WO2014015908A1 - Elektrisches schaltgerät - Google Patents

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WO2014015908A1
WO2014015908A1 PCT/EP2012/064694 EP2012064694W WO2014015908A1 WO 2014015908 A1 WO2014015908 A1 WO 2014015908A1 EP 2012064694 W EP2012064694 W EP 2012064694W WO 2014015908 A1 WO2014015908 A1 WO 2014015908A1
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WO
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switching
switching element
processing unit
signal
mechanical
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/064694
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Zitzler
Alfred DONHAUSER
Marco SCHÖNENBERG
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/56—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle
    • 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
    • H01H47/02—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for modifying the operation of the relay
    • H01H47/18—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for modifying the operation of the relay for introducing delay in the operation of the relay

Definitions

  • the invention relates to an electrical switching device with a processing unit and a mechanical switching element ⁇ as a method for driving the mechanical switching element of the electrical switching device.
  • the electrical switching ⁇ device is in particular a switching device in the field of low-voltage switching technology.
  • Electronic switching devices are used to switch AC and AC consumers and usually contain mechanical switching elements. If a three-phase load is controlled by means of the switching device, the power supply of the load is conducted via the switching device .
  • the switching device environmentally summarizes three current paths, each of which min ⁇ least included a mechanical switching element.
  • the power supply to the downstream consumer can be controlled by opening or closing the switching element.
  • the control of the switching elements can take place. If the switching device receives a control signal via the control input, then the switching device opens or closes the mechanical switching elements as a function of the control signal.
  • movably mounted contacts of the mechanical switching element are spatially separated (spaced) from the fixed contacts of the switching element.
  • the movably mounted contact with the fixed contacts can be contacted, so that an electrically conductive connection Zvi ⁇ rule exists the fixed and movable contacts of the switching element is mounted. It has been found that in such switchgear partially the contact wear of the switching elements is not evenly distributed to all contacts of the switching element, but individual contacts were permanently stressed and thus are worn out very quickly.
  • the Kunststoffver ⁇ wear should be reduced at the contacts of the switching element ⁇ to.
  • a method for improved operation of such a switching device is to be made possible.
  • an apparatus that is by an electrical switching device with a processing unit and a mechanical switching element, wherein the processing unit may output a switching signal to the mechanical scarf Tele ⁇ ment due to a received control signal, wherein the processing unit is adapted that the output time is varied from the time of Emp ⁇ catching of the control signal until the time of outputting the switching signal to the mechanical switching element at empfange- NEN same control signals, and a method according to claim 6, that is, by a method for driving a mechanical switching element of an electric Weg ⁇ device, comprising the following steps: receiving a first control signal by means of a processing unit of the electrical switching device and then outputting a first Drucksig ⁇ nals to the mechanical switching element, receiving a two ⁇ th control signal mitt els the processing unit and is ⁇ alshin time influenced outputting a second switching signal to the mechanical switching element, so that the output time from the time of receiving the first control signal until the time of outputting the first switching signal to the switching
  • the processing unit due to a received control signal, a switching signal to the mechanical scarf Tele ⁇ element output, so that the mechanical switching element switches its contacts towards it, ⁇ (opens or closes).
  • the initial playback time is the time from the moment of receiving the control signal by the processing unit to the time ⁇ point of outputting the associated switching signal to the me chanical ⁇ switching element by the processing unit.
  • the processing unit varies in the presence of identical control signals by the output duration of the associated switching signals with each other.
  • the first and second control signal is preferably only a command for immediate opening or closing of the contacts of the switching element to the processing unit.
  • the output duration for the first switching signal is different from the output duration for the second switching signal, which is in particular equal to the first switching signal.
  • the processing unit may in the presence of a same control signal, the switching signal of the same switching element offset in time relative to respective time of recom- fangs of the control signal output, so that the first switching ⁇ signal relative to the second switching signal having a differing ⁇ che output duration.
  • a synchronous control signal leads through the usually ⁇ same same processing time of the processing unit of the switching device for network-synchronous operation of the mechanical switching element. If this switching operation is phase-synchronized with the AC or three-phase network, this can result in the contactor not being evenly distributed to all contacts of the switching element in the switching device, but rather Individual contacts are permanently stressed and thus wear out very quickly. If the contact closure or opening of the switching element always falls in the same half-wave (eg in the positive), then a migration of the contact material (migration) occurs in addition. In order for a side of the contact of the switching element loses the contact material and can weld bre ⁇ ago.
  • the advantage achieved by the invention is that a network-synchronous switching of the mechanical switching element is avoided by the time-varying output of the switching signal in Be ⁇ train at the time of receiving the control signal by the processing unit.
  • the mechanical wear of the contacts of the mechanical switching element can thereby be reduced, so that the life of the
  • the switching device comprises a control input by means of which the electrical switching device can receive the control signal.
  • the control input is accessible in particular from the outside
  • Switching device arranged so that via the control input an electrically conductive contact, in particular for an external line to the switching device can be produced.
  • the switching device may be connected to a controller (e.g., PLC) via the control input.
  • the switching device comprises an input-side and an output-side connection point, wherein the mechanical switching element ⁇ a guided inside the device electrically conductive connection between the input-side and output-side connection point can open and close.
  • the mechanical switching element By means of the mechanical switching element, a current path guided through the device can thus be switched.
