EP2663985A1 - Vorrichtung und verfahren zum steuern eines schalterantriebs eines elektrischen schalters - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum steuern eines schalterantriebs eines elektrischen schalters

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EP2663985A1
EP2663985A1 EP12701231.8A EP12701231A EP2663985A1 EP 2663985 A1 EP2663985 A1 EP 2663985A1 EP 12701231 A EP12701231 A EP 12701231A EP 2663985 A1 EP2663985 A1 EP 2663985A1
Authority
EP
European Patent Office
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input
binary
voltage
signal
reference voltage
Prior art date
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Granted
Application number
EP12701231.8A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP2663985B1 (de
Inventor
Heinz Eugen Klüppel
Jürgen Riemenschneider
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Application granted granted Critical
Publication of EP2663985B1 publication Critical patent/EP2663985B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/26—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using dynamo-electric motor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/26—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using dynamo-electric motor
    • H01H2003/266—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using dynamo-electric motor having control circuits for motor operating switches, e.g. controlling the opening or closing speed of the contacts

Definitions

  • the invention relates to a device having the features according to the preamble of patent claim 1.
  • German Patent DE 10 2007 041 972 B3 discloses a device for controlling a switch drive of an electrical switch with a control device which is suitable for evaluating an input signal present at a binary input of the device, generated with an external operating voltage, and controlling the switch drive make in response to the input side lying at ⁇ input signal.
  • the invention has for its object to provide a device of the type described, which is particularly universally applicable.
  • the invention provides that the device has a reference voltage circuit which is adapted to generate to the external operating voltage of an internal reference voltage, the apparatus comprising a preprocessing unit which is adapted to generate with the signal present at binary input signal is a binary signal of the ⁇ sen logical level of the height of the input signal and the height of the reference voltage depends, and the control device of the device is directly or indirectly in communication with the pre-processing means and the binary signal of the pre-processing means evaluates.
  • a significant advantage of the device according to the invention is the fact that it can be used for very different ex ⁇ ternal operating voltages.
  • the device according to the invention is capable of evaluating input signals present on the input side as a function of the operating voltage with which these input signals have been formed. For this purpose, it is provided according to the invention to generate an internal reference voltage dependent on the external voltage and to evaluate the input signals present at the binary input or the binary inputs by using the internal reference voltage. In contrast to the prior art devices, it is possible to use the device for various input signals, since it is possible namely to form an internal reference voltage and heranzuzie ⁇ hen that takes into account the expected level of the input side input signals.
  • the internal reference voltage is preferably smaller than the external operating voltage.
  • the inter ⁇ ne reference voltage is generated such that it - apart from an et ⁇ offset offset (voltage offset value) - is proportional to the ex ⁇ tern operating voltage, so it applies before ⁇ preferably:
  • Ui Uextern - Uoffset, where Ui denote the internal reference voltage, Uextern the external operating voltage and Uoffset the possible offset.
  • Uoffset can be zero.
  • the device has a switching element which allows or prevents a current flow from the binary input through the Vorverarbei ⁇ processing device in dependence on the height of the input ⁇ signal and the height of the reference voltage, and the logic level of the binary signal depends on the current ⁇ flow through the preprocessing.
  • the switching element can allow a flow of current from the binary input through the preprocessing device, if the difference between the height of the input signal and the height of the reference voltage exceeds or falls below a predetermined minimum value.
  • Vorverarbei ⁇ processing device is closed with an input terminal to the binary input and to an output terminal of the switching element at ⁇ .
  • the preprocessing device preferably has an optocoupler which, on the output side, generates the binary signal, where ⁇ at the logic level of the binary signal depends on the current flow through the preprocessing device.
  • An optocoupler advantageously enables potential separation.
  • the reference voltage circuit preferably has a voltage divider, for example a resistive voltage divider.
  • the voltage divider may, for example, have a divider terminal to which the reference voltage is applied, and the divider terminal and the output terminal of the preprocessing device may be connected to the switching element.
  • the switching element is preferably a transistor or at least also has a transistor.
  • the transistor may be a bipolar transistor.
  • the divider terminal is preferably connected to the base terminal of the Transis ⁇ sector and the output terminal of the pre-processing preferably to the emitter terminal.
  • the invention further relates to a method for controlling a switch actuator of an electrical switch where ⁇ off at an inlet side fitting to a binary input, generated with an external operating voltage input signal evaluated and the control of the switch drive in dependence ⁇ speed of the input side applied input signal is pre ⁇ taken.
  • an internal reference voltage a binary signal is generated by the signal present at binary input signal whose logic level depends on the level of the input signal and the level of reference clamping ⁇ voltage is generated by the external operating voltage, and the binary signal is evaluated.
  • Figure 1 shows an embodiment of a device for
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a binary ⁇ input module for the device of FIG. 1
  • the device 4 comprises connections AI to A5 and one preferably as Semiconductor circuit formed H-bridge circuit 9 and a control device 10 and various preferably designed as semiconductor circuits control modules 11 to 12 for driving and retrieval of analog locks
  • Control module 11 and / or binary feedback (control module 12).
  • the device 4 also comprises a binary input module 13, which is connected to binary inputs 6a, 6b and 6c of the device 4 ⁇ .
