DE19849684A1

DE19849684A1 - Method and device for controlling an electromechanical relay

Info

Publication number: DE19849684A1
Application number: DE19849684A
Authority: DE
Inventors: Christian Heite
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB Patent GmbH
Priority date: 1998-10-28
Filing date: 1998-10-28
Publication date: 2000-05-04
Also published as: EP0997921B1; EP0997921A1; DE59900531D1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Steuerung eines an einem Wechselspannungsnetz betriebenen und einen Laststrom schaltenden elektromechanischen Relais (3). Zur Vermeidung eines hohen Anlaufstroms, insbesondere bei kapazitiver oder Glühlampenlast, wird mittels einer Erfassung des jeweiligen Nulldurchgangs (6) der Netzwechselspannung, des nach dem Einschalten einer Last (1) auftretenden Anlaufstromimpulses (dI) mittels eines Detektors (7) und einer Meßeinrichtung (8), sowie mittels einer elektronischen Ansteuereinheit (5) nach Zuführung eines Schaltbefehls dieser um eine solche Verzögerungsdauer (T) verzögert zur Relaisspule (4) geführt, daß der Relaiskontakt (2) zum Zeitpunkt eines Nulldurchgangs (t¶0¶) schließt.The invention relates to a method and a device for controlling an electromechanical relay (3) that is operated on an AC voltage network and switches a load current. To avoid a high starting current, especially with a capacitive or incandescent lamp load, by means of a detection of the respective zero crossing (6) of the mains AC voltage, the starting current pulse (dI) occurring after switching on a load (1) by means of a detector (7) and a measuring device (8 ), and by means of an electronic control unit (5) after supplying a switching command delayed by such a delay period (T) to the relay coil (4) that the relay contact (2) closes at the time of a zero crossing (t¶0¶).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines an einem Wech selspannungsnetz betriebenen und einen Laststrom schaltenden elektromechani schen Relais, sowie auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for controlling a change electromechani operated and switching a load current rule relay, and on a device for performing the method.

Relais werden häufig verwendet, wenn ein großer Laststrom mittels eines kleinen Steuerstroms geschaltet werden soll, z. B. beim Einsatz als Installationsschalter. Vorteile mechanischer Relais liegen in hoher Robustheit und geringem Bauvolumen bei relativ geringem Preis. Vor hohen Anforderungen stehen jedoch elektromechani sche Bauelemente, wenn große Anlaufströme, wie sie z. B. bei kapazitiven oder Glühlampenlasten auftreten, geschaltet werden müssen. Glühlampenlasten sind ge kennzeichnet durch einen Faktor von etwa 10 im Verhältnis von Anlaufstrom zu dem Strom im stationären Endwert. Kapazitive Lasten treten beim Einsatz als Installati onsschalter, z. B. beim Schalten von elektronischen Transformatoren, Energiespar lampen oder elektronischen Vorschaltgeräten für Leuchtstofflampen auf.Relays are often used when a large load current is used by means of a small one Control current is to be switched, for. B. when used as an installation switch. The advantages of mechanical relays are their high robustness and small construction volume at a relatively low price. However, elektromechani face high demands cal components when large starting currents such as z. B. with capacitive or Incandescent lamp loads occur, must be switched. Incandescent lamp loads are ge characterized by a factor of about 10 in relation to the starting current Current in the stationary final value. Capacitive loads occur when used as an installation onsschalter, z. B. when switching electronic transformers, energy saving lamps or electronic ballasts for fluorescent lamps.

Es ist bekannt, beim Einsatz elektromechanischer Relais Anforderungen an das Schaltvermögen, z. B. der Verschweißfestigkeit der Kontakte, durch geeignete Wahl des Kontaktmaterials, z. B. AGCdO oder AGSnO, zu entsprechen. Das Erzielen er höhter Verschweißfestigkeit der Kontakte über entsprechende Werkstoffe hat aber technologische Grenzen. Zudem geht die Optimierung des Parameters "Verschweiß festigkeit" zu Lasten anderer Parameter, wie Bauform oder Kontaktwiderstand. Ge setzliche Auflagen zur Verarbeitung des Schwermetalls Cadmium sind streng. It is known when using electromechanical relays that requirements are met Switching capacity, e.g. B. the welding strength of the contacts, by suitable choice the contact material, e.g. B. AGCdO or AGSnO. Achieving it but has higher welding resistance of the contacts over the corresponding materials technological limits. The parameter "Welding strength "at the expense of other parameters, such as design or contact resistance. Ge Legal requirements for processing the heavy metal cadmium are strict.

