FI84766C - Elektronisk hjaelpkontakt foer kontaktor. - Google Patents

Description

84766

Kontaktorin elektroninen apukosketin Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 mukainen elektroninen apukosketin sähkömekaaniseen kontaktoriin.

5

Nykyisin kontaktoreissa käytetään kuvion 1 mukaisia mekaanisia apukoskettimia erilaisten ohjaus- ja valvontatietojen välittämiseen. Kosketinlohko perustuu kosketinsiltaan kiinnittyvään liikkuvaan kytkinelimeen a, johon on kiinnitetty osa apukosket-10 timien virtapiiristä b, joka avaa tai sulkee virtapiirin c, kun kytkinelin on jommassa kummassa ääriasennossaan. Koskettimet on jousitettu mekaanisen kestävyyden parantamiseksi.

Mekaaninen kosketin soveltuu hyvin normaalilla verkkojännit-15 teellä tapahtuviin ohjauksiin, mutta automaatiotekniikan kehittyminen on tuonut uusia vaatimuksia ohjaus- ja valvontasig-naalien laadulle. Signaalit halutaan matalajännitteisinä ja pienivirtaisina ja toiminnan pitää olla täsmällistä. Esimerkiksi kontaktorin kosketinsillan asentotieto voidaan välittää 20 mekaanisilla apukoskettimilla, mutta vanhaan tekniikkaan liittyy ongelmia, joiden vuoksi tieto ei ole luotettava: kosketti-- - mien avautuessa ja sulkeutuessa esiintyy kytkinvärähtelyjä, jotka tekevät tapahtumahetkestä epämääräisen ja mekaanisten koskettimien välyksien takia kytkentähetki ei ole riittävän 25 tarkka kosketinsillan asennonvalvontaan. Lisäksi koskettimien likaantuminen ja hapettuminen aiheuttavat virheitä varsinkin matalilla virta- ja jännitetasoilla.

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut ongel-30 mat ja luoda uusi laitteisto kontaktorin asentotiedon selvittämiseksi ja hyödyntämiseksi.

Keksinnön mukainen ratkaisu perustuu siihen, että kytkentäelin ei ole mekaanisessa yhteydessä varsinaiseen kytkimeen.

35 Täsmällisemmin keksinnön mukaiselle apukoskettimelle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnus-merkkiosassa.

2 84766

Keksinnön mukaisella elektronisella apukoskettimella saavutetaan huomattavia etuja vanhanaikaiseen tekniikkaan verrattuna. Kosketinsillan asentoindikaatio on stabiili, kytkinvärähtelyjä ei esiinny ja- kytkentähetki on aina sama. Suljetun rakenteen 5 ansiosta koskettimien ominaisuudet eivät muutu likaantumisen tai hapettumisen takia. Elektronisessa apukoskettimessa eivät virtapiirin osat liiku, joten kytkentähetki pysyy vakiona pitkänkin käytön aikana, eikä eristysongelmia esiinny, koska virtapiiri ei ole mekaanisessa yhteydessä liikkuviin osiin.

10

Elektronisen apukoskettimen avulla saadaan luotettava tilatieto prosessitietokoneelle myös matalajännitepiiristä. Kosketinsillan asento pystytään määrittämään erittäin tarkasti. Elektroninen apukosketin on rakenteeltaan yksinkertainen ja elektroniik-15 kaa lisäämällä voidaan toteuttaa erilaisia valvontatoimintoja, joita mekaanisella apukoskettimella ei pystytä riittävällä tarkkuudella tekemään. Antureita yhdessä elektronisessa apukos-ketinlohkossa voi olla yksi tai useampia, jolloin voidaan indikoida ääriasentojen lisäksi myös erilaisia väliasentoja.

20

Keksintöä ryhdytään seuraavassa tarkastelemaan oheisten piirustusten mukaisten sovellusesimerkkien avulla.

Kuvio 1 esittää sivukuvantona tunnetun tekniikan mukaista 25 apukosketinta.

Kuvio 2 esittää perspektiivikuvantona yhtä keksinnön mukaista apukosketinta yhdistettynä kontaktoriin.

30 Kuvio 3 esittää perspektiivikuvantona kuvion 2 mukaista apukosketinta avattuna.

Kuvio 4 esittää perspektiivikuvantona vaihtoehtoista keksinnön mukaista apukosketinta.

.35

Kuvio 5 esittää lohkokaaviona keksinnön mukaisen apukoskettimen s ignaalinkäs ittely-yks ikköä.

