EP2880672B1 - Elektromagnetisches schaltschütz - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
- H01H47/22—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for supplying energising current for relay coil
- H01H47/32—Energising current supplied by semiconductor device
Definitions
- the invention relates to an electromagnetic contactor with fixed and movable contacts, which are fixed to a contact carrier, which is coupled to a movable armature, which is arranged opposite to a yoke, wherein an armature return spring and a magnetic coil are arranged between the armature and yoke.
- contactors are increasingly equipped with unit drives for AC and DC / UC operation. That is, for the different types of control, the same iron circle is used. In this case, for example, lathed E-magnet systems or T-anchor systems are used. DC / UC drives are usually realized by connecting a control electronics. However, such E-magnet systems have a problem with the pure AC drive in the suit of the devices.
- WO 20012/157 174 A1 is an electromagnetic relay forth with fixed and movable contacts, which are fixed to a contact carrier, which is coupled to a movable armature, which is arranged opposite to a yoke, wherein between the armature and yoke, an armature return spring and a magnetic coil are arranged, wherein a switch is arranged with a switching element in front of the magnetic coil.
- the DE 102 35 297 B3 discloses a control arrangement for an electromagnetic drive. It contains first and second electronic switching means, which act in conjunction with a timer in the starting phase or in the holding phase, the drive coil with a corresponding DC voltage. By a controlled by the timer voltage source and a down-regulating DC-DC converter, a pull-in voltage or a holding voltage are provided.
- the DE 41 40 034 A1 discloses a drive circuit for a voltage applied to an AC line contactor, through which a load is switchable, with an electronic circuit controlled by a semiconductor switching device, which is in series with the coil of the contactor.
- a semiconductor switching device which is in series with the coil of the contactor.
- the GB 2 178 597 A discloses an electrical switching device having a switching contact pair, a switching mechanism having a trigger mechanism with a releasable lever for initiating the opening movement of the switch contacts, and having at least one current-dependent means for triggering the releasable lever upon the occurrence of a predetermined overcurrent, the two switch contacts to two are arranged in the contact closing state approximately parallel to each other and in opposite directions through which the switch current flows through contact arms, one of which is coupled to the releasable lever and the other is releasably coupled to an electromagnetic actuator.
- the object of the present invention is to provide an electromagnetic contactor, which realizes a defined tilting behavior in a simple manner.
- this object is achieved by an electromagnetic contactor with fixed and movable contacts which are fixed to a contact carrier which is coupled to a movable armature, which is arranged opposite to a yoke, wherein an armature return spring and a magnetic coil are arranged between the armature and yoke ,
- the Invention is characterized in that a switch with a switching element is arranged in front of the magnetic coil.
- the switching element according to the invention may be formed, for example, as a thyristor, triac, transistor or relay.
- the switching element in the switch in front of the magnetic coil only then releases the voltage to the magnetic coil when a certain voltage is exceeded.
- the voltage is detected at the input terminals, for example via a comparator, a zener diode or a varistor.
- the voltage at the magnetic coil can also be detected, for example via a comparator, a Zener diode or a varistor, in order to avoid, for example, in the case of thyristors a phase control over the entire period of operation.
- the two detected voltages are then evaluated (for example, by a microcontroller, comparator, an operational amplifier, a Logic gate or via discrete components) and depending on the set values, the switching element is activated.
- the switching element according to the invention in the switch in front of the magnetic coil is designed so that it switches off the voltage at the magnetic coil when a certain voltage is exceeded.
- the voltage at the input terminals for example via a comparator, a Zener diode or a varistor detected.
- the detected voltage is then evaluated, for example, by a microcontroller, comparator, operational amplifier, logic gates or discrete components, and depending on the set values, the switching element according to the invention is deactivated.
- the advantages are that the solenoid coil is reached by voltage levels that allow clean switching. Also in this embodiment, there is no longer the risk that the contacts will be welded due to too low a voltage and a simultaneous magnetic shock. Also in this embodiment, there is no energy consumption below the switch-off threshold.
- the switching element is designed such that the switching element switches off the voltage to the magnetic coil when a certain voltage is reached.
- the voltage at the input terminals is detected.
- the detected voltage is then evaluated, and depending on the set values, the switching element is deactivated.
- the invention provides that the switching element is designed such that the switching element only then releases the voltage to the magnetic coil when a certain voltage is exceeded.
- the voltage is detected at the input terminals.
- the voltage at the magnetic coil can also be detected in order to avoid, for example, in the case of thyristors a phase control over the entire period of operation. The two detected voltages are then evaluated and the switching element is activated depending on the set values.
