EP1234316B1 - Elektromagnetisches schaltgerät mit gesteuertem antrieb sowie zugehörig ein verfahren und eine schaltung - Google Patents

Elektromagnetisches schaltgerät mit gesteuertem antrieb sowie zugehörig ein verfahren und eine schaltung Download PDF

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EP1234316B1
EP1234316B1 EP00987163A EP00987163A EP1234316B1 EP 1234316 B1 EP1234316 B1 EP 1234316B1 EP 00987163 A EP00987163 A EP 00987163A EP 00987163 A EP00987163 A EP 00987163A EP 1234316 B1 EP1234316 B1 EP 1234316B1
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EP
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magnetic
electromagnetic
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armature
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Diethard Runggaldier
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Siemens AG
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Definitions

  • the present invention relates to a method for influencing the turn-on speed of an electromagnetic Switchgear according to the preamble of claim 1. You also relates to a drive circuit for an electromagnetic Switching device according to the preamble of claim 6 and an electromagnetic switching device according to the preamble of Claim 8.
  • Such a method, a corresponding drive circuit and also such an electromagnetic switching device are z. B. known from DE-A-26 01 799. With this font the path-time behavior of the contact carrier during switching operations detected and fed to a control unit, which the Travel-time behavior of the contact carrier based on a stored Characteristic regulates.
  • DE-A-195 44 207 has a similar disclosure content remove. From this document it is also known that end position detection is also possible.
  • the object of the present invention is a Procedure for influencing the switch-on speed, the corresponding drive circuit and the corresponding to create electromagnetic switching device where easier than a properly regulated in the prior art Guaranteed switching behavior of the electromagnetic switching device is.
  • the switching device 1 shows a simplified representation of an electromagnetic Switching device 1, e.g. a contactor 1, with the explanation essential components of the invention.
  • the switching device 1 has an electromagnetic system with a fixed yoke 2, a coil 3 and a movable armature 4, which with a contact carrier 5 is firmly connected.
  • the contact carrier 5 carries movable contacts 6, which in connection with fixed contacts 7 by appropriate triggering of the electromagnetic system serve to open and close a circuit.
  • the Switching device 1 also has a circuit board in a known manner 8 with a drive control circuit, i.e. for controlling the coil current of the coil 3 used for excitation on.
  • the switching device 1 is provided with means 9, 10 Detection of the path-time profile of the contact carrier 5 or one equipped with this firmly connected part.
  • 10 are a permanent magnet attached to the armature 4 9 and a magnetic field sensor 10, e.g. a giant magneto-resistor 10 (GMR 10), provided on the board 8 is integrated in the circuit.
  • a magnetic field sensor 10 e.g. a giant magneto-resistor 10 (GMR 10)
  • GMR 10 giant magneto-resistor 10
  • the switching device is actuated 1
  • the permanent magnet 9 moves with the contact carrier 5 and the anchor 4 with.
  • the magnetic field change caused thereby the magnetic field sensor 10 is detected.
  • the magnetic field sensor 10, here the GMR 10 creates a magnetic path s of permanent magnet 9 proportional resistance R, i.e. the resistance R is an image of the position of the permanent magnet 9 or the contact carrier 5 and the armature 4.
  • the resistance R is an image of the position of the permanent magnet 9 or the contact carrier 5 and the armature 4.
  • the sensor characteristic measured with the magnetic field sensor 10 2 shows the dependence of the resistance R on the magnetic path s specified
  • a rectifier 11 At the input of the circuit with input terminals A1 and A2 for connecting a direct (DC) or alternating voltage (AC) is a rectifier 11, the output side of a series connection from the contactor coil 12 (corresponds to 3 in FIG 1), one Switching transistor 13 and a shunt 14 with voltage fed.
  • To the contactor coil 12 is the one in a known manner Diode circuit forming freewheeling circuit connected in parallel.
  • the current evaluation of the contactor coil takes place via the shunt 14 12, for which purpose the voltage applied to the shunt 14 is an analog-digital converter 15 and then a microprocessor 16 as intelligent control unit 16 is supplied.
  • the microprocessor 16 via one at the output of the rectifier 11 ohmic divider the supply voltage applied there fed for evaluation.
