
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/02—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for modifying the operation of the relay
    • H01H47/04—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for modifying the operation of the relay for holding armature in attracted position, e.g. when initial energising circuit is interrupted; for maintaining armature in attracted position, e.g. with reduced energising current

Definitions

  • the invention relates to switching devices, in particular relays and / or contactors with a magnet system, the armature and yoke, a coil and a regulating and / or control device of the Switchgear drive includes, in which an actual value detection drive-specific switching parameters are carried out by sensors.
  • Switchgear with a magnet system e.g. B. Sagittarius
  • a magnet system e.g. B. Sagittarius
  • Switchgear with a magnet system are in the Drive and automation technology used and used in combination with other components for security and control electrical consumer.
  • a control circuit is known from EP 0 376 493 A1, that with electromagnetic valves for the closing process the contactor allows a high current, which after the Closing process reduced to a relatively small holding current becomes.
  • DE-OS 30 47 488 A1 describes in addition to a coil current control an induction control with one arranged in the yoke Hall probe. These control principles represent an increased Coil current ready for the closing process after the closing process is reduced to a value that is just still the force necessary to hold the drawn anchor generated.
  • DE-OS 44 30 867 A1 describes the regulation of a Switchgear drive, which ensures that optimal contact speeds are maintained and limiting the armature core impact speed taking into account the entire service life which ensures disturbance variables such as erosion and tolerances.
  • the invention has for its object a simple and to create a robust control algorithm for the switching device drive, the high speed of the contacts, one Minimize the bounce of these contacts and a low one Power consumption of the excitation circuit during the holding phase of the contactor.
  • the object is achieved in that after a Switch command the regulating and / or control device only after reaching at least one predetermined threshold value, the switching parameters that change during the switching process, namely the contact speed and / or the contact path and / or the flow during a switching operation to an output variable for controlling the coil, e.g. the coil current (I) acts.
  • the switching parameters that change during the switching process, namely the contact speed and / or the contact path and / or the flow during a switching operation to an output variable for controlling the coil, e.g. the coil current (I) acts.
  • yoke 1 designed as a U-core 3 with a Forced air gap 2.
  • a coil 5 shown in principle, which via a control device 6 is controlled.
  • a flow sensor 7 is arranged, the current flow data on the control device 6 transmits.
  • Curve C shows the course of the magnetic flux ⁇ with immediate intervention by the control device 6. Up to the point in time t 1 , the entire voltage U is also applied to the coil 5. As soon as the predetermined flux ⁇ 1 is reached, the coil current I is controlled in such a way that it Value ⁇ 1 of the flow is kept almost constant during the remaining closing process and the holding phase of the contactor.
  • the control device 6 If the control device 6 is applied with a delay according to curve B, the full control voltage U is again present at the coil 5, that is to say there is first a maximum acceleration as in the case of an uncontrolled contactor drive. After a certain time t 2, based on the switch-on command of the contactor t 0, the control device 6 intervenes and reduces the coil current I and thus the flow ⁇ to ⁇ 1 by the value transmitted by the flow sensor 7 until time t 3 mitigates the bouncing process and is sufficient for the contactor's holding power.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Relay Circuits (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft Schaltgeräte, insbesondere Relais und/oder Schütze mit einem Magnetsystem, das Anker und Joch, eine Spule und eine Regel- und/oder Steuereinrichtung des Schaltgeräteantriebs umfaßt, bei der eine Istwerterfassung antriebsspezifischer Schaltparameter durch Sensoren erfolgt.
Schaltgeräte mit Magnetsystem, z. B. Schütze, werden in der Antriebs- und Automatisierungstechnik eingesetzt und dienen im Verbund mit anderen Komponenten zur Sicherung und Steuerung elektrischer Verbraucher.
Um solche Schaltgeräte optimal an ihre Schaltaufgabe unter Berücksichtigung unterschiedlicher Betriebsbedingungen und spezifischer Geräteeigenschaften anzupassen, wurden Prinzipien geregelter Schaltantriebe entwickelt, die die Typenvielfalt der Spulen, die aufgrund unterschiedlicher Erregerspannung bisher notwendig waren, reduziert. Sie sind sowohl für Wechsel- als auch Gleichstrom einsetzbar und führen durch Verringerung des Kontaktprellens zu einer Reduzierung des Abbrandes der Kontaktstellen und damit zu einer Erhöhung der Kontaktlebensdauer. Gleichzeitig wird die Leistungsaufnahme des Erregerkreises während der Haltephase reduziert.