  • the energy supply of a downstream consumer takes place via this current path.
  • the switching device comprises preferably three current paths ⁇ each having a mechanical switching element umfas ⁇ sen.
  • the switching elements by the processing processing unit is similar to the described method, that is, the output duration for two switching signals to the same mechanical ⁇ cal switching element may vary among themselves.
  • the electrical switching device is a motor starter or a soft starter.
  • the processing unit may delay the issuing switching signals to the same mechanical switching element, so that brought about by the processing unit delay ⁇ 2 3 is greater than 0 seconds and less than the period of the stream of ge ⁇ switched by means of the mechanical switching element current path is.
  • the period duration of the current of the current path connected by means of the mechanical switching element is preferably between 5 milliseconds and 32 milliseconds, in particular between 15 milliseconds and 22 milliseconds.
  • the delay is the difference between the output duration of a first switching signal and the output duration of a second, in particular the first switching signal same, switching signal to the same mechanical switching element.
  • the processing unit can delay the output of switching signals to the same mechanical switching element, so that caused by the processing unit delay ⁇ 2 3 not equal to the period or a multiple of the period of the periodic current of the switched by means of mechanical Druckele ⁇ ment Current path is.
  • Current of the switched by means of the mechanical switching element ⁇ th current path is preferably between 5 milliseconds and 32 milliseconds, especially between 15 milliseconds and 22 milliseconds.
  • the mechanical switching element is an electromechanical switching element, in particular an electromagnetic switching ⁇ element.
  • An electromagnetic switching element is example ⁇ a relay or a contactor.
  • the control signal is in particular a signal for unstoffba ⁇ ren opening or closing of the mechanical switching element.
  • the switching signal is in particular a signal for unstoffba ⁇ ren opening or closing of the mechanical switching element.
  • FIG 2 shows a representation of a time profile of the output of a first and second switching signal for a switching element of the switching device of FIG 1 in relation to a reception of the first and second control signal.
  • the electrical switching device 1 shows a schematic representation of an electrical switching device 1.
  • the electrical switching device 1 comprises a processing unit 2, a mechanical switching element 3, ei ⁇ ne current path 9, a control input 6, an input-side connection point 7 and an output-side connection point 8.
  • the current path 8 is guided over the mechanical switching element 3, so that by means of the switching element 3, the electrically conductive connection between the input-side and output-side connection point 7.8 open and can be closed.
  • To open the electrically conductive connection movably mounted contacts of the Wennele ⁇ Mentes 3 are lifted from fixed contacts of the switching element 3 (the switching element is opened).
  • the mechanical switching element 3 is an elekt ⁇ romagneticians relay in this embodiment.
  • the processing ⁇ unit 2 is for opening or closing of the switching element 3, a characteristic switching signal to the switching element 3 from.
  • the switching device 1 is connected via the input-side Anschlußstel ⁇ le 7 with a supply network.
  • the output-side connection point 8 is connected to a load 11 (here an electric motor).
  • the power supply of the consumer 11 is thus guided via the switching device 1 and can be controlled by means of the processing unit 2.
  • the switching device 1 is in particular a soft-starting device for the electric motor.
  • control signal generator 12 can output a control signal to the switching device 1 and in particular to the processing unit 2.
  • the control signal generator 12 is in particular a controller (for example programmable logic controller, in short:
  • the control signal generator may provide a control signal for opening or closing the switching element 3 to the switching device 1 from ⁇ .
  • the electrically conductive connection between the input-side and output-side connection point 7, 8 is interrupted so that the power supply via the current path 9 to the load 11 is prevented.
  • 2 shows a representation of a time profile of the output of a first and second switching signal 5.55 for a switching element 3 of the switching device 1 of FIG 1 in relation to ei ⁇ nem received first and second control signal 4.
  • About a timeline 10 is the time course of output of the f th ⁇ and second switching signal 5.55 to the same switching element 3 of the switching device 1 with respect to a received first and second control signal by the processing unit 4.44
  • the first and second control signals 4, 44 are a signal for opening the contacts of the switching element 3 to the
  • the first and second switching signal 5,55 is a signal for opening the contacts of the switching element 3 by the integrated cookedsein ⁇ 2.
  • the first and second control signals 4.44 and 5.55 is not simultaneously switching signal received from the switching device 1, but offset in time.
  • between the cycle of the first control signal 4 and the first switching signal 5 and the cycle of the second control signal 44 and second switching signal 55 is another cycle of a control signal and switching signal by means of which the contacts of the switching element
  • the output duration for converting the first control signal 4 by the processing unit 2 is the time period between the time ⁇ of receiving the first control signal 4 by the processing unit 2 and the time T2 of outputting the first switching signal 5 to the switching element 3 by the processing unit 2.
  • the Ausga ⁇ regrettable the processing unit 2 is thus the time between ⁇ and T 2.
  • the processing unit receives Processing unit 2, the second control signal 44 (opening of the switching elements ⁇ 3) at time ⁇ .
  • the processing unit 2 then outputs the second switching signal 55 to the mechanical switching element 3 in terms of time, so that the switching element 3 opens its contacts.
  • the output duration for converting the second control signal 44 by the processing unit 2 is the time period between the time ⁇ of receiving the second control signal 44 by the processing unit 2 until time 2 of outputting the first switching signal 5 to the switching element 3 by the processing unit 2.