  • the microprocessor 16 a the resistance R of the magnetic field sensor 10 proportional voltage U supplied.
  • the Microprocessor 16 via an amplifier 17 the switching signals to the switching transistor 13.
  • the microprocessor 16 as an intelligent control unit 16 can thus by detecting the position and thus the Path-time profile of the contact carrier 5 during the switch-on process a speed-optimized switching on of the Switchgear drive can be achieved.
  • the current speed of the drive is compared with one for the device optimal setpoint.
  • the coil current adjusted accordingly and the desired ideal value of speed realized.
  • the steps are according to the flow chart in FIG 4 made. Determined the intelligent control unit 16 after being switched on for the first time, that takes place with constant or unregulated current, the static rest position of the contact carrier 5.
  • This reference value for the "ON" position is for all subsequent ones Switching operations stored, i.e. saved so that a elaborate adjustment and adjustment process can be omitted.
  • at the subsequent switching operations according to the flow chart in FIG 5 can regulate the speed the contact carrier path based on a stored, to the device suitable characteristic curve for the path-time curve or the speed respectively. A speed reduction can shortly before the switching elements and the magnetic drive are closed be performed. This makes it clear Achieve increased mechanical and electrical life. It is also conceivable to change the speed to adapt and optimize to certain operating conditions.

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Abstract

Erfindungsgemäss wird bei einem elektromagnetischen Schaltgerät (1) mit Hilfe eines Magnetfeldsensor (10) des Weg-Zeitverhalten des Kontaktträgers (5) gemessen. Hierzu wertet ein Mikroprozessor (16) das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors (10) aus und ermittelt die Geschwindigkeit des Kontaktträgers (5) bzw. eines mit diesem in fester Wirkverbindung stehenden Teiles. Davon abhängig steuert der Mikroprozessor (10) den Strom der Spule (3) des Elektromagnetsystems. Zusätzlich werden ein entsprechendes erfindungsgemässes Verfahren und eine Schaltung angegeben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beeinflussen der Einschaltgeschwindigkeit eines elektromagnetischen Schaltgeräts nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft ferner eine Antriebsschaltung für ein elektromagnetisches Schaltgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6 und ein elektromagnetisches Schaltgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Ein derartiges Verfahren, eine entsprechende Antriebsschaltung und auch ein derartiges elektromagnetisches Schaltgerät sind z. B. aus der DE-A-26 01 799 bekannt. Bei dieser Schrift wird bei Schaltvorgängen das Weg-Zeit-Verhalten des Kontaktträgers erfasst und einer Steuereinheit zugeführt, welche das Weg-Zeit-Verhalten des Kontaktträgers anhand einer hinterlegten Kennlinie regelt.
Der DE-A-195 44 207 ist ein ähnlicher Offenbarungsgehalt zu entnehmen. Aus dieser Schrift ist weiterhin bekannt, dass auch eine Endlagendetektierung möglich ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Beeinflussung der Einschaltgeschwindigkeit, die korrespondierende Antriebsschaltung und das korrespondierende elektromagnetische Schaltgerät zu schaffen, bei denen einfacher als im Stand der Technik ein ordnungsgemäß geregeltes Schaltverhalten des elektromagnetischen Schaltgeräts gewährleistet ist.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1, 6 und 8 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Ansprüchen 2 bis 5, 7 und 9 zu entnehmen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
FIG 1
ein elektromagnetisches Schaltgerät,
FIG 2
eine mit einem Magnetfeldsensor aufgenommene Sensorkennlinie,
FIG 3
eine Schaltung zum Antrieb eines elektromagnetischen Schaltgeräts,
FIG 4
ein Ablaufdiagramm zur Selbstjustage eines erfindungsgemäßen Schaltgeräts und
FIG 5
ein Ablaufdiagramm für die Schalthandlungen im Normalbetrieb.
