EP2062279A1 - Wechselstromschalter-vorrichtung und verfahren zur überwachung oder diagnose der funktionsfähigkeit einer wechselstromschalter-vorrichtung - Google Patents

Wechselstromschalter-vorrichtung und verfahren zur überwachung oder diagnose der funktionsfähigkeit einer wechselstromschalter-vorrichtung

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Publication number
EP2062279A1
EP2062279A1 EP07801329A EP07801329A EP2062279A1 EP 2062279 A1 EP2062279 A1 EP 2062279A1 EP 07801329 A EP07801329 A EP 07801329A EP 07801329 A EP07801329 A EP 07801329A EP 2062279 A1 EP2062279 A1 EP 2062279A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
branches
switch device
wechselstromschalter
magnetic core
magnetic flux
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07801329A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lutz Grimm
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE200610042917 external-priority patent/DE102006042917A1/de
Application filed by MTU Aero Engines GmbH filed Critical MTU Aero Engines GmbH
Publication of EP2062279A1 publication Critical patent/EP2062279A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H01H47/002—Monitoring or fail-safe circuits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/327—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers
    • G01R31/3271—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers of high voltage or medium voltage devices
    • G01R31/3272—Apparatus, systems or circuits therefor
    • G01R31/3274—Details related to measuring, e.g. sensing, displaying or computing; Measuring of variables related to the contact pieces, e.g. wear, position or resistance

Definitions

  • the invention relates to an AC switch device and a method for Ü monitoring or diagnosis of the operability of a Kirstromschalter- device.
  • AC switch devices as such are already known. They are used, for example, to turn on or off electrical power supplies to or for consumers or loads. If these known AC switch devices are functionally impaired or the connections for electrical currents are not actually generated and interrupted in the manner intended by switching operations, unwanted power supplies or shutdowns may result. Depending on the nature of the load or the consumer, this may have devastating consequences. So far, malfunction of AC switch devices can be determined only after extensive investigations, which are typically carried out when in the load or consumer undesirable effects or devastating consequences have occurred.
  • the invention has the object to provide an AC switch device that allows at least a weakening of the consequences of Friedfunktio- nen.
  • an AC switch device for selectively closing and interrupting at least one electrically conductive connection, said AC switch device having at least two branches connected in parallel for a respective current flow and wherein a plurality of switches are provided, each associated with one of the branches , By means of these switches can each (optionally) an electrically conductive connections are closed and interrupted, which allows a current flow through the respective branch to which this respective switch is assigned.
  • the AC switch device further includes a diagnostic device for determining the operability of the AC switch device.
  • the AC switch device is an AC switch device of an aircraft engine, and more particularly, an AC switch device of a power management module of an aircraft engine.
  • the applicant reserves the protection for a power management module, in particular power management module of an aircraft engine, having an AC switch device according to the invention. Furthermore, the Applicant reserves protection for an aircraft engine with a Konstromschalter- device according to the invention or for an aircraft engine with a power management module, which has a Konstromschalter- device according to the invention or interacts with such. In particular, the Applicant also reserves the right to make claims to designs or further developments of this kind.
  • the switches which are switchable contacts, for example, may be formed for example electronically or electromechanically.
  • the number of turns and the winding sense are each tuned or selected such that, based on the magnetic flux in the magnetic core, the branch is uniquely identifiable, in which a functional impairment is given; this can be given in two branches connected in parallel, or in three branches connected in parallel, or in four branches connected in parallel, or in five branches connected in parallel, or in more than five branches connected in parallel.
  • the invention further provides a method for monitoring or diagnosing the operability of an AC switch device in which the magnetic flux given to a magnetic core or at least one characteristic dependent on this magnetic flux is checked or monitored. When the magnetic flux or characteristic dependent on this magnetic flux deviates from a predetermined value, eg "zero", it is determined that there is a malfunction of the AC switch device.
  • the method is used for monitoring or diagnosing the operability of an AC switch device of an aircraft engine, and more particularly, an AC switch device of an aircraft engine power management module.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a Kirstromschalter- device according to the invention in a schematic view.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of an AC switch device according to the invention in a schematic view
  • Fig. 3 shows a third exemplary embodiment of a Kirstromschalter- device according to the invention in a schematic view.
  • FIGS. 1 to 3 show three examples of an exemplary AC switch device 1 according to the invention for selectively closing and interrupting at least one electrically conductive connection in a schematic representation.
  • This Komstromschalter- device 1 has at least two - according to FIGS. 1 and 2 each exemplarily three and according to FIG. 3 by way of example two - parallel-connected branches 10, 12, 14 for a respective Strom trimfiuss on.
  • Several (electrical) contacts or switches 16, 18, 20 are provided, which are assigned in a respective one of the branches 10, 12, 14, wherein the respective electrically conductive connection can be closed and interrupted by means of these switches 16, 18, 20, which allows Strom trimfiuss through the respective branch 10, 12, 14, which is associated with this respective switch 16 or 18 and 20 respectively.