  • the output duration The processing unit 2 is thus the time ⁇ span between ⁇ and T3.
  • Time 2 of outputting the first switching signal 5 to the switching element 3 by the processing unit 2 is against ⁇ over the output duration from the time ⁇ of receiving the second control signal 44 by the processing unit 2 to time 3 of outputting the second switching signal 55 to the switching element 3 by the processing unit 2 un ⁇ different.
  • the processing unit 2 selectively varied, the output duration of a same switching signal are received, ⁇ 5.55 with respect to a same control signal antigenic 4.44.
  • Switching signal 55 with respect to the output duration of the first shutter signal 5 is the difference between the time periods from ⁇ to T 3 and Ti to T 2 .
  • the output duration for a the same switching signal 5.55 is changed only after an output of a plurality of scarf signals 5.55 by the processing unit.
  • the output of switching signals 5.55 occurs at the same switching element by the processing unit 2 with ⁇ means of a plurality of different output times.
  • the signal at the control input 6 is integrated in the cookedsein- 2, in particular in the firmware of the switching device 1, ver delay ⁇ . This results in a synchronous control of the switching device 1 via the control input 6 that the
  • Switching element 3 of the switching device 1 performs no synchronous switching, so that no one-sided wear of the contacts of the switching element 3 is caused.
  • the synchronicity is remedied by the fact that the time between the arrival of the control signal 4.44 and the resulting switching operation on the switching element 3 by the processing unit 2 va ⁇ riiert. Due to the alternating delay time of the switch-on or switch-off (by the switching signal) are the
  • the execution of the delay can be realized in various ways in the switching device 1.
  • the delay may e.g.
  • the delay ⁇ is generated by a random 2 3, wherein the ver ⁇ ursachte delay ⁇ 2 3 is preferably greater than 0 seconds and less of the period duration of the current on the current path.
  • the processing unit 2 receives this offset in time from the remote control signal generator 12 includes first and second control signal 4.44 to close the switching element 3.
  • the processing unit 2 is configured such that the output time from the time of receiving the first control signal 4 by the proces ⁇ processing unit 2 until the time of outputting the first switching signal 5 (signal to close the switching element 3) to the switching element 3 by the processing unit 2 ge ⁇ geninate the output time from the time of receiving the second control signal 44 from the processing unit 2 until the time of outputting the second switching signal 55 (signal for closing the switching element 3) to the element 3 Kunststoffele ⁇ by the processing unit 2 is different.
  • the control signal 4, 44 and switching signal 5, 55 are each characterized by the change between a high level and a low level.
  • the switching device 1 may also comprise a plurality of switching elements 3, in which the control of the individual switching elements 3 may be analogous to the above method.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltgerät (1) mit einer Verarbeitungseinheit (2) und einem mechanischen Schaltelement (3) sowie ein Verfahren zum Ansteuern des mechanischen Schaltelements (3) des elektrischen Schaltgeräts (1). Um die Lebensdauer eines elektrischen Schaltgeräts (1) mit einem mechanischen Schaltelement (3) zu verlängern wird vorgeschlagen, dass die Verarbeitungseinheit (2) derart ausgebildet ist, dass die Ausgabedauer vom Zeitpunkt eines Empfangens eines Steuersignals (4, 44) bis zum Zeitpunkt des Ausgebens eines Schaltsignals (5, 55) an das mechanische Schaltele- ment (3) bei empfangenen gleichen Steuersignalen (4, 44) variiert wird.

Description

Beschreibung
Elektrisches Schaltgerät Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltgerät mit einer Verarbeitungseinheit und einem mechanischen Schaltelement so¬ wie ein Verfahren zum Ansteuern des mechanischen Schaltelements des elektrischen Schaltgeräts. Das elektrische Schalt¬ gerät ist insbesondere ein Schaltgerät im Bereich der Nieder- spannungsschalttechnik.