  • the binary inputs 6a, 6b and 6c are acted upon in ⁇ example via switches Sl, S2 and S3 with an external operating voltage, which is, for example, a control circuit voltage Usk for a control circuit SK of the device 4, a load circuit voltage Ulk for a load circuit LK Device 4 or can act at a different predetermined voltage.
  • an external operating voltage which is, for example, a control circuit voltage Usk for a control circuit SK of the device 4, a load circuit voltage Ulk for a load circuit LK Device 4 or can act at a different predetermined voltage.
  • the external operating voltage is the control circuit voltage Usk for the control circuit SK.
  • switching elements 14 and 15 are provided.
  • the switching elements 14, 15 are preferably relay contacts, which are controlled directly or indirectly by the control device 10.
  • the shutdown then takes place via the control device 10 on the basis of a control signal.
  • the device 4 switches off automatically approx. 1.5 s after the last command has been processed, if no new command is pending.
  • a surveil ⁇ monitoring module 16 may be provided that to the switching elements 14 and 15 is connected.
  • the supply of the H-bridge circuit 9, in particular the control elements, and the switching element 14 for the load circuit LK can be switched off by the monitoring module 16 ⁇ .
  • 10 further operating and / or safety functions can be realized by means of the control device and used for driving or switching the switch drive M or other elements, such as display elements or Anêtele- elements.
  • Some examples of programmable operating and / or safety radio ⁇ tions are described.
  • the switch drive M upon reaching an end position of the resources, such. B. of
  • the overrun time of the switch drive M and the braking times are freely programmable. After expiry of the specified braking time and release for manual operation, the motor circuit is automatically opened and released for manual operation. In addition, the device 4 can lock when switching the switch drive to manual mode.
  • the Binäreingangsmo ⁇ dul 13 a reference voltage circuit 50 which is adapted to generate a proportional to the external operating voltage of internal reference voltage Ui.
  • the control circuit voltage Usk is used as the external operating voltage, so that the control circuit voltage Usk is applied to the reference voltage circuit 50 as an external operating voltage.
  • the binary input module 13 further has a scarf Tele ⁇ element 60 to which the internal reference voltage Ui of the reference voltage circuit 50 is applied.
  • the switching element 60 three preprocessing devices are connected, which are indicated in the figure 1 by the reference numerals 70, 71 and 72.
  • the three preprocessing ⁇ devices 70, 71 and 72 are connected to the three binary inputs 6a, 6b and 6c of the device 4 and are thus connected via the switches Sl, S2 and S3 to the control circuit voltage Usk.
  • the three preprocessing devices 70, 71 and 72 are connected to the control device 10 of the device 4 via binary lines.
  • the reference voltage circuit 50 comprises a diode 51, a capacitor 52 and a voltage divider 53, which forms a partial connection 54.
  • the voltage divider 53 is formed by two ohmic resistors Rl and R2.
  • the reference voltage circuit 50 is followed by a
  • Switching element SE which is formed by a bipolar pnp transistor.
  • the switching element SE is connected with its base terminal to the divider terminal 54 of the voltage divider 53 of the reference voltage circuit 50.
  • FIG. 2 it can be seen that a series resistor Rv is connected to the emitter connection of the switching element SE, which is supplied with the control circuit voltage Usk and forms a current limit for the emitter collector path of the switching element SE.
  • the three preprocessing devices 70, 71 and 72 are connected, which may for example be of identical design. Therefore Nachfol ⁇ quietly only the left in the Figure 2 pre-processor 70 will be described in detail.
  • the two other preprocessing devices 71 and 72 are identical. It can be seen in Figure 2 that the preprocessing means 70 having an input port 70e, which is at the Bi ⁇ näreingang 6a of the device 4 and thus connected to the switch Sl.
  • the input terminal 70e is connected to a diode 100 to which a constant current source 105 is connected.
  • the constant current source 105 is connected via an optocoupler 110 to an output terminal 70 a of the preprocessing device 70.
  • This output terminal 70a is connected to the emitter terminal of the switching element SE in connection.
  • the optocoupler 110 forms a signal output 70s of the preprocessing device 70, to which a binary line 701 is connected and which transmits a binary signal B70 to the control device 10 via this binary line 701.
  • the two other preprocessing devices 71 and 72 are - as already mentioned - designed identically. They also each have a diode 100, a constant current source 105 and an optocoupler 110. In addition, they are each connected to an input port 71e and 72e and an off ⁇ input terminal 71a or 72a provided, which is connected to the emitter terminal of the switching element SE ⁇ .
  • the binary signals generated by the two preprocessing devices 71 and 72 are indicated in FIG. 2 by the reference symbols B71 and B72. These binary signals B71 and B72 reach the control device 10 via binary lines 711 and 721.