  • an electric current I n flows which divides onto the closed branches 10, 12 and 14 or divides those of the branches 10, 12 and 14, respectively. which are shot, and then merged again on the output side.
  • This current I n is at least then reciprocally divided into the number of closed, operable with respect to a power transmission branches, if the switches 16 and / or 18 and / or 20 are closed.
  • a diagnostic device 22 for determining the operability of the AC switch device 1 is provided.
  • This diagnostic device 22 has a magnetic core 24 which is designed, for example, as a magnetic ring core 24.
  • each of the branches 10, 12, 14 is associated with a respective number of turns associated with that particular branch 10, 12, 14, respectively, and a respective winding thread associated with that respective branch 10, 12, 14, respectively this magnetic core 24 is wound, so that by means of this respective branch 10 and 12 and 14, a magnetic flux is generated in the magnetic core 24, respectively, when the respective branch concerned 10, 12 and 14 is traversed by an electric current.
  • the respective winding sense the respective number of turns of the various branches 10 and 12 or 14 are coordinated such that the magnetic flux in the magnetic core 24 assumes a predetermined value when the operability of the AC switch device 1 is given and the switch 16 , 18, 20 are respectively closed and an electrical (alternating) voltage is applied to the AC switch device 1.
  • the branch 10 is wound around the magnetic core 24 with two windings, and the branches 12 and 14 are each wound with a turn (shown for the sake of clarity in a simplified form); the sense of winding is in the branch 10 while the Wickelsinn the branches 12 and 14 respectively opposite.
  • the branch 10 is wound around the magnetic core 24 with two windings, and the branches 12 and 14 are each wound with a winding (shown for the sake of clarity in a simplified form) in the design according to FIG ; the sense of winding is in the branch 10 while the Wickelsinn the branches 12 and 14 respectively opposite.
  • the branch 10 as well as the branch 12 are each provided with a turn around (for the sake of clarity each in a simplified form) Magnet core 24 wound, wherein the winding sense of the branch 10 is opposite to the winding sense of the branch 12.
  • the (in each case) total magnetic flux in the winding core 24 is indicated schematically in the figure by the arrow 26.
  • control device 28 for the control or for switching the contacts or switches 16, 18, 20 is provided.
  • the control device 28 is in particular such that it simultaneously controls the contacts or switches 16, 18, 20 for the respective opening or for the respective closing.
  • branches 10, 12, 14 and in the case of the design of FIG. 3 are given with respect to their given the magnetic core 24 Wickelsinns as well the number of turns in this case are matched to one another such that the magnetic flux in the magnetic core 24 assumes a precisely predetermined value when the functionality of the AC switch device 1 is present and the switches 16, 18, 20 are each closed.
  • this can be such that this value is a predetermined value deviating from “zero”.
  • this tuning is such that this predetermined value for the magnetic flux is "zero”.
  • Only in the fault-free case (and with applied electrical (AC) voltage and closed or appropriately controlled Kirstromschalter- device 1) is thus this magnetic flux of "zero" in the magnetic core 24, so that when one of "zero” deviating Value of the magnetic flux is detected in the magnetic core 24, it can be concluded that there is a functional impairment.
  • the error-free case as well as some exemplary cases with functional impairment are shown in the tables of FIGS. 1 to 3 for the respective AC circuit breaker device 1 there.
  • the diagnostic device 22 further comprises a detection device 30 for detecting the magnetic flux flowing in the core 24, and a signal device 32 for the display of functional impairments and / or the state that no functional impairment is given.
  • a secondary Winding 34 which is wound around the magnetic core 24, both part of the detection device 30 as well as part of the signaling device 32nd
  • MOSFETs metal oxide semiconductor field effect transistor
  • Such a design with MOSFETs is shown by way of example in FIG. 1 with three branches 10, 12, 14 connected in parallel.
  • the switches 10, 12, 16 are formed by relays.
  • Such a design with relays is shown by way of example in FIG. 2 with three branches 10, 12, 14 connected in parallel and in FIG. 3 by way of example with two branches 10, 12, 14 connected in parallel.
  • an overall state of a statically driven "AC switch” is provided which has n contacts or branches connected in parallel, or which consists of n parallel connected contacts or branches, where n is a natural number ,
  • the magnetic flux in the magnetic core 24 is compensated according to the embodiments for a given functionality by skillful choice of Wickelninns and the number of turns of the parallel current branches involved. In the uncompensated case, an "error signal" is generated at the secondary winding. In an alternative embodiment, it may also be provided that the system is not tuned to the compensated case or the case where the magnetic flux equals zero, but to a non-zero magnetic flux.
  • the invention provides the basis for a variety of benefits.
