CONTACTOR WITH A CONTROL STAGE AND EXCESS CURRENT RELEASER

Abstract: 1. Circuit arrangement for the direct-current operation of contactors, in which arrangement the control voltage is applied to the exciter coil (11) of the contactor (4) via a contactless electronic switching stage (12, 13), characterized in that the control line to the electronic switching stage (12, 13) can be short-circuited by means of a thyristor (17), the thyristor (17) being triggered via a sealed switching contact (16) which can be switched by the magnetic field of the current in the load circuit.

Description: Schaltungsanordnung zum Gleichstrombetrieb für Schütze Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Gleiehstrombetrieb für Schütze gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Schaltungsanordnung zum Gleichstrombetrieb für Schütze ist aus der DE-OS 25 13 043 ¯#ka-nt. Dort wird zur maximalen Einsparung von Energie vorge- schlagen, während der Anzugs- und Haltephase die cas Schütz versorgende Speisespannung über eInen e1e#troni- schen kontaktlosen Schalter oder Transistor impulsweise an die Erregerspule zu legen. Frequenz und/oder Dauer der Impulse werden durch Vergleich einer den Erreger strom proportionalen Spannung mit einer #eferenzspannung bestimmt. Mit dem Einschalten des Erregerstromes wird die Referenzspannung für eine Zeit länger als die Dauer der Anzugsphase von dem zum Halten erforderlichen Wert auf oder über den zum Anziehen erforderlichen Wert ange hoben. Damit wird energiesparend ein sicheres Prziehen des SchUtzes gewährleistet. Die Zeit des Anhebens der Referenzspannung kann durch Messen und Auswerten der beim Schliessen des Luftspaltes in dessen Umgebung auftretenden linderung des magnetischen Feldes beendet werden. Wahlweise kann diese Zeitspanne auch durch ein Zeitglied, z.B. einen monostabilen Multivibrator einstellbarer Laufdauer bestimmt werden; Der Erfindung liegt davon ausgehend, die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Gleichstrombetrieb für Schütze der eingangs genannten Art anzugeben, die zusätzlich Überströme im Lastkreis des Schützes erfasst und abschaltet. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen insbesondere darin, dass das Schütz neben der üblichen Funktion des Zu- und Abschaltens auch die Schutzfunktion eines strombegrenzenden Sicherungsautcmaten ausübt. Zur Ansteuerung der elektronischen Schaltstufe wie zur Störmeldung eines Überstromes ist vorteilhaft die Sle -hn Leitung verwendbar, d.h. der Steuereinçang fü- die Schaltstufe ist gleichzeitig Meldeausgang. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Erfindung wird nachstehend anhand der ir. den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Schaltung für ein elektromagneti- sches Schütz mit Steuerstufe, Fig. 2 und 3 Varianten mit zwei Wicklungen des Schützes. In Fig. 1 ist eine Schaltung für ein elektromagnetisches Schütz mit Steuerstufe und Überstromauslösung dargestellt, das beispielsweise zur Ankopplung eines elektrischen Fahrmotors mit Regeleinrichtung an eine Fahrbatterie dient. Ein positiver Pol 1 einer Fahrbatterie 2 ist über eine erste Eingangsklemme Ei mit ersten Hauptkontakten 3 eines elektromagnetischen Schützes 4 verbunden. Zweite Hauptkontakte 5 des Schützes 14 liegen über einer zweiten Eingangsklemme E2 am negativen Pol 6 der 3atterie 2. Die Fahrbatterie 2 gibt dabei beispielsweise eine Gleichspannung von 96V ab. An die Hauptkontakte 3,5 des Schützes 4 ist über Ausgangsklemmen A1,A2 eine Steuer- und Regele nrichtung 7 als Last angeschlossen, die eine Ankerwicklung 8 und eine Feldwicklung 9 eines Gleichstrom-Nebenschlussmotcrs 10 speist, der beispielsweise als Fahrmotor für ein Elektroauto dient. Die Hauptkontakte 3,5 werden mit Hilfe einer #rreger- spule 11 des Schützes 4 angesteuert. Die #rregersp'1e 11 wird von einem Leistungsverstärker 12 gespeist e Ansteuerung des Leistungsverstärkers 12 erfolgt über zinken Modulator (Transistorschaltstufe) 13 Eingangsseitig ist der Modulator 13 über einen Vorwiderstand 14 rlt eimer Steuer/Meldeklemme 15 des Schützes verbunden. Der Modulator 13 ist eingangsseitig desweiteren über einen Schutzgas-Schaltkontakt 16 an den Steueranschluss eines Thyristors 17 angeschlossen. Der Thyristor 17 liegt mit seiner anode am Eingang des Modulators 13 und mit seiner Kathode an einer Anschlussklernme S2 des Schützes. Mit dieser