Schütz mit Steuerstufe und Überstromauslöser

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Gleichstrombetrieb für Schütze gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Eine solche Schaltungsanordnung zum Gleichstrombetrieb für Schütze ist aus der DE-OS 25 13 043 bekannt.

[0003] Dort wird zur maximalen Einsparung von Energie vorgeschlagen, während der Anzugs-und Haltephase die das Schütz versorgende Speisespannung über einen elektonischen kontaktlosen Schalter oder Transistor impulsweise an die Erregerspule zu legen. Frequenz und/oder Dauer der Impulse werden durch Vergleich einer dem Erregerstrom proportionalen Spannung mit einer Referenzspannung 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 angehoben. Damit wird energiesparend ein sicheres Anziehen des Schützes gewährleistet. Die Zeit des Anhebens der Referenzspannung kann durch Messen und Auswerten der beim Schließen des Luftspaltes in dessen Umgebung auftretenden Änderung des magnetischen Feldes beendet werden. Wahlweise kann diese Zeitspanne auch durch ein Zeitglied, z.B. einen monostabilen Multivibrator einstellbarer Laufdauer bestimmt werden.

[0004] 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.

[0005] Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

[0006] 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 Sicherungsautomaten ausübt. Zur Ansteuerung der elektronischen Schaltstufe wie zur Störmeldung eines Überstromes ist vorteilhaft die gleiche Leitung verwendbar, d.h. der Steuereingang für die Schaltstufe ist gleichzeitig Meldeausgang.

[0007] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

[0008] Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen erläutert.

[0009] Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltung für ein elektromagnetisches Schütz mit Steuerstufe,

Fig. 2 und 3 Varianten mit zwei Wicklungen des Schützes.

[0010] 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 E1 mit ersten Hauptkontakten 3 eines elektromagnetischen Schützes 4 verbunden. Zweite Hauptkontakte 5 des Schützes 4 liegen über einer zweiten Eingangsklemme E2 am negativen Pol 6 der Batterie 2. Die Fahrbatterie 2 gibt dabei beispielsweise eine Gleichspannung von 96V ab.

[0011] An die Hauptkontakte 3, 5 des Schützes 4 ist über Ausgangsklemmen A1, A2 eine Steuer- und Regeleinrichtung 7 als Last angeschlossen, die eine Ankerwicklung 8 und eine Feldwicklung 9 eines Gleichstrom-Nebenschlußmotors 10 speist, der beispielsweise als Fahrmotor für ein Elektroauto dient.

[0012] Die Hauptkontakte 3, 5 werden mit Hilfe einer Erregerspule 11 des Schützes 4 angesteuert. Die Erregerspule 11 wird von einem Leistungsverstärker 12 gespeist. Die Ansteuerung des Leistungsverstärkers 12 erfolgt über einen Modulator (Transistorschaltstufe) 13. Eingangsseitig ist der Modulator 13 über einen Vorwiderstand 14 mit einer Steuer/Meldeklemme 15 des Schützes verbunden.

[0013] 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 Anschlußklemme S2 des Schützes. Mit dieser Anschlußklemme S2 ist weiterhin der eine Versorgungsanschluß des Leistungsverstärkers 13 verbunden. Der andere Versorgungsanschluß des Verstärkers 12 liegt über einer weiteren Anschlußklemme S1 des Schützes am positiven Pol 18 einer Steuerbat_terie 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.

[0014] Zur Betätigung des Schützes 4 ist ein Kommandogeber 21 zwischen den Anschlußklemmen zwischen Pol 18 und Steuer/Meldeklemme 15 angeordnet. Der Kommandogeber 21 kann leistungsschwach 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.