Bekannt sind auch Verfahren, bei denen ein Laststrom mit hohem Einschaltstroman teil nach dem Einschalten mittels eines ersten Relais zunächst über einen entspre chenden Shunt geführt und der Shunt verzögert mit Hilfe eines Kontaktes eines zweiten Relais überbrückt wird. Die Einschaltstrombegrenzung über einen Shunt hat den Nachteil, daß der Vorwiderstand für unterschiedliche Lasten oder Betriebsspan nungen grundsätzlich neu dimensioniert werden muß. Die Impulsbelastbarkeit des Shunts muß hoch sein, das Bauteil wird entsprechend groß. Zwei Schaltrelais im Laststromkreis bedeutet neben den Kosten eine Verdopplung des Einschaltwider standes mit dem Problem der anfallenden Verlustleistung über den Relaiskontakten.Methods are also known in which a load current with a high inrush current part after switching on by means of a first relay initially via a appropriate shunt and the shunt delays with the help of a contact second relay is bridged. The inrush current limitation via a shunt has the disadvantage that the series resistor for different loads or operating chip must always be redimensioned. The impulse resilience of the Shunts have to be high, the component will be correspondingly large. Two switching relays in the In addition to the costs, the load circuit means a doubling of the switch-on resistance stood with the problem of the power loss occurring over the relay contacts.

Auf dem Gebiet der Anwendung sogenannter Halbleiterrelais ist es bekannt, einen Einschaltstromstoß durch Einschalten im Nullpunkt der Wechselspannung des Laststromkreises zu begrenzen. Diese bei elektronischen Schaltern anwendbare Technik läßt sich bei elektromechanischen Relais nicht ohne weiteres anwenden, weil eine nicht konstante Verzögerungszeit zwischen Anlegen einer Erregerspan nung und Schließen des Relaiskontaktes auftritt.In the field of the application of so-called semiconductor relays, it is known to use a Inrush current by switching on at the zero point of the AC voltage Limit load circuit. This is applicable to electronic switches Technology cannot be easily applied to electromechanical relays, because a non-constant delay time between application of an excitation chip voltage and closing of the relay contact occurs.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für einen Betrieb ei nes elektromechanischen Relais an einem Wechselspannungsnetz anzugeben, mit dem eine besonders geringe Belastung der Relaiskontakte durch Anlaufströme beim Einschalten einer Last erreicht wird. Außerdem soll eine Einrichtung zur Durchfüh rung des Verfahrens angegeben werden.The invention is therefore based on the object of a method for an operation to specify an electromechanical relay on an AC network, with a particularly low load on the relay contacts due to starting currents Switching on a load is reached. In addition, a facility for implementation tion of the procedure.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Steuerung eines elektromechanischen Relais mit den im Anspruch 1 angegebenen Verfahrensmerkmalen gelöst. Vorteilhaf te Ausgestaltungen und eine Einrichtung sind in weiteren Ansprüchen angegeben.This task is accomplished by a method of controlling an electromechanical Relay with the method features specified in claim 1 solved. Advantageous te configurations and a device are specified in further claims.

Mit der Erfindung wird das aus der Technik der elektronischen Schalter bekannte Verfahren des Schaltens im Nulldurchgang der Wechselspannung aufgegriffen und für elektromechanische Relais anwendbar gemacht. Ein Schalten quasi im Nullpunkt der Wechselspannung wird dabei durch eine verzögerte Weitergabe eines Ein schaltbefehls an die Relaisspule erreicht, wobei die Einschaltverzögerung so ge wählt ist, daß sie zusammen mit der Relaisreaktionszeit ein Schließen des Relais kontaktes zum Zeitpunkt eines Nulldurchgangs, bzw. zumindest in der Nähe eines Nulldurchgangs der Wechselspannung bewirkt. Mittels einer Regelschleife wird die Einschaltverzögerung optimiert, so daß zumindest nach wenigen Schaltzyklen eine vorher festlegbare Maximalabweichung vom Zeitpunkt des Nulldurchgangs erreicht wird.With the invention that is known from the technology of electronic switches Process of switching in the zero crossing of the AC voltage is picked up and made applicable for electromechanical relays. Switching almost at zero the AC voltage is delayed by passing an on switching command reached on the relay coil, the switch-on delay so ge is chosen that together with the relay response time it closes the relay contact at the time of a zero crossing, or at least near one Zero crossing of the AC voltage causes. Using a control loop, the Switch-on delay optimized so that at least after a few switching cycles previously determined maximum deviation from the time of zero crossing reached becomes.

