EP2258031A2 - Switching device and method for operating same - Google Patents

Switching device and method for operating same

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Publication number
EP2258031A2
EP2258031A2 EP09727391A EP09727391A EP2258031A2 EP 2258031 A2 EP2258031 A2 EP 2258031A2 EP 09727391 A EP09727391 A EP 09727391A EP 09727391 A EP09727391 A EP 09727391A EP 2258031 A2 EP2258031 A2 EP 2258031A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
consumer
switching
power supply
switching element
switching device
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Withdrawn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
EP09727391A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Norbert Mitlmeier
Christian Oppermann
Bernhard Streich
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2258031A2 publication Critical patent/EP2258031A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/14—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to occurrence of voltage on parts normally at earth potential
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/10—Arrangements incorporating converting means for enabling loads to be operated at will from different kinds of power supplies, e.g. from ac or dc
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/322—Means for rapidly discharging a capacitor of the converter for protecting electrical components or for preventing electrical shock

Definitions

  • the invention relates to a switching device, in particular an electromagnetic switching device, with a power supply and a switching element, in particular an electromagnetic switching element, for. B. a contactor or the like.
  • the power supply is supplied in a conventional manner with an external supply voltage and to the switching element is also known per se, an external consumer, eg. As a motor, connectable.
  • an external consumer eg. As a motor, connectable.
  • an operating voltage generated by its power supply unit can be supplied to the load via the switching element via an operating voltage line originating from the power supply unit.
  • the respective consumer is then energized, that is activated when the switching element is driven or is.
  • switching devices In such switching devices is known that in the range of the power supply or by the power supply, an electronic voltage evaluation is performed to activate the switching element in response to the applied external supply voltage and energize the respective consumer. For such voltage evaluations, it is known that they collect data relating to the external supply voltage for applied DC or AC voltages over a defined period of time in order to be able to calculate an average value. DC or AC voltages can be distinguished by the fact that peak values of an AC voltage are higher than the constant value of a comparable DC voltage.
  • a capacitor for improving an electromagnetic compatibility is provided in a input circuit.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • Such a capacitor or electrical energy store is referred to below as the input capacitor.
  • the discharge behavior of the input capacitor in turn influences the data recorded by the voltage evaluation. This can lead to errors in the voltage evaluation, because z. B. is assumed a DC voltage due to lack of zero crossings and is additionally assumed by the higher peak values too high a voltage.
  • An object of the invention accordingly is to provide an alternative embodiment of a switching device of the type mentioned, in which the o. G. Disadvantages avoided or at least their effects are reduced and with the rapid discharge of the or each arranged in the input circuit energy storage is possible.
  • a method for operating a switching device with a power supply and a switching element wherein the power supply is supplied with an external supply voltage and the switching element is connected to an external consumer, wherein the switching element generated by the power supply operating voltage via an outgoing from the power supply operating - Voltage line can be fed to the consumer and wherein the power supply comprises at least one electrical energy storage, which is connected between the operating voltage line and a reference potential, provided that when switching off of the consumer, so when removing the external supply voltage, this is briefly energized by activation of the switching element from the energy stored in the electrical energy storage.
  • the o. G. The object is also achieved with a corresponding switching device which is suitable and provided for carrying out the method outlined above and described further below.
  • the electrical energy storage is a capacitor.
  • the short-term energizing of the connected or connectable consumer preferably takes place during a predetermined or predefinable discharge time.
  • the duration of the discharge time is tuned on the one hand to a storage capacity of the energy storage and on the other hand, a sluggishness of the consumer. By means of such tuning it is achieved that, on the one hand, the energy store is discharged completely or at least for the unadulterated voltage evaluation by the energizing and, on the other hand, the consumer is not unintentionally put into operation.
  • the short-term energizing takes place after a predetermined or predefinable waiting time after switching off the consumer because electromagnetic switching devices can not be switched off in "no-stop" mode due to their inertia If you do not wait, it may happen that the switch-off time is extended and that this leads to a misbehavior of the consumer.
  • the method outlined here and further described below is preferably implemented as a computer program or as program code for a microcontroller with program code instructions that can be executed by a computer or a microcontroller.
  • the invention also relates to such program code for carrying out the method described above and explained further below.
  • the invention also relates to a computer program product, in particular a storage medium and the like, or a microcontroller with such program code. All options for implementing the method in software, hardware and / or firmware are summarized here under the name "means for implementing the method”.
  • the invention also relates to a switching device of the type mentioned above with a control circuit comprising such means for implementing the method or having access to such means, e.g. a control circuit with such a computer program or acting as a control circuit microcontroller with such program code.
  • a preferred embodiment of the switching device is characterized in that the waiting and the discharge time are coded in the control circuit and by means of the control circuit after switching off the consumer, the lapse of the waiting time detectable and after the lapse of the waiting time Consumable for the duration of the discharge current, that is activatable, is.