Elektronische Schaltgeräte dienen dem Schalten von Wechsel- und Drehstromverbrauchern und enthalten hierfür meist mechanische Schaltelemente. Wird mittels des Schaltgerätes ein dreiphasiger Verbraucher gesteuert, so wird über das Schalt¬ gerät die Energiezufuhr des Verbrauchers geführt. Hierfür um- fasst das Schaltgerät drei Strombahnen, welche jeweils min¬ destens ein mechanisches Schaltelement umfassten. Mittels des Schaltelements kann die Energiezufuhr zu dem nachgeschalteten Verbraucher, durch Öffnen oder Schließen des Schaltelements geregelt werden. Über einen Steuereingang des Schaltgeräts kann die Ansteuerung der Schaltelemente erfolgen. Empfängt das Schaltgerät ein Steuersignal über den Steuereingang, so öffnet bzw. schließt das Schaltgerät in Abhängigkeit des Steuersignals die mechanischen Schaltelemente. Zum Öffnen des mechanischen Schaltelements werden beweglich gelagerte Kontakte des mechanischen Schaltelements von den feststehenden Kontakten des Schaltelements räumlich getrennt (beabstandet) . Zum Schließen des mechanischen Schaltelements werden die be- weglich gelagerten Kontakte mit den feststehenden Kontakten kontaktiert, so dass eine elektrisch leitende Verbindung zwi¬ schen den feststehenden und beweglich gelagerten Kontakten des Schaltelements vorliegt. Es wurde festgestellt, dass bei derartigen Schaltgeräten teilweise der Kontaktverschleiß der Schaltelemente nicht auf alle Kontakte des Schaltelements gleichmäßig verteilt ist, sondern einzelne Kontakte dauerhaft beansprucht wurden und somit sehr schnell verschlissen sind.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Lebensdauer ei- nes elektrischen Schaltgeräts mit einem mechanischen Schaltelement zu verlängern. Insbesondere soll der Kontaktver¬ schleiß an den Kontakten des Schaltelements verringert wer¬ den. Ferner soll ein Verfahren zum verbesserten Betreiben eines derartigen Schaltgeräts ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß An¬ spruch 1, d.h. durch ein elektrisches Schaltgerät mit einer Verarbeitungseinheit und einem mechanischen Schaltelement, wobei die Verarbeitungseinheit aufgrund eines empfangenen Steuersignals ein Schaltsignal an das mechanische Schaltele¬ ment ausgeben kann, wobei die Verarbeitungseinheit derart ausgebildet ist, dass die Ausgabedauer vom Zeitpunkt des Emp¬ fangens des Steuersignals bis zum Zeitpunkt des Ausgebens des Schaltsignals an das mechanische Schaltelement bei empfange- nen gleichen Steuersignalen variiert wird, und ein Verfahren gemäß Anspruch 6, d.h. durch ein Verfahren zum Ansteuern eines mechanischen Schaltelements eines elektrischen Schaltge¬ räts, mit folgenden Schritten: Empfangen eines erstes Steuersignals mittels einer Verarbeitungseinheit des elektrischen Schaltgeräts und daraufhin Ausgeben eines ersten Schaltsig¬ nals an das mechanische Schaltelement, Empfangen eines zwei¬ ten Steuersignals mittels der Verarbeitungseinheit und dar¬ aufhin zeitlich beeinflusstes Ausgeben eines zweiten Schaltsignals an das mechanische Schaltelement, so dass die Ausga- bedauer vom Zeitpunkt des Empfangens des ersten Steuersignals bis zum Zeitpunkt des Ausgebens des ersten Schaltsignals an das Schaltelement gegenüber der Ausgabedauer vom Zeitpunkt des Empfangens des zweiten Steuersignals bis zum Zeitpunkt des Ausgebens des zweiten Schaltsignals an das Schaltelement unterschiedlich ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 5 angegeben. Die Verarbeitungseinheit kann aufgrund eines empfangenen Steuersignals ein Schaltsignal an das mechanische Schaltele¬ ment ausgeben, so dass das mechanische Schaltelement darauf¬ hin seine Kontakte schaltet (öffnet oder schließt) . Die Aus- gabedauer ist die Dauer vom Zeitpunkt des Empfangens des Steuersignals durch die Verarbeitungseinheit bis zum Zeit¬ punkt des Ausgebens des zugehörigen Schaltsignals an das me¬ chanische Schaltelement durch die Verarbeitungseinheit. Vorzugsweise variiert die Verarbeitungseinheit bei Vorliegen gleicher Steuersignale durch die Ausgabedauer der zugehörigen Schaltsignale untereinander.
Durch das erste und zweite Steuersignal erfolgt vorzugsweise lediglich ein Befehl zum sofortigen Öffnen oder Schließen der Kontakte des Schaltelements an die Verarbeitungseinheit.
Die Ausgabedauer für das erste Schaltsignal ist gegenüber der Ausgabedauer für das zweite Schaltsignal, welches insbesonde- re gleich dem ersten Schaltsignal ist, unterschiedlich.
Die Verarbeitungseinheit kann bei Vorliegen eines gleichen Steuersignals das Schaltsignal an dasselbe Schaltelement zeitlich versetzt in Bezug zum jeweiligen Zeitpunkt des Emp- fangs des Steuersignals ausgeben, so dass das erste Schalt¬ signal gegenüber dem zweiten Schaltsignal eine unterschiedli¬ che Ausgabedauer aufweist.
