WO2022122924A1 - Control device, system and method for controlling an electromechanical switch assembly - Google Patents

Control device, system and method for controlling an electromechanical switch assembly Download PDF

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WO2022122924A1
WO2022122924A1 PCT/EP2021/085005 EP2021085005W WO2022122924A1 WO 2022122924 A1 WO2022122924 A1 WO 2022122924A1 EP 2021085005 W EP2021085005 W EP 2021085005W WO 2022122924 A1 WO2022122924 A1 WO 2022122924A1
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switch
contact
control unit
energy
signal
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PCT/EP2021/085005
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Inventor
Bernhard Altmeier
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Rolls-Royce Solutions GmbH
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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
    • H01H9/541—Contacts shunted by semiconductor devices
    • H01H9/542—Contacts shunted by static switch means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2300/00—Orthogonal indexing scheme relating to electric switches, relays, selectors or emergency protective devices covered by H01H
    • H01H2300/018—Application transfer; between utility and emergency power supply

Definitions

  • the invention relates to a control device according to the preamble of claim 1 for controlling an electromechanical switch arrangement, in particular a hybrid contactor, the electromechanical switch arrangement having an electrical switch arrangement with at least one electrical control switch and a power supply and for connection to a load has, in particular for connection to an electric motor.
  • the invention also relates to a corresponding system for controlling an electromechanical switch arrangement with a power supply and the control device, and a method for controlling an electromechanical switch arrangement.
  • the invention provides for a control device for an electromechanical switching arrangement, in particular a hybrid contactor, having an electrical switching arrangement with at least one electrical control switch and a power supply and a mechanical switch for connection to a load, in particular to an electric motor, of the type mentioned at the outset Kind of a control unit that can be connected to the mechanical switch and to the electrical control switch and the power supply.
  • the load can be a compressor or an electric machine on a utility grid.
  • the mechanical switch here has a base contact and two changeover contacts, with one of the changeover contacts serving as a start switch contact and another of the changeover contacts serving as a destination switch contact, depending on the switching state.
  • the start switch contact is to be understood as the changeover contact that is contacted by the mechanical switch
  • the target switch contact is to be understood as that changeover contact that is not contacted by the mechanical switch.
  • the electrical control switch in particular a semiconductor switch, and the energy supply of the electrical switch arrangement are designed to provide bridging energy when switching over the mechanical switch.
  • the semiconductor switch is a MOSFET.
  • the semiconductor switch can also be a bipolar transistor.
  • the load is contacted via the base contact of the mechanical switch.
  • the changeover contacts make contact with different energy supply systems, so that the load can be supplied with energy via different systems.
  • control device is provided to receive a signal level of the target switching contact and to control generation of the bridging energy depending on the signal level at the target switching contact.
  • an energy supply in particular with an inverter and/or an energy store and/or a DC voltage supply, for generating bridging energy
  • the electrical control switch by receiving the electrical signal from the control unit. It is provided according to the invention that the generation of the bridging energy is controlled by the control unit depending on the signal level at the target switch contact, in particular the signal level at the start switch contact and the signal level at the target switch contact.
  • the generation of the bridging energy can be carried out more flexibly and more precisely in the event of changing requirements and thus also changing signal situations Target -switch contact- to be adjusted; In particular, as a result of changing signal positions at the target switching contact, arcing can be avoided when switching. In particular, based on knowledge of the signal position of the target switching contact, suitable bridging energy can be provided and introduced.
  • the control unit is preferably designed to also receive a signal position of the start switch contact and to control the generation of the bridging energy--advantageously in addition to depending on the signal position at the target switch contact— depending on the signal position at the start switch contact.
  • signal position is to be understood primarily as the level and phase of the signal.
  • the signal position of the base contact, the signal position of the start switch contact and/or the signal position of the target switch contact is therefore a phase profile for an alternating voltage or a voltage level.
  • control unit is designed to control the generation of the bridging energy by means of pulse width modulation; in particular, the control unit is designed to output a pulse width modulated control signal to an inverter.
  • pulse width modulation results in efficient operation as no more power is drawn from the power supply than necessary.
  • a high level of responsiveness and control accuracy can be achieved with pulse width modulation.
  • control device is designed to generate the control signal, with the control signal being present at the electrical control switch and/or at the power supply at the point in time at which the mechanical switch releases from the start switch contact.
  • the bridging energy can be provided at the respective point in time at which the mechanical switch releases from the start switch contact. This means that the connected load is not disconnected from the power supply.
  • the bridging energy for reaching the signal position at the target switching contact is advantageously provided within a switching time of the mechanical switch. The result of this is that the signal position, which was previously present at the base contact via the start switching contact, is adjusted to the signal position of the target switching contact by the bridging energy.
  • the electrical control switch is designed as a semiconductor switch, in particular as a transistor, to provide bridging energy when switching over the mechanical switch.
  • a transistor has the advantage that it can be operated as an on-off switch. When a zero signal is applied to the base of the transistor, it turns “OFF” and thus acts like an open switch. When a positive signal is applied to the base, it turns “ON” and acts like a closed switch.
  • transistors have a short switching time of up to less than a nanosecond. Such a short switching time allows the bridging energy to be provided quickly and flexibly.
  • the generation of the bridging energy is also dependent on the technical characteristics of the inverter.
  • the method provides for additional technical characteristics of a load connected to the switch arrangement to be taken into account when generating the bridging energy. The method preferably has the additional step:
  • FIG. IB functional units, shown schematically, of the control device of FIG. 1A;
  • FIG. 2 shows a basic functional diagram of a mechanical switch according to the prior art;
  • the electrical control switch 14.3 is also connected to an inverter 22.
  • the inverter 22 receives the control signal from the FPGA. With the help of the control signal, the inverter forms the bridging energy ÜE, which is made available to it by an energy store 24, possibly in the form of a battery.
  • FIG. 4 shows a flowchart of a preferred embodiment of a method 200 for controlling an electromechanical switch arrangement, here in the form of a hybrid contactor 10, with a control unit 50, which was explained above here in a preferred embodiment according to the concept of the invention.
  • the method 200 includes the steps:
  • the mechanical switch 12, the semiconductor switch 14.3, the inverter 22, the energy store 24 and the control unit 50 are already shown in FIG. 1A and have been made in connection with FIG. 1A described.
  • the rectifier bridge 26 with the diodes D1, D2, D3 and D4 supplies the energy store 24 with energy from an energy supply network.
  • the diodes D1, D2, D3 and D4 convert AC voltage into DC voltage.
  • the hybrid contactor 10 includes a mechanical switch 12 and two semiconductor switches 14.1, 14.2.
  • the mechanical switch 12 has a base contact 16 and two changeover contacts, a start switch contact 18 and a target switch contact 20 on.
  • the electric motor M is connected both to the base contact 16 and to a ground N via connections 34 .
  • the electric motor M is connected via the mechanical switch 12 and with one of the changeover contacts 18, 20 via mains connections 42 either to the power supply network PI or to the power supply network P2.
  • the base contact 16 and the changeover contacts 18, 20 each have a detection device DET1, DET2 and DET3.
  • the detection devices DET1, DET2 and DET3 each measure the signal position k0, kl or k3 which is present at the corresponding contact.
  • a control unit 50 here an FPGA, controls the generation and provision of bridging energy.
  • the control unit 50 is designed to calculate the necessary bridging energy and to generate a corresponding control signal when the mechanical switch 12 switches over.
  • the control unit 50 is further designed to output the present pulse width modulated control signal to the inverter 22 .
  • the inverter 22 forms the bridging energy, which is pre-stored by the energy store 24, in accordance with the control signal.
  • the bridging energy is transferred to the electric motor M during the switching of the mechanical switch 12 via a ferrite coil 30 with an overvoltage protection device 40 and the electrical control switch 14.3
  • DET1, DET2, DET3 detection device kO signal level at the base contact kl signal level at the start switch contact k2 signal level at the target switch contact

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)
  • Relay Circuits (AREA)

Abstract

The invention relates to a control device (50) for controlling an electromechanical switch assembly (10), in particular of a hybrid contactor, the electromechanical switch assembly (10) comprising an electrical switch assembly (11) having at least one electrical control switch (14.3) and a power supply, and comprising a mechanical switch (12) for connecting to a load, in particular for connecting to an electric motor (M), wherein - the mechanical switch (12) has a base contact (16) and changeover contacts, one of the changeover contacts being used as a starting switching contact (18) and another of the changeover contacts being used as a target switching contact (20), depending on the changeover state, and - the electrical control switch (14.3) and the power supply of the electrical switch assembly are designed to provide bridging power (ÜE) when switching the mechanical switch (12), wherein - the control device (50) can be connected to the mechanical switch (12) and to the electrical control switch (14.3) and the power supply of the electromechanical switch assembly (10). According to the invention, the control device (50) is designed to receive a signal layer (k2) of the target contact (20) and to control generation of the bridging power (ÜE) depending on the signal layer (k2) at the target switching contact (20).

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Steuergerät, System und Verfahren zur Steuerung einer elektro-mechanischen Schalteranordnung Controller, system and method for controlling an electro-mechanical switch assembly
Die Erfindung betrifft ein Steuergerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Steuerung einer elektro-mechanischen Schal teranordnung, insbesondere eines Hybridschützes, wobei die elektro-mechanische Schal teranordnung eine elektrische Schal teranordnung mit mindestens einem elektrischen Steuerschalter und einer Energieversorgung aufweist und zur Anbindung an eine Last aufweist, insbesondere zur Anbindung an einen Elektromotor aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein entsprechendes System zur Steuerung einer elektro-mechanischen Schalteranordnung mit einer Energieversorgung und dem Steuergerät sowie ein Verfahren zum Steuern einer elektro-mechanischen Schalteranordnung. The invention relates to a control device according to the preamble of claim 1 for controlling an electromechanical switch arrangement, in particular a hybrid contactor, the electromechanical switch arrangement having an electrical switch arrangement with at least one electrical control switch and a power supply and for connection to a load has, in particular for connection to an electric motor. The invention also relates to a corresponding system for controlling an electromechanical switch arrangement with a power supply and the control device, and a method for controlling an electromechanical switch arrangement.
Ein Steuergerät zur Steuerung einer elektro-mechanischen Schalteranordnung, insbesondere eines Hybridschützes, zur Anbindung an eine Last, insbesondere an einen Elektromotor ist insofern bekannt, dass ein an sich bekanntes Hybridschütz einen mechanischen Schalter und mindestens einen Halbleiterschalter aufweist. Der mechanische Schalter weist einen Basiskontakt und zwei Umschaltkontakte auf. Der Halbleiterschalter ist zum Bereitstellen einer Überbrückungsenergie beim Umschalten ausgebildet ist. EI an sich bekanntes System zur Bereitstellung einer Überbrückungsenergie weist einen Halbleiterschalter und eine Energieversorgung auf. A control device for controlling an electromechanical switch arrangement, in particular a hybrid contactor, for connection to a load, in particular to an electric motor, is known in that a hybrid contactor known per se has a mechanical switch and at least one semiconductor switch. The mechanical switch has a base contact and two changeover contacts. The semiconductor switch is designed to provide bridging energy when switching over. A system known per se for providing bridging energy has a semiconductor switch and an energy supply.
