EP2663985B1 - Vorrichtung und verfahren zum steuern eines schalterantriebs eines elektrischen schalters - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum steuern eines schalterantriebs eines elektrischen schalters Download PDF

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EP2663985B1
EP2663985B1 EP12701231.8A EP12701231A EP2663985B1 EP 2663985 B1 EP2663985 B1 EP 2663985B1 EP 12701231 A EP12701231 A EP 12701231A EP 2663985 B1 EP2663985 B1 EP 2663985B1
Authority
EP
European Patent Office
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binary
input
voltage
reference voltage
processing apparatus
Prior art date
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Active
Application number
EP12701231.8A
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English (en)
French (fr)
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EP2663985A1 (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
Publication of EP2663985A1 publication Critical patent/EP2663985A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2663985B1 publication Critical patent/EP2663985B1/de
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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 adapted to evaluate an input side applied to a binary input of the device, generated with an external operating voltage input signal and to make the control of the switch drive in response to the input signal applied to the input side.
  • 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 comprises a reference voltage circuit which is suitable for generating an internal reference voltage with the external operating voltage, the device having a preprocessing device which is suitable for generating a binary signal with the input signal present at the binary input, the logic level thereof depends on the height of the input signal and the height of the reference voltage, and the control device of the device is directly or indirectly in communication with the preprocessing device and evaluates the binary signal of the preprocessing device.
  • a significant advantage of the device according to the invention is the fact that it can be used for very different external 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.
  • the internal reference voltage is preferably smaller than the external operating voltage.
  • the internal reference voltage is generated in such a way that, apart from any offset (voltage offset value), it is proportional to the external operating voltage, it therefore preferably applies: Ui ⁇ Uextern - Uoffset .
  • Ui denote the internal reference voltage
  • Uextern the external operating voltage
  • Uoffset the possible offset.
  • Uoffset can be zero.
  • the device has a switching element that allows or prevents a current flow from the binary input through the preprocessing 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 from the current flow through the Preprocessing device depends.
  • 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.
  • the preprocessing device is connected to an input terminal to the binary input and an output terminal to the switching element.
  • the preprocessing device preferably has an optocoupler which generates the binary signal on the output side, wherein 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 have a divider terminal to which the reference voltage is applied, and the divider terminal and the output terminal of the pre-processing means 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 transistor and the output terminal of the pre-processing unit is preferably connected to the emitter terminal.
  • the invention also relates to a method for controlling a switch drive of an electrical switch, wherein an input signal applied to a binary input on the input side and generated with an external operating voltage is evaluated and the control of the switch drive in response to the input signal applied to the input side is made.
  • the external operating voltage to generate an internal reference voltage, with the input signal present at the binary input generating a binary signal whose logic level depends on the level of the input signal and the magnitude of the reference voltage, and the binary signal is evaluated.
  • the FIG. 1 shows an embodiment of a device 4 for controlling a switch drive M of an electrical switch, not shown.
  • the device 4 comprises ports A1 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 interrogation 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, for example via switches S1, 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 of the device. 4 or may be another predetermined voltage.
  • an external operating voltage 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 of the device. 4 or may be another 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 monitoring module 16 may be provided which is connected to the switching elements 14 and 15 is connected. In the event of a malfunction or a malfunction, the supply of the H-bridge circuit 9, in particular the drive 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 control elements.
  • the switch drive M upon reaching an end position of the resources, such. B. the three-position disconnector with the end positions “disconnector on", “OFF”, “earthing on” braked.
  • 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.
  • the device 4 can lock when switching the switch drive to manual mode.
  • the feedback and monitoring times of switching operations can be freely programmed. Furthermore, with blocked switch drive M, the motor current can be limited in time.
  • further suitable control and / or message functions for the operation and safety of the switch drive M can be realized by means of the control device 10.
  • the binary input module 13 has a reference voltage circuit 50 which is suitable for generating an internal reference voltage Ui proportional to the external operating voltage.
  • 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 also has a switching 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 in the FIG. 1 are denoted 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 S1, S2 and S3 to the control circuit voltage Usk.