Anschlussklemme S2 ist weiterhin der eine Versorgungsanschluss des Leistungsverstärker verbunden. Der andere Versorgungsanschluss des Verstärkers 12 liegt über einer weiteren Anschlussklemme S1 des Schützes am positiven Pol 18 einer Steuerbatterie 19. Der negative Pol 20 dieser Batterie 19 ist an die Klemme S2 des Schützes angeschlossen. Die Steuerbatterie 19 gibt beispielsweise eine Gleichspannung von 12V ab. Zur Betätigung des Schützes 14 ist ein Kommandogeber 21 zwischen den Anschlussklemmen zwischen Pol 18 und Steuer/Meldeklemme 15 angeordnet. Der Kommandogeber 21 kann leistungaschwach ausgelegt werden, da lediglich Steuersignale bzw. Meldesignale zu verarbeiten sind, während die leistungsmässige Ansteuerung der Erregerspule 11 über den Leistungsverstärker 12 erfolgt. Der Kommandogeber 21 ist zusätzlich mit einer Stromerfassungseinrichtung versehen, um eine Überstromauslösung des Schützes 4 zu erkennen. Zum Schliessen der Hauptkontakte 3, 5 des Schützes t und damit zum Zuschalten des Motors 10 mit Steuer- und Regeleinrichtung 7 wird die Steuer/Meldek'e-me 15 über den Kommandogeber 21 mit einem Steuersignal vcn bei spielsweise 12V beaufschlagt. Nach Vorliegen dieses Steuersignals liefert der Modulator 13 zunächst einen langen Impuls für die Anzugsdauer des SchUtzes und an- schliessend "Rechenimpulse" für die Haltedauer rt einer Frequenz von beispielsweise 333 Hz an den Leistungsverstärker 12. Durch den ersten langen Impuls wird cie Lr- regerspule 11 kurzzeitig mit einer hohen Leistung beaufschlagt, was ein sicheres Anziehen des Schützes gew-hrleistet. Während der Haltedauer muss die Erregerspule 11 lediglich mit reduzierter Leistung gespeist werden, wobei das Verhältnis von Pausezeiten (z.B. 2ms) zu Impulszeiten (z.B. lms) der uRechenimpulsell den Haltestrom bestimmt. Zum Öffnen der Hauptkontakte 3,5 des Schützes 4 und da mit zum Abschalten des Motors 10 mit Steuer- und Regeleinrichtung 7 wird das über den Kommandogeber 21 vorge- gebene positive Steuersignal abgeschaltet (OV-Potential an Klemme 15), wodurch der Modulator 13 die Abgabe der zur Ansteurung des Leistungsverstärkers 12 dienenden "Rechenimpulse" beendet. Bei Auftreten eines Überstromes im Lastkreis, beispielsweise hervorgerufen durch einen Fehler im Motor 10 oder in der Einrichtung 7 werden die Schaltkontakte des in unmittelbarer Nähe der Zuleitungen El-Al bzw. E2-A2 angeordneten Schutzgas-Schaltkontakts 16 infolge des einen vorgebbaren Grenzwert überschreitenden Magnetfeldes geschlossen. Hierdurch wird der Thyristor 17 über seinen Gate-Anschluss durchgezündet und folglich der Eingang der elektromagnetischen Steuerstufe des Schützes kurzgeschlossen. Es fliesst ein Kurzschlussstrom von Kommandogeber 21 über die Steuer/Meldeklemme 15, den Vorwiderstand 14 und den Thyristor 17 zur negativen Anschluss- klemme S2. Der Vorwiderstand 14 dient i wesentl###en zur Festlegung und Begrenzung des Kurzschlussstrc=es. Hierdurch können Kommandogeber 21 und Thyristor 17 leistungsschwach ausgebildet sein. Nach erfolgter Durchzündung des Thyristors 17 liegt der elektronischen Steuerstufe des Schützes kein positives Steuersignal mehr an, was eine Entregung der Spule 11 und ein Öffnen der Hauptkontakte 3,5 zur Folge hat. Dadurch wird der Überstrom abgebaut und die Kontakte des Schutzgas-Schaltkontaktes 16 öffnen wieder. Der Thyristor 17 bleibt jedoch weiterhin durchgesteuert, wodurch eine "gespeicherte" Fehlermeldung auch nach Abklingen des Überstromes möglich ist. Zur Fehlererkennung und -meldung ist der Kommandogeber 21 mit einer Stromerfassungseinrichtung versehen. Diese Stromerfassungseinrichtung erfasst gleichermassen den im normalen Betriebsfall fliessenden geringen Steuerstrom wie den im Fehlerfall auftretenden erhöhten Kurzschlussstrom. Bei Auftreten des Kurzschlussstromes wird dies als Störungsmeldung für eine Überstromabschaltung interpretiert. Durch geeignete Bemessung des Widerstandes 114 ist es möglich, den Eingangsstrom an Klemme 15 bei gezündetem Thyristor 17 auf ein Vielfaches des normalen Eingangsstromes ansteigen zu lassen. anstelle eines Thyristors 17 sind auch andere Schaltelemente mit Speicherfunktion im Fehlerfall einsetzbar. Ferner kamin auch eine magnetfeldabhängige Feldplatte anstelle des Schutzgas-Scbaltkontaktes 16 Verwendung finden. In Fig. 2 ist eine erste Variante zur Schaltung gemäss Fig. 1 dargestellt. Das Schütz 