Bei der Ansteuerung eines Schaltgerätes kann es in Abhängig- keit des Anwendungsfalls des Schaltgerätes vorkommen, dass dessen Schaltelement immer im gleichen Takt geschaltet wird. Ein synchrones Steuersignal führt durch die üblicherweise im¬ mer gleiche Verarbeitungszeit der Verarbeitungseinheit des Schaltgerätes zum netzsynchronen Betätigen des mechanischen Schaltelements. Erfolgt dieser Schaltvorgang phasensynchron zum Wechsel- oder Drehstromnetz, so kann dies dazu führen, dass bei dem Schaltgerät der Kontaktverschleiß nicht auf alle Kontakte des Schaltelements gleichmäßig verteilt ist, sondern einzelne Kontakte dauerhaft beansprucht werden und somit sehr schnell verschleißen. Fällt das Kontaktschließen oder -öffnen des Schaltelements immer in die gleiche Halbwelle (z.B. in die positive) , so tritt zusätzlich eine Wanderung des Kon- taktmaterials (Migration) auf. Damit verliert eine Seite des Kontakts des Schaltelements das Kontaktmaterial und kann frü¬ her verschweißen. Dies wirkt sich negativ auf die Lebensdauer des Schaltgeräts aus. Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, dass ein netzsynchrones Schalten des mechanischen Schaltelements durch die zeitlich variierte Ausgabe des Schaltsignals in Be¬ zug zum Zeitpunkt des Empfangens des Steuersignals durch die Verarbeitungseinheit vermieden wird. Der mechanische Ver- schleiß der Kontakte des mechanischen Schaltelements kann hierdurch reduziert werden, so dass die Lebensdauer des
Schaltgeräts verlängert wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst das Schaltgerät einen Steuereingang mittels welchem das elektrische Schaltgerät das Steuersignal empfangen kann. Der Steuereingang ist insbesondere von außen zugänglich am
Schaltgerät angeordnet, so dass über den Steuereingang eine elektrisch leitende Kontaktierung, insbesondere für eine ex- terne Leitung, zum Schaltgerät herstellbar ist. Über den Steuereingang kann das Schaltgerät vorzugsweise mit einer Steuerung (z.B. SPS) verbunden werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst das Schaltgerät eine eingangsseitige und eine aus- gangsseitige Anschlussstelle, wobei das mechanische Schalt¬ element eine im Geräteinneren geführte elektrisch leitende Verbindung zwischen der eingangsseitigen und ausgangsseitigen Anschlussstelle öffnen und schließen kann. Mittels des mecha- nischen Schaltelements kann somit eine durch die Vorrichtung geführte Strombahn geschaltet werden. Über diese Strombahn erfolgt insbesondere die Energiezufuhr eines nachgeschalteten Verbrauchers . Wird über das Schaltgerät ein dreiphasiger Verbraucher gesteuert, so umfasst das Schaltgerät vorzugsweise drei Strom¬ bahnen, welche jeweils ein mechanisches Schaltelement umfas¬ sen. Die Ansteuerung der Schaltelemente durch die Verarbei- tungseinheit erfolgt analog zum beschrieben Verfahren, d.h. die Ausgabedauer für zwei Schaltsignale an dasselbe mechani¬ sche Schaltelement kann untereinander variieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das elektrische Schaltgerät ein Motorstarter oder ein Sanftstarter .
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Verarbeitungseinheit das Ausgeben von Schaltsignalen an dasselbe mechanische Schaltelement verzögern, so dass eine durch die Verarbeitungseinheit herbeigeführte Verzögerung ΔΤ23 größer als 0 Sekunden und kleiner als die Periodendauer des Stroms der mittels des mechanischen Schaltelements ge¬ schalteten Strombahn ist. Die Periodendauer des Stroms der mittels des mechanischen Schaltelements geschalteten Strombahn liegt vorzugsweise zwischen 5 Millisekunden und 32 Millisekunden, insbesondere zwischen 15 Millisekunden und 22 Millisekunden . Die Verzögerung ist die Differenz der Ausgabedauer eines ersten Schaltsignals gegenüber der Ausgabedauer eines zweiten, insbesondere dem ersten Schaltsignal gleichen, Schaltsignals an dasselbe mechanische Schaltelement. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Verarbeitungseinheit das Ausgeben von Schaltsignalen an dasselbe mechanische Schaltelement verzögern, so dass eine durch die Verarbeitungseinheit herbeigeführte Verzögerung ΔΤ23 ungleich der Periodendauer oder ein Vielfaches der Peri- odendauer des Stroms der mittels des mechanischen Schaltele¬ ments geschalteten Strombahn ist. Die Periodendauer des
Stroms der mittels des mechanischen Schaltelements geschalte¬ ten Strombahn liegt vorzugsweise zwischen 5 Millisekunden und 32 Millisekunden, insbesondere zwischen 15 Millisekunden und 22 Millisekunden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das mechanische Schaltelement ein elektromechanisches Schaltelement, insbesondere ein elektromagnetisches Schalt¬ element. Ein elektromagnetisches Schaltelement ist beispiels¬ weise ein Relais oder ein Schütz.
Das Steuersignal ist insbesondere ein Signal zum unmittelba¬ ren Öffnen oder Schließen des mechanischen Schaltelements. Das Schaltsignal ist insbesondere ein Signal zum unmittelba¬ ren Öffnen oder Schließen des mechanischen Schaltelements.
Im Folgenden werden die Erfindung und Ausgestaltungen der Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
FIG 1 eine schematische Darstellung eines elektrischen
Schaltgeräts, und
FIG 2 eine Darstellung eines zeitlichen Verlaufs der Ausgabe eines ersten und zweiten Schaltsignals für ein Schaltelement des Schaltgerätes der FIG 1 in Bezug zu einem Empfang des ersten und zweiten Steuersignals .
FIG 1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Schaltgeräts 1. Das elektrische Schaltgerät 1 umfasst eine Verarbeitungseinheit 2, ein mechanisches Schaltelement 3, ei¬ ne Strombahn 9, einen Steuereingang 6, eine eingangsseitige Anschlussstelle 7 und eine ausgangsseitige Anschlussstelle 8. Die eingangsseitige Anschlussstelle 7 ist mit der ausgangs¬ seitigen Anschlussstelle 8 über die Strombahn 9 elektrisch leitend verbunden. Die Strombahn 8 ist über das mechanische Schaltelement 3 geführt, so dass mittels des Schaltelements 3 die elektrisch leitende Verbindung zwischen der eingangssei- tigen und ausgangsseitigen Anschlussstelle 7,8 geöffnet und geschlossen werden kann. Zum Öffnen der elektrisch leitenden Verbindung werden beweglich gelagerte Kontakte des Schaltele¬ mentes 3 von feststehenden Kontakten des Schaltelementes 3 abgehoben (das Schaltelement wird geöffnet) . Das mechanische Schaltelement 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein elekt¬ romagnetisches Relais. Die Ansteuerung des Schaltelements 3 erfolgt über die Verarbeitungseinheit 2. Die Verarbeitungs¬ einheit 2 gibt zum Öffnen oder Schließen des Schaltelements 3 ein charakteristisches Schaltsignal an das Schaltelement 3 aus.
