DE9409759U1

DE9409759U1 - Schaltungsanordnung zur Realisierung eines konstanten Schütz-Haltestroms

Info

Publication number: DE9409759U1
Application number: DE9409759U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1993-06-25
Filing date: 1994-06-16
Publication date: 1994-10-27
Anticipated expiration: 2004-06-17

Description

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Beschreibung

Schaltungsanordnung zur Realisierung eines konstanten Schütz-Haltestromes
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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Schützes.

Schütze sind Fernschalter mit einem elektromagnetischen Antrieb. Man unterscheidet einen Steuerkreis des Schützes mit einer Schützspule und einen zu schaltenden Lastkreis des Schützes mit den angeschlossenen Verbrauchern. Sobald ein hinreichender Anzugsstrom durch die Schützspule fließt, zieht das Schütz an und schaltet die im Lastkreis angeschlossenen Verbraucher ein. Um das Schütz angezogen zu halten, muß ein Haltestrom durch das Schütz fließen. Nach Abschalten des Haltestroms fällt· das Schütz ab. Die in der Schützspule gespeicherte Energie wird in einem Freilaufkreis abgebaut.

Aus der DE-OS 37 33 091 ist es bekannt, einen Meßwiderstand im Steuerkreis des Schützes vorzusehen, wobei der Spannungsabfall an diesem Meßwiderstand ein Maß für den im Steuer-kreis fließenden Steuerstrom ist. Dieser Spannungsabfall wird an einem Komparator mit einem von einem Spannungsteiler vorgegebenen Wert verglichen.

Bekanntlich ist die zum Anzug des Schützes benötigte Anzugsleistung sehr viel größer als die Halteleistung. Bei Schützen mit Anzugsströmen von etwa 10 A werden Halteströme von ca.

300 mA benötigt, d.h. beide Ströme können sich etwa um'den Faktor 3 0 unterscheiden. Wird der Meßwiderstand im Hinblick auf den zu regelnden Anzugsstrom möglichst klein gewählt, ergibt sich eine dem Haltestrom entsprechend kleine Meßspannung, die zur Steuerung des Schaltelements nicht mehr ausgewertet werden kann. Ein Meßwiderstand mit einem höheren ohmschen Wert wäre zwar auch zur Steuerung des Haltestromes ge-

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eignet, aber er würde eine unzulässig hohe Verlustleistung während der Anzugsphase nach sich ziehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der oben genannten Art zu schaffen, mit der auf einfache Weise, d.h. auch mit geringem Kostenaufwand, sowie mit im Betrieb geringen Verlusten der Haltestrom des Schützes weitgehend unabhängig von Form und Amplitude der anliegenden Steuerspannung in seinem Mittelwert konstant gehalten wird.

Erfindungsgemäß wird dies mit der Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1 erreicht. Bei dieser liegen im Steuerkreis des Schützes zu einer SteuerSpannungsquelle ein steuerbares Schaltelement, ein Meßwiderstand und die Schützspule des Schützes in Reihe, und das Schaltelement steht mit einem Pulsweitenmodulator in Wirkverbindung, der unter Auswertung der im Betrieb anstehenden Schützsteuerspannung die Zeitfenster zur Steuerung des EIN-Zustands des Schaltelements vorgibt.

Um zur Ansteuerung des Schaltelements ein Steuersignal zu erhalten, das bei niedriger Steuerspannung das Schaltelement entsprechend lange in den EIN-Zustand steuert, ist es von Vorteil, wenn der Pulsweitenmodulator einen Oszillator und ein daran angeschlossenes Monoflop umfaßt, an dessen Eingang ein RC-Glied geschaltet ist, das im Betrieb durch die Schützsteuerspannung beaufschlagt wird.

Um ein Abbild der Schützsteuerspannung auf einfache Weise zu erhalten, ist es vorteilhaft, wenn in Reihe zum RC-Glied ein ohmscher Widerstand liegt und an dieser Reihenschaltung im Betrieb die Schützsteuerspannung anliegt. Somit wird auf einfache Weise, mittels eines Spannungsteilers ein Abbild der Schützsteuerspannung auf niedrigem Niveau erzeugt. Entsprechend der Zeitkonstante des RC-Glieds dauert die Aufladung

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des Kondensators von dem RC-Glied auf einen Schwellwert, z.B. den des Monoflops, umso länger dauert, je kleiner die momentane Schützsteuerspannung ist. Auf diese Weise wird mit dem Monoflop ein Zeitfenster als Steuersignal für das Schaltelement erzeugt, dessen Breite umgekehrt proportional der Amplitude der Schützsteuerspannung ist.

Zum Schutz des Monoflops erweist es sich als zweckmäßig, wenn parallel zum RC-Glied eine Zenerdiode geschaltet ist. 10

Für die Ansteuerung des Schaltelementes ist es von Vorteil, wenn das Monoflop über eine Logikeinheit und eine Treiberstufe mit dem Schaltelement in Verbindung steht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer in der Zeichnung dargestellten Schaltungsanordnung näher erläutert.

