JP5091312B2 - 電圧または電流を解放する開閉装置に対する制御方式を識別するための装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、電圧または電流を解放する開閉装置の電圧または電流解放エレメントに対する制御方式を識別するための装置および方法に関し、前記装置は、少なくとも２つの制御入力側を備える少なくとも１つの制御ユニットを含む。

このような装置および方法は、従来技術から公知である。例えばＥＰ１００９００５Ｂ１は、ローカル制御およびリモート制御を備える保護遮断器を開閉する電磁石を制御するための装置を開示している。この装置は、２つの給電端子とリモート操作端子ならびにローカル操作端子とを含む。第１操作モードにおいては、２つの給電端子が第１ローカル操作機構を介して供給電圧源と接続される。第２操作モードにおいては、前記２つの給電端子が供給電圧源と直接接続され、ローカル操作端子は、第２ローカル操作機構を介して前記給電端子の１つと接続される。さらに通信モジュールが設けられている。少なくとも１つの存在検出端子（Belegungsnachweisklemme）には、装置のリモート操作端子および存在検出端子と通信モジュールとの接続を自動的に識別するための存在検出手段が設けられている。電力遮断器のオンオフ制御は、第２ローカル操作機構によって、または通信モジュールの制御命令によって行われる。さらに装置は、給電端子における電圧を表す値を予め設定された閾値と比較する手段と、リモート操作端子および存在検出端子における通信モジュールの存在を検出する手段と、前記表された値が前記閾値を超えている場合に電磁石の少なくとも１つのコイルの励磁を制御する手段とを含む。コイルの励磁は、通信モジュールによる存在検出が無い場合に自動的に行われるか、または存在が検出され、さらにリモート操作端子またはローカル操作端子に操作信号が供給される場合に行われる。さらに抵抗性分圧器が、給電端子に、整流器ならびにマイクロプロセッサ回路の間に中間接続するように接続されている。マイクロプロセッサ回路は、前記比較手段、前記存在検出手段、および前記制御手段を含む。ローカル操作機構によって操作可能なローカル操作端子も、ともにマイクロプロセッサ回路と接続されている。トランジスタがマイクロプロセッサ回路の出力側に電子遮断器として接続されており、このトランジスタのドレイン側にはコイルが接続されている。

したがってＥＰ１００９００５Ｂ１によれば、保護遮断器のための種々異なる制御方式を実現可能とするために種々の端子が必要である。とりわけここでは通信モジュールが設けられており、該通信モジュールは、装置をローカルモードおよび／またはリモート制御モードにおいて操作するために使用される。純粋なローカルモードにおいては、前記１つのローカル操作機構の他に、さらに第２のローカル操作機構が前記１つの給電端子の領域に設けられており、したがってこの装置は非常に複雑に構成されている。

本発明の課題は、電圧または電流を解放する開閉装置の電圧または電流解放エレメントに対する制御方式を識別するための装置をより簡単に構成することである。

この課題は、請求項１記載の上位概念による装置に関連して、制御ユニットの少なくとも１つの制御入力側における信号状態を検出する信号検出装置と、制御信号が１つの制御入力側に存在する場合に、信号が存在しない少なくとも１つの制御入力側を遮断する装置、とが設けられることによって解決される。請求項１１の上位概念による制御方式を識別する方法に関連して、本発明の課題は、電圧または電流解放エレメントの操作を表すための、制御ユニットの入力側における信号状態が検出され、１つの制御入力側に制御信号が存在する場合に少なくとも１つの別の制御入力側が遮断されることによって解決される。本発明の発展形態は従属請求項に記載されている。