FIG 1 zeigt in vereinfachter Darstellung ein elektromagnetisches Schaltgerät 1, z.B. ein Schütz 1, mit den zur Erläuterung der Erfindung wesentlichen Komponenten. Das Schaltgerät 1 weist ein Elektromagnetsystem mit einem feststehenden Joch 2, einer Spule 3 und einem beweglichen Anker 4 auf, der mit einem Kontaktträger 5 fest verbunden ist. Der Kontaktträger 5 trägt bewegliche Kontakte 6, die in Verbindung mit Festkontakten 7 durch entsprechende Auslösung des Elektromagnetsystems zum Öffnen und Schließen eines Stromkreises dienen. Das Schaltgerät 1 weist außerdem in bekannter Weise eine Platine 8 mit einer Schaltung zur Antriebssteuerung, d.h. zur Steuerung des Spulenstromes der zur Erregung dienenden Spule 3 auf.
Erfindungsgemäß ist das Schaltgerät 1 mit Mitteln 9,10 zur Erfassung des Weg-Zeit-Verlaufs des Kontaktträgers 5 oder eines mit diesem in fester Verbindung stehenden Teiles ausgerüstet.
Als Mittel 9,10 sind hier ein am Anker 4 befestigter Permanentmagnet 9 und ein Magnetfeldsensor 10, z.B. ein Giant-Magneto-Resistor 10 (GMR 10), vorgesehen, der auf der Platine 8 in die Schaltung integriert ist. Bei Betätigung des Schaltgeräts 1 bewegt sich der Permanentmagnet 9 mit dem Kontaktträger 5 und dem Anker 4 mit. Die dadurch hervorgerufene Magnetfeldänderung am Magnetfeldsensor 10 wird erfasst. Der Magnetfeldsensor 10, hier der GMR 10, erzeugt einen zum Magnetweg s des Permanentmagneten 9 proportionalen Widerstand R, d.h. der Widerstand R ist ein Abbild der Position des Permanentmagneten 9 bzw. des Kontaktträgers 5 und des Ankers 4. In der mit dem Magnetfeldsensor 10 gemessenen Sensorkennlinie gemäß FIG 2 ist die Abhängigkeit des Widerstandes R vom Magnetweg s angegeben.
FIG 3 zeigt eine vereinfachte Darstellung der Schaltung des Steuerkreises auf der Platine 8, soweit dies zum Verständnis der Erfindung erforderlich ist.
Am Eingang der Schaltung mit den Eingangsklemmen A1 und A2 zum Anschluss einer Gleich- (DC) oder Wechselspannung (AC) liegt ein Gleichrichter 11, der ausgangsseitig eine Reihenschaltung aus der Schützspule 12 (entspricht 3 in FIG 1), einem Schalttransistor 13 und einem Shunt 14 mit Spannung speist. Zur Schützspule 12 ist in bekannter Weise eine den Freilaufkreis bildende Diodenschaltung parallelgeschaltet. Über den Shunt 14 erfolgt die Stromauswertung der Schützspule 12, wozu die am Shunt 14 anliegende Spannung einem Analog-Digital-Wandler 15 und anschließend einem Mikroprozessor 16 als intelligenter Steuereinheit 16 zugeführt wird. Daneben wird dem Mikroprozessor 16 über einen am Ausgang des Gleichrichters 11 liegenden ohmschen Teiler die dort anliegende Speisespannung zur Auswertung zugeführt. Des weiteren wird dem Mikroprozessor 16 eine dem Widerstand R des Magnetfeldsensors 10 proportionale Spannung U zugeleitet. Abhängig von den drei genannten Eingangsgrößen Spulenstrom, Speisespannung sowie der der Position des Kontaktträgers 5 entsprechenden Spannung U bzw. des hieraus abgeleiteten Weg-Zeit-Verhaltens gibt der Mikroprozessor 16 über einen Verstärker 17 die Schaltsignale an den Schalttransistor 13.
Mit Hilfe des Mikroprozessors 16 als intelligenter Steuereinheit 16 kann also durch Erfassung der Position und damit des Weg-Zeit-Verlaufs des Kontaktträgers 5 während des Einschaltvorgangs ein geschwindigkeitsoptimiertes Einschalten des Schaltgeräteantriebs erreicht werden. Die aktuelle Geschwindigkeit des Antriebes wird verglichen mit einem für das Gerät optimalen Sollwert. Je nach Abweichung wird der Spulenstrom entsprechend angepasst und der angestrebte Idealwert der Geschwindigkeit realisiert. Durch das Hinterlegen einer Kennlinie für die Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Stellung des Schaltapparates kann die Geschwindigkeit über den Magnetweg s variiert werden und damit eine entsprechend geringe Kontaktschließgeschwindigkeit und Magnetschließgeschwindigkeit realisiert werden. Es ist damit auch ein geringer Einschaltverzug bei gleichzeitig sanftem Schließen der Kontakte 6,7 und des Magnetantriebes erreichbar.