Das Verfahren erfordert zwar eine Erfassung des Wechselspannung-Nulldurch gangs, dazu erforderliche Mittel sind jedoch beispielsweise bei modernen Installati onssystemen mit Informationsübertragung über das Wechselspannungsnetz aus anderen Gründen ohnehin vorhanden. Ebenso Mikrocontroller zur Realisierung ei ner zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen elektronischen Ansteuereinheit. Der Mehraufwand gegenüber einem einfachen elektromechanischen Relais be schränkt sich somit auf einen verfahrensgemäß notwendigen Stromimpulsdetektor und eine Softwareroutine.The method does require detection of the AC voltage zero gangs, but the means required for this are, for example, in modern installations systems with information transmission via the AC voltage network other reasons anyway. Likewise, microcontrollers for realizing egg ner electronic control unit required to carry out the method. The additional effort compared to a simple electromechanical relay is therefore limited to a current pulse detector that is necessary according to the method and a software routine.

Besonders vorteilhaft ist, daß nur ein einziges, äußerst kleindimensionierbares Re lais benötigt wird. Dies ist wiederum besonders für Installationssysteme, beispiels weise das Powernet-System der Fa. Busch-Jaeger Elektro GmbH, Lüdenscheid, von großer Bedeutung, weil damit Schaltfaktoren mit ausreichendem Schaltvermögen in üblichen Unterputzdosen untergebracht werden können.It is particularly advantageous that only a single, extremely small Re lais is needed. This is again particularly for installation systems, for example the Powernet system from Busch-Jaeger Elektro GmbH, Lüdenscheid, from of great importance because switching factors with sufficient switching capacity in usual flush-mounted boxes can be accommodated.

Eine weitere Erläuterung des Verfahrens einschließlich der Mittel zur Durchführung des Verfahrens erfolgt nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels.A further explanation of the procedure including the means of implementation The method follows using one shown in the drawing Embodiment.

Fig. 1 zeigt ein Blockschema einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Eine Last 1 ist mittels eines Relaiskontaktes 2 eines elektromechanischen Relais 3 mit einer Wechselspannung über Leiter N, L verbindbar. Die zum Relais 3 gehören de Relaisspule 4 wird durch eine elektronische Ansteuereinheit 5 angesteuert, die mittels eines Mikrocontrollers realisiert sein kann. Der Ansteuereinheit 5 ist über ei nen Eingang E ein Schaltbefehl zuführbar. An die Wechselspannung führenden Leiter N, L ist ein Netzspannung-Nulldurchgangs-Detektor 6 angeschlossen, der ein Nulldurchgangssignal bildet und der Ansteuereinheit 5 zuführt. Ein Stromimpuls- Detektor 7 in Verbindung mit einer Meßeinrichtung 8 liefert einen Stromimpuls- Meßwert nach dem jeweiligen Schließen des Relaiskontakts 2 an die Ansteuerein heit 5. Fig. 1 shows a block diagram of a device for performing the method. A load 1 can be connected by means of a relay contact 2 of an electromechanical relay 3 to an alternating voltage via conductors N, L. The relay coil 4 belonging to the relay 3 is controlled by an electronic control unit 5 , which can be implemented by means of a microcontroller. The control unit 5 can be supplied with a switching command via an input E. A line voltage zero crossing detector 6 is connected to the line N, L carrying the AC voltage and forms a zero crossing signal and supplies it to the control unit 5 . A current pulse detector 7 in conjunction with a measuring device 8 supplies a current pulse measured value after the respective closing of the relay contact 2 to the control unit 5 .

Der Ansteuereinheit 5 ist zur Initialisierung ein Verzögersdauer-Schätzwert T₀, bei spielsweise T₀ = 4 ms, vorgebbar. Der Schätzwert wird abhängig von der konstruktiven Auslegung des Relais 3 gewählt.For initialization, the control unit 5 can be given a delay duration estimate T ₀ , for example T ₀ = 4 ms. The estimated value is selected depending on the design of relay 3 .

Außerdem ist der Ansteuereinheit 5 ein Anpassungswert dT als Konstante K, bei spielsweise K = 100 µs, vorgebbar.In addition, the control unit 5 can be given an adaptation value dT as a constant K, for example K = 100 μs.

Eine mögliche Arbeitsweise der Ansteuereinheit 5 wird nachstehend beschrieben.A possible operation of the control unit 5 is described below.