3 84766

Kuvion 2 mukaisesti kontaktorin apukosketinlohko l kiinnitetään kontaktorin runkoon 2. Kuvion 3 mukaisesti apukosketinlohko koostuu kaksiosaisesta rungosta 4 sekä rungon 4 sisälle sijoitetusta pitkänomaisesta luistista 3, joka on liikuteltavissa 5 urassa 5. Luisti 3 käsittää tapin 8, joka on sijoitettu luistin toiseen päähän kohtisuoraan luistin pituussuuntaan nähden. Tappi 8 suuntautuu kohti kontaktorin 2 sisäosaa. Niinpä apukos-ketinlohkon 1 kiinnitys tapahtuu siten, että luistin 3 tappi 8 kiinnittyy kontaktorin 2 kosketinsiltaan (ei kuvattu). Luisti 10 3 liikkuu urassaan 5 saman verran kuin kontaktorin 2 kosketin- silta liikkuu ylä- ja ala-asentojensa välillä. Luistin 3 sijainti ilmaistaan apukosketinlohkon 1 runkoon 4 kiinteästi asennetuilla kytkiminä toimivilla antureilla 6 ja 6', jotka tässä tapauksessa ovat Hall-kytkimiä. Vaihtoehtoisesti anturit 15 voivat olla induktiivisia tai kapasitiivisia lähestymiskytkimiä tai optisia lukuhaarukoita. Myös magneettikytkimiä voidaan käyttää, mutta niillä ei päästä yhtä hyvään luotettavuuteen kuin edellä mainituilla antureilla. Antureita 6 ja 6' tarvitaan yhtä apukosketinlohkoa 1 varten kaksi kappaletta, erikseen ylä-20 ja ala-asentoa varten, jos halutaan avautuvaa ja sulkeutuvaa kosketinta vastaava toiminta. Yksitoimista mekaanista apukos-ketinta korvaavaan rakenteeseen tarvitaan vain yksi anturi.

- - - · 4

Kuvion 3 mukaisessa ratkaisussa on kaksi anturia 6 ja 6', joten 25 se on tarkoitettu korvaamaan kaksitoimisen mekaanisen anturin. Anturit 6 ja 6' on sijoitettu luistin 3 yläpinnalle. Koska anturit 6 ja 6' ovat Hall-kytkimiä, luistiin 3 kiinnitetään pieni kestomagneetti 7, joka anturin 6 tai 6' kohdalle joutuessaan asettaa sen johtavaan tilaan. Magneetin 7 kokoa ja Hall-30 -antureiden 6 ja 6' keskinäistä etäisyyttä muuttamalla voidaan luistin liikeradan pituutta ja anturien reagointipistettä säätää. Hall-anturit 6 ja 6' ovat herkkiä vain kohtisuoraan mittauspintaa vasten tuleville magneettikentän voimaviivoille, joten valitsemalla sopivan anturi-magneetti-pari ja sijoit-• 35 tamalla ne sopivaan asentoon kontaktorin 2 päävirtapiiriin nähden, saadaan toiminta erittäin tarkaksi ja tunteettomaksi häiriökentille. Anturien 6 ja 6' signaalit johdetaan eteenpäin myöhemmin kuvattavalle signaalinkäsittely-yksikölle johtimella 4 84766 35, joka Hall-anturien tapauksessa käsittää 3 erillistä johdinta kutakin Hall-anturielementtiä kohti. Käytännön tapauksessa johdinten kokonaismäärä on anturien lukumäärä + 2, koska kukin anturielementti erikseen tarvitsee signaalijohtimen sekä kaikki 5 elementit yhteisen maa- ja käyttöjännitejohtimen. Esimerkkitapauksessa johdinten lukumäärä on siis 4.

Kuviossa 4 on esitetty vastaava rakenne induktiivisille tai kapasitiivisille antureille 9. Mekaanisesti perusrakenne vastaa 10 kuvion 3 suoritusmuotoa, antureita 9 on tässäkin ratkaisussa kaksi. Nämä anturit 9 eivät tarvitse magneettikenttää toimiakseen, vaan ne tunnistavat metallilevyn 10 ilmaisinpintansa edessä. Luistiin 3 kiinnitetään pienet metallipalat 10, jotka sijoitetaan antureihin 9 nähden siten, että toinen pala on 15 yläasentoanturin edessä silloin, kun kosketinsilta on yläasen-nossa ja toinen ala-asentoanturin edessä silloin, kun silta on alhaalla.

Apukosketinlohko voi olla mekaanisesti erilainen erilaisilla 20 kontaktoreilla, mutta toimintaperiaate on sama.

Elektroninen apukosketin toimii matalalla tasajännitteellä, joka on anturityypistä riippuen 5 - 48 V DC. Hall-kytkimet, induktiiviset, kapasitiiviset ja optiset anturit tarvitsevat 25 erillisen käyttöjännitteen ja erikseen ohjattavan signaalin. Anturien lähtöasteiden maksimi kuormitusvirta on enimmillään muutamia kymmeniä milliampeereita, joten suurempien virtojen ja jännitteiden ohjaamiseen tarvitaan erillinen elektroninen tehoaste tai välirele. Useimmissa sovelluksissa käyttöympärist-30 ön häiriöt vaikuttavat mittaustulokseen, joten antureilta saatavaa signaalia on käsiteltävä elektronisesti joko an-turilohkossa, sen välittömässä läheisyydessä tai automaatiojärjestelmässä.