  • the three preprocessing devices 70, 71 and 72 are connected via binary lines to the control device 10 of the device 4.
  • FIG. 2 is a first embodiment of the binary input module 13 according to FIG. 1 shown in more detail in detail.
  • the control circuit voltage Usk is applied to the reference voltage circuit 50 of the binary input module 13.
  • the reference voltage circuit 50 comprises a diode 51, a capacitor 52 and a voltage divider 53, which forms a divider terminal 54.
  • Ui the internal reference voltage
  • the voltage divider 53 is formed by two ohmic resistors R1 and R2.
  • 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.
  • a series resistor Rv is connected to the emitter terminal of the switching element SE, which is acted upon by 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. Subsequently, therefore, only in the FIG. 2 left pre-processing device 70 described in more detail.
  • the two other preprocessing devices 71 and 72 are identical.
  • the preprocessing device 70 has an input connection 70e which is connected to the binary input 6a of the device 4 and thus to the switch S1.
  • 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. Moreover, they are respectively provided with an input terminal 71e and 72e and an output terminal 71a and 72a connected to the emitter terminal of the switching element SE.
  • the binary signals generated by the two preprocessing devices 71 and 72 are shown in FIG. 2 marked with the reference symbols B71 and B72. These binary signals B71 and B72 reach the control device 10 via binary lines 711 and 721.
  • control circuit voltage Usk is applied to the input terminal 70e of the preprocessing device 70 so that the switching element SE will be switched through and the optocoupler will send a logic "1" as a binary signal B70 to the control device 10 via the binary line 701 ,
  • the binary input module 13 processes an input signal applied to the binary inputs 6a, 6b and 6c, that is to say as a function of the internal reference voltage Ui, which leads to an external operating voltage - in this case the control circuit voltage Usk - is approximately proportional, with which in turn the input signal applied to the input side has been formed.
  • This allows the binary input module 13 to correctly process control circuit voltages within a relatively large voltage interval:
  • Binary input module 13 correctly process input signals that have been formed with an external operating voltage between 20 V and 200 V.
  • the internal reference voltage Ui relevant for the formation of the binary signal B70 is correspondingly high, whereas if a small external operating voltage or a small control circuit voltage Usk is used, the internal reference voltage Ui will be correspondingly small.
  • the internal reference voltage Ui used to form the binary signal B70 to B72 is always approximately proportional to the external operating voltage, which is used to form the input signals present on the input side.
  • the device according to FIG. 2 is "high active", which means that when a positive voltage is present at the binary inputs 6a, 6b and 6c, a binary signal B70, B71 or B72 will always be generated with a logical "1".
  • the circuit corresponds to FIG. 3 the circuit according to FIG. 2 .

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  • Electronic Switches (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Description

  • 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 eingansseitig anliegendes, mit einer externen Betriebsspannung erzeugtes Eingangssignal auszuwerten und die Steuerung des Schalterantriebs in Abhängigkeit von dem eingangsseitig anliegenden 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, dessen 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 externe 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 heranzuziehen, 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 interne Referenzspannung derart erzeugt, dass sie - von einem etwaigen Offset (Spannungsversatzwert) abgesehen - zu der externen Betriebsspannung proportional ist, es gilt also vorzugsweise: Ui ∼ Uextern - Uoffset ,
    Figure imgb0001
    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 Vorverarbeitungseinrichtung in Abhängigkeit von der Höhe des Eingangssignals und der Höhe der Referenzspannung zulässt oder unterbindet, und der logische Pegel des Binärsignals vom Stromfluss 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 Vorverarbeitungseinrichtung mit einem Eingangsanschluss an den Binäreingang und mit einem Ausgangsanschluss an das Schaltelement angeschlossen ist.
  • Bevorzugt weist die Vorverarbeitungseinrichtung einen Optokoppler auf, der ausgangsseitig das Binärsignal erzeugt, wobei 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 Vorverarbeitungseinrichtung 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 Transistors und der Ausgangsanschluss der Vorverarbeitungseinrichtung vorzugsweise an den Emitteranschluss angeschlossen.
  • Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Steuern eines Schalterantriebs eines elektrischen Schalters, wobei ein an einem Binäreingang eingangsseitig anliegendes, mit einer externen Betriebsspannung erzeugtes Eingangssignal ausgewertet und die Steuerung des Schalterantriebs in Abhängigkeit von dem eingangsseitig anliegenden Eingangssignal vorgenommen 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 Referenzspannung 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 Ausführungsbeispielen 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 Binäreingangsmodul für die Vorrichtung gemäß Figur 1 und
    Figur 3
    ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Binäreingangsmodul 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 Vorrichtung 4 zum Steuern eines Schalterantriebes M eines nicht weiter dargestellten elektrischen Schalters. Die Vorrichtung 4 umfasst Anschlüsse A1 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 angeschlossen ist. Die Binäreingänge 6a, 6b und 6c sind beispielsweise über Schalter S1, 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 Hilfswicklung 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 Überwachungsmodul 16 vorgesehen sein, das mit den Schaltelementen 14 und 15 verbunden ist. Bei Vorliegen eines Funktionsausfalls oder einer Fehlfunktion kann die Versorgung der H-Brückenschaltung 9, insbesondere der Ansteuerelemente, und das Schaltelement 14 für den Lastschaltkreis LK von dem Überwachungsmodul 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 Ansteuerelementen, genutzt werden. Nachfolgend werden einige Beispiele für frei programmierbare Betriebs- und/oder Sicherheitsfunktionen 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 blinkend 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 Rückmelde- und Überwachungszeiten von Schaltvorgängen frei programmiert werden. Ferner kann bei blockiertem Schalterantrieb M der Motorstrom zeitlich begrenzt werden. Darüber hinaus können weitere geeignete Steuerungs- und/oder Meldungsfunktionen für den Betrieb und die Sicherheit des Schalterantriebs M mittels der Steuereinrichtung 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 Optokoppler 19 eingesetzt werden.
  • In der Figur 1 lässt sich erkennen, dass das Binäreingangsmodul 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 Schaltelement 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 Vorverarbeitungseinrichtungen 70, 71 und 72 sind mit den drei Binäreingängen 6a, 6b und 6c der Vorrichtung 4 verbunden und sind somit über die Schalter S1, 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 Binäreingangsmodul 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 Teileranschluss 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 R1 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 Basisanschluss an den Teileranschluss 54 des Spannungsteilers 53 der Referenzspannungsschaltung 50 angeschlossen.
  • In der Figur 2 lässt sich erkennen, dass an den Emitteranschluss des Schaltelements SE ein Vorwiderstand Rv angeschlossen 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. Nachfolgend wird daher lediglich die in der Figur 2 linke Vorverarbeitungseinrichtung 70 näher im Detail beschrieben. Die beiden anderen Vorverarbeitungseinrichtungen 71 und 72 sind baugleich.
  • Man erkennt in der Figur 2, dass die Vorverarbeitungseinrichtung 70 einen Eingangsanschluss 70e aufweist, der an den Binäreingang 6a der Vorrichtung 4 und damit an den Schalter S1 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 angeschlossen 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 Ausgangsanschluss 71a bzw. 72a ausgestattet, der an den Emitteranschluss 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 beispielhaft anhand der Vorverarbeitungseinrichtung 70 näher im Detail erläutert werden:
    • Ist der Schalter S1 - wie in der Figur 2 gezeigt - geöffnet, so liegt an dem Eingangsanschluss 70e der Vorverarbeitungseinrichtung 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 S1 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 Binärsignal 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 Schaltelements SE anliegende Spannung Ue ca. 0,7 V größer sein wird als die interne Referenzspannung Ui, die an dem Teileranschluss 54 des Spannungsteilers 53 anliegt. Mit anderen Worten 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 + U ⁢ 70 ,
    Figure imgb0002
    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 Binäreingängen 6a, 6b und 6c eingangsseitig anliegendes Eingangssignal also in Abhängigkeit der internen Referenzspannung Ui, die zu einer externen Betriebsspannung - hier der Steuerkreisspannung Usk - annähernd proportional ist, mit der wiederum das eingangsseitig anliegende Eingangssignal gebildet worden ist. Dies ermöglicht es dem Binäreingangsmodul 13, Steuerkreisspannungen 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 entsprechend 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 näherungsweise 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 S1, 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:
    1. (a) Als externe Betriebsspannung für die drei Schalter S1, S2 und S3 wird nicht der Plusanschluss der Steuerkreisspannung Usk, sondern der Minusanschluss der Steuerkreisspannung Usk verwendet.