So ist durch die EP 0 376 493 A1 eine Steuerschaltung bekannt, die bei elektromagnetischen Ventilen für den Schließvorgang des Schützes einen hohen Strom zuläßt, der nach dem Schließvorgang auf einen relativ kleinen Haltestrom reduziert wird. Die DE-OS 30 47 488 A1 beschreibt neben einer Spulenstromregelung eine Induktionsregelung mit einer im Joch angeordneten Hallsonde. Diese Regelprinzipien stellen einen erhöhten Spulenstrom für den Schließvorgang bereit, der nach dem Schließvorgang auf einen Wert reduziert wird, der gerade noch die zum Halten des angezogenen Ankers notwendige Kraft erzeugt. Die DE-OS 44 30 867 A1 beschreibt die Regelung eines Schaltgeräteantriebs, der die Einhaltung optimaler Kontaktgeschwindigkeiten und die Begrenzung der Ankerkernstoßgeschwindigkeit über die gesamte Lebensdauer unter Berücksichtigung der Störgrößen wie Abbrand und Toleranzen gewährleistet.
Durch die bekannten Schaltungsanordnungen für Schaltgeräteantriebe werden zwar die Lösungen der obengenannten Probleme angestrebt, es müssen aber entweder aufwendige Regelalgorithmen eingesetzt oder Abstriche an den Vorgaben gemacht werden, die da sind, hohe Anzugsgeschwindigkeit der Kontakte bei Minimierung der Prellvorgänge und geringe Leistungsaufnahme während der Haltephase des Schützes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfachen und robusten Regelalgorithmus des Schaltgeräteantriebs zu schaffen, der eine hohe Anzugsgeschwindigkeit der Kontakte, eine Minimierung der Prellvorgänge dieser Kontakte und eine geringe Leistungsaufnahme des Erregerkreises während der Haltephase des Schützes realisiert.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach einem Schaltbefehl die Regel- und/oder Steuereinrichtung erst nach Erreichen mindestens eines vorgegebenen Schwellwertes, der sich während des Schaltvorganges veränderlichen Schaltparameter, nämlich der Kontaktgeschwindigkeit und/oder des Kontaktweges und/oder des Flusses, während eines Schaltvorganges auf eine Ausgangsgröße zur Regelung der Spule, z.B. den Spulenstrom (I), einwirkt.
Dadurch wird erreicht, daß die Anzugsgeschwindigkeit wie bei klassischen Schützantrieben sehr hoch ist. Nach Erreichen eines oder mehrerer Schwellwerte spezifischer Schaltparameter, wie der Zeit t oder des Kontaktweges s gemäß Anspruch 2, greift die Regel- und/oder Steuereinrichtung über den Fluß Φ oder den Spulenstrom I ein und minimiert dadurch den Prellvorgang. Außerdem wird dadurch die Leistungsaufnahme des Erregerkreises während der Haltephase des Schützes reduziert. Diese Schwellwerte können der Regel- und/oder Steuereinrichtung durch Sensoren übermittelt werden. Totzeitglieder im Regelkreis führen ebenfalls zu einem verzögerten Ansprechen der Regeleinrichtung.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
FIG 1
einen U-Kern mit Zwangsluftspalt, Anker, Spule und deren Regeleinrichtung,
FIG 2
ein Diagramm, in dem während des Schließvorganges des Schützes der magnetische Fluß Φ über der Zeit bei verschiedenen Regelprinzipien aufgetragen ist,
FIG 3
ein Diagramm, in dem während des Schließvorganges des Schützes der zurückgelegte Kontaktweg s des Ankers über der Zeit t bei verschiedenen Regelprinzipien aufgetragen ist.
FIG 1 zeigt ein als U-Kern 3 ausgeführtes Joch 1 mit einem Zwangsluftspalt 2. An jedem Schenkel 4 des Jochs 1 befindet sich eine prinzipiell dargestellte Spule 5, die über eine Regeleinrichtung 6 angesteuert wird. In dem Zwangsluftspalt 2 ist ein Flußsensor 7 angeordnet, der aktuelle Flußdaten an die Regeleinrichtung 6 übermittelt.
FIG 2 zeigt den Verlauf des magnetischen Flusses Φ im Zwangsluftspalt 2 des Magnetjochs 1 über der Zeit t bei unterschiedlichen Regelprinzipien. Bei ungeregeltem Verlauf des magnetischen Flusses Φ, das heißt die volle Steuerspannung U liegt immer an der Spule 5, weist der Fluß Φ einen magnetfeldtypischen Verlauf A auf, der eine maximale Beschleunigung des Ankers 8 bewirkt, die dann am Gegenkontakt eines Schaltgerätes zu Prellvorgängen führen kann.
Kurve C zeigt den Verlauf des magnetischen Flusses Φ bei sofortigem Eingreifen der Regeleinrichtung 6. Bis zum Zeitpunkt t1 liegt ebenfalls die gesamte Spannung U an der Spule 5. Sobald der vorgegebene Fluß Φ1 erreicht ist, wird der Spulenstrom I derart geregelt, daß dieser Wert Φ1 des Flusses während des verbleibenden Schließvorgangs und der Haltephase des Schützes nahezu konstant gehalten wird.
Bei verzögertem Einsetzen der Regeleinrichtung 6 gemäß Kurve B liegt wieder zuerst die volle Steuerspannung U an der Spule 5, das heißt, es erfolgt zuerst eine maximale Beschleunigung wie bei einem ungeregelten Schützantrieb. Nach Ablauf einer gewissen Zeit t2, bezogen auf den Einschaltbefehl des Schützes t0, greift die Regeleinrichtung 6 ein und reduziert bis zum Zeitpunkt t3 aufgrund des vom Flußsensor 7 übermittelten Wertes den Spulenstrom I und damit den Fluß Φ auf Φ1, der sowohl den Prellvorgang mildert, als auch für die Halteleistung des Schützes ausreichend ist.
FIG 3 zeigt den Verlauf des zurückgelegten Kontaktweges s eines Schützes über der Zeit t bei unterschiedlichen Regelprinzipien, wobei sO die geöffnete Schalterstellung und sG die geschlossene Schalterstellung darstellt. Bei ungeregeltem Schützantrieb gemäß Kurve D schließt der Kontakt am schnellsten tIV, da an der Spule 5 immer die volle Steuerspannung U anliegt.
Bei sofort einsetzender Regelung 6 des Schützantriebes zum Zeitpunkt tII gemäß Kurve F ergeben sich die längsten Einschaltzeiten t, da wie in Kurve C gemäß FIG 2 die volle Steuerspannung U nur für kurze Zeit tI bis tII anliegt.
Gemäß Kurve E in FIG 3 reduziert sich bei später einsetzender Regelung ab dem Zeitpunkt tIII die gesamte Einschaltzeit von tVI auf tV, also um ca. 20 bis 30%.
Wie Versuche gezeigt haben ,können die Verhältnisse auf Magnetsysteme, deren Joch z.B. als E-Kern ausgeführt ist, direkt übertragen werden.

