DE2816558C2 - Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines nicht polarisierten Relais - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft .~ine Sd- ikungsanordnung zur Ansteuerung eines nicht polarisierten Relais, das in einem Wechselstromkreis liegi und line wohl definierte feste mechanische Eigenzeit besitzt und in etwa synchron zum Wechselstrom schauet.

Zum Verständnis der Erfindung sei zwischen monostabilen und bistabilen Relais unterschieden. Als monostabile Relais seien solche bezeichnet, die Arbeits- und Ruhekontakte besitzen, wobei die Arbeitskontakte nur bei Erregung der Relaisspule, die Ruhekontakte dagegen bei nicht erregter Relaisspule geschlossen sind. Bi* stabile Relais seien demgegenüber so definiert, daß ihre Kontakte durch einen einmaligen, kurzzeitig auf die Relaisspule zu gebenden Stromimpuls umgeschaltet werden und jede der beiden nach dem Prinzip eines Wechselschalters möglichen Schaltstellungen bis zum nächsten Stromimpuls beibehalten werden. Da die bistabile Stellung der Schaltkontakte nur durch einen Stromimpuls geändert wird, werden diese Relais auch als Stromstoßrelais bezeichnet. Relais dieser Art sind z. B. in der DE-OS 20 50 134 beschrieben.

Bei Relais sind die Schaltzeitpunkte, bezogen auf die Sinuskurve der zu schaltenden Spannung, im allgemeinen nicht definiert. Sie liegen irgendwo auf der Spannungskurve.

Aus der DE-AS 28 06 628 ist eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines polarisierten Wechselstromrelais bekannt. Polarisierte Wechselstromrelais benötigen zum Umschalten zwei Erregerwicklungen sofern nur monopolare Steuerimpulse zur Verfügung stehen. Sofern bipolare Steuerimpulse zur Verfugung stehen, genügt auch eine Erregerwicklung. Ein Vorteil derart aufgebauter Relais ist es, daß in Abhängigkeit von einem bestimmten Steuerimpuls eine definierte Schaltstellung erreichbar ist. Demgegenüber ist bei dem in der DE-OS 20 50 134 beschriebenen Relais, das einen Schwenkanker besitzt, keine bestimmte Schaltstellung, sondern nur ein Wechsel von einer Schaltstellung zur anderen erreichbar.

Das aus der DE-AS 28 06 628 bekannte polarisierte Relais ermöglicht nicht nur definierte Schaltstellungen, sondern auch definierte Schaltzeitpunkte. Dabei erfolgt das Schalten im Bereich des Nulldurchganges der Wechselspannung bei jeder Halbwelle durch eine Abfrage der Spannungskurve. Der Aufwand für d^;e hierzu

ίο erforderliche digitale Steuerschaltung ist jedoch sehr groß.

Bekannt ist auch ein Synchron-Ausloser, bei dem die Auslösung durch zwei in Reihe liegende, zeitlich um etwa 180 Grad gegeneinander versetzte Befehlsschalter

is bewirkt wird. Mit diesem Schalter ist es im Prinzip auch möglich in der Nähe des Nulldurchgangs zu schalten, doch werden zu seinem Aufbau eine Drossel, ein zweiter Schalter, sowie gegebenenfalls weitere Bauelemente benötigt, durch die ebenfalls eine relativ aufwendige Schaltung entsteht (DE-PS 11 48 619).

Aufgabe der Erfindung ist es, mit sehr wenigen Bauelementen ein Schließen und Öffnen von Wechselstromkreisen im nahen Bereich des Nulldurchgangs der Spannung zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem bistabilen Relais in an sich bekannter Weise die Relaisspule durch kurzzeitiges Schließen eines Schaltgliedes erregt wird, jedoch durch einen ohmschen Vorwiderstand der Strom durch die Relaisspule auf den Bewegungsmechanismus des Relais abgestimmt ist und zwar derart, daß die öffnung der Relaiskontakte 20 Grad bis 10 Grad elektrisch vor dem Nulldurchgang und ihr Schließen bis 20 Grad elektrisch nach dem Nulldurchgang erfolgt.