    2. (b) Die Dioden 100 sowie die Optokoppler 110 in den Vorverarbeitungseinrichtungen 70, 71 und 72 sind mit inverser Verpolung angeschlossen.
    3. (c) Anstelle eines pnp-Transistors wird ein npn-Transistor verwendet, dessen Emitteranschluss über einen Vorwiderstand Rv mit dem Minusanschluss der Steuerkreisspannung Usk verbunden ist.
  • Im Übrigen, insbesondere auch mit Blick auf die Funktionsweise, entspricht die Schaltung gemäß Figur 3 der Schaltung gemäß Figur 2.
    • Bezugszeichenliste
    • 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
    Vorverarbeitungseinrichtung
    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
    R1, R2
    Ohmsche Widerstände
    Rv
    Vorwiderstand
    SE
    Schaltelement
    SK
    Steuerkreis
    S1-S3
    Schalter
    Ue
    Spannung
    Ui
    Referenzspannung
    Ulk
    Lastkreisspannung
    Usk
    Steuerkreisspannung

Claims (10)

  1. Vorrichtung (4) zum Steuern eines Schalterantriebs (M) eines elektrischen Schalters mit einer Steuereinrichtung (10), die ein an einem Binäreingang (6a, 6b, 6c) der Vorrichtung (4) eingansseitig anliegendes, mit einer externen Betriebsspannung (Usk) erzeugtes Eingangssignal auswertet und die Steuerung des Schalterantriebs (M) in Abhängigkeit von dem eingangsseitig anliegenden Eingangssignal vornimmt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Vorrichtung (4) eine Referenzspannungsschaltung (50) aufweist, die mit der externen Betriebsspannung (Usk) eine interne Referenzspannung (Ui) erzeugt,
    - die Vorrichtung eine Vorverarbeitungseinrichtung (70, 71, 72) aufweist, die mit dem am Binäreingang (6a, 6b, 6c) anliegenden Eingangssignal ein Binärsignal (B70, B71, B72) erzeugt, 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) auswertet.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - 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 Referenzspannung (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,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (SE) einen Stromfluss vom Binäreingang (6a, 6b, 6c) durch die Vorverarbeitungseinrichtung (70, 71, 72) zulässt, wenn die Differenz zwischen der Höhe des Eingangssignals und der Höhe der Referenzspannung (Ui) einen vorgegebenen Mindestwert (Umin) überschreitet.
  4. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche 2-3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Vorverarbeitungseinrichtung (70, 71, 72) mit einem Eingangsanschluss (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,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Vorverarbeitungseinrichtung (70, 71, 72) einen Optokoppler (110) aufweist, der ausgangsseitig das Binärsignal (B70, B71, B72) erzeugt, wobei der logische Pegel des Binärsignals (B70, B71, B72) vom Stromfluss durch die Vorverarbeitungseinrichtung (70, 71, 72) abhängt.
  6. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzspannungsschaltung (50) einen Spannungsteiler (53) aufweist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass 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,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (SE) ein Transistor ist oder einen Transistor aufweist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Transistor ein bipolarer Transistor ist und der Teileranschluss (54) an den Basisanschluss des Transistors und der Ausgangsanschluss (70a, 71a, 72a) der Vorverarbeitungseinrichtung (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 Betriebsspannung (Usk) erzeugtes Eingangssignal ausgewertet und die Steuerung des Schalterantriebs (M) in Abhängigkeit von dem eingangsseitig anliegenden Eingangssignal vorgenommen wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - 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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