これによって、電圧または電流を解放する開閉装置の電圧または電流解放エレメントに対する制御方式を識別するための装置および方法が提供され、この装置および方法においては、電圧または電流解放エレメントの制御方式を識別するためにジャンパーが必要なくなり、さらに、従来技術から公知のような、制御方式を識別する装置の比較的複雑な構成も必要なくなる。これによって回路コストを最小化し、ひいては最適化することができる。さらに、常に全ての制御方式を使用することができ、そのつどの制御方式が自動的に識別される。しかしながら従来技術とは異なり、ここでは付加的な通信モジュールは必要ない。簡単なやり方で、むしろ開閉装置の制御ユニットの電圧接続切換の後に制御ユニットの制御入力側の信号状態を試問することによってそのつどの制御方式が信号化される。電圧または電流解放エレメントを操作するために１つの制御入力側に信号が供給されている場合、少なくとも１つの別の入力側によるさらなる操作はできない。したがって有利には、制御入力側の１つが、開閉装置の電圧または電流解放エレメントと接続されている。したがって電圧または電流解放エレメントの操作の際には、信号はこの制御入力側に供給されており、少なくとも１つの別の制御入力側は遮断される。この１つの制御入力側において信号が存在しなくなると、すなわち信号が再び無くなるとはじめて、解放が行われる。

有利には、１つの制御入力側において信号が存在しなくなった際に少なくとも１つの別の制御入力側を解放するための装置が設けられている。この１つの制御信号において信号が存在しなくなった際には、少なくとも１つの別の制御入力側は解放される。これによって、この別の１つの制御入力側に、およびもちろん、今や再び信号が無くなった他方の制御入力側にも命令供給することが可能となる。少なくとも１つの別の制御入力側は、とりわけ例えば２４ボルト電圧のような、供給電圧とは異なる電圧によって操作することができる。これに対して他方の制御入力側には、有利には供給電圧が印加される。有利には、スイッチ装置が設けられており、該スイッチ装置によって供給電圧をこの制御入力側へと切換接続することができる。

有利には、制御ユニットは、少なくとも１つのマイクロコントローラ、すなわち低コストであるが効果的かつ簡単にプログラムすることができるエレメントを含む。

１つの制御入力側が、ノーマリーオフ形電界効果トランジスタを介して制御ユニットに接続されているとさらに有利であることが判明している。ノーマリーオフ形電界効果トランジスタ、とりわけｎ型チャネルＭＯＳＦＥＴを使用することによって、ゲート−ソース電圧がトランジスタの閾値電圧よりも小さい場合にドレイン電流のフローを阻止することができる。この際、制御入力側は電界効果トランジスタのゲート端子に位置しており、ドレイン端子は制御ユニットと接続されており、かつソース端子はアースに位置している。

有利には全ての、とりわけ２つの制御入力側が、それぞれノーマリーオフ形電界効果トランジスタ、とりわけｎ型チャネルＭＯＳＦＥＴを介して制御ユニットに接続されている。ノーマリーオフ形電界効果トランジスタを使用することによって、制御信号が他の制御入力に存在する場合に、少なくとも１つの別の制御入力側の所期の遮断作用および解放を行うことができる。

制御入力側と制御ユニットの間におけるこのようなノーマリーオフ形電界効果トランジスタによる直流電気的接続（galvanische Verbindung）の代わりに、択一的に、別の１つの制御入力側と制御ユニットとの間に光学的接続を設けることも可能である。この場合、制御入力側と制御ユニットとの間における電気的分離が可能となるので、制御ユニットは、起こり得る過電圧または高電流によって損傷され得ない。

制御方式を識別するこのような装置を含む、電圧または電流を解放する開閉装置は、信号検出装置によって、制御方式を識別する装置の制御ユニットの１つまたは複数の制御入力側の信号状態に依存して、電圧または電流解放エレメントとして動作することができる。

以下、本発明の詳細な説明のために、本発明の実施例を図面に基づいてより詳細に記載する。

図１は、開閉装置の電圧または電流解放エレメントに対する制御方式を識別するための本発明の装置の第１実施形態を示す原理図である。 図２は、開閉装置の電圧または電流解放エレメントに対する制御方式を識別するための本発明の装置の第２実施形態を示す原理図である。 図３は、開閉装置の電圧または電流解放エレメントに対する制御方式を識別するための本発明の装置の第３実施形態を示す原理図である。