35 Eräs elektronisen apukoskettimen käyttökohde on elektroninen kosketinsillan asennonvalvonta. Kontaktorin elektroninen apukosketinlohko, jossa on erilliset ylä- ja ala-asentoanturit kytketään kuvion 5 mukaiseen logiikkapiiriin. Piiri käsittää 5 84766 tuloliitännät ala-asentosignaalille 30 ja yläasentosignaalille 31, invertoivat Schmitt-triggerit 12 ja 13, digitaaliset ali-päästösuotimet 14 ja 15 sekä asentoinformaation muodostus-logiikan, joka koostuu kolmesta nor-portista 16, 17 ja 18 ja 5 yhdestä and-portista 19. Logiikka muodostaa tuloliitäntöihin 30 ja 31 tulevista signaaleista neljä eri tilasignaalia: antureita ei ole kytketty 20, kosketinsilta ylhäällä 21, kosketinsilta väliasennossa 22 ja kosketinsilta alhaalla 23.

10 Tulosignaaleihin indusoituu vaikeissa ympäristöolosuhteissa häiriöitä, jotka ovat verkkotaajuuden kerrannaisia tai taajuus-muuttajien ja muiden hakkuriteholähteiden aiheuttamia suurtaajuisia värähtelyjä. Logiikan tuloasteen Schmitt-triggerit 12 ja 13 suodattavat signaaleista pieniamplitudiset häiriöt taa-15 juudesta riippumatta. Suodatus on sitä tehokkaampi, mitä suurempi Schmitt-triggerin 12 tai 13 hystereesialue on. Jännitetason nostaminen parantaa myös suodatusta. Tuloliitännät on vedetty vastuksilla 32 ja 33 ylös, jotta anturien olemassaolo voidaan helposti tarkistaa.

20

Toisessa vaiheessa suodatetaan Schmitt-triggereiden 12 ja 13 läpi päässeet häiriöt yksibittisellä digitaalisella suotimella 14 tai 15. Suodin 14, 15 voi olla mediaani tyyppinen tai epälineaarinen alipäästösuodin, joka poistaa signaalista lyhytai-: 25 kaiset muutokset.

Esitetty asentoinformaation muodostuslogiikka on suunniteltu siten, että passiivisena olevan anturin 6 lähtöaste on johtavassa tilassa ja aktiivisena olevan anturin lähtöaste ei 30 johda. Jos kumpikaan anturi 6 ei ole aktiivisessa tilassa, eli molemmat tulosignaalit ovat alhaalla, tulkitaan kosketinsillan olevan väliasennossa. Tilaa vastaava signaali muodostetaan and-portilla 19. Tilannetta, jossa molemmat anturit 6 ovat aktiivisina ei pitäisi päästä syntymään, joten siinä tapaukses-35 sa tulkitaan, ettei antureita ole kytketty. Vastaava signaali muodostetaan nor-portilla 16. Hall-antureita käytettäessä on anturien lähtöjen ominaisuudet otettava huomioon anturien sijoittelussa. Silta ylhäällä- ja silta alhaalla-signaalit 6 84766 muodostetaan nor-porteilla tulosignaaleista 30 ja 31 ja "ei antureita"-signaalista 20.

Apukosketinlohkoja 1 voidaan kytkeä rinnakkain, jolloin voidaan 5 havaita isommilla kontaktoreilla myös sillan juuttuminen vinoon, mikä yleensä tarkoittaa koskettimen hitsautumista. Sillan asentotietoa voidaan hyödyntää myös laajemmin kontaktorin ohjauksessa. Sen avulla voidaan ilmaista esim. kontaktorin avautuminen pitovaiheen aikana ja suorittaa tarvittavat toimen-10 piteet kontaktorin pitämiseksi kiinni.

Antureina tälle kytkennälle voidaan käyttää kaikkia edellä mainittuja anturityyppejä, jos niissä on avokollektorilähtöas-te, joka pystyy asettamaan logiikan anturitulot loogiseen 15 nollatilaan.

Claims (4)

7 8 4 7 6 6

1. Kontaktorin apukosketin, joka käsittää 5. vähintään yhden kytkimen (6), joka on ohjattavissa joh tavaan tilaan ja siitä pois kontaktorin (2) kontaktorisil-lan asennon ilmaisua varten, ja - kontaktorisiltaan mekaanisesti kytketyn kytkentäelimen 10 (3) kunkin kytkimen (6) aktivoimiseksi, tunnettu siitä, että - kytkentäelin (3) käsittää ainakin yhden aktivointielimen 15 (7, 9), ja - kytkentäelin (3) ei ole mekaanisessa yhteydessä kytkimeen (6).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen apukosketin, tunnettu siitä, että aktivointielin (7) on kestomagneetti käytettäessä Hall-anturia kytkimenä (6).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen apukosketin, tunnettu 25 siitä, että aktivointielin (10) on metallipala käytettäessä induktiivista anturia kytkimenä (9).

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen apukosketin, tunnettu siitä, että aktivointielinten (7, 10) aiheut- 30 tamaa kytkentäsignaalia varten apukosketin (1) käsittää sig-naalinkäsittelyelimen (12 - 33) häiriöiden poistamiseksi ja kontaktorin (2) kontaktorisillan asentoinformaation käsittelemiseksi. 8 84766