Ein solches eingangs genanntes System ist grundsätzlich bekannt aus DE 102 01467 Al, in welcher das System ein Hybrid-Schütz mittels eines Steuergerätes dahingehend steuert, dass ein Wechselstrommotor wahlweise im Direktanlaufmodus oder im Sanftanlaufmodus anlaufen kann; das System steuert also das Hybrid-Schütz im Hinblick auf eine Auswahlschaltvorrichtung betreffend den Modus der Anwendung, d.h. hier des Motors. Das Hybrid-Schütz ist durch die Steuerung in der Lage, einen Stoßstrom zu absorbieren und die Lichtbogenerzeugung im Anfangsstadium des Anlaufs im Direktanlaufmodus zu begrenzen. Eine Lichtbogenerzeugung kann jedoch auch dadurch nicht vollständig vermieden werden. Wünschenswert ist es, allgemein für ein Hybrid-Schütz, Stromstöße und Lichtbogenerzeugung in nochmals verbesserter Weise zu vermeiden. Such a system mentioned at the outset is known in principle from DE 102 01467 A1, in which the system controls a hybrid contactor by means of a control device such that an AC motor can start up either in direct start mode or in soft start mode; the system therefore controls the hybrid contactor with a view to selecting a switching device according to the mode of application, ie in this case the motor. The hybrid contactor is able to absorb a surge current and limit arc generation at the initial stage of starting in direct-on-line mode by controlling. However, even this cannot completely prevent arcing. It is desirable, generally for a hybrid contactor, to avoid current surges and arc generation in an even better way.
An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, eine im Hinblick auf bekannte Steuerungssysteme für Hybrid-Schütze verbesserte Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen, insbesondere ein System zur Erzeugung einer Überbrückungsenergie und ein Steuergerät bereitzustellen - darin sollte eine Lichtbogenerzeugung praktisch nicht stattfinden können This is where the invention comes in, the object of which is to provide an improved device and a corresponding method with regard to known control systems for hybrid contactors, in particular to provide a system for generating bridging energy and a control device - in which an arc generation should practically not take place be able
Die Aufgabe wird betreffend die Vorrichtung gelöst durch ein Steuergerät gemäß Anspruch 1. The object is achieved with regard to the device by a control device according to claim 1.
Die Erfindung sieht bei einem Steuergerät zur einer elektro-mechani sehen Schal teranordnung, insbesondere eines Hybridschützes, aufweisend eine elektrische Schal teranordnung mit mindestens einem elektrischen Steuerschalter und einer Energieversorgung und einen mechanischen Schalter zur Anbindung an eine Last, insbesondere an einen Elektromotor, der eingangs genannten Art ein Steuergerät vor, das mit dem mechanischen Schalter und mit dem elektrischen Steuerschalter und der Energieversorgung verbindbar ist. Alternativ kann die Last ein Kompressor oder eine elektrische Maschine an einem Versorgungsnetz sein. The invention provides for a control device for an electromechanical switching arrangement, in particular a hybrid contactor, having an electrical switching arrangement with at least one electrical control switch and a power supply and a mechanical switch for connection to a load, in particular to an electric motor, of the type mentioned at the outset Kind of a control unit that can be connected to the mechanical switch and to the electrical control switch and the power supply. Alternatively, the load can be a compressor or an electric machine on a utility grid.
Der mechanische Schalter weist hierbei einen Basiskontakt und zwei Umschaltkontakte auf, wobei abhängig vom Umschaltzustand einer der Umschaltkontakte als ein Start- Schaltkontakt dient und ein anderer der Umschaltkontakte als ein Ziel-Schaltkontakt dient. Hierbei ist der Start- Schaltkontakt als derjenige Umschaltkontakt zu verstehen, der vom mechanischen Schalter kontaktiert ist und der Ziel -Schaltkontakt als deijenige Umschaltkontakt zu verstehen, nicht vom mechanischen Schalter kontaktiert ist. Der elektrische Steuerschalter, insbesondere einen Halbleiterschalter, und die Energieversorgung der elektrischen Schalteranordnung sind zum Bereitstellen einer Überbrückungsenergie beim Umschalten des mechanischen Schalters ausgebildet. Beispielsweise ist der Halbleiterschalter ein MOSFET. Alternativ kann der Halbleiterschalter auch ein Bipolar-Transistor sein. The mechanical switch here has a base contact and two changeover contacts, with one of the changeover contacts serving as a start switch contact and another of the changeover contacts serving as a destination switch contact, depending on the switching state. Here, the start switch contact is to be understood as the changeover contact that is contacted by the mechanical switch and the target switch contact is to be understood as that changeover contact that is not contacted by the mechanical switch. The electrical control switch, in particular a semiconductor switch, and the energy supply of the electrical switch arrangement are designed to provide bridging energy when switching over the mechanical switch. For example, the semiconductor switch is a MOSFET. Alternatively, the semiconductor switch can also be a bipolar transistor.
Das Steuergerät kann beispielsweise eine programmierbare Logik-Gatter-Anordnung (engl. Field Programmable Gate Array FPGA) sein. Mit einem solchen Steuergerät kann - anders als bei her- kömmlichen Steuerungen, Computern oder Micro-Kontrollern - die gewünschte Schaltungsstruktur programmiert werden, die vorgibt wie die Elemente des Steuergeräts verschaltet werden sollen. Vorteilhafterweise kann ein FPGA im Feld, d.h. vor Ort beim Anwender, programmiert werden. The control unit can be, for example, a programmable logic gate arrangement (Field Programmable Gate Array FPGA). With such a control unit - unlike conventional conventional controllers, computers or micro-controllers - the desired circuit structure can be programmed, which specifies how the elements of the control unit are to be interconnected. Advantageously, an FPGA can be programmed in the field, ie on site at the user's.
Über den Basiskontakt des mechanischen Schalters ist die Last kontaktiert. Die Umschaltkontakte kontaktieren unterschiedliche Energieversorgungssysteme, so dass die Last über unterschiedliche Systeme mit Energie versorgt werden kann. The load is contacted via the base contact of the mechanical switch. The changeover contacts make contact with different energy supply systems, so that the load can be supplied with energy via different systems.
Erfindungsgemäß ist das Steuergerät vorgesehen eine Signallage des Ziel -Schaltkontakts zu empfangen und eine Erzeugung der Überbrückungsenergie abhängig von der Signallage an dem Ziel -Schaltkontakt zu steuern. According to the invention, the control device is provided to receive a signal level of the target switching contact and to control generation of the bridging energy depending on the signal level at the target switching contact.
Mit der vorliegenden Erfindung ist somit eine Vorrichtung und ein Verfahren angegeben, mit dem, unter sachgerechter Steuerung, eine Überbrückungsenergie in verbesserter Weise bereitstellbar ist. Es kann eine elektro-mechanische Schalteranordnung, insbesondere ein Hybrid- Schütz, so gesteuert werden, dass die Überbrückungsenergie vergleichsweise schnell auf einen Signalverlauf einer Signallage am Ziel -Schaltkontakt gesteuert wird, insbesondere unter verbesserter Vermeidung von Lichtbögen beim Schalten. Die Erfindung geht dazu von der Überlegung aus, dass die Formung der Überbrückungsenergie in Bezug auf die angeschlossene Last noch verbesserbar ist. The present invention thus specifies a device and a method with which, under appropriate control, bridging energy can be provided in an improved manner. An electromechanical switch arrangement, in particular a hybrid contactor, can be controlled in such a way that the bridging energy is controlled comparatively quickly to a signal curve of a signal position at the target switching contact, in particular with improved avoidance of arcing when switching. The invention is based on the consideration that the shaping of the bridging energy in relation to the connected load can still be improved.
Die Erfindung hat erkannt, dass eine Last von unterschiedlichen Energieversorger-Systemen mit Energie versorgt werden kann. Wird die Energieversorgung der Last von einem Versorgungssystem, beispielsweise einem Windenergieanlagen-Versorgungssystem, auf ein anderes System, beispielsweise einem Photovoltaik-Versorgungssystem, umgeschaltet, soll durch die Formung einer geeigneten Überbrückungsenergie eine Lichtbogenerzeugung vermieden werden. The invention has recognized that a load can be supplied with energy from different energy supplier systems. If the energy supply to the load is switched from one supply system, for example a wind turbine supply system, to another system, for example a photovoltaic supply system, the formation of suitable bridging energy should prevent arcing.
Weiter ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Steuergerät ausgebildet ist, die Signallage des Ziel-Schaltkontakts zu empfangen und die Überbrückungsenergie abhängig von der Signallage an dem Ziel-Schaltkontakt zu steuern, insbesondere dafür bereitzustellen und so zu steuern. Mit einem solchen Steuergerät kann in verbesserter Weise, insbesondere individuell an die Anforderungen der Anwendung angepasst, die Überbrückungsenergie erzeugt und bereitgestellt werden. It is further provided according to the invention that the control unit is designed to receive the signal level of the target switching contact and to control the bridging energy depending on the signal level at the target switching contact, in particular to provide it and to control it in this way. With such a control unit, the bridging energy can be generated and provided in an improved manner, in particular individually adapted to the requirements of the application.
Die Erfindung führt auch auf ein System nach Anspruch 11 mit dem erfindungsgemäßen Steuergerät. Das System zur Steuerung einer elektro-mechanischen Schalteranordnung, insbesondere eines Hybridschützes weist auf: The invention also leads to a system according to claim 11 with the control device according to the invention. The system for controlling an electromechanical switch arrangement, in particular a hybrid contactor, has:
- eine Energieversorgung, insbesondere mit einem Inverter und/oder einem Energiespeicher und/oder einer Gleichspannungsversorgung, zur Erzeugung einer Überbrückungsenergie, und - an energy supply, in particular with an inverter and/or an energy store and/or a DC voltage supply, for generating bridging energy, and
- das erfindungsgemäße Steuergerät zum gesteuerten Erzeugen der Überbrückungsenergie. - The control device according to the invention for the controlled generation of the bridging energy.
Die Aufgabe wird betreffend das Verfahren gelöst durch ein Verfahren zum Steuern einer elektro-mechanischen Schalteranordnung nach Anspruch 13. The object is achieved with regard to the method by a method for controlling an electromechanical switch arrangement according to claim 13.