図１には、電圧または電流を解放する開閉装置の電圧または電流解放エレメントに対する制御方式を識別するための本発明の装置１の回路図が示されている。この装置は、２つの制御入力側１２，１４を備える制御ユニット１０を含む。さらに制御ユニット１０は、１５ボルト接続１６と、３．３ボルト接続１８を有する。制御ユニット１０にはさらに、アース接続２０、電圧測定装置３０に接続するための接続２２、ならびに２つの出力側２４，２６が設けられており、これらの出力側は引き外しコイル４０と保持コイル４０に通じている。これら２つのコイル４０，５０にはそれぞれ、ここではｎ型チャネルＭＯＳＦＥＴとして構成されているノーマリーオフ形電解効果トランジスタ４２，５２が前置接続されている。

装置１はさらに電源網６０を含み、該電源網は、前記保持コイル５０に前置接続されたノーマリーオフ形電界効果トランジスタ５２のソース側に接続されている。電界効果トランジスタ５２は、ゲート側にて制御ユニット１０と接続されており、ドレイン側にて保持コイル５０と接続されている。電源網６０は、１５ボルトならびに３．３ボルトを供給する。

制御入力側１２は、スイッチ７０によって供給電圧線Ｌ１と接続されている。フィルタリング整流装置８０によって、フィルタリングおよび整流された供給電圧は、引き外しコイル４０、保持コイル５０、および電圧測定装置３０の接続に供給される。

さらに、第２制御入力側１４のためにもう１つのアース接続２８が設けられている。

制御入力側１２にはスイッチ７０の操作によって供給電圧を印加することができ、これに対して制御入力側１４には前記供給電圧とは異なる電圧が印加される。例えばここでは２４ボルトの電圧を印加することができる。

制御ユニット１０は、制御入力側１２における信号状況に基づいて、電圧または電流解放エレメントに対する各制御方式を識別する。スイッチ７０の操作後、すなわち制御入力側１２への電圧接続切換の後、制御入力側１２における信号が制御ユニット１０によって検出され、制御方式（電圧または電流解放エレメントの操作）が推定される。制御入力側１２に信号が供給されるとすぐに、制御入力側１４による操作が遮断され、該制御入力側１４は、制御ユニット１０へこれ以上制御信号を送ることはできなくなる。制御信号が制御入力側１２に存在しなくなるとすぐに、制御入力側１４は、再び命令供給のために解放される。制御入力側１２に信号が存在しない場合には、２つの制御入力側１２，１４のうちの１つにおいて信号が識別されるまでずっと、制御入力側１２または１４における命令供給が可能である。制御ユニット１０は、以下のように構成されている。すなわち制御ユニット１０は、２つの制御入力側１２，１４のうちの１つにおいて信号が識別された場合には常に、他方の入力側が、信号の供給された前記制御入力側の操作時間の間遮断されるように構成されているのである。しかしながらここでは制御入力側１２は、制御ユニット１０のスイッチ７０の操作による電圧接続切換の際に、電圧または電流解放エレメントに対する各制御方式を信号化する。したがって制御方式の識別は自動的に行われ、いつでも全ての制御方式を使用することができる。

図２は、２つの制御入力側１２および１４と制御ユニット１０の詳細な回路図を示す。制御装置１０は、本実施例においてはマイクロコントローラ１１を含む。制御入力側１２とマイクロコントローラとの間には、制御入力側１２における信号を整流するための整流回路１２０ならびにＲＣ回路１３０が接続されている。このＲＣ回路は、２つの抵抗１３１，１３２とコンデンサ１３３とを含む。これによって分圧器ないしフィルタリングが設けられる。これに代えて、ここでフォトカプラを設けることも可能である。