  • FIG. 1 shows a schematically simplified schematic representation of a switching device according to the invention
  • FIG. 1 shows a total of 10 designated switching device with a power supply 12 and a switching element 14, z. B. a contactor or the like.
  • the power supply unit 12 can be fed with an external supply voltage which can be applied to connection terminals A1, A2.
  • An external consumer 16 can be connected to the switching element 14, an engine M being shown as an example in the illustration.
  • the power supply unit 12 has at least one electrical energy store 20, shown by way of example in FIG. 1 as a capacitor C, which is connected between the operating voltage line 18 and a reference potential, in this case ground potential.
  • the power supply unit 12 has a converter 22 which generates the operating voltage from the external supply voltage applied to Al, A2. Furthermore, the switching device 10 has a control circuit 24 which is provided for activating the switching element 14 and for causing the operating voltage to be switched to the consumer 16. When activated switching element 14 of the consumer 16 is thus "energized".
  • Either the converter 22 and / or the control circuit 24 perform an evaluation of the external supply voltage. For this purpose, data relating to the external supply voltage are collected as voltage evaluation over a defined period of time and an average value is calculated. In addition, a decision is made as to whether an AC voltage or a DC voltage is applied as the external supply voltage. Peak values are known to be higher with alternating voltage than with direct voltage. Is as an external supply voltage z. B. an AC voltage, this is rectified by the converter 22, as FIG 2 shows.
  • the energy store 20 discharges, that is to say the capacitor C in the illustrated case, and a signal form can result for the voltage evaluation, as shown in FIG. With such a signal form, the mean value is corrupted in such a way that an excessively high voltage is detected by the voltage evaluation. Because of missing zero crossings it can also happen that an incorrect voltage is assumed here z. B. DC voltage. Because of such incorrect evaluations, it can happen that the consumer 16 is accidentally switched back on. To avoid this, it is provided according to the invention that when switching off the consumer 16, so when removing the external supply voltage, this is briefly energized by activation of the switching element 14 from the energy stored in the electrical energy storage 20.
  • the energy store 20 is defined and discharged in a controlled manner, so that a signal results for the voltage evaluation, as shown by way of example in FIG.
  • the energy store 20 is therefore discharged much faster than is the case in the situation shown in FIG. Faulty voltage evaluations are thus effectively prevented or at least reduced.
  • the short-term energization of the respective consumer 16 is effected from the residual electrical energy remaining in the energy storage device 20 during a predetermined or predefinable discharge time. This is in particular matched to a storage capacity of the energy store 20 and an inertia of the consumer 16, such that the
  • Energy storage 20 sufficiently discharged and the consumer 16, if any, is imperceptibly put into operation.
  • a motor M as an example of a consumer 16
  • the short-term energizing of the respective consumer 16 takes place after a predetermined or specifiable waiting time after removal of the external supply voltage.
  • Control circuit includes hardware and / or software means for implementing the described method.
  • the waiting and discharging time in the control circuit 24 are coded for this purpose.
  • the control circuit 24 waits for the elapse of the waiting time by removing the external supply voltage and, after the waiting time has elapsed, the consumer 16 is energized for the duration of the discharge time, so that the energy Memory 20 discharged or at least sufficiently discharged.
  • switching devices 10 of the type described here in particular low-voltage switchgear
  • can current paths ie z. B. the or each operating voltage line 18 described here, between an electrical supply device and consumers 16, and thus switch their operating currents.
  • a low-voltage electrical switching element 14 such as a contactor, a power switch, a compact starter, etc., has for switching the
  • an electrical energy store 20 in particular a capacitor, provided from an EMC point of view is discharged in a controlled manner by switching off the respective consumer 16 by controlled activation of the switching element 14 is briefly energized from the energy stored in the energy storage 20 energy.

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Abstract

A method for operating a switching device (10) and a device (10) for use with the method are provided, wherein an energy storage medium (20) provided for EMC considerations, in particular a capacitor, is energized in a controlled fashion through short-term activation of a switching element (14) even after the respective connected user is turned off, the energy storage medium (20) being thereby discharged.

Description

Beschreibungdescription
Schaltgerät und Verfahren zu dessen BetriebSwitchgear and method for its operation
Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät, insbesondere ein elektromagnetisches Schaltgerät, mit einem Netzteil und einem Schaltelement, insbesondere einem elektromagnetischen Schaltelement, z. B. einem Schütz oder dergleichen. Das Netzteil ist in an sich bekannter Art und Weise mit einer externen Versorgungsspannung versorgbar und an das Schaltelement ist in ebenfalls an sich bekannter Art und Weise ein externer Verbraucher, z. B. ein Motor, anschließbar. Mit dem Schaltgerät ist eine von dessen Netzteil generierte Betriebsspannung über eine vom Netzteil ausgehende Betriebsspannungslei- tung dem Verbraucher über das Schaltelement zuführbar. Der jeweilige Verbraucher wird dann bestromt, also aktiviert, wenn das Schaltelement angesteuert wird oder ist.The invention relates to a switching device, in particular an electromagnetic switching device, with a power supply and a switching element, in particular an electromagnetic switching element, for. B. a contactor or the like. The power supply is supplied in a conventional manner with an external supply voltage and to the switching element is also known per se, an external consumer, eg. As a motor, connectable. With the switching device, an operating voltage generated by its power supply unit can be supplied to the load via the switching element via an operating voltage line originating from the power supply unit. The respective consumer is then energized, that is activated when the switching element is driven or is.