Das Verfahren zum Steuern einer elektro-mechanischen Schalteranordnung weist die Schritte auf: The method for controlling an electro-mechanical switch arrangement has the following steps:
- Detektieren einer Signallage an einem Start- Schaltkontakt und/oder einer Signallage an einem Ziel -Schaltkontakt eines mechanischen Schalters der Schalteranordnung, - Detecting a signal position at a start switch contact and/or a signal position at a target switch contact of a mechanical switch of the switch arrangement,
- Erzeugen einer Überbrückungsenergie; - generating a bridging energy;
- Öffnen des mechanischen Schalters und Ansteuern, insbesondere Schließen, eines elektrischen Steuerschalters, wobei durch das Ansteuern des elektrischen Steuerschalters die Überbrückungsenergie bereitgestellt wird, - Opening the mechanical switch and activating, in particular closing, an electrical control switch, the bridging energy being provided by activating the electrical control switch,
- Schließen des mechanischen Schalters, wobei durch Berühren des Ziel-Schaltkontakts ein elektrisches Signal erzeugt und an ein Steuergerät ausgegeben wird, - Closing of the mechanical switch, whereby an electrical signal is generated by touching the target switch contact and is output to a control device,
- weiteres Ansteuem, insbesondere Öffnen, des elektrischen Steuerschalters durch Empfangen des elektrischen Signals vom Steuergerät. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Erzeugen der Überbrückungsenergie abhängig von der Signallage an dem Ziel -Schaltkontakt, insbesondere der Signallage an dem Start- Schaltkontakt und der Signallage an dem Ziel- Schaltkontakt, durch das Steuergerät gesteuert wird. - Further Ansteuem, in particular opening, the electrical control switch by receiving the electrical signal from the control unit. It is provided according to the invention that the generation of the bridging energy is controlled by the control unit depending on the signal level at the target switch contact, in particular the signal level at the start switch contact and the signal level at the target switch contact.
Die Erzeugung der Überbrückungsenergie kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Steuerungskonzepts, d.h. mit dem erfindungsgemäßen Steuergerät, dem System und dem Verfahren, flexibler und genauer bei sich ändernden Anforderungen -und damit auch ändernden Signallagen am Ziel -Schaltkontakt- angepasst werden; insbesondere können, als Folge von sich ändernden Signallagen am Ziel-Schaltkontakt, Lichtbögen beim Umschalten vermieden werden. Insbesondere kann aufgrund der Kenntnis der Signallage des Ziel-Schaltkontaktes eine geeignete Überbrückungsenergie bereitgestellt und eingebracht werden. Within the framework of the control concept according to the invention, ie with the control unit according to the invention, the system and the method, the generation of the bridging energy can be carried out more flexibly and more precisely in the event of changing requirements and thus also changing signal situations Target -switch contact- to be adjusted; In particular, as a result of changing signal positions at the target switching contact, arcing can be avoided when switching. In particular, based on knowledge of the signal position of the target switching contact, suitable bridging energy can be provided and introduced.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren. Advantageous developments of the invention can be found in the subclaims and specify advantageous possibilities in detail for realizing the concept explained above within the scope of the task and with regard to further advantages.
Bevorzugt ist das Steuergerät ausgebildet, auch eine Signallage des Start- Schaltkontakts zu empfangen und die Erzeugung der Überbrückungsenergie -insofern vorteilhaft zusätzlich zur Abhängigkeit von der Signallage am Ziel-Schaltkontakt— in Abhängigkeit von der Signallage an dem Start- Schaltkontakt zu steuern. Dadurch kann die Überbrückungsenergie noch genauer geformt werden. Vorteilhaft ist unter Signallage vor allem Höhe und Phase des Signals zu verstehen. Vorzugsweise ist die Signallage des Basiskontakts, die Signallage des Start- Schaltkontakts und/oder Signallage des Ziel-Schaltkontakts also Phasenverlauf bei Wechsel Spannung oder ein Spannungspegel. The control unit is preferably designed to also receive a signal position of the start switch contact and to control the generation of the bridging energy--advantageously in addition to depending on the signal position at the target switch contact— depending on the signal position at the start switch contact. This allows the bridging energy to be shaped even more precisely. Advantageously, signal position is to be understood primarily as the level and phase of the signal. Preferably, the signal position of the base contact, the signal position of the start switch contact and/or the signal position of the target switch contact is therefore a phase profile for an alternating voltage or a voltage level.
Vorteilhafterweise ist das Steuergerät ausgebildet, für die Überbrückungsenergie einen geeigneten Übergang von der Signallage an dem Start- Schaltkontakt zu der Signallage an dem Ziel-Schalt- kontakt zu berechnen. Der Übergang ist insofern geeignet als dass anhand dieser Berechnung das Steuergerät ein Steuersignal erzeugt und dieses Steuersignal an den elektrischen Steuerschalter abgibt und die Energieversorgung abgibt, um die Überbrückungsenergie zu formen. Die Energieversorgung kann beispielsweise als ein Inverter und/oder ein Energiespeicher und/oder eine Gleichspannungsversorgung gebildet sein oder einen Inverter und/oder ein Energiespeicher und/oder eine Gleichspannungsversorgung umfassen. The control device is advantageously designed to calculate a suitable transition from the signal position at the start switching contact to the signal position at the target switching contact for the bridging energy. The transition is suitable in that, based on this calculation, the controller generates a control signal and outputs this control signal to the electrical control switch and outputs the power supply in order to shape the bridging power. The energy supply can be formed, for example, as an inverter and/or an energy store and/or a DC voltage supply or can include an inverter and/or an energy store and/or a DC voltage supply.
In einer Weiterbildung sind die Kontakte des mechanischen Schalters, d.h. Basiskontakt, Start- Schaltkontakt und Ziel -Schaltkontakt, mit Detektiereinrichtungen verbunden. Die Detektierein- richtungen sind ausgebildet die Signallage an einem der Kontakte bzw. einer Auswahl der jeweiligen Kontakte zu messen. Eine Detektiereinrichtung kann beispielsweise als ein Sensor gebildet sein, welcher die Signallage, insbesondere einen Phasen- und/oder Spannungspegel, an einem Kontakt messen kann; insbesondere können mehrere Sensoren vorgesehen sein für eine derartige Messung einer Signallage an dem Basiskontakt, dem Start- Schaltkontakt und/oder dem Ziel- Schaltkontakt. Durch die Messung der Signallagen an den unterschiedlichen Kontakten kann die Signallage des Basiskontakts, an den die Last angeschlossen ist, vergleichsweise schneller und genauer als bisher an die Signallage des jeweiligen Umschaltkontakts angepasst werden. In a further development, the contacts of the mechanical switch, ie base contact, start switch contact and destination switch contact, are connected to detection devices. The detection devices are designed to measure the signal level at one of the contacts or at a selection of the respective contacts. A detection device can be in the form of a sensor, for example, which can measure the signal position, in particular a phase and/or voltage level, at a contact; in particular, several sensors can be provided for such a measurement of a signal position on the base contact, the start switch contact and/or the target switching contact. By measuring the signal levels at the different contacts, the signal level of the base contact to which the load is connected can be adapted to the signal level of the respective changeover contact comparatively faster and more precisely than before.
Dadurch wird vermieden, dass bei einem Umschalten von einem Energieversorgungssystem auf ein anderes Energieversorgungssystem Lichtbögen erzeugt werden. This avoids arcs being generated when switching from one energy supply system to another energy supply system.
Vorteilhafterweise weist die Detektiereinrichtung einen Signalspeicher auf zum Speichern der Signallage an dem Basiskontakt, der Signallage an dem Ziel -Schaltkontakt und der Signallage an dem Start-Schaltkontakt. The detection device advantageously has a signal memory for storing the signal level at the base contact, the signal level at the target switching contact and the signal level at the start switching contact.
In einer Weiterbildung ist das Steuergerät ausgebildet, die Erzeugung der Überbrückungsenergie mittels einer Pulsweitenmodulation zu steuern, insbesondere ist das Steuergerät ausgebildet, ein pulsweitenmoduliertes Steuersignal an einen Inverter auszugeben. Die Verwendung von Pulsweitenmodulation führt zu einem effizienten Betrieb, da der Stromversorgung nicht mehr Leistung als nötig entzogen wird. Zudem kann mit der Pulsweitenmodulation eine hohe Reaktionsfähigkeit und Regelgenauigkeit erreicht werden. In one development, the control unit is designed to control the generation of the bridging energy by means of pulse width modulation; in particular, the control unit is designed to output a pulse width modulated control signal to an inverter. The use of pulse width modulation results in efficient operation as no more power is drawn from the power supply than necessary. In addition, a high level of responsiveness and control accuracy can be achieved with pulse width modulation.
In einer Weiterbildung ist das Steuergerät ausgebildet, das Steuersignal zu erzeugen, wobei das Steuersignal an dem elektrischen Steuerschalter und/oder an der Energieversorgung zu dem Zeitpunkt vorliegt, bei dem sich der mechanische Schalter vom Start- Schaltkontakt löst. Dadurch kann die Überbrückungsenergie zu dem jeweiligen Zeitpunkt, bei dem sich der mechanische Schalter vom Start- Schaltkontakt löst, bereitgestellt werden. Dies führt dazu, dass die angeschlossene Last nicht von der Energieversorgung getrennt wird. In one development, the control device is designed to generate the control signal, with the control signal being present at the electrical control switch and/or at the power supply at the point in time at which the mechanical switch releases from the start switch contact. As a result, the bridging energy can be provided at the respective point in time at which the mechanical switch releases from the start switch contact. This means that the connected load is not disconnected from the power supply.
Vorteilhafterweise erfolgt ein Bereitstellen der Überbrückungsenergie zum Erreichen der Signallage an dem Ziel-Schaltkontakt innerhalb einer Schaltzeit des mechanischen Schalters. Damit wird erreicht, dass durch die Überbrückungsenergie die Signallage, die zuvor über den Start- Schaltkontakt an dem Basiskontakt anlag, an die Signallage des Ziel-Schaltkontaktes angeglichen wird. The bridging energy for reaching the signal position at the target switching contact is advantageously provided within a switching time of the mechanical switch. The result of this is that the signal position, which was previously present at the base contact via the start switching contact, is adjusted to the signal position of the target switching contact by the bridging energy.
In einer Weiterbildung ist der elektrische Steuerschalter zum Bereitstellen einer Überbrückungsenergie beim Umschalten des mechanischen Schalters als Halbleiterschalter, insbesondere als ein Transistor, ausgebildet. Ein Transistor hat den Vorteil, dass er als On-Off-Schalter betrieben werden kann. Wenn ein Nullsignal an die Basis des Transistors angelegt wird, schaltet er „OFF“ und wirkt damit wie ein offener Schalter. Wenn ein positives Signal an die Basis angelegt wird, schaltet er “ON” und wirkt wie ein geschlossener Schalter. Zudem weisen Transistoren eine geringe Schaltzeit von bis zu unter einer Nanosekunde auf. Eine so geringe Schaltzeit ermöglicht hier das schnelle und flexible Bereitstellen der Überbrückungsenergie. In one development, the electrical control switch is designed as a semiconductor switch, in particular as a transistor, to provide bridging energy when switching over the mechanical switch. A transistor has the advantage that it can be operated as an on-off switch. When a zero signal is applied to the base of the transistor, it turns "OFF" and thus acts like an open switch. When a positive signal is applied to the base, it turns “ON” and acts like a closed switch. In addition, transistors have a short switching time of up to less than a nanosecond. Such a short switching time allows the bridging energy to be provided quickly and flexibly.