さらにノーマリーオフ形電界効果トランジスタ（ｎ型チャネルＭＯＳＦＥＴ）１３４が設けられており、該電界効果トランジスタにはゲート側において前記ＲＣ回路１３０が接続されている。電界効果トランジスタ１３４はソース側においてアースに接続されており、ドレイン側においては、３．３ボルトに接続されている別の抵抗１３５、ならびにマイクロコントローラ１１への端子が設けられている。

第２制御入力側１４は、抵抗１４０，１４１を介して、ノーマリーオフ形電界効果トランジスタ（ｎ型チャネルＭＯＳＦＥＴ）１４２のゲート側に接続されている。電界効果トランジスタ１４２は、ソース側においてアースに接続されており、ドレイン側においては抵抗１４３を介して３．３ボルトに接続されている。さらにこの電界効果トランジスタは、ドレイン側においてマイクロコントローラ１１と接続されている。

とりわけ、ノーマリーオフ形電界効果トランジスタ１３４および１４２が設けられていることによって、他方の制御入力側１２ないし１４に信号が供給された場合における、各制御入力側１２ないし１４の解放および遮断が可能となる。２つの電界効果トランジスタは、この際、ソース接地回路において作動される。これらの電界効果トランジスタは信号マッチングのために使用される。

２つの制御入力側１２，１４と制御ユニット１０を含む装置部分の構成に関する択一的解決方法が図３に示されている。ここでは第１制御入力側１２は、図２の実施形態に相応するように構成されている。制御入力側１４においては、制御入力側１４と制御ユニット１０ないしマイクロコントローラ１１との間における直流電気的接続の代わりに、フォトカプラ１４９による光学的接続が設けられており、該フォトカプラは、送信側としてフォトダイオード１４４と、受信側として相応のフォトトランジスタ１４５とを含む。フォトダイオード１４４には、第２ダイオード１４６が平行に逆向きに接続されている。さらに、抵抗１４７がこれら２つのダイオードに前置接続されている。フォトトランジスタ１４５ないしフォトデュオダイオードは、ベース側では引き出されていないので、受光器として使用される。フォトトランジスタは、コレクタ側において抵抗１４８を介して３．３Ｖに接続されており、かつマイクロコントローラ１１と接続されている。フォトトランジスタ１４５は、エミッタ側ではアースに接続されている。光学的接続によれば、制御入力側１４と制御ユニットないしマイクロコントローラ１１との間における電気的分離を、例えば安全上の理由によりこのようなことを阻止すべき場合に行うことが可能である。制御入力側１４における信号の供給が試問されるだけなので、この場合さほど高い電圧を印加する必要はなく、したがって光学的接続による信号の試問で既に充分である。

電圧または電流を解放する開閉装置の電圧または電流解放エレメントに対する制御方式の識別のための装置は、上述し図示した実施形態以外にも数多くの別の実施形態を設けることができるが、ここではそれぞれ少なくとも１つの制御入力側の信号状態を検出する信号検出装置と、前記１つの制御入力側に信号が存在する場合に少なくとも１つの別の制御入力側を遮断する装置とが設けられている。制御入力側と制御ユニットとの間における接続は、この場合、直流電気的または非直流電気的に行うことができる。なぜなら制御入力側への信号供給が試問されるだけだからである。

１ 制御方式を識別するための装置
１０ 制御ユニット
１１ マイクロコントローラ
１２ 第１制御入力側
１４ 第２制御入力側
１６ １５Ｖ接続
１８ ３．３Ｖ接続
２０ アース接続
２２ 接続端子
２４ 出力側
２６ 出力側
２８ アース接続
３０ 電圧測定装置
４０ 引き外しコイル
４２ ＦＥＴ
５０ 保持コイル
５２ ＦＥＴ
６０ 電源網
７０ スイッチ
８０ フィルタリング整流装置
１２０ 整流回路
１３０ ＲＣ回路
１３１ 抵抗
１３２ 抵抗
１３３ コンデンサ
１３４ ＦＥＴ
１３５ 抵抗
１４０ 抵抗
１４１ 抵抗
１４２ ＦＥＴ
１４３ 抵抗
１４４ フォトダイオード
１４５ フォトトランジスタ
１４６ ダイオード
１４７ 抵抗
１４８ 抵抗
１４９ フォトカプラ
Ｌ１ 供給電圧線