Bei derartigen Schaltgeräten ist bekannt, dass im Bereich des Netzteils oder durch das Netzteil eine elektronische Spannungsauswertung durchgeführt wird, um in Abhängigkeit von der angelegten externen Versorgungsspannung das Schaltelement zu aktivieren und den jeweiligen Verbraucher zu bestromen. Für derartige Spannungsauswertungen ist bekannt, dass diese für anliegende Gleich- oder Wechselspannungen über einen definierten Zeitraum Daten hinsichtlich der externen Versorgungsspannung sammeln, um einen Mittelwert berechnen zu können. Gleich- oder Wechselspannungen lassen sich bekanntlich dadurch unterscheiden, dass Spitzenwerte einer Wechselspannung höher sind als der konstante Wert einer vergleichbaren Gleichspannung.In such switching devices is known that in the range of the power supply or by the power supply, an electronic voltage evaluation is performed to activate the switching element in response to the applied external supply voltage and energize the respective consumer. For such voltage evaluations, it is known that they collect data relating to the external supply voltage for applied DC or AC voltages over a defined period of time in order to be able to calculate an average value. DC or AC voltages can be distinguished by the fact that peak values of an AC voltage are higher than the constant value of a comparable DC voltage.
Bei bekannten Geräten der eingangs genannten Art ist ebenfalls vorgesehen, dass in einem Eingangskreis ein Kondensator zur Verbesserung einer elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) vorgesehen ist. Ein solcher Kondensator oder elektrischer Energiespeicher wird im Folgenden als Eingangskondensator bezeichnet. Auch wenn solche Eingangskondensatoren zur Verbesserung von EMV-Eigenschaften nützlich und mitunter notwendig sind, ergibt sich mit deren Verwendung der Nachteil, dass beim Ausschalten der externen Versorgungsspannung elektrische Leistung gespeichert wird und sich der Eingangskonden- sator nur langsam entlädt. Das Entladeverhalten des Eingangskondensators beeinflusst wiederum die von der Spannungsauswertung aufgenommenen Daten. Dadurch kann es bei der Spannungsauswertung zu Fehlern kommen, weil z. B. aufgrund fehlender Nulldurchgänge eine Gleichspannung angenommen wird und durch die höheren Spitzenwerte zusätzlich eine zu hohe Spannung angenommen wird.In known devices of the type mentioned is also provided that in a input circuit, a capacitor for improving an electromagnetic compatibility (EMC) is provided. Such a capacitor or electrical energy store is referred to below as the input capacitor. Even if such input capacitors for Improvement of EMC properties useful and sometimes necessary, the use of which results in the disadvantage that when switching off the external supply voltage electrical power is stored and the input capacitor discharges only slowly. The discharge behavior of the input capacitor in turn influences the data recorded by the voltage evaluation. This can lead to errors in the voltage evaluation, because z. B. is assumed a DC voltage due to lack of zero crossings and is additionally assumed by the higher peak values too high a voltage.