- the switching element may preferably be designed as a thyristor or as a triac or as a transistor or as a relay.
- a first detection unit is arranged in the switch, which detects the input voltage and forwards to an evaluation and control unit, which then controls the switching element.
- a second detection unit is arranged in the switch, which detects the coil voltage and forwards it to the evaluation and control unit, which then controls the switching element via the evaluated voltage values for both voltages.
- the switch is an AC switch.
- the electromagnetic contactor according to the invention is characterized in that a defined tilting behavior is made possible by positioning a switching element such as, for example, a thyristor, a triac, a transistor or a relay in a switch in front of the magnetic coil.
- a switching element such as, for example, a thyristor, a triac, a transistor or a relay in a switch in front of the magnetic coil.
- This defined tilting behavior prevents the contactor from fluttering due to the fact that the magnetic coil is only reached by voltage values which lead to a defined switching operation.
- the inventive arrangement with switching element also leads to a welding of the contacts is avoided due to a too low voltage when switching. Furthermore, there is no energy consumption below the switch-on threshold or below the switch-off threshold.
- Fig. 1 shows a circuit diagram of an electromagnetic contactor according to the invention, in which between a voltage source 1 and a solenoid coil 2, preferably an AC switch 3 is connected.
- Fig. 2 shows a circuit diagram of an AC switch 3 according to the invention, in which via a detection unit 4, the input voltage is detected, this is passed to an evaluation and control unit 5 and the evaluation is transmitted as a result to a switching element 6.
- the switching element 6 according to the invention can be designed as a thyristor, triac, transistor or relay.
- the switching element 6 may be formed in front of the magnetic coil such that only then the voltage is released to the magnetic coil 2 when a certain voltage is exceeded.
- the switching element 6 may be designed such that it switches off the voltage to the magnetic coil 2 in front of the magnetic coil 2, when a certain voltage is exceeded.
- Fig. 3 is also a circuit diagram of an AC switch 3, wherein in addition to the detection unit 4 for the input voltage, an additional coil voltage detection unit 7 has been implemented in the AC switch 3.
- the respective detection units 4, 7 transmit their values to the evaluation and control unit 5, which then transmit the result of both evaluated voltage values to the switching element 6.
- the electromagnetic contactor according to the invention is characterized in that by positioning a switching element such as a thyristor, a triac, a transistor or a relay, in a switch in front of the magnetic coil a defined tilting behavior is made possible.
- This defined tilting behavior prevents the contactor from fluttering due to the fact that the magnetic coil is only reached by voltage values which lead to a defined switching operation.
- the inventive arrangement with switching element also leads to a welding the contacts due to a too low voltage when switching is avoided. Furthermore, there is no energy consumption below the switch-on threshold or below the switch-off threshold.
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- Relay Circuits (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Schaltschütz mit festen und beweglichen Kontakten, die an einem Kontaktträger fixiert sind, der mit einem beweglichen Anker gekoppelt ist, der gegenüber liegend zu einem Joch angeordnet ist, wobei zwischen Anker und Joch eine Ankerrückstellfeder und eine Magnetspule angeordnet sind.
- Schütze werden aus Kostengründen immer häufiger mit Einheitsantrieben für AC- und DC/UC-Betätigung ausgestattet. Das heißt, für die unterschiedlichen Ansteuerungsarten wird der gleiche Eisenkreis verwendet. Hierbei werden zum Beispiel geblechte E-Magnetsysteme oder T-Ankersysteme eingesetzt. DC/UC-Antriebe werden dabei meist durch Vorschalten einer Ansteuerelektronik verwirklicht. Solche E-Magnetsysteme haben aber bei reiner AC-Ansteuerung ein Problem beim Anzug der Geräte.
- Die Forderung, ein Kippverhalten nach der Norm NFC63-110 (Normes francaises appareillage industriel a basse tension) wird bei reiner AC-Ansteuerung nicht mehr erreicht. Für die AC-Ansteuerung gibt es keine Einschaltschwelle, was dazu führt, dass bei Anlegen der AC-Spannung an die Spule sich das Magnetsystem in Bewegung setzt, wenn die Energie im Magnetsystem so hoch ist, dass die Kraft der Rückdruckfeder überwunden wird. Problematisch ist nun, dass das Magnetsystem gegen die Hauptkontaktfeder läuft, womit ein Hängenbleiben des Magnetsystems verbunden sein kann. Das heißt, es wird insgesamt kein definiertes Kippverhalten ausgelöst.