Gemäß dem oben genannten weiteren Aspekt der Erfindung wird, wie erläutert die oben genannte Aufgabe durch ein System gelöst, das zur Steuerung einer elektro-mechani sehen Schalteranordnung, insbesondere eines Hybridschützes, aufweist: - eine Energieversorgung, insbesondere mit einem Inverter und/oder einem Energiespeicher und/oder einer Gleichspannungsversorgung, zur Erzeugung einer Überbrückungsenergie, und ein erfindungsgemäßes Steuergerät zum gesteuerten Erzeugen der Überbrückungsenergie. According to the above-mentioned further aspect of the invention, as explained, the above-mentioned object is achieved by a system which, for controlling an electromechanical switch arrangement, in particular a hybrid contactor, has: an energy supply, in particular with an inverter and/or an energy store and/or a DC voltage supply for generating a bridging energy, and a control device according to the invention for the controlled generation of the bridging energy.
Die Energieversorgung ist weist insbesondere einen Inverter und/oder einen Energiespeicher und/oder eine Gleichspannungsversorgung zum gesteuerten Erzeugen der Überbrückungsenergie auf. Vorzugsweise ist der Inverter dazu ausgebildet, von dem Steuergerät das Steuersignal zu erhalten. Das Steuersignal enthält Informationen zu der Form des Verlaufs der Überbrückungsenergie, anhand denen der Inverter mit der bereitgestellten Energie aus der Energieversorgung die Überbrückungsenergie formt. The energy supply has in particular an inverter and/or an energy store and/or a DC voltage supply for the controlled generation of the bridging energy. The inverter is preferably designed to receive the control signal from the control device. The control signal contains information about the shape of the curve of the bridging energy, based on which the inverter forms the bridging energy with the energy provided from the energy supply.
In einer Weiterbildung, weist das System einen Kondensator als Energiespeicher und eine Gleichrichterbrücke auf. Die Gleichrichterbrücke ist ausgebildet, Wechselstrom zu empfangen, in Gleichstrom umzuwandeln und an den Kondensator weiterzugeben. Der Kondensator ist ausgebildet, zur Weitergabe der gespeicherten Energie als Gleichstrom. In a development, the system has a capacitor as an energy store and a rectifier bridge. The rectifier bridge is designed to receive alternating current, convert it into direct current and pass it on to the capacitor. The capacitor is designed to pass on the stored energy as direct current.
Der Energiespeicher besteht alternativ aus einer oder mehreren Batterien oder anderen dergleichen Speicherelemente. Alternatively, the energy store consists of one or more batteries or other similar storage elements.
Vorteilhafterweise ist bei dem Verfahren zum Steuern einer elektro-mechanischen Schalteranordnung vorgesehen, dass bei dem Erzeugen der Überbrückungsenergie zusätzlich technische Charakteristiken eines Inverters, insbesondere dessen Schaltgeschwindigkeit und dessen Schaltfrequenz, berücksichtigt werden. Das Verfahren weist vorzugsweise den zusätzlichen Schritt auf:Advantageously, the method for controlling an electromechanical switch arrangement provides that additional technical characteristics of an inverter, in particular its switching speed and its switching frequency, are taken into account when generating the bridging energy. The method preferably has the additional step:
- Empfangen von technischen Charakteristiken eines Inverters, insbesondere dessen Schaltgeschwindigkeit und dessen Schaltfrequenz, wobei das Erzeugen der Überbrückungsenergie zusätzlich abhängig ist von den technischen Charakteristiken des Inverters. In einer Weiterbildung ist bei dem Verfahren vorgesehen, dass bei dem Erzeugen der Überbrückungsenergie zusätzlich technische Charakteristiken einer an die Schalteranordnung angeschlossenen Last berücksichtigt werden. Das Verfahren weist vorzugsweise den zusätzlichen Schritt auf: - Receiving technical characteristics of an inverter, in particular its switching speed and its switching frequency, the generation of the bridging energy is also dependent on the technical characteristics of the inverter. In a further development, the method provides for additional technical characteristics of a load connected to the switch arrangement to be taken into account when generating the bridging energy. The method preferably has the additional step:
- Empfangen technischen Charakteristiken einer an die Schal teranordnung angeschlossenen Last, wobei eine Erzeugung der Überbrückungsenergie zusätzlich abhängig ist von den technischen Charakteristiken der Last. - Receiving technical characteristics of a load connected to the switch arrangement, generation of the bridging energy also being dependent on the technical characteristics of the load.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung im Vergleich zum Stand der Technik, welcher zum Teil ebenfalls dargestellt ist, beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte Offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in: Embodiments of the invention are now described below with reference to the drawing in comparison to the prior art, some of which is also shown. This is not necessarily intended to represent the embodiments to scale, rather the drawing is in schematic and/or slightly distorted form where it is useful for explanation. With regard to additions to the teachings that can be seen directly from the drawing, reference is made to the relevant state of the art. In this context, it must be taken into account that a wide variety of modifications and changes relating to the form and detail of an embodiment can be made without deviating from the general idea of the invention. The features of the invention disclosed in the description, in the drawing and in the claims can be essential both individually and in any combination for the further development of the invention. In addition, all combinations of at least two of the features disclosed in the description, the drawing and/or the claims fall within the scope of the invention. The general idea of the invention is not limited to the exact form or detail of the preferred embodiment shown and described below, or limited to any subject matter which would be limited compared to the subject matter claimed in the claims. In the case of specified design ranges, values lying within the specified limits should also be disclosed as limit values and be usable and stressable as required. Further advantages, features and details of the invention result from the following description of the preferred embodiments and from the drawing; this shows in:
FIG. 1 A ein Schema einer bevorzugten Ausführungsform eines Systems mit Steuergerät zur Steuerung einer elektro-mechanischen Schal teranordnung gemäß dem Konzept der Erfindung; FIG. 1A shows a schematic of a preferred embodiment of a system with a control device for controlling an electromechanical switch arrangement according to the concept of the invention;
FIG. IB schematisch dargestellte Funktionseinheiten des Steuergeräts der Fig. 1A; FIG. 2 ein grundsätzliches Funktionsschema eines mechanischen Schalters gemäß dem Stand der Technik; FIG. IB functional units, shown schematically, of the control device of FIG. 1A; FIG. 2 shows a basic functional diagram of a mechanical switch according to the prior art;
FIG. 3 zur Erläuterung der bevorzugten Ausführungsform ein exemplarischer Verlauf einer Überbrückungsenergie; FIG. 3 to explain the preferred embodiment, an exemplary course of a bridging energy;
FIG. 4 ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens zum Steuern einer elektro-mechanischen Schalteranordnung mit einem Steuergerät gemäß dem Konzept der Erfindung; FIG. 4 shows a flow chart of a preferred embodiment of a method for controlling an electromechanical switch arrangement with a control device according to the concept of the invention;
FIG. 5A ein grundsätzliches Schema eines Systems zur Erzeugung einer Überbrückungsenergie mit einer Übersicht seiner Komponenten gemäß dem Konzept der Erfindung; und FIG. 5A shows a basic diagram of a system for generating a bridging energy with an overview of its components according to the concept of the invention; and
FIG. 5B ein konkretes beispielhaftes Schaltbild eines Systems mit Steuergerät zur Steuerung einer elektro-mechanischen Schal teranordnung und mit einem daran angebundenen gesteuerten Elektromotor als Beispiel einer Last. FIG. 5B shows a concrete exemplary circuit diagram of a system with a control device for controlling an electromechanical switch arrangement and with a controlled electric motor connected thereto as an example of a load.
FIG. 1A zeigt ein Schema einer bevorzugten Ausführungsform eines Systems 100 mit Steuergerätes 50 zur Steuerung einer elektro-mechanischen Schalteranordnung in Form eines Hybridschützes 10. Der Hybridschütz 10 weist einen mechanischen Schalter 12 und zwei Halbleiterschalter 14.1, 14.2 auf. Der Hybridschütz 10 ist Bestandteil einer elektrischen Schal teranordnung 11, die zusätzlich zu dem Hybridschütz 10 noch einen elektrischen Steuerschalter 14.3 in Form eines weiteren Halbleiterschalters aufweist. Detail Y zeigt exemplarisch als Halbleiterschalter 14.1, 14.2 und 14.3 einen MOSFET als Schaltsymbol TI als auch als Bauelement TI ‘ . Detail Y‘ zeigt exemplarisch als Halbleiterschalter 14.1, 14.2 und 14.3 einen MOSFET als Bauelement T1‘. FIG. 1A shows a schematic of a preferred embodiment of a system 100 with a control device 50 for controlling an electromechanical switch arrangement in the form of a hybrid contactor 10. The hybrid contactor 10 has a mechanical switch 12 and two semiconductor switches 14.1, 14.2. The hybrid contactor 10 is part of an electrical switching arrangement 11 which, in addition to the hybrid contactor 10, also has an electrical control switch 14.3 in the form of a further semiconductor switch. Detail Y shows an example of a semiconductor switch 14.1, 14.2 and 14.3, a MOSFET as a circuit symbol TI and as a component TI'. Detail Y' shows an example of a semiconductor switch 14.1, 14.2 and 14.3 as a MOSFET as component T1'.
Der mechanische Schalter 12 hat einen Basiskontakt 16, und zwei Umschaltkontakte. Die Umschaltkontakte sind abhängig von dem Umschaltzustand des mechanischen Schalters 12 als Start- Schaltkontakt 18 und Ziel-Schaltkontakt 20 bezeichnet. Als Start- Schaltkontakt 18 wird derjenige Umschaltkontakt bezeichnet, an dem der mechanische Schalter 12 anliegt. Der jeweils andere Umschaltkontakt wird als Ziel -Schaltkontakt 20 bezeichnet. Start- und Ziel-Schaltkontakt ändern sich damit nach jedem Umschalten des mechanischen Schalters 12. Über die Umschaltkontakte ist je- weils ein Energieversorgungsnetz PI und P2 angeschlossen. Der Basiskontakt 16 dient als Anschluss für eine Last in Form eines Elektromotors M. Mit dem Basiskontakt 16, dem Start-Schalt- kontakt 18 und dem Ziel -Schaltkontakt 20 sind die Detektiereinrichtungen DET1, DET2 und DET3 verbunden. The mechanical switch 12 has a base contact 16 and two changeover contacts. The changeover contacts are referred to as start switch contact 18 and target switch contact 20 depending on the switchover state of the mechanical switch 12 . The changeover contact to which the mechanical switch 12 rests is referred to as the start switch contact 18 . The respective other changeover contact is referred to as the target switch contact 20 . The start and target switching contacts thus change each time the mechanical switch 12 is switched over. because a power supply network PI and P2 connected. The base contact 16 serves as a connection for a load in the form of an electric motor M. The detection devices DET1, DET2 and DET3 are connected to the base contact 16, the start switching contact 18 and the target switching contact 20.