Bekannte Ansätze versuchen dieses Problem dadurch zu lösen, dass zur schnellen Entladung des oder jedes Eingangskondensa- tors parallel zum Eingang über den dem Schaltgerät die externe Versorgungsspannung zuführbar ist, ein Widerstand geschaltet wird. Diese Lösung hat allerdings hohe Verlustleistung oder lange Entladezeitkonstanten zur Folge.Known approaches try to solve this problem by the fact that for fast discharge of the or each Eingangskondensa- sector parallel to the input via the switching device, the external supply voltage can be fed, a resistor is connected. However, this solution results in high power dissipation or long discharge time constants.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht entsprechend darin, eine alternative Ausführungsform eines Schaltgeräts der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die o. g. Nachteile vermieden oder zumindest ihre Auswirkungen reduziert werden und mit dem eine schnelle Entladung von dem oder jedem im Eingangs- kreis angeordneten Energiespeicher möglich ist.An object of the invention accordingly is to provide an alternative embodiment of a switching device of the type mentioned, in which the o. G. Disadvantages avoided or at least their effects are reduced and with the rapid discharge of the or each arranged in the input circuit energy storage is possible.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Dazu ist bei einem Verfahren zum Betrieb eines Schaltgeräts mit einem Netzteil und einem Schaltelement, wobei das Netzteil mit einer externen Versorgungsspannung versorgt wird und an das Schaltelement ein externer Verbraucher angeschlossen ist, wobei mit dem Schaltelement eine vom Netzteil generierte Betriebsspannung über eine vom Netzteil ausgehende Betriebs- Spannungsleitung dem Verbraucher zuführbar ist und wobei das Netzteil zumindest einen elektrischen Energiespeicher um- fasst, der zwischen die Betriebsspannungsleitung und ein Bezugspotential geschaltet ist, vorgesehen, dass bei Abschalten des Verbrauchers, also bei Wegnahme der externen Versorgungsspannung, dieser durch Aktivierung des Schaltelements kurzzeitig aus der im elektrischen Energiespeicher gespeicherten Energie bestromt wird.This object is achieved by a method having the features specified in claim 1. For this purpose, in a method for operating a switching device with a power supply and a switching element, wherein the power supply is supplied with an external supply voltage and the switching element is connected to an external consumer, wherein the switching element generated by the power supply operating voltage via an outgoing from the power supply operating - Voltage line can be fed to the consumer and wherein the power supply comprises at least one electrical energy storage, which is connected between the operating voltage line and a reference potential, provided that when switching off of the consumer, so when removing the external supply voltage, this is briefly energized by activation of the switching element from the energy stored in the electrical energy storage.
Die o. g. Aufgabe wird auch mit einem korrespondierenden Schaltgerät gelöst, das zur Durchführung des vorstehend skizzierten und nachfolgend weiter beschriebenen Verfahrens geeignet und vorgesehen ist. Dazu ist vorgesehen, dass bei ei- nem derartigen Schaltgerät der elektrische Energiespeicher ein Kondensator ist.The o. G. The object is also achieved with a corresponding switching device which is suitable and provided for carrying out the method outlined above and described further below. For this purpose, it is provided that in such a switching device, the electrical energy storage is a capacitor.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachge- ordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. This used backlinks point to the further development of the subject matter of the main claim by the features of the respective subclaim; they should not be construed as a waiver of obtaining independent, objective protection for the feature combinations of the dependent claims. Furthermore, with a view to an interpretation of the claims in a closer specification of a feature in a subordinate claim, it is to be assumed that such a restriction does not exist in the respective preceding claims.
Bevorzugt erfolgt das kurzzeitige Bestromen des angeschlossenen oder anschließbaren Verbrauchers während einer vorgegebenen oder vorgebbaren Entladezeit. Die Dauer der Entladezeit ist dabei einerseits auf eine Speicherkapazität des Energie- Speichers und andererseits eine Trägheit des Verbrauchers abgestimmt. Durch eine derartige Abstimmung wird erreicht, dass durch das Bestromen einerseits der Energiespeicher vollständig oder zumindest für die unverfälschte Spannungsauswertung ausreichend entladen wird und dass andererseits der Verbrau- eher nicht ungewollt in Betrieb gesetzt wird. Bei einem Motor als Beispiel für einen Verbraucher führt ein kurzzeitiges Bestromen, wenn die Dauer, also die Entladezeit, klein genug ist, noch nicht zu einer Bewegung des Motors, so dass mit dem kurzzeitigen Bestromen z. B. keine Gefahr für durch den Motor angetriebene Einheiten oder für Bedienpersonal besteht.The short-term energizing of the connected or connectable consumer preferably takes place during a predetermined or predefinable discharge time. The duration of the discharge time is tuned on the one hand to a storage capacity of the energy storage and on the other hand, a sluggishness of the consumer. By means of such tuning it is achieved that, on the one hand, the energy store is discharged completely or at least for the unadulterated voltage evaluation by the energizing and, on the other hand, the consumer is not unintentionally put into operation. In a motor as an example of a consumer leads a short-term energizing, if the duration, so the discharge time is small enough, not yet to a movement of the engine, so that with the short-term energizing z. B. there is no risk of motor driven units or operators.
Das kurzzeitige Bestromen erfolgt darüber hinaus gemäß einer bevorzugten Ausführungsform im Anschluss an eine vorgegebene oder vorgebbare Wartezeit nach Abschalten des Verbrauchers, weil elektromagnetische Schaltgeräte aufgrund ihrer Massenträgheit nicht in „Nullzeit" ausgeschaltet werden können. Entsprechend ist die Einplanung einer Wartezeit notwendig. Wird eine solche Wartezeit nicht abgewartet, kann es dazu kommen dass sich die Ausschaltzeit verlängert und es dadurch zu einem Fehlverhalten des Verbrauchers kommt.In addition, in accordance with a preferred embodiment, the short-term energizing takes place after a predetermined or predefinable waiting time after switching off the consumer because electromagnetic switching devices can not be switched off in "no-stop" mode due to their inertia If you do not wait, it may happen that the switch-off time is extended and that this leads to a misbehavior of the consumer.