Claims (3)

  1. Schaltgeräte, insbesondere Relais und/oder Schütze mit einem Magnetsystem, das Anker (8) und Joch (1), eine Spule (5) und eine Regel- und/oder Steuereinrichtung (6) des Schaltgeräteantriebs umfaßt, bei der eine Istwerterfassung antriebsspezifischer Schaltparameter durch Sensoren (7) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem Schaltbefehl die Regel- und/oder Steuereinrichtung (6) erst nach Erreichen mindestens eines vorgegebenen Schwellwertes, der sich während des Schaltvorganges veränderlichen Schaltparameter, nämlich der Kontaktgeschwindigkeit (v) und/oder des Kontaktweges (s) und/oder des Flusses (), während eines Schaltvorganges auf eine Ausgangsgröße zur Regelung der Spule (5), z.B. den Spulenstrom (I), einwirkt.
  2. Schaltgeräte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem Einschaltbefehl die Regel- und/oder Steuereinrichtung erst nach Erreichen mindestens eines vorgegebenen Schwellwertes der Schaltparameter, z.B. der Kontaktgeschwindigkeit (v), auf eine Ausgangsgröße, z.B. den Spulenstrom (I), einwirkt.
  3. Schaltgeräte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Schwellwerte der Zeit (t) und/oder des Kontaktweges (s) und/oder der Kontaktgeschwindigkeit (v) und/oder des Spulenstromes (I) und/oder des Flusses (Φ) einstellbar sind.
EP98904012A 1997-01-09 1998-01-07 Reduktion der einschaltzeit bei elektronisch gesteuerten schützen Expired - Lifetime EP0951727B1 (de)

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EP0951727A1 EP0951727A1 (de) 1999-10-27
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