Die Detektiereinrichtungen DET1, DET2 und DET3 messen die Signallagen kO, kl und k2 an dem Basiskontakt 16, dem Start- Schaltkontakt 18 und den Ziel-Schaltkontakt 20. Die Signallage kO liegt an dem Basiskontakt 16 an, die Signallage kl liegt an dem Start- Schaltkontakt 18 an und die Signallage k2 liegt an dem Ziel-Schaltkontakt 20 an. Detail X zeigt exemplarisch für die Detek- tiereinrichtung DET1, DET2 und DET3 einen Strom- Spannung Hall-Effekt Sensor 2. Die Detektiereinrichtungen DET1, DET2 und DET3 sind mit einem Steuergerät 50 in Form einer FPGA (engl. Field Programmable Gate Array FPGA) verbunden. Detail Z zeigt exemplarisch eine solche FPGA. The detection devices DET1, DET2 and DET3 measure the signal levels kO, kl and k2 at the base contact 16, the start switch contact 18 and the target switch contact 20. The signal level kO is at the base contact 16, the signal level kl is at the start Switch contact 18 and the signal position k2 is at the target switch contact 20. Detail X shows a current-voltage Hall effect sensor 2 as an example for the detection device DET1, DET2 and DET3. The detection devices DET1, DET2 and DET3 are connected to a control device 50 in the form of an FPGA (Field Programmable Gate Array FPGA). . Detail Z shows such an FPGA as an example.
Die FPGA empfängt die gemessenen Signallagen kO, kl und k2 von den Detektiereinrichtungen DET1, DET2 und DET3. Aus den empfangenen Signallagen kO, kl und k2 berechnet die FPGA die notwendige Form einer Überbrückungsenergie, die beim Umschalten des mechanischen Schalters 12 von dem Start- Schaltkontakt 18 auf den Ziel -Schaltkontakt 20 benötigt wird, um von der Signallage kl am Start- Schaltkontakt 18 auf die Signallage k2 am Ziel -Schaltkontakt 20 anzugleichen ohne das Lichtbögen beim Schalten entstehen. Anhand dieser Berechnung erzeugt die FPGA ein Steuersignal zur Abgabe an die Energieversorgung in Form von einem Inverter 22 und einem Energiespeicher 24 und einer Gleichspannungsversorgung 44. The FPGA receives the measured signal levels k0, k1 and k2 from the detection devices DET1, DET2 and DET3. From the received signal levels k0, kl and k2, the FPGA calculates the necessary form of bridging energy that is required when switching the mechanical switch 12 from the start switch contact 18 to the target switch contact 20 in order to switch from the signal level kl at the start switch contact 18 to match the signal level k2 at the target switching contact 20 without arcing occurring when switching. Based on this calculation, the FPGA generates a control signal for delivery to the power supply in the form of an inverter 22 and an energy store 24 and a DC voltage supply 44.
Der elektrische Steuerschalter 14.3 ist außerdem mit einem Inverter 22 verbunden. Der Inverter 22 erhält von der FPGA das Steuersignal. Mit Hilfe des Steuersignals formt der Inverter die Überbrückungsenergie ÜE, die ihm durch einen Energiespeicher 24, ggfs. in Form einer Batterie, bereitgestellt wird. The electrical control switch 14.3 is also connected to an inverter 22. The inverter 22 receives the control signal from the FPGA. With the help of the control signal, the inverter forms the bridging energy ÜE, which is made available to it by an energy store 24, possibly in the form of a battery.
FIG. 1B zeigt schematisch dargestellte Funktionseinheiten eines Steuergeräts 50 gemäß dem Konzept der Erfindung. Das Steuergerät 50 weist eine Energiekontrolleinheit 50.1, eine Schalterkontrolleinheit 50.2, eine Inverterkontrolleinheit 50.3, eine Zeitkontrolleinheit 50.4, eine BUS-Kon- trolleinheit 50.5 und eine Detektorkontrolleinheit 50.6 auf. Mit der Energiekontrolleinheit 50.1 kann die Überbrückungsenergie ÜE vorgegeben und aus einem Energiespeicher 24 abgerufen werden. FIG. 1B shows schematically represented functional units of a control device 50 according to the concept of the invention. The control device 50 has an energy control unit 50.1, a switch control unit 50.2, an inverter control unit 50.3, a time control unit 50.4, a BUS control unit 50.5 and a detector control unit 50.6. With the energy control unit 50.1, the bridging energy ÜE can be specified and retrieved from an energy store 24.
Mit der Schalterkontrolleinheit 50.2 kann das Umschalten des mechanischen Schalters 12 und des elektrischen Steuerschalters veranlasst werden. The switch control unit 50.2 can be used to switch over the mechanical switch 12 and the electrical control switch.
Mit der Inverterkontrolleinheit 50.3 kann der Inverter 22 kontrolliert werden. Es kann auch die Signallage und der Verlauf der Signallage kontrolliert werden, indem entsprechende Steuersignale von der FPGA erzeugt werden. Der Inverter 22 erzeugt dann, entsprechend des Steuersignals, die Überbrückungsenergie ÜE. The inverter 22 can be controlled with the inverter control unit 50.3. The signal position and the course of the signal position can also be controlled by generating corresponding control signals from the FPGA. The inverter 22 then generates the bridging energy ÜE according to the control signal.
Mit der Zeitkontrolleinheit 50.4 kann der Umschaltmoment des mechanischen Schalters 12 vorgegeben und ein Signal zum Umschalten des mechanischen Schalters 12 an diesen gesendet werden. The switching moment of the mechanical switch 12 can be specified with the time control unit 50.4 and a signal for switching the mechanical switch 12 can be sent to it.
Mit der BUS-Kontrolleinheit 50.5 kann die Signalübertragung von der FPGA zu externen Anschlüssen kontrolliert werden. The signal transmission from the FPGA to external connections can be controlled with the BUS control unit 50.5.
Mit der Detektorkontrolleinheit 50.6 kann die Messung der Signallage der Detektoreinheiten empfangen und analysiert werden. The measurement of the signal position of the detector units can be received and analyzed with the detector control unit 50.6.
FIG. 2 zeigt ein grundsätzliches Funktionsschema eines mechanischen Schalters 12 gemäß dem Stand der Technik. Ein solcher mechanischer Schalter 12 weist einen Basiskontakt 16 und zwei Umschaltkontakte 18, 20 auf. Der Umschaltkontakt an dem der mechanische Schalter 12 anliegt wird als Start- Schaltkontakt 18 bezeichnet. Der Umschaltkontakt an dem der mechanische Schalter 12 nicht anliegt wird als Ziel -Schaltkontakt 18 bezeichnet. An dem Basiskontakt 16 liegt eine Signallage kO an. An dem Start- Schaltkontakt liegt die Signallage kl an und an dem Ziel-Schalt- kontakt 20 liegt eine Signallage k2 an. Zudem können die Umschaltkontakte 18, 20 mit jeweils einem Energieversorgungsnetz Pl, P2 verbunden sein. Mit einem Detektor 15 kann die Schaltstellung des mechanischen Schalters 12 detektiert werden. FIG. 2 shows a basic functional diagram of a mechanical switch 12 according to the prior art. Such a mechanical switch 12 has a base contact 16 and two changeover contacts 18, 20. The changeover contact on which the mechanical switch 12 rests is referred to as the start switch contact 18 . The changeover contact on which the mechanical switch 12 is not in contact is referred to as the target switching contact 18 . At the base contact 16 is a signal level kO. The signal position kl is present at the start switching contact and a signal position k2 is present at the target switching contact 20 . In addition, the changeover contacts 18, 20 can each be connected to a power supply network P1, P2. The switching position of the mechanical switch 12 can be detected with a detector 15 .
FIG. 3 zeigt zur Erläuterung der bevorzugten Ausführungsform einen exemplarischen Verlauf einer Überbrückungsenergie ÜE über die Zeit t. Die Signallage kl und die Signallage k2 haben hier den selben Maximalwert jedoch unterschiedliche Phasen. Die Schaltzeit Ts des mechanischen Schalters liegt in dieser Ausführungsform zwischen 2 ms und 15 ms. Die Überbrückungsenergie wird an einem Zeitpunkt ti bereitgestellt. Zu diesem Zeitpunkt ti entspricht die Überbrückungsenergie bevorzugter Weise der Signallage kl zu dem Zeitpunkt ti. Der Zeitpunkt ti entspricht hierbei dem Zeitpunkt an dem der mechanische Schalter sich von dem Start- Schaltkontakt löst und der elektronische Steuerschalter geschlossen wird. Das Steuergerät steuert die Überbrückungsenergie ÜE so, dass bis zu dem Zeitpunkt t2 die Phase des Verlaufs 38 der Überbrückungsenergie an die Phase der Signallage k2 angepasst ist. Der Zeitpunkt t2 entspricht hierbei dem Zeitpunkt an dem der mechanische Schalter den Ziel-Schaltkontakt kontaktiert und der elektronische Steuerschalter geöffnet wird. Das Steuergerät kann hierbei Positionen 36 des Verlaufs 38 der Überbrückungsenergie vorrausschauend berechnen. FIG. To explain the preferred embodiment, FIG. 3 shows an exemplary course of a bridging energy ÜE over time t. The signal level kl and the signal level k2 have the same maximum value but different phases. The switching time Ts of the mechanical switch is between 2 ms and 15 ms in this embodiment. The bridging energy is provided at a point in time ti. At this point in time ti, the bridging energy preferably corresponds to the signal level kl at the point in time ti. The point in time ti corresponds to the point in time at which the mechanical switch is released from the start switching contact and the electronic control switch is closed. The control device controls the bridging energy ÜE in such a way that the phase of the curve 38 of the bridging energy is adapted to the phase of the signal position k2 up to the point in time t2. The point in time t2 corresponds to the point in time at which the mechanical switch makes contact with the target switching contact and the electronic control switch is opened. In this case, the control device can calculate positions 36 of the curve 38 of the bridging energy in advance.