Das hier skizzierte und nachfolgend weiter beschriebene Ver- fahren wird bevorzugt als Computerprogramm oder als Programmcode für einen MikroController mit durch einen Computer bzw. einen MikroController ausführbaren Programmcodeanweisungen implementiert. Insofern betrifft die Erfindung auch derartigen Programmcode zur Ausführung des vorstehend beschriebenen und nachfolgend weiter erläuterten Verfahrens. In gleicher Weise betrifft die Erfindung auch ein Computerprogrammprodukt, insbesondere eine Speichermedium und dergleichen, oder einen MikroController mit derartigem Programmcode. Alle Möglichkeiten zur Implementation des Verfahrens in Soft-, Hard- und/oder Firmware werden hier unter der Bezeichnung "Mittel zur Implementation des Verfahrens" zusammengefasst . Damit betrifft die Erfindung schließlich auch ein Schaltgerät der eingangs genannten Art mit einer Steuerschaltung, die solche Mittel zur Implementation des Verfahrens umfasst oder Zugriff auf solche Mittel hat, also z.B. eine Steuerschaltung mit einem solchen Computerprogramm oder einen als Steuerschaltung fungierenden MikroController mit solchem Programmcode.The method outlined here and further described below is preferably implemented as a computer program or as program code for a microcontroller with program code instructions that can be executed by a computer or a microcontroller. In this respect, the invention also relates to such program code for carrying out the method described above and explained further below. In the same way, the invention also relates to a computer program product, in particular a storage medium and the like, or a microcontroller with such program code. All options for implementing the method in software, hardware and / or firmware are summarized here under the name "means for implementing the method". Finally, the invention also relates to a switching device of the type mentioned above with a control circuit comprising such means for implementing the method or having access to such means, e.g. a control circuit with such a computer program or acting as a control circuit microcontroller with such program code.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Schaltgerätes zeichnet sich dadurch aus, dass die Warte- und die Entladezeit in der Steuerschaltung codiert sind und mittels der Steuerschaltung nach Abschalten des Verbrauchers das Verstreichen der Wartezeit feststellbar und nach Verstreichen der Wartezeit der Verbraucher für die Dauer der Entladezeit bestrombar, also aktivierbar, ist.A preferred embodiment of the switching device is characterized in that the waiting and the discharge time are coded in the control circuit and by means of the control circuit after switching off the consumer, the lapse of the waiting time detectable and after the lapse of the waiting time Consumable for the duration of the discharge current, that is activatable, is.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Corresponding objects or elements are provided in all figures with the same reference numerals.
Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschrän- kung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten und Kombinationen, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder spe- ziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen.The or each embodiment is not to be construed as limiting the invention. Rather, numerous modifications and variations are possible within the scope of the present disclosure, in particular those variants and combinations, for example, by combination or modification of individual described in conjunction with the general or special descriptive part and in the claims and / or the drawings Characteristics or elements or method steps for the expert in terms of solving the problem can be removed and lead by combinable features to a new subject or to new process steps or procedural steps.
Es zeigenShow it
FIG 1 eine schematisch vereinfachte Prinzipdarstellung ei- nes Schaltgerätes gemäß der Erfindung und1 shows a schematically simplified schematic representation of a switching device according to the invention and
FIG 2 bis2 to
FIG 4 Signalverläufe für in einem Eingangszweig des Schaltgerätes messbare Spannungen.4 shows waveforms for measurable in an input branch of the switching device voltages.
FIG 1 zeigt ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Schaltgerät mit einem Netzteil 12 und einem Schaltelement 14, z. B. einem Schütz oder dergleichen. Das Netzteil 12 ist mit einer an Anschlussklemmen Al, A2 anlegbaren externen Versorgungsspannung speisbar. An das Schaltelement 14 ist ein externer Verbraucher 16 anschließbar, wobei in der Darstellung als Beispiel ein Motor M gezeigt ist. Mit dem Schaltelement 14 ist eine vom Netzteil 12 generierte Betriebsspannung über eine vom Netzteil 12 ausgehende Betriebsspannungsleitung 18 dem Verbraucher 16 zuführbar. Das Netzteil 12 weist zumindest einen elektrischen Energiespeicher 20, exemplarisch in FIG 1 als Kondensator C gezeigt, auf, der zwischen die Betriebs- Spannungsleitung 18 und ein Bezugspotential, hier Massepotential, geschaltet ist. Das Netzteil 12 weist einen Wandler 22 auf, der aus der an Al, A2 anliegenden externen Versorgungsspannung die Betriebsspannung generiert. Des Weiteren weist das Schaltgerät 10 eine Steuerschaltung 24 auf, die zur Akti- vierung des Schaltelementes 14 und zum damit bewirkten Durchschalten der Betriebsspannung auf den Verbraucher 16 vorgesehen ist. Bei aktiviertem Schaltelement 14 wird der Verbraucher 16 also „bestromt".FIG. 1 shows a total of 10 designated switching device with a power supply 12 and a switching element 14, z. B. a contactor or the like. The power supply unit 12 can be fed with an external supply voltage which can be applied to connection terminals A1, A2. An external consumer 16 can be connected to the switching element 14, an engine M being shown as an example in the illustration. With the switching element 14 is generated by the power supply 12 operating voltage via a from the Power supply 12 outgoing operating voltage line 18 to the consumer 16 can be fed. The power supply unit 12 has at least one electrical energy store 20, shown by way of example in FIG. 1 as a capacitor C, which is connected between the operating voltage line 18 and a reference potential, in this case ground potential. The power supply unit 12 has a converter 22 which generates the operating voltage from the external supply voltage applied to Al, A2. Furthermore, the switching device 10 has a control circuit 24 which is provided for activating the switching element 14 and for causing the operating voltage to be switched to the consumer 16. When activated switching element 14 of the consumer 16 is thus "energized".