  • Binäreingangsmoduls 13 The operation of the Binäreingangsmoduls 13 will now be explained in ⁇ way of example with reference to the pre-processor 70 in further detail:
  • Switching through of the switching element SE is only considered when the emitter base line of the switching element SE is acted upon by a sufficiently high forward voltage. This is always the case when the applied voltage Ue about 0.7 V will be greater at the emitter of the switching elements SE ⁇ as the internal reference voltage Ui, which abuts the Generaleran- circuit 54 of the voltage divider 53rd In other Wor ⁇ th there will be a current flow from the binary input 6a of the device 4 by the pre-processor 70 and to a turn on of the switching element SE only if the difference between the height of the 70e of the input terminal applied voltage signal and the level of the internal reference voltage Ui exceeds a predetermined minimum value which approximates as follows:
  • Umin Ui + Ueb + U70, where Umin denotes the minimum value, Ui the internal reference voltage, Ueb the emitter base voltage of the switching element SE and U70 the voltage drop across the preprocessing device 70.
  • the binary input 13 thus processes an input side present at the Binäreingän ⁇ gen 6a, 6b and 6c input signal depending on the internal reference voltage Ui, which to an external operating voltage - here the Steuernikspan- Usk - is approximately proportional, with which in turn the input side applied input signal has been formed.
  • Ui internal reference voltage
  • the binary input shown in the Figure 2 can 13 input signals, which have been formed with an external operating voltage between 20 V and 200 V, process properly.
  • the internal reference voltage Ui used to form the binary signal B70 to B72 is the external operating voltage which is used to form the input side input signals always concernsungswei ⁇ se proportional.
  • the device according to FIG. 2 is "high active", which means that when a positive voltage is applied to the binary inputs 6a, 6b and 6c, a binary signal B70, B71 or B72 is always generated with a logic "1" becomes.
  • FIG. 3 shows by way of example an exemplary embodiment of a binary input module 13 which is "low active". This means that when the switches S1, S2 and S3 are open, ie in the absence of current flow through the corresponding preprocessing device 70, 71 and 72, a binary signal B70, B71 or B72 will be generated with a logical "1".
  • the structure according to FIG. 3 essentially corresponds to the design according to FIG. 2, the following changes in circuitry being made: (a) The external connection of the control circuit voltage Usk, but the negative connection of the control circuit voltage, is not the external operating voltage for the three switches S1, S2 and S3 Usk used. (b) The diodes 100 and the optocouplers 110 in the preprocessing devices 70, 71 and 72 are connected with inverse Verpo- ment.
  • an npn transistor is used whose emitter terminal is connected via a series resistor Rv to the negative terminal of the control circuit voltage Usk.

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Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zum Steuern eines Schalterantriebs eines elektrischen Schalters
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die deutsche Patentschrift DE 10 2007 041 972 B3 offenbart eine Vorrichtung zum Steuern eines Schalterantriebs eines elektrischen Schalters mit einer Steuereinrichtung, die geeignet ist, ein an einem Binäreingang der Vorrichtung ein- gansseitig anliegendes, mit einer externen Betriebsspannung erzeugtes Eingangssignal auszuwerten und die Steuerung des Schalterantriebs in Abhängigkeit von dem eingangsseitig an¬ liegenden Eingangssignal vorzunehmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der beschriebenen Art anzugeben, die besonders universell einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in Unteransprüchen angegeben.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Referenzspannungsschaltung aufweist, die geeignet ist, mit der externen Betriebsspannung eine interne Referenzspannung zu erzeugen, die Vorrichtung eine Vorverarbeitungseinrichtung aufweist, die geeignet ist, mit dem am Binäreingang anliegenden Eingangssignal ein Binärsignal zu erzeugen, des¬ sen logischer Pegel von der Höhe des Eingangssignals und der Höhe der Referenzspannung abhängt, und die Steuereinrichtung der Vorrichtung mittelbar oder unmittelbar mit der Vorverarbeitungseinrichtung in Verbindung steht und das Binärsignal der Vorverarbeitungseinrichtung auswertet. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, dass diese für sehr unterschiedliche ex¬ terne Betriebsspannungen verwendet werden kann. Im Unterschied zu vorbekannten Vorrichtungen ist die erfindungsgemäße Vorrichtung nämlich in der Lage, eingangsseitig anliegende Eingangssignale in Abhängigkeit von der Betriebsspannung, mit der diese Eingangssignale gebildet worden sind, auszuwerten. Hierfür ist erfindungsgemäß vorgesehen, eine von der externen Spannung abhängige interne Referenzspannung zu erzeugen und die an dem Binäreingang bzw. den Binäreingängen anliegenden Eingangssignale unter Heranziehung der internen Referenzspannung auszuwerten. Im Unterschied zu den vorbekannten Vorrichtungen ist es somit möglich, die Vorrichtung für unterschiedlichste Eingangssignale zu verwenden, da es nämlich möglich ist, eine interne Referenzspannung zu bilden und heranzuzie¬ hen, die der zu erwartenden Höhe der eingangsseitig anliegenden Eingangssignale Rechnung trägt.