  • the magnetic flux in or in a magnetic core is compensated by a skilled choice of the Wickelsinns and the number of turns of the parallel current branches involved. It can be provided that an "error signal" is generated at the secondary winding in the uncompensated case.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wechselstromschalter-Vorrichtung zum wahlweisen Schließen und Unterbrechen von zumindest einer elektrisch leitenden Verbindung, wobei diese Wechselstromschalter-Vorrichtung wenigstens zwei parallel geschaltete Zweige (10, 12, 14) für einen jeweiligen Stromdurchfluss aufweist und wobei mehrere Schalter (16, 18, 20) vorgesehen sind, die jeweils einem der Zweige (10, 12, 14) zugeordnet sind, wobei mittels dieser Schalter (16, 18, 20) jeweilige elektrisch leitende Verbindungen schließbar und unterbrechbar sind, die einen Stromdurchfluss durch den jeweiligen Zweig (10 bzw. 12 bzw. 14) ermöglicht, dem dieser jeweilige Schalter (16, 18, 20) zugeordnet ist, wobei eine Diagnoseeinrichtung (22) für die Ermittlung der Funktionsfähigkeit der Wechselstromschalter-Vorrichtung (1) vorgesehen ist.

Description

Wechselstromschalter- Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung oder Diagnose der Funktionsfähigkeit einer Wechselstromschalter- Vorrichtung
Die Erfindung betrifft einen Wechselstromschalter-Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Ü- berwachung oder Diagnose der Funktionsfähigkeit einer Wechselstromschalter- Vorrichtung.
Wechselstromschalter- Vorrichtungen als solche sind bereits bekannt. Sie werden beispielsweise eingesetzt, um elektrische Spannungsversorgungen an bzw. für Verbrauchern bzw. Lasten ein- bzw. auszuschalten. Wenn diese bekannten Wechselstromschalter-Vorrichtungen funktionsbeeinträchtigt sind bzw. die Verbindungen für elektrische Ströme nicht tatsächlich in der durch Schaltvorgänge angestrebten Art erzeugt und unterbrochen werden, können unerwünschte Spannungsversorgungen oder -abschaltungen die Folge sein. Je nach Art der Last bzw. des Verbrauchers kann dieses gegebenenfalls verheerende Folgen haben. Bislang lassen sich Fehlfunktionen von Wechselstromschalter- Vorrichtungen nur nach umfangreichen Untersuchungen ermitteln, die typischerweise durchgeführt werden, wenn im Bereich der Lasten bzw. Verbraucher unerwünschte Effekte bzw. verheerende Folgen eingetreten sind.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Wechselstromschalter-Vorrichtung zu schaffen, die zumindest eine Abschwächung der Folgen von Fehlfunktio- nen ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird also insbesondere eine Wechselstromschalter- Vorrichtung zum wahlweisen Schließen und Unterbrechen von zumindest einer elektrisch leitenden Verbindung vorgeschlagen, wobei diese Wechselstromschalter-Vorrichtung wenigstens zwei parallel geschaltete Zweige für einen jeweiligen Stromdurchfluss aufweist und wobei mehrere Schalter vorgesehen sind, die jeweils einem der Zweige zugeordnet sind. Mittels dieser Schalter kann jeweils (wahlweise) eine elektrisch leitende Verbindungen geschlossen und unterbrochen werden, die einen Stromdurchfluss durch den jeweiligen Zweig ermöglicht, dem dieser jeweilige Schalter zugeordnet ist. Die Wechselstromschalter- Vorrichtung weist ferner eine Diagnoseeinrichtung für die Ermittlung der Funktionsfähigkeit der Wechselstromschalter- Vorrichtung auf. Vorzugsweise ist die Wechselstromschalter- Vorrichtung eine Wechselstromschalter- Vorrichtung eines Flugtriebwerks, und insbesondere eine Wechselstromschalter- Vorrichtung eines Power-Management-Moduls eines Flugtriebwerks.
Es sei angemerkt, dass sich die Anmelderin Schutz für ein Power-Management-Modul, insbesondere Power-Management-Modul eines Flugtriebwerks, vorbehält, das eine erfindungsgemäße Wechselstromschalter- Vorrichtung aufweist. Ferner behält sich die Anmelderin Schutz für ein Flugtriebwerk mit einer erfindungsgemäßen Wechselstromschalter- Vorrichtung bzw. für ein Flugtriebwerk mit einem Power-Management-Modul vor, das eine erfindungsgemäße Wechselstromschalter- Vorrichtung aufweist oder mit einer solchen zusammenwirkt. Die Anmelderin behält sich insbesondere auch vor, auf Gestaltungen bzw. Weiterbildungen dieser Art Ansprüche zu richten.
Die Schalter, die beispielsweise schaltbare Kontakte sind, können beispielsweise elektronisch oder elektromechanisch ausgebildet sein.
Anzumerken ist, dass in vorteilhafter Gestaltung die Anzahl der Windungen sowie der Wickelsinn jeweils so abgestimmt bzw. gewählt sind, dass anhand des magnetischen Flusses im Magnetkern eindeutig der Zweig identifizierbar ist, in dem eine Funktionsbeeinträchtigung gegeben ist; dieses kann bei zwei parallel geschalteten Zweigen, oder bei drei parallel geschalteten Zweigen, oder bei vier parallel geschalteten Zweigen, oder bei fünf parallel geschalteten Zweigen, oder bei mehr als fünf parallel geschalteten Zweigen gegeben sein.
Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zur Überwachung oder Diagnose der Funktionsfähigkeit einer Wechselstromschalter- Vorrichtung, bei dem der ein einem Magnetkern gegebene magnetische Flusses oder wenigstens ein von diesem magnetischen Flusses abhängiger Kennwert überprüft oder überwacht wird. Wenn der magnetische Fluss bzw. der von diesem magnetischen Fluss abhängige Kennwert von einem vorbestimmten Wert, z.B. "Null", abweicht, wird festgestellt, dass eine Funktionsbeeinträchtigung der Wechselstromschalter- Vorrichtung gegeben ist. Vorzugsweise wird das Verfahren zur Überwachung oder Diagnose der Funktionsfähigkeit einer Wechselstromschalter- Vorrichtung eines Flugtriebwerks, und insbesondere einer Wechselstromschalter- Vorrichtung eines Power-Management-Moduls eines Flugtriebwerks, eingesetzt. Im Folgenden sollen nun Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung naher beschrieben werden. Die Erfindung soll allerdings hier durch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt sein, so dass auch weitere Modifikationen unter die Erfindung fallen. Es zeigt:
Fig. 1 ein erstes Ausfuhrungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wechselstromschalter- Vorrichtung in schematischer Ansicht;
Fig. 2 ein zweites Ausfuhrungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wechselstromschalter- Vorrichtung in schematischer Ansicht; und
Fig. 3 ein drittes Ausfuhrungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wechselstromschalter- Vorrichtung in schematischer Ansicht.
Fig. 1 bis Fig. 3 zeigen drei Beispiele einer beispielhaften erfindungsgemäßen Wechselstromschalter-Vorrichtung 1 zum wahlweisen Schließen und Unterbrechen von zumindest einer elektrisch leitenden Verbindung in schematischer Darstellung.
Diese Wechselstromschalter- Vorrichtung 1 weist wenigstens zwei - gemäß Fig. 1 und 2 jeweils beispielhaft drei und gemäß Fig. 3 beispielhaft zwei - parallel geschaltete Zweige 10, 12, 14 für einen jeweiligen Stromdurchfiuss auf. Es sind mehrere (elektrische) Kontakte bzw. Schalter 16, 18, 20 vorgesehen, die in einem jeweiligen der Zweige 10, 12, 14 zugeordnet sind, wobei mittels dieser Schalter 16, 18, 20 die jeweilige elektrisch leitende Verbindung schließbar und unterbrechbar ist, die einen Stromdurchfiuss durch den jeweiligen Zweig 10, 12, 14 ermöglicht, dem dieser jeweilige Schalter 16 bzw. 18 bzw. 20 zugeordnet ist.
Wie gut zu erkennen ist strömt im Betrieb bei zumindest teilweise geschlossener Wechselstromschalter-Vorrichtung 1 ein elektrischer Strom In, der sich auf die geschlossenen Zweige 10 bzw. 12 bzw. 14 aufteilt bzw. diejenigen der Zweige 10 bzw. 12 bzw. 14 aufteilt, die geschossen sind, und dann ausgangseitig wieder zusammengeführt wird. Dieser Strom In teilt sich zumindest dann reziprok zu der Anzahl der geschlossenen, im Hinblick auf eine Stromübertragung funktionsfähigen Zweige auf, sofern die Schalter 16 und / oder 18 und / oder 20 geschlossen sind. Es ist femer eine Diagnoseeinrichtung 22 für die Ermittlung der Funktionsfahigkeit der Wechselstromschalter-Vorrichtung 1 vorgesehen ist. Diese Diagnoseeinrichtung 22 weist einen Magnetkern 24 auf, der beispielsweise als magnetischer Ringkern 24 gestaltet ist. Um diesen Magnetkern 24 sind die Zweige 10, 12, 14 bzw. elektrische Leitungen bzw. Leiter dieser Zweige 10, 12, 14 - zur Vereinfachung wird in dieser Offenbarung von Zweigen 10, 12, 14 gesprochen - gewickelt. Dieses ist so, dass jeder der Zweige 10, 12, 14 mit einer jeweiligen, diesem jeweiligen betreffenden Zweig 10 bzw. 12 bzw. 14 zugeordneten Anzahl an Windungen sowie einem jeweiligen, diesem jeweiligen betreffenden Zweig 10 bzw. 12 bzw. 14 zugeordneten Wickelsinn um diesen Magnetkern 24 gewickelt ist, so dass mittels dieses jeweiligen Zweiges 10 bzw. 12 bzw. 14 jeweils ein magnetischer Fluss im Magnetkern 24 erzeugt wird, wenn der jeweils betreffende Zweig 10 bzw. 12 bzw. 14 von einem elektrischen Strom durchflössen wird.