Wenn der Ansteuereinheit 5 ein Schaltbefehl am Eingang E zugeführt wird, steuert sie nach einer Verzögerungsdauer T die Relaisspule 5 an. In einem Initialisierungs zyklus ist die Verzögerungsdauer T der vorgegebene Schätzwert T = T₀. Der nach Schließen des Relaiskontaktes 2 im Laststromkreis auftretende Anlaufstromimpuls dI wird mit den Mitteln 7, 8 als Meßwert erfaßt und der Ansteuereinheit 5 zugeführt. In Abhängigkeit vom Vorzeichen des Stromimpulses wird die Verzögerungsdauer T für den folgenden Einschaltvorgang um den Anpassungswert dT inkrementiert oder de krementiert, der als Konstante K vorgegeben sein kann, so daß zumindest nach ei nigen Einschaltvorgängen eine Abweichung des Kontaktschließzeitpunktes vom Zeitpunkt t₀ des Wechselspannungs-Nulldurchgangs von ± dT erreicht ist.If the control unit 5 is supplied with a switching command at the input E, it drives the relay coil 5 after a delay T. In an initialization cycle, the delay period T is the predefined estimated value T = T ₀ . The starting current pulse dI occurring in the load circuit after the relay contact 2 has been closed is detected as a measured value by means 7 , 8 and supplied to the control unit 5 . Depending on the sign of the current pulse, the delay time T is incremented or decremented by the adaptation value dT for the subsequent switch-on process, which can be specified as a constant K, so that at least after a few switch-on processes a deviation of the contact closing time from the time t _{0 of} the AC zero crossing of ± dT is reached.

Zur Stabilisierung des Regelkreises für die Verzögerungsdauer-Anpassung kann außer dem Vorzeichen des Stromimpulses auch der Betrag des Strommeßwertes herangezogen und mit einem Schwellenwert C verglichen werden, wobei eine An passung der Verzögerungsdauer unterbleibt, wenn der vorgegebene Schwellenwert C vom gemessenen Stromimpuls nicht erreicht wird.Can be used to stabilize the control loop for the delay duration adjustment In addition to the sign of the current pulse, the amount of the current measurement value are used and compared with a threshold value C, an An The delay period is not adjusted if the specified threshold value C is not reached by the measured current pulse.

Der Betrag des gemessenen Strompulses kann auch dazu verwendet werden, eine davon abhängige Schrittweite des Anpassungswertes dT zu bilden. In diesem Fall wird also nicht die Konstante K, sondern ein variabler Wert zur Bildung des Anpas sungswerts dT herangezogen. Damit kann mit einer kleineren Zahl von Schaltzyklen das angestrebte Optimum für den Ansteuerungszeitpunkt erzielt werden und außer dem ein praktisch mit dem Nulldurchgang t₀ übereinstimmender Einschaltzeitpunkt erreicht werden.The magnitude of the measured current pulse can also be used to form a dependent step size of the adaptation value dT. In this case, it is not the constant K, but a variable value that is used to form the adaptation value dT. The desired optimum for the activation time can thus be achieved with a smaller number of switching cycles and, in addition, a switch-on time which practically corresponds to the zero crossing t ₀ can be achieved.

Claims

1. A method for controlling an operated on an AC network and a load current switching electromagnetic relay ( 3 ), which has a relay coil ( 4 ) and at least one relay contact ( 2 ), wherein

1. the relay coil ( 4 ) is controlled by means of an electronic control unit ( 5 ),
2. it detects the respective zero crossing of the AC voltage,
3. detection of a current pulse (dI) occurring in the load circuit when the load is switched on,
4. after entering a switching command into the control unit ( 5 ), the relay coil ( 4 ) is triggered after a delay time (T) after the time of the last AC voltage zero crossing (t ₀ ),
5. a delay duration estimated value (T = T ₀ ) is specified for initialization, and
6. In further switching cycles, the delay time (T) is incremented or decremented by an adjustment value (dT) depending on the sign of the current pulse (dI) in order to achieve switching of the load close to the time of the AC voltage zero crossing (t ₀ ).

2. The method according to claim 1, characterized in that the delays duration (T) is then only incremented or decreed by an adjustment value (dT) is mented when the amount of the current pulse (dI) above the value of a pre given threshold (C).

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that as An fit value (dT) a constant (K), for example 100 µs is selected.

4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the An fit value (dT) depending on the amount of current pulse (dI) formed and ver is applied.

5. Electromechanical relay ( 3 ), the relay coil ( 4 ) of which is controlled by an electronic control unit ( 5 ), which can be supplied with a switching command, a detected load current pulse (dI), and an AC zero-crossing signal, and which is set up for this purpose, to give a control signal to the relay coil ( 4 ), which is delayed compared to the last previous time of the AC voltage zero crossing (t ₀ ) by a delay time (T), which can be specified for initialization as a delay duration estimated value (T = T ₀ ) is, and the dependent on the detected load current pulse (dI) by means of the control unit ( 5 ) is adaptable.