Die interne Referenzspannung ist vorzugsweise kleiner als die externe Betriebsspannung. Besonders bevorzugt wird die inter¬ ne Referenzspannung derart erzeugt, dass sie - von einem et¬ waigen Offset (Spannungsversatzwert) abgesehen - zu der ex¬ ternen Betriebsspannung proportional ist, es gilt also vor¬ zugsweise :
Ui ~ Uextern - Uoffset, wobei Ui die interne Referenzspannung, Uextern die externe Betriebsspannung und Uoffset den etwaigen Offset bezeichnen. Uoffset kann beispielsweise gleich Null sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ein Schaltelement aufweist, das einen Stromfluss vom Binäreingang durch die Vorverarbei¬ tungseinrichtung in Abhängigkeit von der Höhe des Eingangs¬ signals und der Höhe der Referenzspannung zulässt oder unterbindet, und der logische Pegel des Binärsignals vom Strom¬ fluss durch die Vorverarbeitungseinrichtung abhängt. Beispielsweise kann das Schaltelement einen Stromfluss vom Binäreingang durch die Vorverarbeitungseinrichtung zulassen, wenn die Differenz zwischen der Höhe des Eingangssignals und der Höhe der Referenzspannung einen vorgegebenen Mindestwert über- oder alternativ unterschreitet.
Auch wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Vorverarbei¬ tungseinrichtung mit einem Eingangsanschluss an den Binäreingang und mit einem Ausgangsanschluss an das Schaltelement an¬ geschlossen ist.
Bevorzugt weist die Vorverarbeitungseinrichtung einen Optokoppler auf, der ausgangsseitig das Binärsignal erzeugt, wo¬ bei der logische Pegel des Binärsignals vom Stromfluss durch die Vorverarbeitungseinrichtung abhängt. Ein Optokoppler ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Potentialtrennung.
Die Referenzspannungsschaltung weist vorzugsweise einen Spannungsteiler, beispielsweise einen ohmschen Spannungsteiler, auf .
Der Spannungsteiler kann beispielsweise einen Teileranschluss aufweisen, an dem die Referenzspannung anliegt, und der Teileranschluss und der Ausgangsanschluss der Vorverarbeitungs¬ einrichtung können an das Schaltelement angeschlossen sein.
Das Schaltelement ist vorzugsweise ein Transistor oder weist einen Transistor zumindest auch auf. Bei dem Transistor kann es sich um einen bipolaren Transistor handeln. Der Teileranschluss ist vorzugsweise an den Basisanschluss des Transis¬ tors und der Ausgangsanschluss der Vorverarbeitungseinrichtung vorzugsweise an den Emitteranschluss angeschlossen.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Steuern eines Schalterantriebs eines elektrischen Schalters, wo¬ bei ein an einem Binäreingang eingangsseitig anliegendes, mit einer externen Betriebsspannung erzeugtes Eingangssignal aus- gewertet und die Steuerung des Schalterantriebs in Abhängig¬ keit von dem eingangsseitig anliegenden Eingangssignal vorge¬ nommen wird.
Erfindungsgemäß ist diesbezüglich vorgesehen, dass mit der externen Betriebsspannung eine interne Referenzspannung erzeugt wird, mit dem am Binäreingang anliegenden Eingangssignal ein Binärsignal erzeugt wird, dessen logischer Pegel von der Höhe des Eingangssignals und der Höhe der Referenzspan¬ nung abhängt, und das Binärsignal ausgewertet wird.
Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwiesen, da die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens denen der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Wesentlichen entsprechen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie¬ len näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zum
Steuern eines Schalterantriebs eines elektrischen Schalters ,
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel für ein Binäreingangsmo¬ dul für die Vorrichtung gemäß Figur 1 und
Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Binär¬ eingangsmodul für die Vorrichtung gemäß Figur 1.
In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet .
Die Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrich¬ tung 4 zum Steuern eines Schalterantriebes M eines nicht wei¬ ter dargestellten elektrischen Schalters. Die Vorrichtung 4 umfasst Anschlüsse AI bis A5 sowie eine vorzugsweise als Halbleiterschaltung ausgebildete H-Brückenschaltung 9 und eine Steuereinrichtung 10 sowie verschiedene vorzugsweise als Halbleiterschaltungen ausgebildete Steuerungsmodule 11 bis 12 zur Ansteuerung und Abfrage von analogen Verriegelungen
(Steuerungsmodul 11) und/oder binären Rückmeldungen (Steuerungsmodul 12) .
Die Vorrichtung 4 umfasst außerdem ein Binäreingangsmodul 13, das an Binäreingänge 6a, 6b und 6c der Vorrichtung 4 ange¬ schlossen ist. Die Binäreingänge 6a, 6b und 6c sind bei¬ spielsweise über Schalter Sl, S2 und S3 mit einer externen Betriebsspannung beaufschlagt, bei der es sich beispielsweise um eine Steuerkreisspannung Usk für einen Steuerkreis SK der Vorrichtung 4, um eine Lastkreisspannung Ulk für einen Lastkreis LK der Vorrichtung 4 oder um eine andere vorgegebene Spannung handeln kann. Im nachfolgenden wird beispielhaft davon ausgegangen, dass es sich bei der externen Betriebsspannung um die Steuerkreisspannung Usk für den Steuerkreis SK handelt .
Zum Ein- und Ausschalten der Steuerkreisspannung Usk für den Steuerkreis SK und der Lastkreisspannung Ulk für den Lastkreis LK sind Schaltelemente 14 bzw. 15 vorgesehen. Bei den Schaltelementen 14, 15 handelt es sich vorzugsweise um Relaiskontakte, die mittelbar oder unmittelbar von der Steuereinrichtung 10 angesteuert werden.