Entweder der Wandler 22 und/oder die Steuerschaltung 24 führen eine Auswertung der externen Versorgungsspannung aus. Dazu werden als Spannungsauswertung über einen definierten Zeitraum Daten bezüglich der externen Versorgungsspannung gesammelt und ein Mittelwert berechnet. Zusätzlich wird eine Entscheidung getroffen, ob als externe Versorgungsspannung eine Wechselspannung oder ein Gleichspannung anliegt. Spitzenwerte sind bei Wechselspannung bekanntlich höher als bei Gleichspannung. Liegt als externe Versorgungsspannung z. B. eine Wechselspannung an, wird diese durch den Wandler 22 gleichgerichtet, wie FIG 2 zeigt.Either the converter 22 and / or the control circuit 24 perform an evaluation of the external supply voltage. For this purpose, data relating to the external supply voltage are collected as voltage evaluation over a defined period of time and an average value is calculated. In addition, a decision is made as to whether an AC voltage or a DC voltage is applied as the external supply voltage. Peak values are known to be higher with alternating voltage than with direct voltage. Is as an external supply voltage z. B. an AC voltage, this is rectified by the converter 22, as FIG 2 shows.
Wenn die externe Versorgungsspannung abgeschaltet wird, entlädt sich der Energiespeicher 20, also im dargestellten Fall der Kondensator C, und für die Spannungsauswertung kann sich eine Signalform ergeben, wie diese in FIG 3 dargestellt ist. Bei einer solchen Signalform wird der Mittelwert derart verfälscht, dass durch die Spannungsauswertung eine zu hohe Spannung erkannt wird. Wegen fehlender Nulldurchgänge kann es auch dazu kommen, dass eine falsche Spannungsart angenommen wird, hier z. B. Gleichspannung. Aufgrund solcher Fehlauswertungen kann es dazu kommen, dass der Verbraucher 16 ungewollt wieder zugeschaltet wird. Um dies zu vermeiden, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass beim Abschalten des Verbraucher 16, also bei Wegnahme der externen Versorgungsspannung, dieser gesteuert durch Aktivierung des Schaltelements 14 kurzzeitig aus der im elektrischen Energiespeicher 20 gespeicherten Energie bestromt wird. Dadurch wird der Energiespeicher 20 definiert und kontrolliert entladen, so dass sich für die Spannungsauswertung ein Signal ergibt, wie dies exemplarisch in FIG 4 dargestellt ist. Der Energiespeicher 20 wird also sehr viel schneller entladen, als dies bei der in FIG 3 dargestellten Situation der Fall ist. Fehlerhafte Spannungsauswertungen sind damit wirksam verhindert oder zumindest reduziert.When the external supply voltage is switched off, the energy store 20 discharges, that is to say the capacitor C in the illustrated case, and a signal form can result for the voltage evaluation, as shown in FIG. With such a signal form, the mean value is corrupted in such a way that an excessively high voltage is detected by the voltage evaluation. Because of missing zero crossings it can also happen that an incorrect voltage is assumed here z. B. DC voltage. Because of such incorrect evaluations, it can happen that the consumer 16 is accidentally switched back on. To avoid this, it is provided according to the invention that when switching off the consumer 16, so when removing the external supply voltage, this is briefly energized by activation of the switching element 14 from the energy stored in the electrical energy storage 20. As a result, the energy store 20 is defined and discharged in a controlled manner, so that a signal results for the voltage evaluation, as shown by way of example in FIG. The energy store 20 is therefore discharged much faster than is the case in the situation shown in FIG. Faulty voltage evaluations are thus effectively prevented or at least reduced.