Bekanntlich ist das Ausschalten von elektrischen Stromkreisen in der Regel mit dem Auftreten eines Lichtbogens und mit Funkstörungen verbunden. Diese Störeinflüsse so gering wie möglich zu halten, ist deshalb seit langem Ziel vieler Schaiterkonstruktionen. Bei Halbleiterbauelementen wie z. B. Ί hyristoren und Triacs ist es relativ einfach den Strom exakt im Nulldurchgang zu unterbrechen. Wenn auch nicht mit gleicher Exaktheit, so schafft die Erfindung doch erstmals eine Lösung, die es erlaubt auch bei einem elektromechanisch arbeitenden Relais mit außerordentlich einfachen Mitteln ein definiertes Schalten im Bereich nahe des Nulldurchgangs zu erreichen. Die Erfindung macht dabei im wesentlichen von der Kombination dreier Merkmale Gebrauch. Zunächst geht die Erfindung davon aus,

JH) daß jede Relaiswicklung auch eine induktive Widerstandskomponente besitzt, so daß der Stromanstieg zeitabhängig erfolgt. Die Ansprecherregung, das ist der Zeitpunkt, in dem sich der Anker durch die magnetischen Kräfte in Bewegung setzt, wird erst nach einer bestimmten Zeit erreicht. In F i g. 3 ist dargestellt, wie sich der Zeitpunkt der Ansprecherregung durch verschiedene Vorwiderstände beeinflussen läßt. Weiterhin berücksichtigt die Erfindung, daß für die mechanische Bewegung des Ankers eine bestimmte Zeit erforderlich ist. Sind die Kontakte nicht unmittelbar am Anker befestigt, sondern von diesen betätigte Schwenkelemente, so kommt noch ein weiterer Zeitintervall für die Bewegung der Kontakte hinzu. Sowohl bei einem Schwenkanker mit Kontakten, wie auch bei getrennten Schwenkkontakten gilt aber, daß beim Umschalten zuerst der eine Kontakt geöffnet wird und dann der andere schließt. Zwischen dem öffnen und dem Schließen liegt eine definierte Zeit, die durch den Weg und die

Geschwindigkeit der Kontakte bestimmt wird. Durch richtige Wahl der Zeit für die mechanische Bewegung und eine darauf abgestellte Ansprecherregung, die durch den Vorwiderstand beeinflußbar ist, läßt sich das Öffnen des einen und damit zwangsläufig auch das Schließen des anderen Kontaktes in einem definierten Zeitraum vorgeben. Dieser definierte Zeitraum muß vor dem Nulldurchgang der Wechselspannung liegen. Es wird dabei von der Erfahrung ausgegangen, daß in einem Wechselstromkreis der Lichtbogen im ersten Nulldurchgang der Spannung erlischt. Durch die Wahl des Zeitbereiches 20 Grad bis 10 Grad vor dem Nulldurchgang wird sichergestellt, daß die Öffnung des Kontaktes in jedem Fall noch vor dem Nulldurchgang erfolgt und dann der Strom bereits so weit abgesunken ist, daß es mit Sicherheit zum Erlöschen des Lichtbogens kommt.

Eine Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, daß der Vorwiderstand aufgeteilt wird in einen Widerstand und einen Kaltleiter. Hierdurch wird vermieden, daß ein bei Störungen auftretender länger anhaltender Stromfluß durch die Relaisspule diese sowie den Vorwiderstand überlastet.

Von besonderem Vorteil ist es, eine Freilaufdiode parallel zur Relaisspule anzuordnen. Hierdurch wird der Relaisanker einerseits sicher gehalten, so daß Brummgeräusche vermieden werden, andererseits wird aber auch eine Halbwelle unterdrückt. Durch die Halbwellenunterdrückung wird zusätzlich erreicht, daß die Erregung der Relaisspule nur in der positiven Halbwelle erfolgen kann. Alle durch das Schaltglied ausgelösten Ansteuerungen des Relais, die während der negativen Halbwelle anfallen, können sich damit erst im Spannungsnulldurchgang für die positive Halbwelle auswirken. Bei mindestens 50% aller Einschaltungen fällt somit die Erregung auf den gleichen Zeitpunkt. Bei einem Einschalten während der positiven Halbwelle kann sich der Zeitpunkt der Erregung zwar leicht, aber in einem nur sehr begrenzten Bereich verschieben.