- Es sind Antriebssysteme beispielsweise für T-Ankermagnetsysteme bekannt, die jedoch nicht über das Kippverhalten nach der Norm NFC63-110 verfügen. Das Kippverhalten wird hier innerhalb eines vorgegebenen Arbeitsbereichs erreicht. Um die Anforderung nach der Norm zu erfüllen, das heißt, das Hochregeln der Prüfspannung bis das Gerät ohne Verharrzeit einschaltet, ist eine Ansteuerelektronik erforderlich. Dies ist jedoch mit einem erheblichen Kostenaufwand verbunden.
- Aus der
WO 20012/157 174 A1 - Die
DE 102 35 297 B3 offenbart eine Steueranordnung für einen elektromagnetischen Antrieb. Sie enthält erste und zweite elektronische Schaltmittel, die in Verbindung mit einem Zeitglied in der Anzugsphase beziehungsweise in der Haltephase die Antriebsspule mit einer entsprechenden Gleichspannung beaufschlagen. Durch eine vom Zeitglied gesteuerte Spannungsquelle und einen abwärts regelnden Gleichspannungswandler werden eine Anzugsspannung beziehungsweise eine Haltespannung zur Verfügung gestellt. - Aus der
DE 197 31 269 A1 geht eine Vorrichtung zum Schalten von elektrischen Kontakten hervor, mit einem durch einen Schaltstrom zu betätigenden elektromechanischen Schaltmechanismus für die Herstellung oder/und Aufhebung einer Leitungsverbindung zwischen den Kontakten. Es ist außerdem vorgesehen, eine zu dem elektromechanischen Schaltmechanismus in Reihe geschaltete zur Freigabe des Schaltstroms ansteuerbare Stromtorschalteinrichtung zu verwenden. - Die
DE 41 40 034 A1 offenbart eine Ansteuerschaltung für ein an einer Netzwechselspannung anliegendes Schütz, durch welches eine Last schaltbar ist, mit einer von einer Elektronikschaltung gesteuerten Halbleiter-Schalteinrichtung, die in Reihe zur Spule des Schütz liegt. Um bei einer Störung ein abfallendes Schütz zu gewährleisten, ist eine Parallelschaltung von zwei Halbleiterschaltern vorgesehen. Diese liegt in Reihe zu einem Kondensator, der sich nur bei ungestörten Halbleiterschaltern mit der Netzfrequenz über den einen Halbleiterschalter lädt und über den anderen Halbleiterschalter entlädt und sich bei Störung der Halbleiterschalter auf eine den Spulenstrom unterbrechende Spannung lädt. - Die
GB 2 178 597 A - Demgemäß besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein elektromagnetisches Schaltschütz zu schaffen, das auf einfache Weise ein definiertes Kippverhalten realisiert.
- Diese Aufgabe wird durch ein elektromagnetisches Schaltschütz mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein elektromagnetisches Schaltschütz mit festen und beweglichen Kontakten gelöst, die an einem Kontaktträger fixiert sind, der mit einem beweglichen Anker gekoppelt ist, der gegenüberliegend zu einem Joch angeordnet ist, wobei zwischen Anker und Joch eine Ankerrückstellfeder und eine Magnetspule angeordnet sind. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass vor der Magnetspule ein Schalter mit einem Schaltelement angeordnet ist.
- Das erfindungsgemäße Schaltelement kann beispielsweise als Thyristor, Triac, Transistor oder Relais ausgebildet sein.
- In einem ersten Ausführungsbeispiel schaltet das Schaltelement im Schalter vor der Magnetspule erst dann die Spannung an die Magnetspule frei, wenn eine bestimmte Spannung überschritten wird. Die Spannung wird an den Eingangsklemmen detektiert, zum Beispiel über einen Komparator, eine Z-Diode oder einen Varistor. Die Spannung an der Magnetspule kann ebenfalls detektiert werden, beispielsweise über einen Komparator, eine Z-Diode oder einen Varistor, um zum Beispiel bei Thyristoren einen Phasenanschnitt über den gesamten Zeitraum des Betriebes zu vermeiden. Die beiden detektierten Spannungen werden anschließend ausgewertet (zum Beispiel durch einen Mikrocontroller, Komparator, einen Operationsverstärker, ein Logikgatter oder über diskrete Bauteile) und in Abhängigkeit von den eingestellten Werten wird das Schaltelement angesteuert.
- Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung mit Schaltelement vor der Magnetspule bestehen darin, dass die Magnetspule nur noch von Spannungswerten erreicht wird, die zu einer sauberen Schaltung führen. Durch das erfindungsgemäße Schaltelement wird ein Flattern des Schütz vermieden. Es besteht auch nicht mehr das Risiko, dass es wegen einer zu geringen Spannung beim Einschalten zum Verschweißen der Kontakte kommt. Zudem gibt es keinen Energieverbrauch unterhalb der Einschaltschwelle.
- In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist das erfindungsgemäße Schaltelement im Schalter vor der Magnetspule so ausgebildet, dass es die Spannung an der Magnetspule wegschaltet, wenn eine bestimmte Spannung unterschritten wird. Auch hier wird die Spannung an den Eingangsklemmen zum Beispiel über einen Komparator, eine Z-Diode oder einen Varistor detektiert. Die detektierte Spannung wird anschließend zum Beispiel durch einen Mikrocontroller, Komparator, Operationsverstärker, Logikgatter oder diskrete Bauteile ausgewertet, und in Abhängigkeit von den eingestellten Werten wird das erfindungsgemäße Schaltelement abgesteuert.
- Auch hier bestehen die Vorteile darin, dass die Magnetspule von Spannungswerten erreicht wird, die ein sauberes Schalten ermöglichen. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel besteht nicht mehr die Gefahr, dass die Kontakte auf Grund einer zu geringen Spannung und eines gleichzeitigen magnetischen Stoßes verschweißen. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel besteht kein Energieverbrauch unterhalb der Ausschaltschwelle.
- In einem ersten Ausführungsbeispiel kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Schaltelement derart ausgebildet ist, dass das Schaltelement die Spannung an die Magnetspule wegschaltet, wenn eine bestimmte Spannung unterschritten ist. Hierbei wird die Spannung an den Eingangsklemmen detektiert. Die detektierte Spannung wird anschließend ausgewertet, und in Abhängigkeit von den eingestellten Werten wird das Schaltelement abgesteuert.
- In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Schaltelement derart ausgebildet ist, dass das Schaltelement erst dann die Spannung an die Magnetspule freischaltet, wenn eine bestimmte Spannung überschritten ist. Auch hier wird die Spannung an den Eingangsklemmen detektiert. Die Spannung an der Magnetspule kann ebenfalls detektiert werden, um zum Beispiel bei Thyristoren einen Phasenanschnitt über den gesamten Zeitraum des Betriebes zu vermeiden. Die beiden detektierten Spannungen werden anschließend ausgewertet und in Abhängigkeit von den eingestellten Werten wird das Schaltelement angesteuert.
- Erfindungsgemäß kann das Schaltelement vorzugsweise als Thyristor oder als Triac oder als Transistor oder als Relais ausgebildet sein.
- Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass im Schalter eine erste Detektionseinheit angeordnet ist, die die Eingangsspannung detektiert und an eine Auswerte- und Steuereinheit weiterleitet, die dann das Schaltelement steuert.
- Als Weiterführung des obigen Ausführungsbeispiels kann vorgesehen sein dass im Schalter eine zweite Detektionseinheit angeordnet ist, die die Spulenspannung detektiert und an die Auswerte- und Steuereinheit weiterleitet, die dann über die ausgewerteten Spannungswerte für beide Spannungen das Schaltelement steuert.
- Es kann zudem vorgesehen sein, dass der Schalter ein AC-Schalter ist.
- Das erfindungsgemäße elektromagnetische Schaltschütz zeichnet sich dadurch aus, dass durch Positionierung eines Schaltelements wie zum Beispiel vorzugsweise eines Thyristors, eines Triac, eines Transitors oder eines Relais, in einem Schalter vor der Magnetspule ein definiertes Kippverhalten ermöglicht wird. Dieses definierte Kippverhalten führt dazu, dass ein Flattern des Schütz vermieden wird, dadurch, dass die Magnetspule nur noch von Spannungswerten erreicht wird, die zu einem definierten Schaltvorgang führen. Die erfindungsgemäße Anordnung mit Schaltelement führt außerdem dazu, dass ein Verschweißen der Kontakte auf Grund einer zu geringen Spannung beim Einschalten vermieden wird. Des Weiteren gibt es keinen Energieverbrauch unterhalb der Einschaltschwelle beziehungsweise unterhalb der Ausschaltschwelle.
- Weitere Vorteile und Ausführungen der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung erläutert.