Für eine gesteuerte und definierte Entladung des Energiespei- chers 20 ist vorgesehen, dass das kurzzeitige Bestromen des jeweiligen Verbrauchers 16 aus der im Energiespeicher 20 verbliebenen elektrischen Restenergie während einer vorgegebenen oder vorgebbaren Entladezeit erfolgt. Diese ist insbesondere auf eine Speicherkapazität des Energiespeichers 20 und eine Trägheit des Verbrauchers 16 abgestimmt, derart, dass derFor a controlled and defined discharge of the energy storage device 20, it is provided that the short-term energization of the respective consumer 16 is effected from the residual electrical energy remaining in the energy storage device 20 during a predetermined or predefinable discharge time. This is in particular matched to a storage capacity of the energy store 20 and an inertia of the consumer 16, such that the
Energiespeicher 20 ausreichend entladen und der Verbraucher 16, wenn überhaupt, nur unmerklich in Betrieb gesetzt wird. Bei einem Motor M als Beispiel für einen Verbraucher 16 ist bei einer ausreichend kurzen Bestromung - also einer ausrei- chend kurzen Entladezeit, während derer eine solche Bestromung erfolgt - aufgrund der Massenträgheit der involvierten beweglichen Komponenten keine unerwünschte Bewegung zu besorgen. Das kurzzeitige Bestromen des jeweiligen Verbrauchers 16 erfolgt im Anschluss an eine vorgegebene oder vorgebbare War- tezeit nach Wegnahme der externen Versorgungsspannung. DieEnergy storage 20 sufficiently discharged and the consumer 16, if any, is imperceptibly put into operation. In the case of a motor M as an example of a consumer 16, with sufficiently short energization - ie a sufficiently short discharge time during which such energization takes place - no unwanted movement is to be obtained due to the inertia of the movable components involved. The short-term energizing of the respective consumer 16 takes place after a predetermined or specifiable waiting time after removal of the external supply voltage. The
Steuerschaltung umfasst dazu Hardware- und/oder Softwaremittel zur Implementation des beschriebenen Verfahrens. Insbesondere sind dafür die Warte- und Entladezeit in der Steuerschaltung 24 codiert. Mittels der Steuerschaltung 24 wird nach Abschalten des Verbrauchers 16 durch Wegnahme der externen Versorgungsspannung das Verstreichen der Wartezeit abgewartet und nach Verstreichen der Wartezeit der Verbraucher 16 für die Dauer der Entladezeit bestromt, so dass der Energie- Speicher 20 entladen oder zumindest ausreichend entladen wird.Control circuit includes hardware and / or software means for implementing the described method. In particular, the waiting and discharging time in the control circuit 24 are coded for this purpose. By switching off the consumer 16, the control circuit 24 waits for the elapse of the waiting time by removing the external supply voltage and, after the waiting time has elapsed, the consumer 16 is energized for the duration of the discharge time, so that the energy Memory 20 discharged or at least sufficiently discharged.
Damit lässt sich die Erfindung kurz wie folgt darstellen: Mit Schaltgeräten 10 der hier beschriebenen Art, insbesondere Niederspannungsschaltgeräten, lassen sich Strombahnen, also z. B. die oder jede hier beschriebene Betriebsspannungsleitung 18, zwischen einer elektrischen Versorgungseinrichtung und Verbrauchern 16, und damit deren Betriebsströme schalten. D.h., indem vom Schaltgerät 10, insbesondere mittels einem davon umfassten Schaltelement 14, Strombahnen geöffnet werden, lassen sich die angeschlossenen Verbraucher 16 sicher ein- und ausschalten. Ein elektrisches Niederspannungsschaltelement 14, wie beispielsweise ein Schütz, ein Leistungs- Schalter, ein Kompaktstarter usw., weist zum Schalten derThus, the invention can be briefly represented as follows: With switching devices 10 of the type described here, in particular low-voltage switchgear, can current paths, ie z. B. the or each operating voltage line 18 described here, between an electrical supply device and consumers 16, and thus switch their operating currents. In other words, by current paths being opened by the switching device 10, in particular by means of a switching element 14 comprised thereof, the connected consumers 16 can be reliably switched on and off. A low-voltage electrical switching element 14, such as a contactor, a power switch, a compact starter, etc., has for switching the
Strombahnen einen oder mehrere Hauptkontakte auf, die von einem oder auch mehreren Steuermagneten mittels einer dafür vorgesehenen Steuerschaltung 24 gesteuert werden können. Zur Vermeidung fehlerhafter Spannungsauswertungen im Bereich ei- nes Netzteils 12 bei gleichzeitigem Erhalt einer ausreichenden elektromagnetischen Verträglichkeit wird ein aus EMV-Gesichtspunkten vorgesehener elektrischer Energiespeicher 20, insbesondere ein Kondensator, dadurch gesteuert entladen, dass beim Abschalten des jeweiligen Verbrauchers 16 dieser durch gesteuerte Aktivierung des Schaltelements 14 kurzzeitig aus der im Energiespeicher 20 noch gespeicherten Energie bestromt wird. Current paths on one or more main contacts, which can be controlled by one or more control magnets by means of a dedicated control circuit 24. In order to avoid erroneous voltage evaluations in the area of a power supply 12 while maintaining sufficient electromagnetic compatibility, an electrical energy store 20, in particular a capacitor, provided from an EMC point of view is discharged in a controlled manner by switching off the respective consumer 16 by controlled activation of the switching element 14 is briefly energized from the energy stored in the energy storage 20 energy.