Das Schaltgerät 1 ist über die eingangsseitige Anschlussstel¬ le 7 mit einem Versorgungsnetz verbunden. Die ausgangsseitige Anschlussstelle 8 ist mit einem Verbraucher 11 (hier ein Elektromotor) verbunden. Die Energieversorgung des Verbrauchers 11 ist somit über das Schaltgerät 1 geführt und kann mittels der Verarbeitungseinheit 2 gesteuert werden. Das Schaltgerät 1 ist insbesondere ein Sanftanlaufgerät für den Elektromotor .
Über den Steuereingang 6 kann ein dezentral zum Schaltgerät 1 angeordneter Steuersignalgeber 12 ein Steuersignal an das Schaltgerät 1 und insbesondere an dessen Verarbeitungseinheit 2 ausgeben. Der Steuersignalgeber 12 ist insbesondere eine Steuerung (z.B. speicherprogrammierbare Steuerung, kurz:
SPS) . Der Steuersignalgeber kann ein Steuersignal zum Öffnen oder Schließen des Schaltelements 3 an das Schaltgerät 1 aus¬ geben . Empfängt die Verarbeitungseinheit 2 von dem Steuersignalgeber 12 ein Steuersignal (z.B. zum Öffnen des Schaltelements 3), so gibt die Verarbeitungseinheit 2 ein entsprechendes Schalt¬ signal an das Schaltelement 3 aus, so dass dieses seine Kon¬ takte öffnet. Die elektrisch leitende Verbindung zwischen der eingangsseitigen und ausgangsseitigen Anschlussstelle 7,8 wird unterbrochen, so dass die Energiezufuhr über die Strombahn 9 zum Verbraucher 11 unterbunden wird. FIG 2 zeigt eine Darstellung eines zeitlichen Verlaufs der Ausgabe eines ersten und zweiten Schaltsignals 5,55 für ein Schaltelement 3 des Schaltgerätes 1 der FIG 1 in Bezug zu ei¬ nem empfangenen ersten und zweiten Steuersignal 4. Über einen Zeitstrahl 10 ist der zeitliche Verlauf der Ausgabe des ers¬ ten und zweiten Schaltsignals 5,55 an dasselbe Schaltelement 3 des Schaltgerätes 1 in Hinblick auf ein empfangenes erstes und zweites Steuersignals 4,44 durch die Verarbeitungseinheit
2 dargestellt. Das erste und zweite Steuersignal 4,44 ist ein Signal zum Öffnen der Kontakte des Schaltelements 3 an die
Verarbeitungseinheit 2 durch einen Steuersignalgeber 12. Das erste und zweite Schaltsignal 5,55 ist ein Signal zum Öffnen der Kontakte des Schaltelements 3 durch die Verarbeitungsein¬ heit 2. Das erste und zweite Steuersignal 4,44 und Schaltsig- nal 5,55 wird nicht gleichzeitig vom Schaltgerät 1 empfangen, sondern zeitlich versetzt. Insbesondere liegt zwischen dem Zyklus des ersten Steuersignal 4 und des ersten Schaltsignals 5 und dem Zyklus des zweiten Steuersignals 44 und zweiten Schaltsignals 55 ein weiterer Zyklus eines Steuersignals und Schaltsignal mittels welchem die Kontakte des Schaltelements
3 geschlossen werden.
Empfängt die Verarbeitungseinheit 2 das erste Steuersignal 4 (Öffnen des Schaltelements 3) zum Zeitpunkt ΪΊ so gibt die Verarbeitungseinheit 2 das erste Schaltsignal 5 an das mecha¬ nische Schaltelement 3 aus, so dass das Schaltelement 3 seine Kontakte öffnet. Die Ausgabedauer zum Umsetzen des ersten Steuersignals 4 durch die Verarbeitungseinheit 2 ist die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt ΪΊ des Empfangens des ers- ten Steuersignals 4 durch die Verarbeitungseinheit 2 bis zum Zeitpunkt T2 des Ausgebens des ersten Schaltsignals 5 an das Schaltelement 3 durch die Verarbeitungseinheit 2. Die Ausga¬ bedauer der Verarbeitungseinheit 2 ist somit die Zeitspanne zwischen ΪΊ und T2.