FIG. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens 200 zum Steuern einer elektro-mechanischen Schalteranordnung, hier in Form eines Hybridschütz 10, mit einem Steuergerät 50, das hier in bevorzugter Ausführungsform gemäß dem Konzept der Erfindung zuvor erläutert wurde. Das Verfahren 200 weist die Schritte auf: FIG. 4 shows a flowchart of a preferred embodiment of a method 200 for controlling an electromechanical switch arrangement, here in the form of a hybrid contactor 10, with a control unit 50, which was explained above here in a preferred embodiment according to the concept of the invention. The method 200 includes the steps:
- Detektieren 210 einer Signallage kl an einem Start- Schaltkontakt 18 und/oder einer Signallage k2 an einem Ziel-Schaltkontakt 20 eines mechanischen Schalters 12 der Schal teranordnung 10,- Detecting 210 a signal level kl at a start switch contact 18 and/or a signal level k2 at a target switch contact 20 of a mechanical switch 12 of the switch assembly 10,
- Erzeugen 220 einer Überbrückungsenergie ÜE; - Generating 220 a bridging energy ÜE;
- Öffnen 230 des mechanischen Schalters 12 und Schließen 240 eines elektrischen Steuerschalters 14.3, wobei durch das Schließen des elektrischen Steuerschalters 14.3 die Überbrückungsenergie ÜE bereitgestellt wird, - Opening 230 of the mechanical switch 12 and closing 240 of an electrical control switch 14.3, the bridging energy ÜE being provided by the closing of the electrical control switch 14.3,
- Schließen 250 des mechanischen Schalters 12, wobei durch Berühren des Ziel-Schaltkontakts 20 ein elektrisches Signal erzeugt und an ein Steuergerät 50 ausgegeben wird, - Closing 250 of the mechanical switch 12, with an electrical signal being generated by touching the target switching contact 20 and being output to a control unit 50,
- Öffnen 260 des elektrischen Steuerschalters 14.3 durch Empfangen des elektrischen Signals vom Steuergerät 50. - Opening 260 of the electrical control switch 14.3 by receiving the electrical signal from the control unit 50.
Das Erzeugen 220 der Überbrückungsenergie ÜE ist sowohl abhängig von der Signallage an dem Start- Schaltkontakt und der Signallage an dem Ziel -Schaltkontakt durch das Steuergerät gesteuert wird als auch von technischen Charakteristiken eines Inverters und technischen Charakteristiken einer an die Schalteranordnung angeschlossenen Last. Daher umfasst das Verfahren auch die zusätzlichen Schritte Empfangen 212 technischen Charakteristiken eines Inverters und Empfangen 214 technischen Charakteristiken einer an die Schalteranordnung angeschlossenen Last. Das Bereitstellen der Überbrückungsenergie ÜE beginnt mit dem Schritt Öffnen 230 des mechanischen Schalters bzw. Schließen 240 eines Halbleiterschalters, nämlich des elektrischen Steuerschalters, und endet mit dem Schritt Schließen 250 des mechanischen Schalters bzw. Öffnen 260 des Halbleiterschalters. Hierbei finden die Schritte 230 und 240 annähernd gleichzeitig, insbesondere gleichzeitig, statt. Auch die Schritte 250 und 260 finden annähernd gleichzeitig, insbesondere gleichzeitig, statt. Das Schließen 240 des Halbleiterschalters wird durch ein Ansteuem des Halbleiterschalters erreicht. Auch das Öffnen 260 des Halbleiterschalters wird durch ein weiteres Ansteuern des Halbleiterschalters erreicht. The generation 220 of the bridging energy ÜE is controlled both by the signal level at the start switching contact and the signal level at the target switching contact by the control device and by technical characteristics of an inverter and technical characteristics of a load connected to the switch arrangement. Therefore, the method also includes the additional steps of receiving 212 technical characteristics of an inverter and receiving 214 technical characteristics of a load connected to the switch arrangement. The provision of the bridging energy ÜE begins with step opening 230 of the mechanical Switch or closing 240 of a semiconductor switch, namely the electrical control switch, and ends with the step closing 250 of the mechanical switch or opening 260 of the semiconductor switch. In this case, steps 230 and 240 take place approximately simultaneously, in particular simultaneously. Steps 250 and 260 also take place approximately simultaneously, in particular simultaneously. The closing 240 of the semiconductor switch is achieved by driving the semiconductor switch. The opening 260 of the semiconductor switch is also achieved by driving the semiconductor switch further.
Gemäß dem Konzept der Erfindung ist dazu vorgesehen, dass - wie hier und weiter oben dargestellt - die Signallage des Start- Schaltkontakts auf die Signallage des Ziel-Schaltkontakts steuert. Bevorzugt ist die Signallage des Ziel-Schaltkontaktes innerhalb der Schaltzeit des mechanischen Schalters erreicht. According to the concept of the invention, it is provided that--as shown here and above--the signal position of the start switch contact controls the signal position of the target switch contact. The signal position of the target switching contact is preferably reached within the switching time of the mechanical switch.
FIG. 5 A zeigt ein grundsätzliches Schema einer bevorzugten Ausführungsform eines Systems 100 zur Erzeugung einer Überbrückungsenergie mit einer Übersicht seiner Komponenten gemäß dem Konzept der Erfindung. Das System weist eine elektro-mechanische Schalteranordnung 10 auf. Die elektro-mechanische Schal teranordnung 10 weist einen mechanischen Schalter 12, einen Halbleiterschalter 14.3, einen Inverter 22, einen Energiespeicher 24, eine Gleichrichterbrücke 26 mit Dioden Dl, D2, D3 und D4 und einem Steuergerät 50 auf. FIG. Figure 5A shows a basic schematic of a preferred embodiment of a system 100 for generating a bridging power with an overview of its components according to the concept of the invention. The system includes an electro-mechanical switch assembly 10 . The electromechanical switching arrangement 10 has a mechanical switch 12, a semiconductor switch 14.3, an inverter 22, an energy store 24, a rectifier bridge 26 with diodes D1, D2, D3 and D4 and a control unit 50.
Der mechanischen Schalter 12, der Halbleiterschalter 14.3, der Inverter 22, der Energiespeicher 24 und das Steuergerät 50 sind bereits aus der FIG. 1 A bekannt und wurden in dem Zusammenhang mit der FIG. 1 A beschrieben. The mechanical switch 12, the semiconductor switch 14.3, the inverter 22, the energy store 24 and the control unit 50 are already shown in FIG. 1A and have been made in connection with FIG. 1A described.
Die Gleichrichterbrücke 26 mit den Dioden Dl, D2, D3 und D4 versorgt den Energiespeicher 24 mit Energie aus einem Energieversorgungsnetz. Zudem wandeln die Dioden Dl, D2, D3 und D4 Wechsel Spannung in Gleichspannung um. The rectifier bridge 26 with the diodes D1, D2, D3 and D4 supplies the energy store 24 with energy from an energy supply network. In addition, the diodes D1, D2, D3 and D4 convert AC voltage into DC voltage.
FIG. 5B zeigt beispielhaft ein Schaltbild mit einem Steuerungsgerät 50 in einem System 100 zur Erzeugung einer Überbrückungsenergie. Gemäß dem Konzept der Erfindung. Mit dem System 100 wird ein Elektromotor M betrieben. Alternativ zu einem Elektromotor M kann auch ein Kompressor oder eine elektrische Maschine an einem Versorgungsnetz betrieben werden; auch andere als die hier nur beispielhaft genannten Lasten sind möglich. Das System 100 umfasst eine elektro-mechanischen Schalteranordnung in Form eines Hybridschützes 10. Der Hybridschütz 10 weist einen mechanischen Schalter 12 und zwei Halbleiterschalter 14.1, 14.2 auf. Der Hybridschütz 10 ist Bestandteil einer elektrischen Schalteranordnung 11, die zusätzlich zu dem Hybridschütz 10 noch einen elektrischen Steuerschalter 14.3 in Form eines weiteren Halbleiterschalters aufweist. Die Halbleiterschalter 14.1, 14.2 und 14.3 sind jeweils als Transistoren ausgebildet. FIG. 5B shows an exemplary circuit diagram with a control device 50 in a system 100 for generating a bridging energy. According to the concept of the invention. An electric motor M is operated with the system 100 . As an alternative to an electric motor M, a compressor or an electric machine can also be operated on a supply network; loads other than those mentioned here as examples are also possible. The system 100 includes an electromechanical switch arrangement in the form of a hybrid contactor 10. The hybrid contactor 10 has a mechanical switch 12 and two semiconductor switches 14.1, 14.2. The hybrid contactor 10 is part of an electrical switch arrangement 11 which, in addition to the hybrid contactor 10, also has an electrical control switch 14.3 in the form of a further semiconductor switch. The semiconductor switches 14.1, 14.2 and 14.3 are each in the form of transistors.
Der Hybridschütz 10 umfasst einen mechanischen Schalter 12 und zwei Halbleiterschaltem 14.1, 14.2. Der mechanische Schalter 12 weist einen Basiskontakt 16 und zwei Umschaltkontakte, einen Start- Schaltkontakt 18 und einen Ziel -Schaltkontakt 20, auf. Der Elektromotor M ist über Anschlüsse 34 sowohl mit dem Basiskontakt 16, als auch mit einer Masse N verbunden. Der Elektromotor M wird über den mechanischen Schalter 12 und mit einem der Umschaltkontakte 18, 20 über Netzanschlüsse 42 entweder an das Energieversorgungsnetz PI oder an das Energieversorgungsnetz P2 angeschlossen werden. Weiter weisen der Basiskontakt 16 und die Umschaltkontakte 18, 20 je eine Detektiereinrichtung DET1, DET2 und DET3 auf. Die Detektiereinrichtung DET1, DET2 und DET3 messen jeweils die Signallage kO, kl oder k3, die an dem entsprechenden Kontakt anliegt. In der aktuell dargestellten Stellung des mechanischen Schalters 12 wird der Elektromotor über den Basiskontakt 16, den Umschaltkontakt 18 und das Energieversorgungsnetz PI mit Energie versorgt. Soll der Elektromotor M nun über das Energieversorgungsnetz P2 mit Energie versorgt werden, schaltet der mechanische Schalter 12 auf den Umschaltkontakt 20 um. Damit bei dem Umschalten des mechanischen Schalters 12 keine Lichtbögen erzeugt werden, wird durch ein Steuergerät 50, hier einer FPGA, die Erzeugung und Bereitstellung einer Überbrückungsenergie gesteuert. The hybrid contactor 10 includes a mechanical switch 12 and two semiconductor switches 14.1, 14.2. The mechanical switch 12 has a base contact 16 and two changeover contacts, a start switch contact 18 and a target switch contact 20 on. The electric motor M is connected both to the base contact 16 and to a ground N via connections 34 . The electric motor M is connected via the mechanical switch 12 and with one of the changeover contacts 18, 20 via mains connections 42 either to the power supply network PI or to the power supply network P2. Furthermore, the base contact 16 and the changeover contacts 18, 20 each have a detection device DET1, DET2 and DET3. The detection devices DET1, DET2 and DET3 each measure the signal position k0, kl or k3 which is present at the corresponding contact. In the currently shown position of the mechanical switch 12, the electric motor is supplied with energy via the base contact 16, the changeover contact 18 and the power supply network PI. If the electric motor M is now to be supplied with energy via the energy supply network P2, the mechanical switch 12 switches over to the changeover contact 20. To ensure that no arcs are generated when the mechanical switch 12 is switched over, a control unit 50, here an FPGA, controls the generation and provision of bridging energy.
