CONTROL DEVICE FOR ELECTROMAGNETIC COMMUTATORS

Abstract: 1. A control device for an electromagnetic switchgear, which control device contains an operating coil (1) able to be connected to control voltage or able to be separated from this control voltage by way of a first switching element (2) in dependence on the height of the control voltage, and which control device has a hysteresis formation between the ON- and OFF- command, wherein the disconnecting state of the switching element (2) is maintained over a predetermined duration (T2), and the control device, after expiration of the internal OFF-command (9) having a predetermined duration (T1), delivers an OFF-instruction (13) with the predetermined duration (T2) to the switching element (2), characterised in that the OFF-instruction with the predetermined duration (T2) initiates a control time (T3) with a predetermined duration, until the expiration of which the switching element (2) is set finally to the OFF-instruction in the case of an OFF-command following a renewed ON-command.

Description: Steuervorrichtung für elektromagnetische Schaltgeräte Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung mit einer steuerspannungshöhenabhängigen Hysteresisbildung zwischen Ein- und Auskommando für elektromagnetische Schaltgeräte mit an eine Steuerspannung über ein Schaltelement anschaltbarer Betätigungsspule. Bei einer bekannten Steuervorrichtung der ogengenannten Art (HL-Schütze Integral 32) ist für Gleichspannungsbetrieb ein Konverter vorgesehen, der einen Zustandswechsel zwischen Ein- und Auskommando mit einer gewissen Hystere se in bezug auf die Steuerspannung hervorruft. Hierdurch wird zwar ein definiertes Ein- und Ausschalten bei sich langsam variierender Steuerspannung erreicht. Die Hysteresebildung ist jedoch bei sich schnell ändernden Steuerspannungen zeitlich kaum wirksam, so dass es nach Einleitung einer Abschaltung bei schnell wiederkehrender Steuerspannung für das Schütz - wie bei herkömmlichen Antrieben einen kritischen Spannungs- und Zeitbereich gibt,in dem der neuerliche Einschaltvorgang nicht ordnungsgemäss abläuft. Die Folge hiervon ist das Verbrennen und Verschweissen der Hauptkontakte des Schützes. Dieser Vorgang tritt unter anderem beim Einschalten grosser Motoren mit hohen Anlaufströmen an einem schwachen Netz auf, da in diesem Netz die Steuerspannung für die Schütze mit zusammenbricht. Ein ähnliches Problem kann auch auftreten, wenn ein Schütz mit einer schnell schwankenden Steuerspannung betrieben wird, wie sie z.B. bei schlechter Kontaktgabe des vorgeschalteten Befehlsgebers entsteht (das sogenannte "Ratterkommando"). Durch die schnell aufeinanderfolgenden Ein- und Ausschaltvorgänge werden auch hier die Schützkontakte überhitzt und zerstört. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung der obengenannten Art dahingehend zu ertüchtigen, dass bei nicht ordnungsgemässem Steuerkommando oder auch stark schwankender Steuerspannung nachteilige Auswirkungen, insbesondere für die Kontakte des elektromagnetischen Schaltgerätes verhindert werden. Dies wird auf einfache Weise bei einer Steuervorrichtung der obengenannten Art dadurch erreicht, dass die Steuervorrichtung in Abhängigkeit von einer bestimmten Dauer des Auskommandos einen Ausbefehl bestimmter Dauer an das Schaltelement abgibt, der eine Kontrollzeit vorbestimmter Dauer in Gang setzt, bis zu deren Ablauf das Schaltelement bei einem auf neuerliches Einkommando folgenden Auskommando endgültig auf Ausbefehl gelegt ist. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Ablaufkommando der Kontrollzeit und Ausbefehl auf ein UND-Gatter mit Speicherverhalten gelegt sind. Um während des Einbefehls den Strom in der Magnetspule zusätzlich zu beeinflussen, ist es vorteilhaft, wenn ein zweites Schaltelement dem ersten Schaltelement vorgeschaltet und der Serienschaltung des ersten Schaltelementes mit der Betätigungsspule eine Freilaufdiode parallel liegt und dem ersten Schaltelement die endgültige Abschaltung obliegt. Hierbei ist es von Vorteil, wenn die durch die Freilaufdiode bewirkte Haltezeit des Schaltgerätes beim Auskommando grösser als die bestimmte Dauer des Auskommandos ist. Ferner ist es von Vorteil, wenn die Steuerung des zweiten Schaltelementes in Abhängigkeit von der Höhe der Steuerspannung freigegeben wird. Ein einfacher konstruktiver Aufbau für die für die Steuervorrichtung notwendigen Einzelteile ergibt sich, wenn die bestimmte Dauer des Auskommandos des Ausbefehls und der Kontrollzeit durch Zeitkipper gebildet werden. Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel gemäss der Erfindung beschrieben und die Wirkung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild für die Steuervorrichtung gemäss der Erfindung, Fig. 2 die zeitlichen Verläufe von Steuerspannung und Schaltzustand des Schützes bei langsam variieren der Steuerspannung, Fig. 3 Steuerspannung und Schaltzustand des Schützes bei kurzzeitigen Steuerspannungseinbrüchen, Fig. 4 die Darstellung gemäss Fig. 2 und 3 bei längeren Steuerspannungseinbrüchen und beim Diagramm nach Fig. 5 sind zwei dicht aufeinander folgende längere Steuerspannungseinbrüche berücksichtigt. Im Blockschaltbild nach Fig. 1 ist die Spule 1 des herkömmlichen Schaltgerätes oder auch Schützes mit einem Schaltelement 2 und einem weiteren Schaltelement 3 in Reihe an die Steuerspannungsklemmen 4 und 5 angeschlossen, wobei die Schaltelemente 2 und 3 auch elektronische Schalter sein können. Parallel zur Reihenschaltung aus Spule 1 und Schaltelement 2 liegt eine Freilaufdiode 6, die beim Uffnen des Schaltelementes 3 eine Fortführung des Stromflusses durch die Spule 1 und das Schaltelement 2 bewirkt, um das elektromagnetische Schaltgerät kurzzeitig im geschlossenen Zustand zu halten. An der Steuerspannungsklemme 4 liegt weiterhin ein von der Steuerspannung beeinflusster Schwellwertbildner 7. Dieser Schwellwertbildner erzeugt auch eine Hysterese. Das Einkommando liegt über die Leitung 8 am Schaltelement 3 und das Auskommando über die Leitung 9 sowohl am Schaltelement 3 als auch an einem Block 10, der die Dauer einer die Ausschaltschwelle unterschreitenden Steuerspannung auswertet. Das positive Ergebnis wird über die Leitung 11 an den Block 12 weitergegeben, der über die Leitung 13 über eine Logikstufe 14 an das Schaltelement 2 für die Zeit T2 einen Ausbefehl abgibt. Der Block 15 wertet das Ende des Signals T2 in der Leitung 13 aus und gibt dies weiter an einen Block 16, der nach Anweisung von Block 15 eine Kontrollzeit T3 anlaufen lässt. Der Ausgang des Blockes 16 liegt über die Leitung 17 zusammen mit der Abzweigung der Leitung 13 an einem UND-Gatter mit Speicherverhalten 18, das seinerseits mit dem anderen Eingang der Logikstuft 14 verknüpft ist. Die Blöcke 10, 12 und 16 können als Zeitkipper oder Zeitglieder ausgebildet sein. Zur Funktion der Steuervorrichtung wird auf die Figuren 2 bis 5 verwiesen. Die Fig. 2 zeigt im oberen Teil das Diagramm