Soll das Schaltelement 3 in einem nachgeschalteten Schaltvorgang erneut geöffnet werden (d.h. das Schaltelement 3 wurde in der Zwischenzeit geschlossen) , so empfängt die Verarbei- tungseinheit 2 das zweite Steuersignal 44 (Öffnen des Schalt¬ elements 3) zum Zeitpunkt ΤΊ. Die Verarbeitungseinheit 2 gibt daraufhin zeitlich beeinflusst das zweite Schaltsignals 55 an das mechanische Schaltelement 3 aus, so dass das Schaltele- ment 3 seine Kontakte öffnet. Die Ausgabedauer zum Umsetzen des zweiten Steuersignals 44 durch die Verarbeitungseinheit 2 ist die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt ΤΊ des Empfangens des zweiten Steuersignals 44 durch die Verarbeitungseinheit 2 bis zum Zeitpunkt 2 des Ausgebens des ersten Schaltsignals 5 an das Schaltelement 3 durch die Verarbeitungseinheit 2. Die Ausgabedauer der Verarbeitungseinheit 2 ist somit die Zeit¬ spanne zwischen ΤΊ und T3.
Die Ausgabedauer vom Zeitpunkt ΤΊ des Empfangens des ersten Steuersignals 4 durch die Verarbeitungseinheit 2 bis zum
Zeitpunkt 2 des Ausgebens des ersten Schaltsignals 5 an das Schaltelement 3 durch die Verarbeitungseinheit 2 ist gegen¬ über der Ausgabedauer vom Zeitpunkt ΤΊ des Empfangens des zweiten Steuersignals 44 durch die Verarbeitungseinheit 2 bis zum Zeitpunkt 3 des Ausgebens des zweiten Schaltsignals 55 an das Schaltelement 3 durch die Verarbeitungseinheit 2 un¬ terschiedlich.
Die Verarbeitungseinheit 2 variiert gezielt die Ausgabedauer eines gleichen Schaltsignals 5,55 hinsichtlich eines empfan¬ genen gleichen Steuersignals 4,44.
Die durch die Verarbeitungseinheit 2 gezielt herbeigeführte Verzögerung ΔΤ23 bezüglich der Ausgabedauer des zweiten
Schaltsignals 55 gegenüber der Ausgabedauer des ersten Schalsignals 5 ist die Differenz zwischen den Zeitspannen von ΤΊ bis T3 und Ti bis T2.
Das Variieren der Ausgabedauer eines gleichen Schaltsignals 5,55 hinsichtlich eines empfangenen gleichen Steuersignals
4,44 erfolgt vorzugsweise für das auf das erste Schaltsignal 5 folgende gleiche Schaltsignal 55 an dasselbe Schaltelement. Es ist jedoch ebenso denkbar, dass die Ausgabedauer für ein gleiches Schaltsignal 5,55 erst nach einer Ausgabe mehrerer Schalsignale 5,55 durch die Verarbeitungseinheit verändert wird . Vorzugsweise erfolgt die Ausgabe von Schaltsignalen 5,55 an dasselbe Schaltelement durch die Verarbeitungseinheit 2 mit¬ tels mehreren unterschiedlichen Ausgabedauern.
Das Signal am Steuereingang 6 wird in der Verarbeitungsein- heit 2, insbesondere in der Firmware des Schaltgeräts 1, ver¬ zögert. Dadurch resultiert bei einer synchronen Ansteuerung des Schaltgerätes 1 über den Steuereingang 6, dass das
Schaltelement 3 des Schaltgerätes 1 kein synchrones Schalten vollzieht, so dass kein einseitiger Verschleiß der Kontakte des Schaltelements 3 verursacht wird. Die Synchronität wird dadurch behoben, dass die Zeit zwischen dem Eintreffen des Steuersignals 4,44 und dem daraus resultierenden Schaltvorgang am Schaltelement 3 durch die Verarbeitungseinheit 2 va¬ riiert wird. Durch die abwechselnde Verzögerungszeit des Ein- bzw. Abschaltvorgangs (durch das Schaltsignal) werden die
Kontakte immer in einer anderen Phasenlage des Stroms auf der Strombahn 9 geschalten und somit ein synchrones Schalten vermieden . Es ist dabei ausreichend die Verzögerungszeit innerhalb einer Periode des Stroms auf der Strombahn 9 zu variieren.
Die Ausführung der Verzögerung kann auf verschiedene Art im Schaltgerät 1 realisiert sein. Die Verzögerung kann z.B.
durch zwei oder mehrere sich abwechselnde Ausgabedauern zur Ausgabe eines Schaltsignals an dasselbe Schaltelement 3 rea¬ lisiert werden. Ebenso ist es denkbar, dass die Verzögerung Δ 23 über einen Zufallsgenerator erzeugt wird, wobei die ver¬ ursachte Verzögerung ΔΤ23 vorzugsweise größer 0 Sekunden und kleiner der Periodendauer des Stroms auf der Strombahn 8 ist.
Trotz synchronem Ansteuern des Schaltgerätes 1 über seinen Steuereingang 6 wird ein synchrones Schalten der mechanischen Kontakte des Schaltelements 3 vermieden. Die Vorteile des un¬ terschiedlich verzögerten Einschaltens bzw. Ausschaltens des Schaltelements 3 sind insbesondere die erhöhte Lebensdauer der mechanischen Kontakte des Schaltelements 3 und die hier- durch ermöglichte höhere Schalthäufigkeit des elektronischen Schaltgerätes 1.