Selbstverständlich ist es auch denkbar, den Permanentmagnet 9 an anderen Teilen zu befestigen, die die Bewegung mitmachen, z.B. dem Kontaktträger 5.
Zur Selbstjustage des Schaltgeräts 1 werden die Schritte gemäß dem Ablaufdiagramm in FIG 4 vorgenommen. Dabei ermittelt die intelligente Steuereinheit 16 nach dem erstmaligen Einschalten, das mit konstantem oder ungeregeltem Strom erfolgt, die statische Ruhelage des Kontaktträgers 5. Dieser Referenzwert für die Stellung "EIN" wird für alle nachfolgenden Schalthandlungen hinterlegt, d.h. gespeichert, so dass ein aufwändiger Abgleich- und Justiervorgang entfallen kann. Bei den sich anschließenden Schalthandlungen gemäß dem Ablaufdiagramm in FIG 5 kann eine Regelung der Geschwindigkeit über den Kontaktträgerweg anhand einer hinterlegten, zum Gerät passenden Kennlinie für den Weg-Zeit-Verlauf bzw. die Geschwindigkeit erfolgen. Eine Geschwindigkeitsreduzierung kann kurz vor dem Schließen der Schaltstücke und des Magnetantriebs durchgeführt werden. Somit lässt sich eine deutliche Erhöhung der mechanischen und elektrischen Lebensdauer erreichen. Weiterhin ist es denkbar, den Geschwindigkeitsverlauf an bestimmte Einsatzbedingungen anzupassen und zu optimieren.
Die Selbstjustage des Schaltgeräts 1 kann im Werk oder beim Kunden gemäß den folgenden Schritten durchgeführt werden:
  • 1. Anlegen des EIN-Kommandos (Block 21).
  • 2. Die Kontakte des Schaltgeräts schließen (Block 22).
  • 3. Mit Hilfe des Magnetfeldsensors 10 wird die Ruhelage des Kontaktsystems registriert (Block 23).
  • 4. Die Ruhelage wird als Referenz für die Stellung EIN gespeichert (Block 24).
  • 5. Das EIN-Kommando wird weggenommen, d.h. die Kontakte 6,7 öffnen (Block 25).
    • Die weiteren Schalthandlungen für den Normalbetrieb werden gemäß dem Ablaufdiagramm in FIG 5 durchgeführt. Dieses beinhaltet folgende Schritte:
    Falls ein EIN-Kommando vorliegt, was im Block 26 überprüft wird, wird im Block 27 abgefragt, ob die Steuerspannung oberhalb eines Schwellwertes Umin liegt. Ist dies nicht der Fall, wird über Block 28 eine Fehlermeldung ausgegeben. Anderenfalls wird im Block 29 der Schaltvorgang eingeleitet und anschließend im Block 30 anhand der bereits erwähnten hinterlegten Kurve die Geschwindigkeit bis zum Schließen des Schaltgeräts geregelt. Anschließend erfolgt im Block 31 die Regelung auf den Haltestrom. Im Block 32 wird überwacht, ob das EIN-Kommando aktiv ist und daraufhin das Schaltgerät entweder im Ansprechzustand belassen oder andernfalls gemäß Block 33 geöffnet.