Dabei sind der jeweilige Wickelsinn die jeweilige Anzahl an Windungen der verschiedenen Zweige 10 bzw. 12 bzw. 14 derart aufeinander abgestimmt, dass der magnetische Fluss im Magnetkern 24 einen vorbestimmten Wert annimmt, wenn die Funktionsfahigkeit der Wechselstromschalter-Vorrichtung 1 gegeben ist und die Schalter 16, 18, 20 jeweils geschlossen sind und eine elektrische (Wechsel-) Spannung an der Wechselstromschalter- Vorrichtung 1 anliegt.
Bei der Gestaltung gemäß Fig. 1 ist der Zweig 10 mit zwei Windungen um den Magnetkern 24 gewickelt und die Zweige 12 und 14 jeweils mit einer (zur besseren Übersichtlichkeit jeweils in vereinfachter Form dargestellter) Windung; der Wickelsinn ist bei dem Zweig 10 dabei dem Wickelsinn der Zweige 12 und 14 jeweils entgegengesetzt.
Bei der Gestaltung gemäß Fig. 2 ist - ebenso wie bei der Gestaltung gemäß Fig. 1 - der Zweig 10 mit zwei Windungen um den Magnetkern 24 gewickelt und die Zweige 12 und 14 jeweils mit einer (zur besseren Übersichtlichkeit jeweils in vereinfachter Form dargestellter) Windung; der Wickelsinn ist bei dem Zweig 10 dabei dem Wickelsinn der Zweige 12 und 14 jeweils entgegengesetzt.
Bei der Gestaltung gemäß Fig. 3 sind der Zweig 10 sowie der Zweig 12 jeweils mit einer (zur besseren Übersichtlichkeit jeweils in vereinfachter Form dargestellter) Windung um den Magnetkern 24 gewickelt, wobei der Wickelsinn des Zweiges 10 dem Wickelsinn des Zweiges 12 entgegengesetzt ist.
Der (jeweils) gesamte magnetische Fluss im Wickelkern 24 ist in den Fig. schematisch durch den Pfeil 26 angedeutet.
Anzumerken ist, dass sich in den Tabellen in den Fig. 1 bis 3 die Windungszahl W1, die Stromstärke I1 sowie die der Wert n=l auf den Zweig 10, die Windungszahl W2, die Stromstärke I2 sowie die der Wert n=2 auf den Zweig 12 und die Windungszahl W3, die Stromstärke I3 sowie die der Wert n=3 auf den Zweig 14 beziehen.
Ferner ist eine Steuereinrichtung 28 für die Ansteuerung bzw. zum Schalten der Kontakte bzw. Schalter 16, 18, 20 vorgesehen. Die Steuereinrichtung 28 ist insbesondere so, dass sie simultan die Kontakte bzw. Schalter 16, 18, 20 zum jeweiligen Öffnen bzw. zum jeweiligen Schließen ansteuert.
Die angesprochenen, parallel geschalteten Zweige, also im Falle der Gestaltungen gemäß den Fig. 1 und 2 die Zweige 10, 12, 14 und im Falle der Gestaltung gemäß Fig. 3 die Zweige 10, 12 sind hinsichtlich ihres bezüglich des Magnetkerns 24 gegebenen Wickelsinns sowie der diesbezüglichen Anzahl an Windungen derart aufeinander abgestimmt, dass der magnetische Fluss im Magnetkern 24 einen bzw. genau einen vorbestimmten Wert annimmt, wenn die Funktionsfahigkeit der Wechselstromschalter- Vorrichtung 1 gegeben ist und die Schalter 16, 18, 20 jeweils geschlossen sind.
Prinzipiell kann dieses so sein, dass dieser Wert ein vorbestimmter, von "Null" abweichender Wert ist. In den drei Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. ist diese Abstimmung allerdings so, dass dieser vorbestimmte Wert für die magnetischen Fluss "Null" ist. Nur im fehlerfreien Fall (und bei anliegender elektrischer (Wechsel)Spannung und geschlossener bzw. entsprechend angesteuerter Wechselstromschalter- Vorrichtung 1) stellt sich also dieser magnetische Fluss von "Null" im Magnetkern 24 ein, so dass dann, wenn ein von "Null" abweichender Wert des magnetischen Flusses im Magnetkern 24 detektiert wird, darauf geschlossen werden kann, dass eine Funktionsbeeinträchtigung vorliegt. Beispielhaft sind in den Tabellen der Fig. 1 bis 3 für die jeweils dortige Wechselstromschal- ter-Vorrichtung 1 der fehlerfreie Fall sowie einige beispielhafte Fälle mit Funktionsbeeinträchtigung dargestellt.