Nach dem Einschalten des oder der Schaltelemente 14, 15 wird das zugehörige Schaltrelais beispielsweise über eine Hilfs¬ wicklung gehalten (= Selbsthaltung) . Die Abschaltung erfolgt dann über die Steuereinrichtung 10 anhand eines Steuersignals. Beispielsweise schaltet sich die Vorrichtung 4 ca. 1,5 s nach Abarbeitung des letzten Befehls automatisch ab, wenn kein neuer Befehl ansteht.
Zur Überwachung der Spannungsversorgung der H-Brückenschaltung 9 und der Schaltelemente 14 und 15 kann ein Überwa¬ chungsmodul 16 vorgesehen sein, das mit den Schaltelementen 14 und 15 verbunden ist. Bei Vorliegen eines Funktionsaus¬ falls oder einer Fehlfunktion kann die Versorgung der H- Brückenschaltung 9, insbesondere der Ansteuerelemente, und das Schaltelement 14 für den Lastschaltkreis LK von dem Über¬ wachungsmodul 16 abgeschaltet werden.
Darüber hinaus können mittels der Steuereinrichtung 10 weitere Betriebs- und/oder Sicherheitsfunktionen realisiert und zur Ansteuerung bzw. Schalten des Schalterantriebes M oder von anderen Elementen, wie Anzeigeelementen oder Ansteuerele- menten, genutzt werden. Nachfolgend werden einige Beispiele für frei programmierbare Betriebs- und/oder Sicherheitsfunk¬ tionen beschrieben.
So kann beispielsweise der Schalterantrieb M bei Erreichen einer Endstellung einer der Betriebsmittel, z. B. des
Dreistellungs-Trennschalters mit den Endstellungen "Trenner ein", "AUS", "Erder ein", gebremst werden. Dabei sind die Nachlaufzeit des Schalterantriebes M und die Bremszeiten frei programmierbar. Nach Ablauf der vorgegebenen Bremszeit und Freigabe für den Handbetrieb wird der Motorkreis automatisch geöffnet und für den Handbetrieb freigegeben. Darüber hinaus kann die Vorrichtung 4 bei Umschaltung des Schalterantriebs auf Handbetrieb verriegeln.
Mittels der elektronischen Steuerung können identifizierte Fehler, wie beispielsweise falsche Drehrichtung des Schalterantriebes M, Fehlfunktion der Mechanik des Schalterantriebs, Lastspannung fehlt oder keine Rückmeldung vom Hilfsschalter, visualisiert werden. Hierzu können mittels der Steuereinrichtung 10 Anzeigeelemente angesteuert werden. Je nach Art der Ansteuerung können die Anzeigeelemente dauerhaft oder blin¬ kend leuchten. Dabei können zur Anzeige von verschiedenen Störungsgraden die Anzeigeelemente mit verschieden getaktetem Blinklicht, z. B. mit Tf = 0.5 s oder Tf = 2 s angesteuert werden . Des Weiteren können die Rückmeide- und Überwachungszeiten von Schaltvorgängen frei programmiert werden. Ferner kann bei blockiertem Schalterantrieb M der Motorstrom zeitlich begrenzt werden. Darüber hinaus können weitere geeignete Steue- rungs- und/oder Meldungsfunktionen für den Betrieb und die Sicherheit des Schalterantriebs M mittels der Steuereinrich¬ tung 10 realisiert werden.
Je nach Art der Spannungsversorgung, Gleich- oder Wechselspannung, sind zwischen der H-Brückenschaltung 9 und dem jeweiligen zu versorgenden Kreis - Steuerkreis SK und Lastkreis LK - zugehörige Spannungswandler 17, 18, insbesondere AC/DC- oder DC/DC-Wandler, vorgesehen. Zur galvanischen Trennung des Steuerkreises SK und des Lastkreises LK und der internen Spannungskreise der Vorrichtung 4 können beispielsweise Opto¬ koppler 19 eingesetzt werden.
In der Figur 1 lässt sich erkennen, dass das Binäreingangsmo¬ dul 13 eine Referenzspannungsschaltung 50 aufweist, die geeignet ist, eine zu der externen Betriebsspannung proportionale interne Referenzspannung Ui zu erzeugen. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 wird als externe Betriebsspannung die Steuerkreisspannung Usk verwendet, so dass also an der Referenzspannungsschaltung 50 als externe Betriebsspannung die Steuerkreisspannung Usk anliegt.
Das Binäreingangsmodul 13 weist darüber hinaus ein Schaltele¬ ment 60 auf, an dem die interne Referenzspannung Ui der Referenzspannungsschaltung 50 anliegt.
An das Schaltelement 60 sind drei Vorverarbeitungseinrichtungen angeschlossen, die in der Figur 1 mit den Bezugszeichen 70, 71 und 72 gekennzeichnet sind. Die drei Vorverarbeitungs¬ einrichtungen 70, 71 und 72 sind mit den drei Binäreingängen 6a, 6b und 6c der Vorrichtung 4 verbunden und sind somit über die Schalter Sl, S2 und S3 an die Steuerkreisspannung Usk angeschlossen . Darüber hinaus lässt sich in der Figur 1 erkennen, dass die drei Vorverarbeitungseinrichtungen 70, 71 und 72 über Binärleitungen an die Steuereinrichtung 10 der Vorrichtung 4 angeschlossen sind.