Claims (12)

1. 電圧または電流を解放する開閉装置の電圧または電流解放エレメントに対する制御方式を識別する装置（１）であって、該装置は、
   少なくとも２つの第１の制御入力側（１２）および第２の制御入力側（１４）を備える少なくとも１つの制御ユニット（１０）を含む形式の装置において、
   前記少なくとも１つの制御ユニット（１０）は、前記第１および第２の制御入力側（１２，１４）の少なくとも１つにおける信号状況を識別するための信号検出装置（１０，１１）を含み、
   前記装置（１）は、前記第１および第２の制御入力側（１２，１４）の一方に制御信号が存在する場合に、信号が存在しない、前記第１および第２の制御入力側（１２，１４）の他方を遮断する装置（１３４，１４２，１４５）を含み、
   前記第１の制御入力側（１２）および前記第２の制御入力側（１４）は、それぞれ１つのノーマリーオフ形電界効果トランジスタ（１３４，１４２）を介して前記制御ユニット（１０，１１）と接続されている、
   ことを特徴とする装置（１）。
2. 前記第１の制御入力側（１２）は、電圧または電流解放エレメントと接続されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の装置（１）。
3. 前記第１および第２の制御入力側（１２，１４）の一方に信号が存在しなくなった場合に、前記第１および第２の制御入力側（１４，１２）の他方を解放する装置が設けられている、
   ことを特徴とする請求項１または２記載の装置（１）。
4. 前記制御ユニット（１０）は、少なくとも１つのマイクロコントローラを含む、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の装置（１）。
5. 前記第２の制御入力側（１４）と制御ユニット（１０，１１）との間に直流電気的接続（１４４，１４５）が設けられている、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の装置。
6. 前記第２の制御入力側（１４）と制御ユニット（１０，１１）との間に光学的接続（１４４，１４５）が設けられている、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の装置。
7. 前記第１の制御入力側（１２）には第１の供給電圧が印加されており、前記第２の制御入力側（１４）には前記第１の供給電圧とは異なる第２の供給電圧が印加されている、
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の装置（１）。
8. 請求項１〜７のいずれか一項記載の装置（１）を含む、電圧または電流を解放する開閉装置において、
   該電圧または電流を解放する開閉装置は、信号検出装置（１０，１１）によって、前記装置の制御ユニット（１０）の前記第１の制御入力側（１２）および前記第２の制御入力側（１４）の少なくとも一方における信号状態に基づいて、電圧または電流解放エレメントとして動作可能である、
   ことを特徴とする開閉装置。
9. 電圧または電流を解放する開閉装置の電圧または電流解放エレメントに対する制御方式を識別するための方法であって、
   請求項１〜７のいずれか一項記載の装置を使用する方法において、
   前記制御ユニット（１０）の前記第１および第２の制御入力側（１２，１４）における信号状態が検出され、
   前記第１および第２の制御入力側（１２，１４）の一方に制御信号が存在する場合に、前記第１および第２の制御入力側（１４，１２）の他方が遮断される、
   ことを特徴とする方法。
10. 前記制御ユニット（１０，１１）の前記第１の制御入力側（１２）における信号状態の検出は、この前記第１の制御入力側（１２）への電圧接続切換の後に行われる、
    ことを特徴とする請求項９記載の方法。
11. 前記第１の制御入力側（１２）における信号が存在しなくなった場合に、前記第２の制御入力側（１４）が解放される、
    ことを特徴とする請求項９または１０記載の方法。
12. 前記第１および第２の制御入力側（１２，１４）から制御ユニット（１０，１１）への信号伝送は、直流電気的および／または光学的手段によって行われる、
    ことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項記載の方法。

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