In der ersten Spalte ist unterhalb von "n" jeweils die "Zweignummer" dargestellt; in der zweiten Spalte ist (unterhalb von "On / Off) angezeigt, ob die Schalter 16, 18, 20 so angesteuert sind, dass sie geschlossen sind bzw. sein sollten (=on), oder so, dass sie offen sind bzw. offen sein sollen. In der dritten Spalte ist unterhalb von "Contact" bzw. unterhalb von "Qn" angezeigt, ob der entsprechende Zweig 10, 12, 14 bzw. der entsprechende Schalter 16, 18, 20 tatsächlich offen oder kurzgeschlossen ist; der Fall "tatsächlich geschlossen" ist nicht dargestellt, da diese Bereiche der Tabellen nur Fehlerfälle darstellen (vgl. auch jeweils letzte Spalte der Tabellen). Der bzw. die Zweige 10, 12, 14, die dabei in der ersten Spalte nicht angezeigt sind (bzw. die zugehörigen Schalter 16, 18, 20), sollen dabei voll funktionsfähig und in dem in der zweiten Spalte angezeigten Sollzustand sein. In der vierten Spalte ist der Anteil des elektrischen Stromes In (also der Anteils des in die Wechselstromschalter- Vorrichtung 1 hinein und aus dieser heraus fließenden elektrischen Stroms) angezeigt, der jeweils durch die strom- durchflossenen Zweige 10 bzw. 12 bzw. 14 fließt (und zwar bzgl. In normiert). In den Fig. 1 und 2 in der fünften bis siebenten Spalte der dortigen Tabelle und in Fig. 3 in der fünften bis sechsten Spalte der dortigen Tabelle sind die jeweils durch den betreffenden Zweig 10, 12, 14 im Magnetkern 24 bewirkten magnetischen Spannungen aus dem den betreffenden Zweig 10, 12, (14) durchströmenden elektrischen Strom I1, 12, 13 mit der Anzahl der Windungen W1, W2, W3 dargestellt, wobei der Index 1 sich auf den Zweig 10 bezieht, der Index 2 sich auf den Zweig 12 bezieht und der Index 3 sich auf den Zweig 14 bezieht (letztere Zuordnung gilt auch für die Zweignummern in der ersten Spalte). In der zweiten Spalte von rechts ist in den Fig. der gesamte magnetische Fluss im Magnetkern 24 bzw. die Summe der durch die einzelnen Zweige 10, 12, 14 bewirkten magnetischen Flüsse im Magnetkern 24 aufgelistet, und in der rechten Spalte ist der Status angezeigt bzw., ob Funktionsfähigkeit gegeben ist (= OK) oder nicht (= Fail). Dem kann auch entnommen werden, dass dann, wenn der gesamte magnetische Fluss (Σ Φ) bzw. die Summe (Σ Φ) der einzelnen magnetischen Flüsse gleich "Null" ist, die Funktionsfähigkeit der Wechselstromschalter-Vorrichtung 1 gegeben ist bzw. als gegeben bewertet wird, und dann, wenn der gesamte magnetische Fluss (Σ Φ) bzw. die Summe (Σ Φ) der einzelnen magnetischen Flüsse ungleich "Null" ist, die Funktionsfähigkeit der Wechselstromschalter-Vorrichtung 1 nicht gegeben ist bzw. als nicht gegeben bewertet wird. In der dritten bis letzten Spalte der zweiten Zeile der Tabellen in den Fig. 1 bis 3 ist jeweils der Fall dargestellt, dass die Wechselstromschalter- Vorrichtung 1 nicht funktionsbeeinträch- tigt ist bzw. bei anliegender elektrischer (Wechsel-)Spannung und über alle Zweige 10, 12, 14 ein elektrischer Strom fließt.
Beispielhaft seien die Zeilen 2 und 3 der Tabelle aus Fig. 1 näher erläutert:
Da im Fall der Zeile 2 die Funktionsfähigkeit gegeben ist, wie sich dann auch aus der letzten Spalte dieser Zeile ergibt, fließt durch jeden der drei Zweige 10, 12, 14 ein elektrischer Strom, und zwar jeweils 1/3 des Gesamtstroms In(Q. Damit ergibt sich unter Anwendung des Ampe- reschen-Gesetzes unter der Berücksichtigung des Wickelsinns der magnetischen Quellen wi*Ii(t), W2*l2(t), W3*l3(t), ws*Is(t) in der Erfassungseinrichtung 30 für die Erfassung des im Magnetkern 24 fließenden magnetischen Flusses 26
W1 X I1(O - W2 * Z2 (O - W3 * I3 (t) + ws *Is(t) = Rm * Φ(0
Mit der Reluktanz R = ≡ — des Magnetkerns, wobei μ*A,
Im = mittlere magnetische Wegflänge
μ = ( μo*μr) Permeabilität
Aeff = effektiver Kernquerschnitt
und mit Is(t)=O (Windung offen) nachfolgender Zusammenhang
Die an der Sekundärwicklung 34 auftretende Spannung der Signaleinrichtung 32 ist dann gemäß dem Faradayschen-Gesetz
ebenfalls 0.