Das Steuergerät 50, ist hierfür mit den Detektiereinrichtungen DET1, DET2 und DET3 verbunden und empfängt die gemessenen Signallagen kO, kl und k2 an dem Basiskontakt 16 und den Umschaltkontakten 18 und 20. Die Signallage kO des Basiskontakts 16, die Signallage kl des Start- Schaltkontakts 18 und Signallage k2 des Ziel-Schaltkontakts 20 werden als ein Phasenverlauf (p bei Wechsel Spannung oder ein Spannungspegel a gemessen. Weiter ist das Steuergerät 50 mit dem mechanischen Schalter 12 und den Halbleiterschaltem 14.1, 14.2 und 14.3 verbunden, um diese umzuschalten bzw. anzusteuem. Um die Erzeugung und Bereitstellung der Überbrückungsenergie zu steuern, ist das Steuergerät 50 weitet mit einem Inverter 22, und einem Energiespeicher 24 verbunden. Das Steuergerät 50 ist auch mit einem BUS-System über einen BUS-Anschluss 32 verbunden. Als Teil einer Energieversorgung weist der Energiespeicher 24 zwei Kondensatoren CI und C2 auf. In den Kondensatoren CI und C2 wird die Überbrückungsenergie gespeichert. Für die Energieversorgung können diese Kondensatoren CI und C2 an eine 3 Volt Gleichspannungsversorgung 44 über einen Umrichter 28 angeschlossen werden und so mit einer Spannung verbunden und auf- geladen werden. Außerdem können die Kondensatoren CI und C2 über eine Gleichrichterbrücke 26 mit vier Dioden Dl, D2, D3 und D4 von dem jeweils angeschlossenen Energieversorgungsnetz Pl, P2 geladen werden. Für die Energieversorgung richten die Dioden Dl, D2, D3 und D4 eine Wechsel Spannung der Energieversorgungsnetzes PI oder P2 gleich. For this purpose, the control unit 50 is connected to the detection devices DET1, DET2 and DET3 and receives the measured signal levels kO, kl and k2 at the base contact 16 and the changeover contacts 18 and 20. The signal level kO of the base contact 16, the signal level kl of the start switching contact 18 and signal position k2 of the target switching contact 20 are measured as a phase curve (p with alternating voltage or a voltage level a. Furthermore, the control unit 50 is connected to the mechanical switch 12 and the semiconductor switches 14.1, 14.2 and 14.3 in order to switch or control them In order to control the generation and provision of the bridging energy, the control unit 50 is also connected to an inverter 22 and an energy store 24. The control unit 50 is also connected to a BUS system via a BUS connection 32. As part of an energy supply, the energy store 24 has two capacitors CI and C2. The bridging energy is stored in the capacitors CI and C2. For the energy supply, these capacitors C1 and C2 can be connected to a 3 volt DC voltage supply 44 via a converter 28 and can thus be connected to a voltage and charged. In addition, the capacitors CI and C2 can be charged via a rectifier bridge 26 with four diodes D1, D2, D3 and D4 from the respectively connected power supply system P1, P2. For the power supply, the diodes D1, D2, D3 and D4 rectify an alternating voltage of the power supply network PI or P2.
Das Steuergerät 50 ist ausgebildet, im Falle des Umschaltens des mechanischen Schalters 12 die notwendige Überbrückungsenergie zu berechnen und ein entsprechendes Steuersignal zu erzeugen. Die Steuereinheit 50 ist weiter ausgebildet, das vorliegend pulsweitenmodulierte Steuersignal an den Inverter 22 auszugeben. Der Inverter 22 formt entsprechend des Steuersignals die Überbrückungsenergie, welche durch den Energiespeicher 24 vorgespeichert ist. Über eine Ferritspule 30 mit einem Überspannungsschutz 40 und den elektrischen Steuerschalter 14.3 wird die Überbrü- ckungsenergie während des Schaltens des mechanischen Schalters 12 dem Elektromotor M zurThe control unit 50 is designed to calculate the necessary bridging energy and to generate a corresponding control signal when the mechanical switch 12 switches over. The control unit 50 is further designed to output the present pulse width modulated control signal to the inverter 22 . The inverter 22 forms the bridging energy, which is pre-stored by the energy store 24, in accordance with the control signal. The bridging energy is transferred to the electric motor M during the switching of the mechanical switch 12 via a ferrite coil 30 with an overvoltage protection device 40 and the electrical control switch 14.3
Verfügung gestellt. provided.
BEZUGSZEICHENLISTE REFERENCE LIST
2 Hall-Sensor 2 hall sensor
10 Hybrid Schütz 10 hybrid contactor
12 mechanischer Schalter 12 mechanical switch
14.1, 14.2, 14.3 Halbleiterschalter, elektrischer Steuerschalter 14.1, 14.2, 14.3 semiconductor switches, electrical control switches
15 Detektor 15 detector
16 Basiskontakt 16 base contact
18 Start- Schaltkontakt 18 Start switching contact
20 Ziel -Schaltkontakt 20 target switch contact
22 Inverter 22 inverters
24 Energiespeicher 24 energy storage
26 Gleichrichterbrücke 26 rectifier bridge
28 Umrichter 28 converters
30 Ferritkern-Spule 30 ferrite core coil
32 BUS-Anschluss 32 BUS connection
34 Anschlüsse 34 connections
36 Positionen des Verlaufs der Überbrückungsenergie36 positions of the history of the bridging energy
38 Verlauf der Überbrückungsenergie 38 Bridging energy curve
40 Überspannungsschutz-Diode 40 overvoltage protection diode
42 Netzanschlüsse 42 power connections
44 Gleichspannungsversorgung 44 DC power supply
50 Steuergerät 50 controller
50.1 Energiekontrolleinheit 50.1 Power Control Unit
50.2 Relaiskontrolleinheit 50.2 Relay Control Unit
50.3 Inverterkontrolleinheit 50.3 Inverter control unit
50.4 Zeitkontrolleinheit 50.4 Time Control Unit
50.5 BUS-Kontrolleinheit 50.5 BUS control unit
50.6 Bedienfeldkontrolleinheit 50.6 Panel Control Unit
100 System 100 systems
200 Verfahren 200 procedures
210 Detektieren der Signallagen 210 detecting the signal layers
212 Empfangen technischen Charakteristiken eines Inverters212 Receiving technical characteristics of an inverter
214 Empfangen technischen Charakteristiken einer Last 220 Erzeugen einer Überbrückungsenergie214 Receiving technical characteristics of a load 220 Generating a bridging energy
230 Öffnen eines mechanischen Schalters230 opening of a mechanical switch
240 Schließen eines Halbleiter-schalters240 Closing of a semiconductor switch
250 Schließen des mechanischen Schalters250 Closing of the mechanical switch
260 Öffnen des Halbleiterschalters a Spannungspegel 260 Opening of the semiconductor switch a voltage level
BUS BUS-System BUS BUS system
Cl, C2 Kondensator Cl, C2 capacitor
Dl, D2, D3, D4 Diode D1, D2, D3, D4 diode
DET1, DET2, DET3 Detektiereinrichtung kO Signallage am Basiskontakt kl Signallage am Start- Schaltkontakt k2 Signallage am Ziel -SchaltkontaktDET1, DET2, DET3 detection device kO signal level at the base contact kl signal level at the start switch contact k2 signal level at the target switch contact
M Elektromotor M electric motor
N, SL Masse N, SL mass
Pl, P2 Energieversorgungsnetz Pl, P2 power supply network
T Zeit T time
Ts Schaltzeit Ts switching time
ÜE Überbrückungsenergie ÜE bridging energy
(p Phasenverlauf (p phase progression

Claims

ANSPRÜCHE EXPECTATIONS
1. Steuergerät (50) zur Steuerung einer elektro-mechani sehen Schal teranordnung (10), insbesondere eines Hybridschützes, wobei die elektro-mechanische Schal teranordnung (10) eine elektrische Schal teranordnung (11) mit mindestens einem elektrischen Steuerschalter (14.3) und einer Energieversorgung aufweist und einen mechanischen Schalter (12) zur Anbindung an eine Last aufweist, insbesondere zur Anbindung an einen Elektromotor (M) aufweist, wobei 1. Control unit (50) for controlling an electro-mechanical switch arrangement (10), in particular a hybrid contactor, the electro-mechanical switch arrangement (10) having an electrical switch arrangement (11) with at least one electrical control switch (14.3) and one Has power supply and has a mechanical switch (12) for connection to a load, in particular for connection to an electric motor (M), wherein
- der mechanische Schalter (12) einen Basiskontakt (16) und Umschaltkontakte aufweist, wobei abhängig vom Umschaltzustand einer der Umschaltkontakte als ein Start-Schalt- kontakt (18) dient und ein anderer der Umschaltkontakte als ein Ziel -Schaltkontakt (20) dient, und - the mechanical switch (12) has a base contact (16) and changeover contacts, with one of the changeover contacts serving as a start switching contact (18) and another of the changeover contacts serving as a target switching contact (20), depending on the switching state, and
- der elektrische Steuerschalter (14.3) und die Energieversorgung der elektrischen Schalteranordnung zum Bereitstellen einer Überbrückungsenergie (ÜE) beim Umschalten des mechanischen Schalters (12) ausgebildet sind, wobei - The electrical control switch (14.3) and the energy supply of the electrical switch arrangement are designed to provide bridging energy (ÜE) when switching over the mechanical switch (12), wherein
- das Steuergerät (50) mit dem mechanischen Schalter (12) und mit dem elektrischen Steuerschalter (14.3) und der Energieversorgung der elektro-mechanische Schalteranordnung (10) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass - The control unit (50) can be connected to the mechanical switch (12) and to the electrical control switch (14.3) and the energy supply of the electromechanical switch arrangement (10), characterized in that
- das Steuergerät (50) ausgebildet ist, eine Signallage (k2) des Ziel-Schaltkontakts (20) zu empfangen und eine Erzeugung der Überbrückungsenergie (ÜE) abhängig von der Signallage (k2) an dem Ziel -Schaltkontakt (20) zu steuern. - The control unit (50) is designed to receive a signal level (k2) of the target switching contact (20) and to control generation of the bridging energy (ÜE) depending on the signal level (k2) at the target switching contact (20).
2. Steuergerät (50) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (50) zusätzlich ausgebildet ist, 2. Control unit (50) according to claim 1, characterized in that the control unit (50) is additionally designed
- eine Signallage (kl) des Start- Schaltkontakts (18) zu empfangen, und - To receive a signal position (kl) of the start switching contact (18), and
- die Erzeugung der Überbrückungsenergie (ÜE) in, insbesondere zusätzlicher, Abhängigkeit von der Signallage (kl) an dem Start- Schaltkontakt (18) zu steuern. - To control the generation of the bridging energy (ÜE) in, in particular additional, dependence on the signal position (kl) at the start switch contact (18).