Steuerspannung über der Zeit und im unteren Diagramm Schaltzustand des Schützes über der Zeit. Beim An - legen einer langsam ansteigenden Steuerspannung erfolgt zum Zeitpunkt t1, d.h. dem Erreichen der Einschaltschwelle, an das Schaltelement 3 der Einschaltbefehl. Der Stromkreis Steuerspannungsspule 1, Schaltelement 2 und Schaltelement 3 schliesst sich, da der Einbefehl für das Schaltelement 2 über die Leitung 19 von der Steuerpsannungsquelle 4 her anliegt, d.h. das Schütz schaltet ein. Unterschreitet nun die Steuerspannung die Schwelle UEIN, so ändert sich zunächst am Schaltzustand des Schützes nichts. Unterschreitet dagegen zum Zeitpunkt t2 die Steuerspannung die Ausschaltschwelle UAUS > so ergeht an das Schaltelement 3 der Ausbefehl. Zunächst ändert sich jedoch am Einschaltzustand des Schützes noch nichts, da der Spulenstrom über die Freilaufdiode 6 und das Schaltelement 2 weiterfliessen kann. Erst wenn die Zeit, in der die Steuerspannung kleiner UAUS ist, grösser als die vorgegebene Zeit T1 ist, ergeht zum Zeitpunkt t3 an das Schaltelement 2 über die Logikstufe 14 der Ausbefehl. Der Spulenstrom wird unterbrochen und das Schütz ändert seinen Schaltzustand. Die Zeit T1 gemäss Block 10 ist so zu wählen, dass der Freilaufstrom während der Zeit T1 unter keinen Umständen den Haltestrom des Magnetsystems unterschreitet. Liegt nun (siehe Fig. 3) eine Steuerspannung grösser als UEIN vor, so ist das Schütz eingeschaltet. Zum Zeitpunkt t1 wird die Ausschaltschwelle unterschritten und an das Schaltelement 3 der Ausbefehl gegeben. Der Spulenstrom fliesst nun über das Schaltelement 2 und die Freilaufdiode 6 weiter. Da nach Ablauf der Zeit T1 die Steuerspannung wieder grösser als UEIN ist, wird das Schaltelement 3 wieder geschlossen und der Strom fliesst wie zuvor über die Schaltelemente 2 und 3 und die Spule 1. Am Schaltzustand des Schützes ändert sich somit während eines Absinkens der Steuerspannung unter den Wert UAUS nichts, wenn die Dauer des Steuerspannungseinbruches kleiner als T1 ist. In den Darstellungen ist jeweils ein Einschaltverzug und Ausschaltverzug vernachlässigt. Im Falle gemäss Fig. 4 liegt zunächst ein ähnlicher Betriebszustand vor wie im Falle nach Fig. 3. Im Unterschied zum Fall nach Fig. 3 ist jedoch hier die Dauer des Steuerspannungseinbruches tAUS grösser als die vorgegebene Zeit T1. Somit ergeht nach Ablauf der Zeit T1 auch an das Schaltelement 2 der Ausbefehl. Das Schütz schaltet somit aus. Dieser Ausbefehl bleibt für die Dauer einer festlegbaren Zeit T2, die durch den Block 12 bestimmt wird, erhalten, so dass auch dann das Schütz nicht einschaltet, wenn die Steuerspannung grösser als UEIN wird und das Schaltelement 3 hierdurch in Einstellung gebracht wird. Erst wenn nach der Zeit T2 die Steuerspannung noch grösser als UEIN ist, schaltet das Schütz durch Schliessen des Schaltelementes 2 wieder ein. Die Zeit T2 ist hierbei so zu wählen, dass das Schütz mit Sicherheit ausschalten kann und das Magnetsystem des Schützes ganz abfallen kann.Somit wird verhindert, dass das Schütz in einen Betriebszustand gerät, bei dem es nicht ordnungsgemäss ausschaltet und es somit zur Zerstörung der Hauptkontakte kommen kann. Die Anfangsphase im Diagramm nach Fig. 5 gleicht der nach Fig. 4. Die Steuerspannung unterschreitet zum Zeitpunkt t1 die Ausschaltschwelle und das Schaltelement 3 wird geöffnet. Da nach Ablauf der Zeit T1 zum Zeitpunkt t2 die Steuerspannung immer noch kleiner als UEIN ist, wird das Schaltelement 