Es versteht sich von selbst, dass zusätzlich oder alternativ zum obigen Verfahren, das Schließen des Schaltelements 3 ana- log zum obigen Verfahren erfolgen kann. Die Verarbeitungseinheit 2 empfängt hierbei zeitlich versetzt von dem dezentralen Steuersignalgeber 12 ein erstes und zweites Steuersignal 4,44 zum Schließen des Schaltelements 3. Die Verarbeitungseinheit 2 ist derart ausgebildet, dass die Ausgabedauer vom Zeitpunkt des Empfangens des ersten Steuersignals 4 durch die Verarbei¬ tungseinheit 2 bis zum Zeitpunkt des Ausgebens des ersten Schaltsignals 5 (Signal zum Schließen des Schaltelements 3) an das Schaltelement 3 durch die Verarbeitungseinheit 2 ge¬ genüber der Ausgabedauer vom Zeitpunkt des Empfangens des zweiten Steuersignals 44 durch die Verarbeitungseinheit 2 bis zum Zeitpunkt des Ausgebens des zweiten Schaltsignals 55 (Signal zum Schließen des Schaltelements 3) an das Schaltele¬ ment 3 durch die Verarbeitungseinheit 2 unterschiedlich ist. Das Steuersignal 4,44 und Schaltsignal 5,55 wird jeweils durch den Wechsel zwischen einem High Pegel und einem Low Pegel charakterisiert.
Es versteht sich von selbst, dass das Schaltgerät 1 ebenso mehrere Schaltelemente 3 umfassen kann, bei welchen die An- steuerung der einzelnen Schaltelemente 3 anlog zum obigen Verfahren erfolgen kann.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrisches Schaltgerät (1) mit einer Verarbeitungsein¬ heit (2) und einem mechanischen Schaltelement (3), wobei die Verarbeitungseinheit (2) aufgrund eines empfangenen Steuer¬ signals (4,44) ein Schaltsignal (5,55) an das mechanische Schaltelement (3) ausgeben kann,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verarbeitungseinheit (2) derart ausgebildet ist, dass die Ausgabedauer vom Zeitpunkt des Empfangens des Steuersignals (4,44) bis zum Zeitpunkt des Ausgebens des Schaltsignals (5,55) an das mechanische Schaltelement (3) bei empfangenen gleichen Steuersignalen (4,44) variiert wird.
2. Elektrisches Schaltgerät (1) nach Anspruch 1, mit einem
Steuereingang (6), wobei das elektrische Schaltgerät (1) über den Steuereingang (6) das Steuersignal (4,44) empfangen kann.
3. Elektrisches Schaltgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer eingangsseitigen und einer ausgangssei- tigen Anschlussstelle (7,8), wobei das mechanische Schaltele¬ ment (3) eine im Geräteinneren geführte elektrisch leitende Verbindung (9) zwischen der eingangsseitigen und ausgangssei- tigen Anschlussstelle (7,8) öffnen und schließen kann.
4. Elektrisches Schaltgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinheit (2) das Ausgeben von Schaltsignalen (5,55) an dasselbe mechanische Schaltele¬ ment (3) verzögern kann, so dass eine durch die Verarbei- tungseinheit (2) herbeigeführte Verzögerung (ΔΤ23) größer als 0 Sekunden und kleiner als die Periodendauer des Stroms der mittels des mechanischen Schaltelements (3) geschalteten Strombahn (9) ist.
5. Elektrisches Schaltgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinheit (2) das Ausgeben von Schaltsignalen (5,55) an dasselbe mechanischen Schaltelement (3) verzögern kann, so dass eine durch die Verarbei- tungseinheit (2) herbeigeführte Verzögerung (ΔΤ23) ungleich der Periodendauer oder ein Vielfaches der Periodendauer des Stroms der mittels des mechanischen Schaltelements (3) ge¬ schalteten Strombahn (9) ist.
6. Verfahren zum Ansteuern eines mechanischen Schaltelements (3) eines elektrischen Schaltgeräts (1), mit folgenden
Schritten :
Empfangen eines ersten Steuersignals (4) mittels einer Verarbeitungseinheit (2) des elektrischen Schaltgeräts (1) und daraufhin ausgeben eines ersten Schaltsignals (5) an das mechanische Schaltelement (3) ,
Empfangen eines zweiten Steuersignals (44) mittels der Verarbeitungseinheit (2) und daraufhin zeitlich beein- flusstes Ausgeben eines zweiten Schaltsignals (55) an das mechanische Schaltelement (3) , so dass die Ausgabedauer vom Zeitpunkt des Empfangens des ersten Steuersignals (4) bis zum Zeitpunkt des Ausgebens des ersten Schaltsignals (5) an das Schaltelement (3) gegenüber der Ausgabedauer vom Zeitpunkt des Empfangens des zweiten Steuersignals
(44) bis zum Zeitpunkt des Ausgebens des zweiten Schalt¬ signals (55) an das Schaltelement (3) unterschiedlich ist.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990010942A1 (en) * 1989-03-06 1990-09-20 Sinvent A/S Method and apparatus for connecting or disconnecting an electrical load circuit
DE102005043895A1 (de) * 2005-09-14 2007-03-15 Siemens Ag Verfahren zum Betreiben eines elektromechanisch betätigten Schaltgerätes und nach diesem Verfahren betriebenes Schaltgerät
EP2068335A1 (de) * 2006-09-25 2009-06-10 Kabushiki Kaisha Toshiba Steuerung für offen/geschlossen eines unterbrecherschalters

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