Anzumerken ist, dass in den entsprechenden Spalten in Zeile 1 jeweils vereinfacht die Größen W1, W2 und W3 angegeben sind. Für den resultierenden magnetischen Fluss Φ(t) im Magnetkern 24 ergibt sich somit ein Wert von O5 wie in der vorletzten Spalte der Zeile 2 angegeben. Da hier für den Zustand ohne Funktionsbeeinträchtigung gerade das Kriterium Φ(t)=O gilt, ist in der letzten Spalte der Zeile 2 gerade dieses festgehalten.
Weil der Zweig 10 unterbrochen ist, ist der elektrische Strom I1Ct)=O und für den resultierenden magnetischen Fluss 26 ergibt sich
LM > 2 * 0 -l *--l*- + w , *— ^- = ^^* (-l) = Φ(0 ≠ 0
R.„
Die an der Sekundärwindung 34 auftretende Spannung der Signaleinrichtung 32 ist nun gemäß dem Faradayschen-Gesetz
d.h. von null verschieden. Folglich wird hier ein Fehler angezeigt.
Anzumerken ist, dass bezogen auf den Kurzschluss der Wert von 1/π auf den Eiiiweggleich- richtereffekt (MOSFET inhärente Diode, des nicht-kurzgeschlossenen MOSFETs des betrachteten Zweiges) zurückzuführen ist.
Die Diagnoseeinrichtung 22 weist ferner eine Erfassungseinrichtung 30 für die Erfassung des in dem Kern 24 fließenden magnetischen Flusses auf, sowie eine Signaleinrichtung 32 für das Anzeigen von Funktionsbeeinträchtigungen und / oder des Zustands, dass keine Funktionsbeeinträchtigung gegeben ist. Gemäß den in den Fig. gezeigten Gestaltungen ist eine Sekundär- Windung 34, die um den Magnetkern 24 gewickelt ist, sowohl Bestandteil der Erfassungseinrichtung 30 als auch Bestandteil der Signaleinrichtung 32.
Bei der Gestaltung gemäß Fig. 1 werden die Schalter 10, 12, 16 von MOSFETs (= Metalloxid Semiconductor Field Effect Transistor) gebildet. Eine solche Gestaltung mit MOSFETs ist in Fig. 1 beispielhaft mit drei parallel geschalteten Zweigen 10, 12, 14 gezeigt.
Bei den Gestaltungen gemäß den Fig. 2 und 3 werden die Schalter 10, 12, 16 von Relays gebildet. Eine solche Gestaltung mit Relays ist in Fig. 2 beispielhaft mit drei parallel geschalteten Zweigen 10, 12, 14 und in Fig. 3 beispielhaft mit zwei parallel geschalteten Zweigen 10, 12, 14 gezeigt.
Wie anhand der Fig. 1 bis 3 gezeigt wurde, wird ein Gesamtzustand eines statisch angesteuerten "Wechselstromschalters" geschaffen, der n parallel geschaltete Kontakte bzw. Zweige aufweist bzw. der aus n parallel geschalteten Kontakten bzw. Zweigen besteht, wobei n eine natürliche Zahl ist.
Der magnetische Fluss in dem Magnetkern 24 wird gemäß den Ausführungsbeispielen bei gegebener Funktionsfähigkeit durch geschickte Wahl des Wickelsinns sowie der Windungszahl der beteiligten parallel liegenden Stromzweige kompensiert. Im nicht-kompensierten Fall wird an der Sekundärwindung ein "Fehlersignal" erzeugt. In alternativer Gestaltung kann auch vorgesehen sein, dass das System nicht auf den kompensierten Fall bzw. den Fall, in dem der magnetische Fluss gleich Null ist, abgestimmt ist, sondern auf einen magnetischen Fluss, der ungleich Null ist.
Wie insbesondere die Ausführungsbeispiele verdeutlichen, legt die Erfindung die Basis für eine Vielzahl an Vorteilen.
So wird eine sehr einfache, robuste und kostengünstige Möglichkeit der potentialfreien Fehlererkennung ermöglicht. Ferner wird eine Erhöhung der Betriebssicherheit sowie der Zuverlässigkeit und durch eine Schadenabwendung bzw. Schadenverringerung - insbesondere bei kritischen Anwendungen - ermöglicht. Ferner wird ermöglicht, dass Fehler eingegrenzt bzw. in komplexeren Systemen lokalisiert werden, was wiederum zu kundenfreundlicheren Systemen fuhren kann. Überdies wird ermöglicht, dass ein Fehlalarm bei externen Versorgungs- Spannungsunterbrechungen vermieden wird. Bei Einsatz von mechanisch betätigten. Schaltern bzw. Kontakten, wie z.B. Relais oder Schütz, kann Verschleiß dieser Schalter bzw. Kontakte bzw. eine hierdurch bewirkte Funktionsbeeinträchtigung ermittelt werden.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Weiterbildung wird der magnetische Fluss in dem bzw. in einem Magnetkern durch geschickte Wahl des Wickelsinns sowie der Windungszahl der beteiligten parallel liegenden Stromzweige kompensiert. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein "Fehlersignal" an der Sekundärwindung im nicht-kompensierten Fall erzeugt wird.