FIG 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Steuerkreises für 0 ein Schütz.

In FIG 2 ist ein Detailschaltbild mit einem Pulsweitenmodulator zur Erzeugung eines Haltestromes dargestellt.

Der in FIG 1 gezeigte Steuerkreis 34 eines Schützes umfaßt einen Gleichrichterblock 7 einer Steuerspannungsquelle und dazu in Reihe geschaltet eine Schützspule 1, ein Schaltelement 2 und einen Meßwiderstand 3. An den Meßwiderstand 3 ist eine Anzugsstromregelungsschaltung 24 angeschlossen, die über ein Logikelement 8, das mittels einer Treiberstufe 26 an das Schaltelement 2 angeschlossen ist, mit dem Schaltelement 2 in Wirkverbindung steht. An die Anzugsstromregelungsschaltung 24 ist ferner eine Sollwert-Einstelleinrichtung 25 angeschaltet. Das Logikelement 8 ist zusätzlich mit einer programmierbaren Steuerungseinrichtung 27 sowie einer mechanischen Betätigungseinrichtung 28 verbunden. Zusätzlich wird das Logik-

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element 8 von einer Spannungsformstufe 31 entweder direkt oder über eine Zeitsteuerungseinrichtung 32 mit einem daran angeschlossenen Pulsweitenmodulator 33 angesteuert.

Der Gleichrichterblock 7 enthält eine erste Doppelweggleichrichtung 71, an die der Steuerkreis 34 angeschlossen ist und eine zweite Doppelweggleichrichtung 72, die einen Versorgungskreis für die Spannungsformstufe 31 und eine Freilaufsteuerung 30 speist. Ferner liegt in diesem Versorgungskreis eine Spannungsversorgungseinrichtung 29, die die Betriebsspannung für all jene Verbraucher der Schaltungsanordnung liefert, die nicht unmittelbar von dem Gleichrichterblock 7 gespeist werden.

An die Schützspule 1 ist ein Freilaufzweig 4 angeschlossen. In diesem Freilaufzweig 4 sind ein Freilaufschaltelement 18 und eine Freilaufdiode 17 angeordnet. An dem Steuereingang des Freilaufschaltelementes 18 ist die Freilaufsteuerung 30 angeschlossen. Sie steht mit der Spannungsformstufe 31 in Signalverbindung.

FIG 2 zeigt den Steuerkreis 34 mit einer Detaildarstellung des Pulsweitenmodulators 33 gemäß FIG 1. Zum Gleichrichterblock 7 sind die Schützspule 1, das Schaltelement 2 und der Meßwiderstand 3 in Reihe geschaltet. Parallel zur Schützspule

1 liegt der Freilaufzweig 4. Die infolge des Schützstromes am Meßwiderstand 3 anliegende Spannung ist an den Eingang der Anzugsstromregelungsschaltung 24 geschaltet, die aus einem Komparator 5 und einem nachgeschalteten Monoflop 50 besteht.

Diesem schließt sich die Reihenschaltung aus dem Logikelement 8 und der Treiberstufe 2 6 an, die mit dem z.B. als Transistor

2 ausgeführten Schaltelement verbunden ist. An dem Komparator 5 ist eingangsseitig außerdem eine Sollwert-Einstelleinrichtung 25 geschaltet, durch die eine einstellbare Referenzspannung als Schwelle vorgegeben wird. Überschreitet die Meßspannung die Referenzspannung, gibt der Komparator 5 ein Auslöse-

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signal an das Monoflop 55, was daraufhin ein Zeitfenster konstanter Dauer, z.B. eine Millisekunde erzeugt, nach deren Ablauf das eingeschaltete Schaltelement 2 über die Logik 8 und die Treiberstufe 26 in den AUS-Zustand geschaltet wird. Das bedeutet, daß das Schütz 1 durch Öffnen und Schließen des Schaltelements 2 mit einem bestimmten Strom beaufschlagt wird. Die Höhe dieses Stromes läßt sich über das Tastverhältnis einstellen. An das Logikelement 8 ist außerdem die Zeitsteuerungseinrichtung 32 und die Spannungsformstufe 31 angeschlossen. Die Zeitsteuerungseinrichtung 32 gibt die Dauer für die Anzugsphase des Schützes 1 vor, in der ein relativ hoher Anzugsstrom benötigt wird.