In der Figur 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel für das Bi¬ näreingangsmodul 13 gemäß Figur 1 näher im Detail gezeigt. Man erkennt, dass an der Referenzspannungsschaltung 50 des Binäreingangsmoduls 13 die Steuerkreisspannung Usk anliegt. Die Referenzspannungsschaltung 50 umfasst eine Diode 51, eine Kapazität 52 sowie einen Spannungsteiler 53, der einen Tei- leranschluss 54 bildet. An dem Teileranschluss 54 fällt die interne Referenzspannung Ui ab, die zu der Steuerkreisspannung Usk (bei Vernachlässigung des Spannungsabfalls über der Diode 51) proportional ist. Der Spannungsteiler 53 wird durch zwei Ohmsche Widerstände Rl und R2 gebildet.
Der Referenzspannungsschaltung 50 nachgeordnet ist ein
Schaltelement SE, das durch einen bipolaren pnp-Transistor gebildet ist. Das Schaltelement SE ist mit seinem Basisan- schluss an den Teileranschluss 54 des Spannungsteilers 53 der Referenzspannungsschaltung 50 angeschlossen.
In der Figur 2 lässt sich erkennen, dass an den Emitteran- schluss des Schaltelements SE ein Vorwiderstand Rv ange¬ schlossen ist, der mit der Steuerkreisspannung Usk beaufschlagt ist und eine Strombegrenzung für die Emitterkollektorstrecke des Schaltelements SE bildet. An den Emitteranschluss des Schaltelements SE sind die drei Vorverarbeitungseinrichtungen 70, 71 und 72 angeschlossen, die beispielsweise baugleich ausgeführt sein können. Nachfol¬ gend wird daher lediglich die in der Figur 2 linke Vorverarbeitungseinrichtung 70 näher im Detail beschrieben. Die bei- den anderen Vorverarbeitungseinrichtungen 71 und 72 sind baugleich. Man erkennt in der Figur 2, dass die Vorverarbeitungseinrichtung 70 einen Eingangsanschluss 70e aufweist, der an den Bi¬ näreingang 6a der Vorrichtung 4 und damit an den Schalter Sl angeschlossen ist. Der Eingangsanschluss 70e steht mit einer Diode 100 in Verbindung, an die eine Konstantstromquelle 105 angeschlossen ist. Die Konstantstromquelle 105 ist über einen Optokoppler 110 an einen Ausgangsanschluss 70a der Vorverarbeitungseinrichtung 70 angeschlossen. Dieser Ausgangsanschluss 70a steht mit dem Emitteranschluss des Schaltelements SE in Verbindung.
In der Figur 2 lässt sich darüber hinaus erkennen, dass der Optokoppler 110 einen Signalausgang 70s der Vorverarbeitungseinrichtung 70 bildet, an den eine Binärleitung 701 ange- schlössen ist und der über diese Binärleitung 701 ein Binärsignal B70 zur Steuereinrichtung 10 übersendet.
Die beiden anderen Vorverarbeitungseinrichtungen 71 und 72 sind - wie bereits erwähnt - identisch ausgestaltet. Auch sie weisen jeweils eine Diode 100, eine Konstantstromquelle 105 sowie einen Optokoppler 110 auf. Darüber hinaus sind sie jeweils mit einem Eingangsanschluss 71e bzw. 72e und einem Aus¬ gangsanschluss 71a bzw. 72a ausgestattet, der an den Emitter¬ anschluss des Schaltelements SE angeschlossen ist.
Die Binärsignale, die von den beiden Vorverarbeitungseinrichtungen 71 und 72 erzeugt werden, sind in der Figur 2 mit den Bezugszeichen B71 und B72 gekennzeichnet. Diese Binärsignale B71 und B72 gelangen über Binärleitungen 711 und 721 zu der Steuereinrichtung 10.
Die Funktionsweise des Binäreingangsmoduls 13 soll nun bei¬ spielhaft anhand der Vorverarbeitungseinrichtung 70 näher im Detail erläutert werden:
Ist der Schalter Sl - wie in der Figur 2 gezeigt - geöffnet, so liegt an dem Eingangsanschluss 70e der Vorverarbeitungs¬ einrichtung 70 keine Spannung an. In diesem Fall wird kein Strom durch den Optokoppler 110 fließen können, so dass der Optokoppler 110 als Binärsignal B70 eine logische "0" über die Binärleitung 701 zu der Steuereinrichtung 10 schicken wird .
Ist hingegen der Schalter Sl geschlossen, so liegt an dem Eingangsanschluss 70e der Vorverarbeitungseinrichtung 70 die Steuerkreisspannung Usk an, so dass das Schaltelement SE durchgeschaltet werden wird und der Optokoppler als Binärsig¬ nal B70 eine logische "1" über die Binärleitung 701 zu der Steuereinrichtung 10 senden wird.