3. Steuergerät (50) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (50) ausgebildet ist, 3. Control unit (50) according to claim 2, characterized in that the control unit (50) is designed
- für die Überbrückungsenergie (ÜE) einen Übergang von der Signallage (kl) an dem Start- Schaltkontakt (18) zu der Signallage (k2) an dem Ziel -Schaltkontakt (20) zu berechnen, - ein Steuersignal zu erzeugen und an den elektrischen Steuerschalter (14.3) und die Energieversorgung abzugeben, insbesondere an einen Inverter (22) und/oder an einen Energiespeicher (24) und/oder eine Gleichspannungsversorgung (44) abzugeben. - to calculate a transition from the signal position (kl) at the start switching contact (18) to the signal position (k2) at the target switching contact (20) for the bridging energy (ÜE), - to generate a control signal and to transmit it to the electrical control switch (14.3) and the energy supply, in particular to an inverter (22) and/or to an energy store (24) and/or to a DC voltage supply (44).
4. Steuergerät (50) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (16, 18, 20) des mechanischen Schalters (12) mit Detektoreinrichtungen (DET1, DET2, DET3) verbunden sind, welche ausgebildet sind, die Signallage (kO, kl, k2) der Kontakte (16, 18, 20) zu messen, insbesondere an einem der Kontakte (16, 18, 20) zu messen, insbesondere die Signallage (kO, kl, k2) des Ziel -Schaltkontakts (20) und/oder des Start- Schaltkontakts (18) und/oder des Basiskontakts (16) zu messen. 4. Control unit (50) according to one of the preceding claims, characterized in that the contacts (16, 18, 20) of the mechanical switch (12) are connected to detector devices (DET1, DET2, DET3) which are designed to detect the signal level ( to measure kO, kl, k2) of the contacts (16, 18, 20), in particular to measure one of the contacts (16, 18, 20), in particular to measure the signal position (kO, kl, k2) of the target switching contact (20) and/or the start switching contact (18) and/or the base contact (16).
5. Steuergerät (50) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoreinrichtungen (DET1, DET2, DET3) einen Signalspeicher (54) aufweisen zum Speichern der Signallage (kO) an dem Basiskontakt (16), der Signallage (k2) an dem Ziel-Schaltkontakt (10) und/oder der Signallage (kl) an dem Start- Schaltkontakt (18). 5. Control unit (50) according to claim 4, characterized in that the detector devices (DET1, DET2, DET3) have a signal memory (54) for storing the signal level (kO) at the base contact (16), the signal level (k2) at the Target switch contact (10) and / or the signal position (kl) on the start switch contact (18).
6. Steuergerät (50) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (50) ausgebildet ist, die Erzeugung der Überbrückungsenergie (ÜE) mittels einer Pulsweitenmodulation zu steuern, insbesondere ist das Steuergerät (50) ausgebildet, ein pulsweitenmoduliertes Steuersignal an einen Inverter (22) auszugeben. 6. Control unit (50) according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit (50) is designed to control the generation of the bridging energy (ÜE) by means of pulse width modulation, in particular the control unit (50) is designed to send a pulse width modulated control signal to output an inverter (22).
7. Steuergerät (50) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signallage (kO) des Basiskontakts (16), die Signallage (kl) des Start- Schaltkontakts (18) und/oder die Signallage (k2) des Ziel -Schaltkontakts (20) gekennzeichnet ist durch 7. Control unit (50) according to one of the preceding claims, characterized in that the signal position (kO) of the base contact (16), the signal position (kl) of the start switching contact (18) and / or the signal position (k2) of the target - Switch contact (20) is characterized by
- einen Phasenverlauf (q>) bei Wechsel Spannung, insbesondere der Phasenverlaufist, oder- a phase curve (q>) with alternating voltage, in particular the phase curve, or
- ein Spannungspegel (a), insbesondere der Spannungspegel ist. - a voltage level (a), in particular the voltage level.
8. Steuergerät (50) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (50) ausgebildet ist, 8. Control unit (50) according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit (50) is designed
- ein Steuersignal zu erzeugen, wobei das Steuersignal an dem elektrischen Steuerschalter (14.3) und/oder an der Energieversorgung zu demjenigen Zeitpunkt (ti) vorliegt, an dem sich der mechanische Schalter (12) vom Start- Schaltkontakt (20) löst. - To generate a control signal, the control signal being present at the electrical control switch (14.3) and/or at the power supply at that point in time (ti) at which the mechanical switch (12) releases from the start switch contact (20).
9. Steuergerät (50) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereitstellen der Überbrückungsenergie (ÜE) zum Erreichen der Signallage (k2) an dem Ziel-Schaltkontakt (20) innerhalb einer Schaltzeit (Ts) des mechanischen Schalters (12) erfolgt. 9. Control device (50) according to one of the preceding claims, characterized in that providing the bridging energy (ÜE) to reach the signal level (k2) at the target switching contact (20) within a switching time (Ts) of the mechanical switch (12) he follows.
10. Steuergerät (50) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Steuerschalter (14.3) zum Bereitstellen einer Überbrückungsenergie (ÜE) beim Umschalten des mechanischen Schalters (12) als ein Halbleiterschalter, insbesondere als ein Transistor (TI), ausgebildet ist. 10. Control unit (50) according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical control switch (14.3) for providing a bridging energy (ÜE) when switching the mechanical switch (12) as a semiconductor switch, in particular as a transistor (TI) is formed is.
11. System (100) zur Steuerung einer elektro-mechani sehen Schal teranordnung (10), insbesondere eines Hybridschützes , aufweisend: 11. System (100) for controlling an electromechanical switch arrangement (10), in particular a hybrid contactor, having:
- eine Energieversorgung, insbesondere mit einem Inverter (22) und/oder einem Energiespeicher (24) und/oder einer Gleichspannungsversorgung (44), zur Erzeugung einer Überbrückungsenergie (ÜE), und ein Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zum gesteuerten Erzeugen der Überbrückungsenergie (ÜE). - An energy supply, in particular with an inverter (22) and/or an energy store (24) and/or a DC voltage supply (44), for generating a bridging energy (ÜE), and a control unit according to one of Claims 1 to 10 for the controlled generation of the Bridging energy (ÜE).
12. System (100) nach Anspruch 10, aufweisend einen Kondensator (Cl, C2) als Energiespeicher (24) und eine Gleichrichterbrücke (26), wobei 12. System (100) according to claim 10, comprising a capacitor (Cl, C2) as an energy store (24) and a rectifier bridge (26), wherein
- die Gleichrichterbrücke (26) ausgebildet ist, Wechselstrom zu empfangen, in Gleichstrom umzuwandeln und an den Kondensator (Cl, C2) weiterzugeben, und/oder - the rectifier bridge (26) is designed to receive alternating current, convert it into direct current and pass it on to the capacitor (C1, C2), and/or
- der Kondensator (Cl, C2) ausgebildet ist zur Weitergabe der gespeicherten Energie als Gleichstrom. - The capacitor (Cl, C2) is designed to pass on the stored energy as direct current.
13. Verfahren (200) zum Steuern einer elektro-mechanischen Schalteranordnung (10), insbesondere eines Hybridschützes, mit einem Steuergerät (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: 13. Method (200) for controlling an electromechanical switch arrangement (10), in particular a hybrid contactor, with a control unit (50) according to one of claims 1 to 10, the method having the steps:
- Detektieren (210) einer Signallage (kl) an einem Start- Schaltkontakt (18) und/oder einer Signallage (k2) an einem Ziel -Schaltkontakt (20) eines mechanischen Schalters (12) der Schal teranordnung (10), - Detecting (210) a signal position (kl) at a start switch contact (18) and/or a signal position (k2) at a target switch contact (20) of a mechanical switch (12) of the switch arrangement (10),
- Erzeugen (220) einer Überbrückungsenergie (ÜE); 21 - Generating (220) a bridging energy (ÜE); 21
- Öffnen (230) des mechanischen Schalters (12) und Ansteuern, insbesondere Schließen (240) eines elektrischen Steuerschalters (14.3), wobei durch das Ansteuern des elektrischen Steuerschalters (14.3) die Überbrückungsenergie (ÜE) bereitgestellt wird, - Opening (230) of the mechanical switch (12) and activating, in particular closing (240) an electrical control switch (14.3), the bridging energy (ÜE) being provided by activating the electrical control switch (14.3),
- Schließen (250) des mechanischen Schalters (12), wobei durch Berühren des Ziel-Schalt- kontakts (20) ein elektrisches Signal erzeugt und an ein Steuergerät (50) ausgegeben wird,- Closing (250) of the mechanical switch (12), with an electrical signal being generated by touching the target switching contact (20) and being output to a control unit (50),
- weiteres Ansteuern, insbesondere Öffnen (260), des elektrischen Steuerschalters (14.3) durch Empfangen des elektrischen Signals vom Steuergerät (50), dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen (220) der Überbrückungsenergie (ÜE) abhängig von der Signallage (k2) an dem Ziel-Schaltkontakt (20), insbesondere der Signallage (kl) an dem Start- Schaltkontakt (18) und der Signallage (k2) an dem Ziel -Schaltkontakt (20), mittels dem Steuergerät (50) gesteuert wird. - Further activation, in particular opening (260), of the electrical control switch (14.3) by receiving the electrical signal from the control unit (50), characterized in that the generation (220) of the bridging energy (ÜE) depends on the signal position (k2) at the Target switch contact (20), in particular the signal position (kl) at the start switch contact (18) and the signal position (k2) at the target switch contact (20), is controlled by the control unit (50).
14. Verfahren (200) nach Anspruch 13, gekennzeichnet, durch den Schritt 14. The method (200) according to claim 13, characterized by the step
- Empfangen (212) von technischen Charakteristiken eines Inverters (22), insbesondere dessen Schaltgeschwindigkeit und dessen Schaltfrequenz, wobei - Receiving (212) of technical characteristics of an inverter (22), in particular its switching speed and its switching frequency, wherein
- das Erzeugen (220) der Überbrückungsenergie (ÜE) zusätzlich abhängig ist von den technischen Charakteristiken des Inverters (22). - The generation (220) of the bridging energy (ÜE) is also dependent on the technical characteristics of the inverter (22).
15. Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, gekennzeichnet, durch den Schritt15. The method (200) according to any one of claims 13 or 14, characterized by the step
- Empfangen (214) von technischen Charakteristiken einer an die Schalteranordnung (10) angeschlossenen Last (M), wobei das Erzeugen (220) der Überbrückungsenergie (ÜE) zusätzlich abhängig ist von den technischen Charakteristiken der Last. - Receiving (214) of technical characteristics of a switch arrangement (10) connected load (M), wherein the generation (220) of the bridging energy (ÜE) is also dependent on the technical characteristics of the load.
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