    Claims (9)

    1. Verfahren zur Beeinflussung der Einschaltgeschwindigkeit eines elektromagnetischen Schaltgeräts (1), insbesondere eines Schützes (1), mit einem Elektromagnetsystem, wobei das Elektromagnetsystem einen Anker (4) aufweist, der in fester Verbindung mit einem Kontaktträger (5) mit beweglichen Kontakten (6) steht, die in Verbindung mit Festkontakten (7) zum Öffnen und Schließen eines Stromkreises dienen,
      wobei das Weg-Zeit-Verhalten des Kontaktträgers (5) erfasst und einer Steuereinheit (16) zugeführt wird und
      wobei von der Steuereinheit (16) anhand einer hinterlegten gerätespezifischen Kennlinie das Weg-Zeit-Verhalten des Kontaktträgers (5) geregelt wird,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass nach dem erstmaligen Einschalten des elektromagnetischen Schaltgeräts eine statische Ruhelage des Kontaktträgers (5) in der eingeschalteten Stellung ermittelt wird,
      dass die ermittelte statische Ruhelage abgespeichert wird, so dass sie der Steuereinheit (16) für alle nachfolgenden Schaltvorgänge zur Verfügung steht, und
      dass die abgespeicherte statische Ruhelage bei den nachfolgenden Schaltvorgängen von der Steuereinheit (16) als Referenzwert für die eingeschaltete Stellung herangezogen wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass das Weg-Zeit-Verhalten mit Hilfe eines Magnetfeldsensors (10) ermittelt wird, der in Abhängigkeit der Veränderung eines Magnetfelds ein Ausgangssignal erzeugt.
    3. Verfahren nach Anspruch 2,
      dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (10) als Giant-Magneto-Resistor (10) ausgebildet ist.
    4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
      dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (10) das von einem am Anker befestigten Permanentmagneten (9) ausgehende Magnetfeld erfasst.
    5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit durch entsprechende Steuerung des Stroms der Spule (3) kurz vor dem Schließen der Kontakte (6,7) und des Magnetantriebs reduziert wird.
    6. Antriebsschaltung für ein elektromagnetisches Schaltgerät (1), insbesondere ein Schütz (1), mit einer Spule (12), die in Reihe zu einem Schaltelement (13) liegt und in einem Elektromagnetsystem mit einem Anker (4) zum Auslösen eines Kontaktsystems dient, und einer Verarbeitungseinheit (16), die zur Ansteuerung des Schaltelements (13) mit diesem in Verbindung steht, wobei die Verarbeitungseinheit (16) mit einem Magnetfeldsensor (10) in Verbindung steht, von dem das Weg-Zeit-Verhalten des Ankers (4) erfassbar ist, wobei die Verarbeitungseinheit (16) derart ausgestaltet ist, dass von ihr das Weg-Zeit-Verhalten des Ankers (4) anhand einer hinterlegten gerätespezifischen Kennlinie regelbar ist,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit (16) derart ausgestaltet ist, dass sie
      nach dem erstmaligen Einschalten des elektromagnetischen Schaltgeräts eine statische Ruhelage eines Kontaktträgers (5) in der eingeschalteten Stellung ermittelt,
      die ermittelte statische Ruhelage abspeichert, so dass sie ihr für alle nachfolgenden Schaltvorgänge zur Verfügung steht, und
      die abgespeicherte statische Ruhelage bei den nachfolgenden Schaltvorgängen als Referenzwert für die Ein-Stellung heranzieht.
    7. Antriebsschaltung nach Anspruch 6,
      dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (10) als Giant-Magneto-Resistor (10) ausgebildet ist.
    8. Elektromagnetisches Schaltgerät (1) mit einem feste und bewegliche Kontakte (6,7) aufweisenden Kontaktsystem und mit einem die beweglichen Kontakte (6) tragenden Kontaktträger (5), der mit einem Anker (4) eines Elektromagnetsystems in fester Verbindung steht,
      dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Schaltgerät (1) eine Antriebsschaltung nach Anspruch 6 oder 7 aufweist.
    9. Elektromagnetisches Schaltgerät nach Anspruch 8,
      dadurch gekennzeichnet, dass am Kontaktträger (5) oder einem mit diesem in fester Verbindung stehenden Teil ein Permanentmagnet (9) angeordnet ist, der mit dem Magnetfeldsensor (10) der Antriebsschaltung zusammenwirkt.
    EP00987163A 1999-12-03 2000-11-17 Elektromagnetisches schaltgerät mit gesteuertem antrieb sowie zugehörig ein verfahren und eine schaltung Expired - Lifetime EP1234316B1 (de)

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    DE19958444 1999-12-03
    DE19958444 1999-12-03
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    Publication Number Publication Date
    EP1234316A1 EP1234316A1 (de) 2002-08-28
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