Die Spannungsformstufe 31 besteht aus einer Spannungsauswertungsstufe 46, die eine Mittelwertbildung der am Ausgang des Gleichrichterblocks 7 anstehenden Schützsteuerspannung bildet, und aus einer Spannungsrampe 47, durch die eine Einschalt- und eine Ausschaltschwelle vorgegeben ist. Die Steuerung des Schaltelements 2 über die Anzugsstromregelungsschaltung 24 erfolgt nur während der durch die Zeitsteuerungseinrichtung 32 vorgegebenen Dauer, wobei als weitere Bedingung der durch die Spannungsauswertungsstufe 46 gebildete Mittelwert für die Einschaltung zunächst die Einschaltschwelle der Spannungsrampe 12 überschreiten muß und dann solange anhält bis deren Ausschaltschwelle unterschritten wird. Die Verknüpfung dieser Bedingungen erfolgt über das Logikelement 8. An die Anzugsphase schließt sich die Haltephase des Schützes an, in der der Haltestrom um den Faktor von etwa 2 0 bis 30 kleiner ist als der Anzugsstrom. Der Haltestrom wird mittels des Pulsweitenmodulators 33 realisiert, der an das Logikelement gekoppelt ist. Der Pulsweitenmodulator 33 besteht aus einem durch ohmsche Widerstände 48,49 gebildeten Spannungsteiler, wobei dem ohmschen Widerstand 49 noch ein Kondensator 50 zur Masse hin in Reihe geschaltet ist. Der Spannungsteiler ist über eine Schutzdiode 53 mit seinem ohmschen Widerstand 48 an die Steuerspannungsquelle angeschlossen. Zwischen den ohm-

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sehen Widerständen 48 und 49 ist eine Sperrdiode 52 geschaltet. Parallel zum Kondensator 50 liegt ein Monoflop 45, an das ein Oszillator 9 angeschlossen ist. Der Spannungsteiler liefert ein Abbild der Steuerspannung auf einem niedrigen Niveau, wobei der Kondensator 50 dementsprechend mit einer durch das RC-Glied 49,50 bestimmten Zeitkonstante aufgeladen wird. Parallel zum RC-Glied 49,50 liegt eine Zenerdiode 51, durch die das Monoflop 45 gegen Überspannungen geschützt wird. Bei jedem Taktpuls, den der Oszillator 9 abgibt, reagiert das Monoflop 45 mit einem Zeitfenster, dessen Dauer durch die momentan am Spannungsteiler anliegende Steuerspannung derart bestimmt ist, daß bei kleiner Spannungsamplitude die Aufladung des Kondensators 50 entsprechend langer dauert. Demzufolge ergibt sich am Ausgang des Monoflops 45 ein entsprechend breites Zeitfenster, was zu einer entsprechend langen Einschaltdauer des Schaltelementes 2 führt. Bei hoher Spannungsamplitude der Steuerspannung ergibt sich dagegen ein entsprechend schmales Zeitfenster am Ausgang des Monoflops 45, da in diesem Falle die Aufladung des Kondensators 50 sehr schnell erfolgt.

Die Schutzdiode 53 dient ebenso wie die Sperrdiode 52 zur Vermeidung von Rückströmen. An den Verbindungspunkt zwischen dem ohmschen Widerstand 49 und der Diode 52 ist ein Kondensator 54 gegen Masse geschaltet, der zur Glättung der anstehenden heruntergeteilten Schützsteuerspannung dient. Beim Betrieb des Steuerkreises 34 an Wechselspannung ergibt sich am Ausgang des Gleichrichterblocks 7 eine pulsierende Gleichspannung, die ohne den Einsatz des zusätzlichen Kondensators 54 in der Nähe der Nullpunkte zu Undefinierten Signalen führen würde.

Wenn die pulsierende Gleichspannung unter dem Wert der Zenerdiode 51 liegt, wird für den Ladevorgang des Kondensators 50 mehr Zeit benötigt. Die Pulsbreite am Ausgang vom Monoflop 45 ändert sich in Abhängigkeit der Steuerspannung. Wird die

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Steuerspannung kleiner als die Zenerspannung, wird der Puls breiter. Bei höherer Steuerspannung wird der Puls schmäler.

Der Schalttransistor 2 wird über das Logikelement 9 und die Treiberstufe 26 mit dem so gewonnenen Signal angesteuert', so daß das Schütz weitgehend unabhängig von der Steuerspannung mit einem konstanten Haltestrom in Schützstellung "EIN" gehalten wird.

Claims

G32 84 Schut zansprüche

1. Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Schützes, bei der im Steuerkreis (34) des Schützes zu einer Steuerspannungsquelle ein steuerbares Schaltelement (2), ein Meßwiderstand (3) und die Schützspule (1) des Schützes in Reihe liegen und das Schaltelement (2) mit einem Pulsweitenmodulator (33) in Wirkverbindung steht, der unter Auswertung der im Betrieb anstehenden Schützsteuerspannung die Zeitfenster zur Steuerung des EIN-Zustandes des Schaltelements (2) vorgibt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Pulsweitenmodulator (33) einen Oszillator (9) und ein daran angeschlossenes Monoflop (45) umfaßt, an dessen Eingang ein RC-Glied (49,50) geschaltet ist, das im Betrieb durch die Schützsteuerspannung beaufschlagt wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zum RC-Glied (49,50) ein ohmscher Widerstand (48) liegt und an dieser Reihenschaltung im Betrieb die Schützsteuerspannung anliegt.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum RC-Glied (49,50) eine Zenerdiode (51) geschaltet ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Monoflop (45) über ein Logikelement (8) und eine Treiberstufe (26) mit dem Schaltelement (2) in Verbindung steht.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche als Bestandteil eines Ansteuerbausteins.