Ein Durchschalten des Schaltelements SE kommt dabei nur in Betracht, wenn die Emitterbasisstrecke des Schaltelements SE mit einer ausreichend hohen Flussspannung beaufschlagt wird. Dies ist stets dann der Fall, wenn die am Emitter des Schalt¬ elements SE anliegende Spannung Ue ca. 0,7 V größer sein wird als die interne Referenzspannung Ui, die an dem Teileran- schluss 54 des Spannungsteilers 53 anliegt. Mit anderen Wor¬ ten wird es zu einem Stromfluss vom Binäreingang 6a der Vorrichtung 4 durch die Vorverarbeitungseinrichtung 70 und zu einem Durchschalten des Schaltelements SE nur dann kommen, wenn die Differenz zwischen der Höhe des am Eingangsanschluss 70e anliegenden Spannungssignals und der Höhe der internen Referenzspannung Ui einen vorgegebenen Mindestwert überschreitet, der sich näherungsweise wie folgt rechnet:
Umin = Ui + Ueb + U70, wobei Umin den Mindestwert, Ui die interne Referenzspannung, Ueb die Emitterbasisspannung des Schaltelements SE und U70 den Spannungsabfall über der Vorverarbeitungseinrichtung 70 bezeichnen .
Das Binäreingangsmodul 13 verarbeitet ein an den Binäreingän¬ gen 6a, 6b und 6c eingangsseitig anliegendes Eingangssignal also in Abhängigkeit der internen Referenzspannung Ui, die zu einer externen Betriebsspannung - hier der Steuerkreisspan- nung Usk - annähernd proportional ist, mit der wiederum das eingangsseitig anliegende Eingangssignal gebildet worden ist. Dies ermöglicht es dem Binäreingangsmodul 13, Steuerkreis¬ spannungen innerhalb eines relativ großen Spannungsintervalls korrekt zu verarbeiten: So kann das in der Figur 2 gezeigte Binäreingangsmodul 13 Eingangssignale, die mit einer externen Betriebsspannung zwischen 20 V und 200 V gebildet worden sind, richtig verarbeiten. Liegt beispielsweise eine große externe Betriebsspannung an, so ist die für die Bildung des Binärsignals B70 relevante interne Referenzspannung Ui ent¬ sprechend hoch, wohingegen bei Verwendung einer kleinen externen Betriebsspannung bzw. einer kleinen Steuerkreisspannung Usk auch die interne Referenzspannung Ui dementsprechend klein sein wird. Die zur Bildung des Binärsignals B70 bis B72 verwendete interne Referenzspannung Ui ist zu der externen Betriebsspannung, die zur Bildung der eingangsseitig anliegenden Eingangssignale herangezogen wird, stets näherungswei¬ se proportional. Die Vorrichtung gemäß Figur 2 ist "high aktiv" (hoch-aktiv) , dies bedeutet, dass bei Anliegen einer positiven Spannung an den Binäreingängen 6a, 6b und 6c stets ein Binärsignal B70, B71 bzw. B72 mit einer logischen "1" erzeugt werden wird. Die Figur 3 zeigt beispielhaft ein Ausführungsbeispiel für ein Binäreingangsmodul 13, das "low aktiv" (niedrig-aktiv) ist. Dies bedeutet, dass bei geöffneten Schaltern Sl, S2 und S3, also bei fehlendem Stromfluss durch die entsprechende Vorverarbeitungseinrichtung 70, 71 und 72, ein Binärsignal B70, B71 bzw. B72 mit einer logischen "1" erzeugt werden wird. Der Aufbau gemäß Figur 3 entspricht im Wesentlichen dem Aufbau gemäß Figur 2, wobei folgende schaltungstechnische Veränderungen vorgenommen worden sind: (a) Als externe Betriebsspannung für die drei Schalter Sl, S2 und S3 wird nicht der Plusanschluss der Steuerkreisspannung Usk, sondern der Minusanschluss der Steuerkreisspannung Usk verwendet . (b) Die Dioden 100 sowie die Optokoppler 110 in den Vorverar beitungseinrichtungen 70 , 71 und 72 sind mit inverser Verpo- lung angeschlossen.
(c) Anstelle eines pnp-Transistors wird ein npn-Transistor verwendet, dessen Emitteranschluss über einen Vorwiderstand Rv mit dem Minusanschluss der Steuerkreisspannung Usk verbun den ist.
Im Übrigen, insbesondere auch mit Blick auf die Funktionswei se, entspricht die Schaltung gemäß Figur 3 der Schaltung gemäß Figur 2.