Ebenfalls verbessert werden kann der Gegenstand der Erfindung dadurch, daß das Schaltglied ein Thyristör ist. Über einen Thyristor oder einen Triac kann das Einschalten des Relais elektronisch erfolgen, so daß auch die Möglichkeit besteht einen definierten Einschaltpunkt zu wählen, oder diesen ggf. während der negativen Halbwelle auszulösen.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist in der Zeichnung in zwei Ausführungsbeispielen erläutert.

Fig. ι zeigt eine Ansteuerschaltung für ein bistabiles Relais mit Vorwiderstand, Freilaufdiode und mit mechanischem Taster.

F i g. 2 zeigt eine Ansteuerschaltung für ein bistabiles Relais mit einem elektronischen Schalter.

Fig.3 zeigt einen graphischen Ablauf der Vorgänge gemäß den Schaltungsanordnungen nach den F i g. 1 und 2.

Gemäß Fig. 1 fließt in der positiven Halbwelle von der Phase Ph über den mechanischen Taster 1 und über den Vorwiderstand 2 ein Strom gernäß der treibenden sinusförmigen Netzspannung durch die Reiaisspule zum Nulleiter.

Unter Berücksichtigung des mechanischen Bewegungsablaufs wird durch eine ausgewählte Bemessung des Vorwiderstandes der Anzugsstrom zu einem Zeitpunkt erreicht, daß das Schließen des Relaiskontaktes 4 bis 20° elektrisch nach dem Nulldurchgang und das Öffnendes Relaiskontaktos4 20° bis 10° elektrisch vordem Nulldurchgang erfolgt.

Zum thermischen Schutz der Relaisspule 3 sowie des Vorwiderstandes 2 insbesondere bei auftretenden Störungen im Taster ist es sinnvoll, den Vorwiderstand 2 in einen Widerstand 2a und einen Kaltleiter 2ö aufzuteilen. Dadurch wird nach einer bestimmten Zeit der Strom auf einen sehr kleinen Wert begrenzt, wodurch die Wärmeentwicklung sehr gering ist.

Während der negativen Halbwelle übernimmt eine zum Relais parallel geschaltete Diode 5 den Strom sowie einen Freilaufstrom, wodurch der Relaisanker sicher gehalten wird und somit keine Brummgeräusche entstehen. Durch diese Maßnahme können aufwendige Kurzschlußringe entfallen.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 herrschen die gleichen Bedingungen wie in Fig. 1, jedoch ist der mechanische Taster 1 durch einen Thyristor 6 ersetzt. Diese Ausbildung erlaubt ein Schalten mit extrem kleinen Steuerströmen in das Gate 6a.

Aus der graphischen Darstellung nach F i g. 3 ist ersichtlich, daß der Relaisspulenstrom in Abhängigkeit der Vorwiderstände ansteigt. Bei Erreichen der Ansprecherregung des Relais beginnt der .lechanische Bewegungsvorgang.

Dieser ist für das Umschaltverhalten immer gleich, d. h. die Zeiten vom Erreichen der Ansprecherregung bis zum Öffnen des Kontaktes bzw. Schließen des Kontaktes sin:! ebenfalls immer gleich.

Mit Hilfe dieser Schaltungsanordnungen ist es also möglich, aus der Kombination mechanischer Bewegungsablauf, Erregungswerte der Relaisspule und Vorwiderstand definierte Schaltpunkte zu erreichen. Dadurch werden sehr geringe Schweißneigung, geringer Kontaktverschleiß und wenig Störknacke erzielt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines nichtpolarisierten Relais, das in einem Wechselstromkreis liegt und eine wohl definierte feste mechanische Eigenzeit besitzt und in etwa synchron zum Wechselstrom schaltet, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem bistabilen Relais (3,4) in an sich bekannter Weise die Relaisspule (3) durch kurzzeitiges Schließen eines Schaltgliedes (1, 6) erregt wird, jedoch durch einen ohmschen Vorwiderstand (2) der Strom durch die Relaisspule (3) auf den Bewegungsmechanismus des Relais (3, 4) abgestimmt ist und zwar derart, daß die Öffnung der Relaiskontakte (4) 20 Grad bis 10 Grad elektrisch vor dem Nulldurchgang und ihr Schließen bis 20 Grad elektrisch nach dem Nulldurchgang erfolgt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwiderstand (2) aufgeteilt ist in einen Widerstand {2a) und einen Kaltleiter (2b).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Freilaufdiode (5) parallel zur Relaisspule (3) angeordnet ist

4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied (1) ein Thyristor (6) ist.