[0015] Zum Schließen der Hauptkontakte 3, 5 des Schützes 4 und damit zum Zuschalten des Motors 10 mit Steuer- und Regeleinrichtung 7 wird die Steuer/Meldeklemme 15 über den Kommandogeber 21 mit einem Steuersignal von beispielsweise 12V beaufschlagt. Nach Vorliegen dieses Steuersignals liefert der Modulator 13 zunächst einen langen Impuls für die Anzugsdauer des Schützes und anschließend "Rechenimpulse" für die Haltedauer mit einer Frequenz von beispielsweise 333 Hz an den Leistungsverstärker 12. Durch den ersten langen Impuls wird die Erregerspule 11 kurzzeitig mit einer hohen Leistung beaufschlagt, was ein sicheres Anziehen des Schützes gewährleistet. 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. 1ms) der "Rechenimpulse" den Haltestrom bestimmt.

[0016] Zum Öffnen der Hauptkontakte 3, 5 des Schützes 4 und damit zum Abschalten des Motors 10 mit Steuer- und Regeleinrichtung 7 wird das über den Kommandogeber 21 vorgegebene positive Steuersignal abgeschaltet (OV-Potential an Klemme 15), wodurch der Modulator 13 die Abgabe der zur Ansteurung des Leistungsverstärkers 12 dienenden "Rechenimpulse" beendet.

[0017] 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 E1-A1 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 vom Kommandogeber 21 über die Steuer/Meldeklemme 15, den Vorwiderstand 14 und den Thyristor 17 zur negativen Anschlußklemme S2. Der Vorwiderstand 14 dient im wesentlichen zur Festlegung und Begrenzung des Kurzschlußstromes. Hierdurch können Kommandogeber 21 und Thyristor 17 leistungsschwäch ausgebildet sein.

[0018] 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.

[0019] 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 14 ist es möglich, den Eingangsstrom an Klemme 15 bei gezündetem Thyristor 17 auf ein Vielfaches des normalen Eingangsstromes ansteigen zu lassen.

[0020] Anstelle eines Thyristors 17 sind auch andere Schaltelemente mit Speicherfunktion im Fehlerfall einsetzbar. Ferner kann auch eine magnetfeldabhängige Feldplatte anstelle des Schutzgas-Schaltkontaktes 16 Verwendung finden.

[0021] 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 11A zum Anziehen des Relais (Anzugswicklung) und eine Niederstromwicklung 11 H zum Halten des Relais (Haltewicklung). Die Hochstromwicklung 11A wird von einem ersten bzw. die Niederstromwicklung 11 H von einem zweiten Leistungsverstärker 12A bzw. 12H gespeist. Der Leistungsverstärker 12H ist direkt und der Leistungsverstärker 12A über einen Modulator 13A (Monoflop) an den Vorwiderstand 14 angeschlossen. Die Leistungsverstärker 12A, 12H sind jeweils mit den Polen 18, 20 der Steuerbatterie 19 verbunden. Die übrige Schaltungsanordnung ist wie unter Fig. 1 beschrieben.

[0022] Bei der Anordnung gemäß Fig. 2 triggert das positive Steuersignal mit seiner Vorderflanke den Modulator 13A, der den Leistungsverstärker 12A für die Anzugswicklung 11A (Hochstromwicklung) während einer vorgebbaren Anzugszeit ansteuert. Der Leistungsverstärker 12H für die Haltewicklung 11 H erhält das Steuersignal direkt. Nach Ablauf der Anzugszeit des Modulators 13A werden Leistungsverstärker 12A und damit Anzugswicklung 11A abgeschaltet, da die Niederstromwicklung 11 H allein zur Aufrechterhaltung der Haltephase ausreicht.

[0023] Da die Anzugswicklung 11A für einen großen Strom bei nur kurzer Einschaltdauer auszulegen ist, kann der Wicklungsdraht entsprechend dünn . bemessen werden, so daß die Hochstromwicklung 11A nur einen kleinen Teil des zur Verfügung stehenden Wicklungsraumes einnimmt. Es bleibt somit genügend Raum für die für Langzeitbetrieb auszulegende Haltewicklung 11 H.