4 weist dabei zwei getrennte Wicklungen anstelle einer einzigen Erregerspule 11 auf, und zwar eine Hochstromwicklung 114 zum A hen des Relais (Anzugswicklung) und eine Niederstromwicklung 11H zum Halten des Relais (Haltewicklung). Die rnc > - stromwicklung-11A wird von einem ersten bzw. dio Nieder- stromwicklung 11H von einem zweiten Leistungsverstärker 12A bzw. 12H gespeist. Der Leistungsverstärker 12P. ist direkt und der Leistungsverstärker 12A über einen Modulator 13A (Monoflop) an den Vorwiderstand 14 angeschlos- sen. Die Leistungsverstärker 12a, 12H sind jeweils mit den Polen 18,20 der Steuerbatterie 19 verbunden Die übrige Schaltungsanordnung ist wie unter Fig. 1 beschrieben. Bei der Anordnung gemäss Fig. 2 triggert das positive Steuersignal mit seiner Vorderflanke den Modulator 13A, der den Leistungsverstärker 12A für die Anzugswicklung 1 1A (Hochstromwicklung) während einer vorgebbaren Anzugszeit ansteuert. Der Leistungsverstärker 12H für die Haltewicklung 11H erhält das Steuersignal direkt. Nach Ablauf der Anzugszeit des Modulators 13A werden Leistungsverstärker 12A und damit Anzugswicklung 11A abgeschaltet, da die Niederstromwicklung 11H allein zur Aufrechterhaltung der Haltephase ausreicht. Da die Anzugswicklung 11 für einen grossen Strom bei nur kurzer Einschaltdauer auszulegen ist, kann der Wicklungsdraht entsprechend dünn bemessen werden, so dass die Hochstromwicklung 71A nur einen kleinen Teil des zur Verfügung stehenden Wicklungsraumes einnimmt. Es bleibt somit genügend Raum für die für Langzeitbetrieb auszulegende Haltewicklung 11H. In Fig. 3 ist eine zweite Variante zur Schaltung gemäss Fig. 1 dargestellt. Es sind, wie unter Fig. 2 beschrieben, eine Hochstromwicklung 11A und eine Niederstrom- wicklung 11H vorgesehen. Die Wicklung 1rA ist mit einem Leistungsverstärker 12A und die Wicklung liH mit einem Leistungsverstärker 12H beschaltet, wobei der -elsttings- verstärker 12A wiederum über einen Modulator 13 (Monoflop) sowie der Leistungsverstärker 12H direkt angesteu- ert werden. Im Unterschied zur Variante gemass i, 2 sind die beiden Wicklungen 11A, 11H in Reihe besc; tet. Die übrige Schaltungsanordnung ist wie unter ring. 1 beschieben. Bei der Anordnung gemäss Fig. 3 triggert die Vorder#lanke des Steuersignals den Modulator 13A, was die Ansteuerung des Leistungsverstärkers 12A und damit das Einschalten der Anzugswicklung 11 zur Folge hat. GleichzeitIg wird auch die Haltewicklung 11H über den Verstärker 12H eingeschaltet. Es ergibt sich ein hoher Anzugsstrom über Wicklung 11A und ein geringer Strom über Wicklung 11H. Nach Ablauf der Anzugszeit des Modulators 13A wird der Verstärker 12A abgeschaltet und es verbleibt ein Haltestrom durch die in Serie liegenden Wicklungen 11A, 11H.

Claims: Ansprüche 1. Schaltungsanordnung zum Gleicbstrombetrieb für Schütze, wobei die Steuerspannung über eine kontakt lose elektronische Schaltstufe an die Erregerspule des Schützes gelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerleitung zur elektronischen Schaltstufe (12,13) mittels eines Thyristors (17) kurzschliessbar ist, wobei der Thyristor (17) über einen vom Magnetfeld des Stromes im Lastkreis schaltbaren Schutzgas-Schaltkontakt (16) ansteuerbar ist. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereingang (15) des Schützes zugleich als Meldeausgang zur Überstrcrr#eldurg des Laststromes dient. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, G.adurzh gekennzeichnet, dass die Steuerleitung zur elektronischen Schaltstufe (12,13) mit einem Kommandogeber (2') be- schaltet ist wobei der Kommandogeber zur Störmeldung eine Stromerfassungseinrichtung aufweist. 4. Schaltungsanordnung nach einem der vc-s-enden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltstufe aus einem Leistungsverstärker (12) nit vorgeschaltetem Modulator (13) besteht. 5. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Aufteilung der Erregerspule (11) in eine Anzugswicklung (11A) und eine Haltewicklung (11H) die Anzugswicklung (11A) über einen Leistungsverstärker (12A) mit vorgeschaltetem Monoflop (13A) und die Haltewicklung (ich) lediglich über einen Leistungsverstärker (12H) speisbar sind.

Inventors: BERGMANN, LUTZ, DIPL.-ING., HAPPACH, ANTON, DIPL.-ING., HUBER, ERICH
Applicants: SCHALTBAU GESELLSCHAFT MBH
Application year: 1984
Main classification: H01H47
IPC codes: H02H3, H01H71, H01H47