Claims

Ansprüche
1. Wechselstromschalter- Vorrichtung zum wahlweisen Schließen und Unterbrechen von zumindest einer elektrisch leitenden Verbindung, wobei diese Wechselstromschalter- Vorrichtung wenigstens zwei parallel geschaltete Zweige (10, 12, 14) für einen jeweiligen Stromdurchfluss aufweist und wobei mehrere Schalter (16, 18, 20) vorgesehen sind, die jeweils einem der Zweige (10, 12, 14) zugeordnet sind, wobei mittels dieser Schalter (16, 18, 20) jeweilige elektrisch leitende Verbindungen schließbar und unterbrechbar sind, die einen Stromdurchfluss durch den jeweiligen Zweig (10 bzw. 12 bzw. 14) ermöglichen, dem dieser jeweilige Schalter (16, 18, 20) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Diagnoseeinrichtung (22) für die Ermittlung der Funktionsfähigkeit der Wechselstromschalter-Vorrichtung (1) vorgesehen ist.
2. Wechselstromschalter- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinrichtung (22) einen Magnetkern (24) aufweist und jeder der Zweige (10, 12, 14) mit einer jeweiligen, diesem jeweiligen betreffenden Zweig (10 bzw. 12 bzw. 14) zugeordneten Anzahl an Windungen sowie einem jeweiligen, diesem jeweiligen betreffenden Zweig (10 bzw. 12 bzw. 14) zugeordneten Wickelsinn um diesem Magnetkern (24) gewickelt sind, so dass mittels dieses jeweiligen Zweiges (10 bzw. 12 bzw. 14) jeweils ein magnetischer Fluss im Magnetkern (24) erzeugt wird, wenn der jeweils betreffende Zweig (10 bzw. 12 bzw. 14) von einem elektrischen Strom durchflössen wird, wobei die Diagnoseeinrichtung (22) ferner eine Erfassungseinrichtung (30) für die Erfassung des in dem Kern (24) fließenden magnetischen Flusses aufweist oder mit einer solchen Erfassungseinrichtung (30) zusammenwirkt.
3. Wechselstromschalter- Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Wickelsinn und die Anzahl an Windungen der verschiedenen Zweige (10 bzw. 12 bzw. 14) derart aufeinander abgestimmt sind, dass der magnetische Fluss im Magnetkern (24) einen vorbestimmten Wert annimmt, wenn die Funktionsfähigkeit der Wechselstromschalter- Vorrichtung (1) gegeben ist und die Schalter (16, 18, 20) jeweils geschlossen sind.
4. Wechselstromschalter- Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieser vorbestimmte Wert von der durch die Wechselstromschalter- Vorrichtung (1) aktuell fließenden Stromstärke abhängt.
5. Wechselstromschalter- Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieser vorbestimmte Wert stets "Null" ist, und zwar insbesondere unabhängig von der durch die Wechselstromschalter- Vorrichtung (1) aktuell fließenden Stromstärke.
6. Wechselstromschalter-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinrichtung (22) für Erzeugung eines Fehlersignals bei detektierter Funktionsbeeinträchtigung der Wechselstromschalter- Vorrichtung (1) eine Signaleinrichtung (32) aufweist oder mit einer solchen Signaleinrichtung (32) zusammenwirkt.
7. Wechselstromschalter- Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese Signaleinrichtung (32) eine um den Magnetkern (24) gewickelte Sekundärwindung (34) aufweist.
8. Wechselstromschalter- Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Windungen sowie der Wickelsinn der verschiedenen Zweige (10, 12, 14) derart abgestimmt sind, dass zumindest bei bekannter, durch die Wechselstromschalter- Vorrichtung (1) fließender Stromstärke anhand des magnetischen Flusses im Magnetkern (24) eindeutig bestimmbar ist, ob und in welchem der Zweige (10, 12, 14) mit dem diesem zugeordneten Schalter (16, 18, 20) eine Funktionsbeein- trächtigung gegeben ist.
9. Verfahren zur Überwachung oder Diagnose der Funktionsfahigkeit einer, insbesondere entsprechend einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildeten, Wechselstromschalter-Vorrichtung (1) mit den Schritten:
Überprüfen oder Überwachen des im Magnetkern (24) gegebenen magnetischen Flusses, oder eines von diesem magnetischen Flusses abhängigen Kennwertes; Feststellen, dass eine Funktionsbeeinträchtigung der Wechselstromschalter- Vorrichtung (1) gegeben ist, wenn der magnetische Fluss bzw. der von diesem magnetischen Kennwert abhängige Kennwert von einem vorbestimmten Wert abweicht.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Wert so ist, dass er eine Kompensation der im Magnetkern (24) gegebenen, mittels der Zweige (10, 12, 14) bewirkten magnetischen Flüsse anzeigt. -
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