[0024] 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 Niederstromwicklung 11H vorgesehen. Die Wicklung 11A ist mit einem Leistungsverstärker 12A und die Wicklung 11 H mit einem Leistungsverstärker 12H beschaltet, wobei der Leistungsverstärker 12A wiederum über einen Modulator 13A (Monoflop) sowie der Leistungsverstärker 12H direkt angesteuert werden. Im Unterschied zur Variante gemäß Fig. 2 sind die beiden Wicklungen 11A, 11 H in Reihe geschaltet. Die übrige Schaltungsanordnung ist wie unter Fig. 1 beschrieben.

[0025] Bei der Anordnung gemäß Fig. 3 triggert die Vorderflanke des Steuersignals den Modulator 13A, was die Ansteuerung des Leistungsverstärkers 12A und damit das Einschalten der Anzugswicklung 11A zur Folge hat. Gleichzeitig wird auch die Haltewicklung 11 H über den Verstärker 12H eingeschaltet. Es ergibt sich ein hoher Anzugsstrom über Wicklung 11A und ein geringer Strom über Wicklung 11 H. 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.

Ansprüche

1. Schaltungsanordnung zum Gleichstrombetrieb für Schütze, wobei die Steuerspannung über eine kontaktlose elektronische Schaltstufe (12, 13) an die Erregerspule (11) des Schützes (4) 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 Uberstrommeldung des Laststromes dient.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung zur elektronischen Schaltstufe (12, 13) mit einem Kommandogeber (21) beschaltet ist, wobei der Kommandogeber zur Störmeldung eine Stromerfassungseinrichtung aufweist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltstufe aus einem Leistungsverstärker (12) mit 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 (11 H) die Anzugswicklung (11A) über einen Leistungsverstärker (12A) mit vorgeschaltetem Monoflop (13A) und die Haltewicklung (11 H) lediglich über einen Leistungsverstärker (12H) speisbar sind.

Claims

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.

2. Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that the control input (15) of the contactor is used at the same time as the signalling output for signalling overcurrent of the load current.

3. Circuit arrangement according to Claim 2, characterized in that the control line to the electronic switching stage (12, 13) is connected to a command initiator (21), the command initiator being provided with a current sensing device for disturbance signalling.

4. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic switching stage consists of a power amplifier (12) which is preceded by a modulator (13).

5. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that, if the exciter coil (11) is divided into a pickup winding (11A) and a holding winding (11H), the pickup winding (11A) can be fed via a power amplifier (12A) preceded by a monostable flipflop (13A) and the holding winding (11 H) can be fed only via a power amplifier (12H).

Revendications

1. Dispositif de couplage en vue du fonctionnement en courant continu pour contacteurs, la tension de commande étant appliquée à la bobine excitatrice (11) du contacteur (4) par l'intermédiaire d'un commutateur à étages électronique (12, 13) sans contact, dispositif caractérisé en ce que la ligne pilote allant au commutateur à étages électronique (12, 13) peut être court-circuitée au moyen d'un thyristor (17), ce thyristor (17) se commandant par l'intermédiaire d'un contact de commutation (16) sous gaz protecteur, commutable par le champ magnétique du courant dans le circuit de charge.

2. Dispositif de couplage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entrée de commande (15) du contacteur sert en même temps de sortie d'avertissement pour avertir d'une surintensité du courant de charge.

3. Dispositif de couplage selon la revendication 2, caractérisé en ce que la ligne pilote allant au commutateur à étages électronique (12, 13) est branchée avec un transmetteur d'ordres (21), ce transmetteur d'ordres comportant un dispositif de détection de courant pour avertir d'une anomalie.

4. Dispositif de couplage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le commutateur à étages électronique est constitué par un amplificateur de puissance (12) avec modulateur (13) monté en amont.

5. Dispositif de couplage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans le cas d'un partage de la bobine excitatrice (11) en un enroulement (11A) d'attraction et un enroulement (11 H) de maintien, l'enroulement (11A) d'attraction peut être alimenté par l'intermédiaire d'un amplificateur de puissance (12A) avec bascule monostable (13A) Flip-Flop montée en amont, et l'enroulement (11 H) de maintien peut être alimenté uniquement par l'intermédiaire d'un amplificateur de puissance (12H).

Zeichnung