- Dabei zeigen schematisch:
-
Fig. 1 eine Schaltskizze eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schaltschütz, bei welchem zwischen Spannungsquelle und Magnetspule vorzugsweise ein AC-Schalter geschaltet ist; -
Fig. 2 eine Schaltskizze eines erfindungsgemäßen AC-Schalters, bei welchen nur die Eingangsspannung detektiert wird; -
Fig. 3 eine Schaltskizze eines erfindungsgemäßen AC-Schalters, bei welchen die Eingangsspannung und die Magnetspulenspannung detektiert wird. -
Fig. 1 zeigt eine Schaltskizze eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schaltschütz, bei welchem zwischen einer Spannungsquelle 1 und einer Magnetspule 2 vorzugsweise ein AC- Schalter 3 geschaltet ist. -
Fig. 2 zeigt eine Schaltskizze eines erfindungsgemäßen AC-Schalters 3, bei welchem über eine Detektionseinheit 4 die Eingangsspannung detektiert wird, diese an eine Auswerte- und Steuereinheit 5 weitergegeben wird und die Auswertung als Resultat an ein Schaltelement 6 übermittelt wird. - Das erfindungsgemäße Schaltelement 6 kann als Thyristor, Triac, Transistor oder Relais ausgebildet sein.
- In einem ersten Ausführungsbeispiel kann das Schaltelement 6 vor der Magnetspule derart ausgebildet sein, dass erst dann die Spannung an die Magnetspule 2 freigeschalten wird, wenn eine bestimmte Spannung überschritten wird.
- In einem zweiten Ausführungsbeispiel kann das Schaltelement 6 derart ausgebildet sein, dass es vor der Magnetspule 2 die Spannung an die Magnetspule 2 wegschaltet, wenn eine bestimmte Spannung unterschritten wird.
- In
Fig. 3 ist ebenfalls eine Schaltskizze eines AC-Schalters 3 dargestellt, wobei hier neben der Detektionseinheit 4 für die Eingangsspannung noch eine zusätzliche Detektionseinheit 7 für die Spulenspannung in den AC-Schalter 3 implementiert wurde. Die jeweiligen Detektionseinheiten 4, 7 übermitteln ihre Werte an die Auswerte- und Steuereinheit 5, die dann das Resultat beider ausgewerteter Spannungswerte an das Schaltelement 6 übermitteln. - Das erfindungsgemäße elektromagnetische Schaltschütz zeichnet sich dadurch aus, dass durch Positionierung eines Schaltelements wie zum Beispiel eines Thyristors, eines Triac, eines Transitors oder eines Relais, in einem Schalter vor der Magnetspule ein definiertes Kippverhalten ermöglicht wird. Dieses definierte Kippverhalten führt dazu, dass ein Flattern des Schütz vermieden wird, dadurch, dass die Magnetspule nur noch von Spannungswerten erreicht wird, die zu einem definierten Schaltvorgang führen. Die erfindungsgemäße Anordnung mit Schaltelement führt außerdem dazu, dass ein Verschweißen der Kontakte auf Grund einer zu geringen Spannung beim Einschalten vermieden wird. Des Weiteren gibt es keinen Energieverbrauch unterhalb der Einschaltschwelle beziehungsweise unterhalb der Ausschaltschwelle.
Claims (6)
- Elektromagnetisches Schaltschütz mit festen und beweglichen Kontakten, die an einem Kontaktträger fixiert sind, der mit einem beweglichen Anker gekoppelt ist, der gegenüberliegend zu einem Joch angeordnet ist, wobei zwischen Anker und Joch eine Ankerrückstellfeder und eine Magnetspule (2) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass vor der Magnetspule (2) ein Schalter (3) mit einem Schaltelement (6) angeordnet ist, um ein definiertes Kippverhalten zu ermöglichen, wobei das definierte Kippverhalten dazu führt, dass ein Flattern des Schütz vermieden wird, dadurch, dass die Magnetspule nur noch von Spannungswerten erreicht wird, die zu einem definierten Schaltvorgang führen, wobei im Schalter (3) eine erste Detektionseinheit (4) angeordnet ist, die die Eingangsspannung detektiert und an eine Auswerte- und Steuereinheit (5) weiterleitet, die dann das Schaltelement (6) steuert und wobei der Schalter (3) ein AC-Schalter ist. - Schaltschütz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (6) ein Thyristor ist.
- Schaltschütz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (6) ein Triac ist.
- Schaltschütz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (6) ein Transistor ist.
- Schaltschütz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (6) ein Relais ist.
- Schaltschütz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schalter (3) eine zweite Detektionseinheit (7) angeordnet ist, die die Spulenspannung detektiert und an die Auswerte- und Steuereinheit (5) weiterleitet, die dann über die ausgewerteten Spannungswerte beider Spannungen das Schaltelement (6) steuert.
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