2 für die Dauer von T2 geöffnet, so dass das Schütz ausschaltet. Nach Ablauf der Zeit T2, also zum Zeitpunkt t3, wird die in Fig. 1 im Block 16 erzeugte Kontrollzeit T3 gestartet Zur selben Zeit ist die Steuerspannung grösser als UEIN, so dass das Schütz wieder einschaltet. Zum Zeitpunkt t4 sinkt die Steuerspannung wieder für eine Zeit grösser als T1 unter die Ausschaltschwelle ab. Ein derartiger Betrieb kann auftreten, wenn an einem schwachen Netz Motoren grosser Leistung eingeschaltet werden, deren Anlaufstrom die Steuerspannung zusammenbrechen lässt. Dies würde ohne die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung zu einem andauernden Ein- und Ausschalten führen und somit einen gefährlichen Betriebszustand ergeben. Im vorliegenden Fall kommt es nun während der Kontrollzeit T3 zu einem weiteren Ausschalten des Schützes; denn beide Eingänge des UND-Gatters mit Speicherverhalten 18 sind auf logisch 1,und somit wird das Schaltelement 2 in eine Dauerausstellung gebracht. Auch zu einem späteren Zeitpunkt (siehe bei T5) erfolgt keine Einschaltung des Schützes mehr, selbst wenn die Steuerspannung grösser als UEIN ist. Dieser Zustand kann entweder durch Quittierung oder durch eine Unterbrechung der Steuerspannung aufgehoben werden. 8 Patentansprüche 5 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Steuervorrichtung mit einer steuerspannungshöhenabhängigen Hysteresebildung zwischen Ein- und Auskommando für elektromagnetische Schaltgeräte mit an einer Steuerspannung über ein Schaltelement anschaltbarer Betätigungsspule, d a d u r c h g e k e n n z e ic h n e t dass die Steuervorrichtung in Abhängigkeit von einer be stimmten Dauer (T1) des Auskommandos einen Ausbefehl be stimmter Dauer (T2) an das Schaltelement (2) abgibt, der eine Kontrollzeit (T3) vorbestimmter Dauer in Gang setzt, bis zu deren Ablauf das Schaltelement (2) bei einem auf neuerliches Einkommando folgenden Auskommando endgültig auf Ausbefehl gelegt ist. 2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Ablaufkommando (17) der Kontrollzeit (T3) und Ausbefehl (13) auf ein UND Gatter mit Speicherverhalten (18) gelegt sind. 3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dem Schaltelement (2) ein weiteres Schaltelement (3) vorgeschaltet und der Serienschaltung von dem Schaltelement (2) und der Betätigungsspule (1) eine Freilaufdiode (6) parallel liegt und dem Schaltelement (2) die endgültige Abschaltung obliegt. 4. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuerung des Schaltelementes (3) in Abhängigkeit von der Höhe der Steuerspannung freigegeben wird. 5. Steuervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die durch die Freilaufdiode (6) bewirkte Haltezeit des Schaltgerätes beim Auskommando (9) grösser als die bestimmte Dauer (T1) des Auskommandos ist. 6. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass die bestimmte Dauer des Auskommandos, des Ausbefehls und der Kontrollzeit durch Zeitkipper gebildet sind. 7. Steuervorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Zeitkipper in analoger Technik mit monostabilen Kippstufen gebildet werden. 8. Steuervorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Zeitkipper in digitaler Technik durch Zählstufen gebildet werden.

Inventors: HARBAUER, WERNER, DIPL.-ING., KOLPIN, THOMAS, DR., SEITZ, JOHANN, DIPL.-ING. (FH), Kölpin, Thomas, Dr.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1986
Main classification: H01H47
IPC codes: H01H47, H02H9, H01H9, H02H3