Bezugs zeichenliste
4 Vorrichtung
6a-6c Binäreingänge
9 H-Brückenschaltung
10 Steuereinrichtung
11 Steuerungsmodul
12 Steuerungsmodul
13 Binäreingangsmodul
14 Schaltelement
15 Schaltelement
16 Überwachungsmodul
17 Spannungswandler
18 Spannungswandler
19 Optokoppler
50 Referenzspannungsschaltung
51 Diode
52 Kapazität
53 Spannungsteiler
54 Teileranschluss
60 Schaltelement
70-72 Vor erarbeitungseinrichtung
70a-72a Ausgangsanschluss
70e-72e Eingangsanschluss
701-721 Binärleitung
70s Signalausgang
100 Diode
105 Konstantstromquelle
110 Optokoppler
A1-A5 Anschluss
B70-B72 Binärsignale
LK Lastkreis
M Schalterantrieb
Rl, R2 Ohmsche Widerstände
Rv Vorwiderstand
SE Schaltelement
SK Steuerkreis S1-S3 Schalter
Ue Spannung
Ui Referenzspannung
Ulk Lastkreisspannung Usk Steuerkreisspannung

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (4) zum Steuern eines Schalterantriebs (M) ei¬ nes elektrischen Schalters mit einer Steuereinrichtung (10), die geeignet ist, ein an einem Binäreingang (6a, 6b, 6c) der Vorrichtung (4) eingansseitig anliegendes, mit einer externen Betriebsspannung (Usk) erzeugtes Eingangssignal auszuwerten und die Steuerung des Schalterantriebs (M) in Abhängigkeit von dem eingangsseitig anliegenden Eingangssignal vorzuneh- men,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
- die Vorrichtung (4) eine Referenzspannungsschaltung (50) aufweist, die geeignet ist, mit der externen Betriebsspan¬ nung (Usk) eine interne Referenzspannung (Ui) zu erzeugen, - die Vorrichtung eine Vorverarbeitungseinrichtung (70, 71, 72) aufweist, die geeignet ist, mit dem am Binäreingang (6a, 6b, 6c) anliegenden Eingangssignal ein Binärsignal (B70, B71, B72) zu erzeugen, dessen logischer Pegel von der Höhe des Eingangssignals und der Höhe der Referenzspannung (Ui) abhängt, und
- die Steuereinrichtung (10) der Vorrichtung (4) mittelbar oder unmittelbar mit der Vorverarbeitungseinrichtung (70, 71, 72) in Verbindung steht und das Binärsignal (B70, B71, B72) der Vorverarbeitungseinrichtung (70, 71, 72) auswer- tet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
- die Vorrichtung (4) ein Schaltelement (SE) aufweist, das einen Stromfluss vom Binäreingang (6a, 6b, 6c) durch die
Vorverarbeitungseinrichtung (70, 71, 72) in Abhängigkeit von der Höhe des Eingangssignals und der Höhe der Referenz¬ spannung (Ui) zulässt oder unterbindet, und
- der logische Pegel des Binärsignals (B70, B71, B72) vom
Stromfluss durch die Vorverarbeitungseinrichtung (70, 71,
72) abhängt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das Schaltelement (SE) einen Stromfluss vom Binäreingang (6a, 6b, 6c) durch die Vorverarbeitungseinrichtung (70, 71, 72) zulässt, wenn die Differenz zwischen der Höhe des Eingangs¬ signals und der Höhe der Referenzspannung (Ui) einen vorgegebenen Mindestwert (Umin) überschreitet.
4. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche 2-3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Vorverarbeitungseinrichtung (70, 71, 72) mit einem Ein- gangsanschluss (70e, 71e, 72e) an den Binäreingang (6a, 6b, 6c) und mit einem Ausgangsanschluss (70a, 71a, 72a) an das Schaltelement (SE) angeschlossen ist.
5. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Vorverarbeitungseinrichtung (70, 71, 72) einen Optokoppler (110) aufweist, der ausgangsseitig das Binärsignal (B70, B71, B72) erzeugt, wobei der logische Pegel des Binär¬ signals (B70, B71, B72) vom Stromfluss durch die Vorverarbei¬ tungseinrichtung (70, 71, 72) abhängt.
6. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Referenzspannungsschaltung (50) einen Spannungsteiler (53) aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Spannungsteiler (53) einen Teileranschluss (54) aufweist, an dem die Referenzspannung (Ui) anliegt, und
der Teileranschluss (54) und der Ausgangsanschluss (70a, 71a, 72a) der Vorverarbeitungseinrichtung (70, 71, 72) an das Schaltelement (SE) angeschlossen sind.
8. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche 2-7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das Schaltelement (SE) ein Transistor ist oder einen Transis¬ tor aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Transistor ein bipolarer Transistor ist und der Teileran- schluss (54) an den Basisanschluss des Transistors und der Ausgangsanschluss (70a, 71a, 72a) der Vorverarbeitungsein¬ richtung (70, 71, 72) an den Emitteranschluss angeschlossen ist.
10. Verfahren zum Steuern eines Schalterantriebs (M) eines elektrischen Schalters, wobei ein an einem Binäreingang (6a, 6b, 6c) eingangsseitig anliegendes, mit einer externen Be- triebsspannung (Usk) erzeugtes Eingangssignal ausgewertet und die Steuerung des Schalterantriebs (M) in Abhängigkeit von dem eingangsseitig anliegenden Eingangssignal vorgenommen wird,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s - mit der externen Betriebsspannung (Usk) eine interne Referenzspannung (Ui) erzeugt wird,
- mit dem am Binäreingang (6a, 6b, 6c) anliegenden Eingangssignal ein Binärsignal (B70, B71, B72) erzeugt wird, dessen logischer Pegel von der Höhe des Eingangssignals und der Höhe der Referenzspannung (Ui) abhängt, und
- das Binärsignal (B70, B71, B72) ausgewertet wird.
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