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Betrieb eines Schaltgeräts (10) mit einem Netzteil (12) und einem Schaltelement (14), wobei das Netzteil (12) mit einer externen Versorgungsspannung versorgt wird und an das Schaltelement (14) ein externer Verbraucher (16) angeschlossen ist, wobei mit dem Schaltelement (14) eine vom Netzteil (12) generierte Betriebsspannung über eine vom Netzteil (12) aus- gehende Betriebsspannungsleitung (18) dem Verbraucher (16) zuführbar ist und wobei das Netzteil (12) zumindest einen elektrischen Energiespeicher (20) umfasst, der zwischen die Betriebsspannungsleitung (18) und ein Bezugspotential geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abschalten des Verbrauchers (16) dieser durch Aktivierung des Schaltelements (14) kurzzeitig aus der im elektrischen Energiespeicher (20) gespeicherten Energie bestromt wird.1. A method for operating a switching device (10) having a power supply (12) and a switching element (14), wherein the power supply (12) is supplied with an external supply voltage and to the switching element (14) an external consumer (16) is connected in that an operating voltage generated by the power supply unit (12) can be fed to the load (16) via the switching element (14) via an operating voltage line (18) originating from the power supply unit (12) and wherein the power supply unit (12) has at least one electrical energy store (20 ), which is connected between the operating voltage line (18) and a reference potential, characterized in that when switching off the consumer (16) this is briefly energized by activation of the switching element (14) from the energy stored in the electrical energy store (20).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das kurzzeitige Bestro- men während einer vorgegebenen oder vorgebbaren Entladezeit erfolgt .2. The method of claim 1, wherein the brief Bestro- men takes place during a predetermined or predefinable discharge.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Dauer der Entladezeit auf eine Speicherkapazität des Energiespeichers (20) einerseits und eine Trägheit des Verbrauchers (16) andererseits abgestimmt ist.3. The method of claim 2, wherein a duration of the discharge time to a storage capacity of the energy storage device (20) on the one hand and an inertia of the consumer (16) on the other is tuned.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das kurzzeitige Bestromen im Anschluss an eine vorgegebene oder vorgebbare Wartezeit nach Abschalten des Verbrauchers erfolgt.4. The method of claim 1, 2 or 3, wherein the short-term energizing is carried out after a predetermined or predetermined waiting time after switching off the consumer.
5. Computerprogramm mit durch einen Computer ausführbaren Programmcodeanweisungen zur Implementierung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder MikroController ausgeführt wird. Computer program with computer executable program code instructions for implementing the method according to one of claims 1 to 4 when the computer program is executed on a computer or microcontroller.
6. Computerprogrammprodukt, insbesondere Speichermedium, mit einem durch einen Computer ausführbaren Computerprogramm gemäß Anspruch 5.6. computer program product, in particular storage medium, with a computer-executable computer program according to claim 5.
7. Schaltgerät (10) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der elektrische Energiespeicher (20) ein Kondensator ist.7. Switching device (10) for carrying out the method according to one of claims 1 to 4, wherein the electrical energy store (20) is a capacitor.
8. Schaltgerät (10) nach Anspruch 5, mit einer Steuerschal- tung (24), insbesondere einer Steuerschaltung (24) mit einem8. Switching device (10) according to claim 5, with a control circuit (24), in particular a control circuit (24) having a
Computerprogramm nach Anspruch 5, zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4.Computer program according to Claim 5, for carrying out the method according to one of Claims 1 to 4.
9. Schaltgerät nach Anspruch 8 zur Ausführung des Verfah- rens nach Anspruch 2 und Anspruch 4, wobei die Wartezeit und die Entladezeit in der Steuerschaltung (24) kodiert sind und mittels der Steuerschaltung (24) nach Abschalten des Verbrauchers (16) das Verstreichen der Wartezeit feststellbar und nach Verstreichen der Wartezeit der Verbraucher (16) für die Dauer der Entladezeit bestrombar ist. 9. Switching device according to claim 8 for carrying out the method according to claim 2 and claim 4, wherein the waiting time and the discharge time in the control circuit (24) are coded and by means of the control circuit (24) after switching off the consumer (16) the lapse of Waiting time determined and after the lapse of the waiting period of the consumer (16) for the duration of the discharge time can be energized.
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