SE515261C2 - Kontaktorutrustning - Google Patents

Description

a --_- v... w-.n .- ......-. 515 2612 REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Uppfinningen avser att åstadkomma en kopplingsutrustning av inledningsvis angivet slag, vid vilken man pà ett enkelt sätt eliminerar risken för de skador och andra olägenheter som annars kan uppstå vid ett av fastsvetsade kontakter orsakat ofullständigt franslag av kontaktorn.

Vad som kännetecknar en kopplingsutrustning enligt uppfin- ningen framgàr av bifogade patentkrav.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas i anslutning till bifogade figurer 1-4. Figur l visar en kopp- lingsutrustning enligt uppfinningen, ansluten i en matnings- ledning till en vaxelströmsmotor. Figur 2 visar uppbyggnaden av kontaktorns styrutrustning. Figur 3 visar den i styrut- rustningen ingående styrkretsen. Figur 4 visar hur nagra av de i kopplingsutrustningen förekommande storheterna varierar med tiden under ett franslagsförlopp.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Figur 1 visar en kopplingsutrustning enligt uppfinningen inkopplad i ledningen mellan en trefasmotor M och ett matande vaxelspanningskraftnat N. Kopplingsutrustningen innefattar en kontaktorutrustning CE samt en i förhallande till kontaktorutrustningen framförliggande brytare BR (med "framförliggande“ avses att brytaren är anordnad mellan kontaktorutrustningen och det matande nätet). Kontaktorut- rustningens funktion ar att i beroende av en styrsignal se ansluta motorn till eller bortkoppla motorn fràn matnings- spänningen. Styrsignalen kan pà känt sätt erhallas fràn en överordnad styrutrustning eller ges manuellt. Kontaktorut- rustningen anordnas vanligen att även tjänstgöra som ter- miskt överbelastningsskydd för motorn och erhàller dà en frànslagssignal fràn en icke visad strömkännande skydds- som pà kant satt är anordnad att lösa ut krets. Brytaren BR, :anyon- 515 2361 i vid överströmmar, tjänstgör som överströmsskydd. Som visas i figuren erhäller brytaren även en utlösningssignal sd fràn kontaktorutrustningen för fränslag av brytaren vid fastsvet- sade kontakter hos kontaktorn.

Kontaktorutrustningen har pä vanligt sätt en kontaktsats 10 som vid den visade trefastillämpningen har tre kontakter, en för varje fas. Kontakterna är via en fjädrande mekanisk länk 14 mekaniskt förbundna med ankaret 13 hos kontaktorns manö- vermagnet 11, vilken har en manöverspole 12. Kontaktorut- rustningen har en styrutrustning SC som mottar styrsignalen sc. Styrutrustningen matar vid order om tillslag en ström I till manöverspolen och häller denna ström vid önskat värde.

Styrkretsen innehäller vidare kretsar för detektering av fastsvetsade kontakter och för avgivande av en detekterings- signal sd för utlösning av brytaren BR om fastsvetsade kon- takter detekteras.

Figur 2 visar uppbyggnaden av styrutrustningen SC. Manöver- spolen 12 är i serie med ett motstånd R1, en kopplingstran- sistor TRl och ett mätmotständ Rm ansluten till en matnings- spänningskälla med en likspänning +U. En förbigängsdiod D är ansluten parallellt med manöverspolen. Över mätmotständet erhälles en mätspänning um som motsvarar strömmen I genom (vid oledande diod D). pà dels för styrning av spolen Transistorn TRl används, det sätt som nedan skall beskrivas, strömmen genom spolen 12 vid kontaktorns tillslag och i tillslaget läge, och dels för pätryckning av en spännings- puls pà spolen för detektering av fastsvetsade kontakter, En RC-krets bestäende av ett motständ RC och en kondensator C är ansluten till matningsspänningskällan. Kondensatorn kan förbindas med mätmotständet med hjälp av en kopplingstran- sistor TR2. En styrkrets CC mottar styrsignalen sc och mät- signalerna um och uc - den senare motsvarande kondensator- spänningen - samt avger styrsignaler sl och srs till tran- sistorerna TR1 och TR2 och utlösningssignalen sd till bryta- ren BR. q.-~..._ nun-nu q a annu nq-.-.- 51 5 4261 Figur 3 visar uppbyggnaden av styrkretsen CC. Mätsignalen um och till ingang matas ett referensvärde tillförs en ingang hos en niväkännande krets NVl, kretsens andra, inverterande, I0 som motsvarar önskad ström genom manöverspolen 12 vid tillslagen kontaktor. Kretsen NVl har viss hysteres och avger en utsignal som blir "O" om spolströmmen stiger över ett övre gränsvärde och som blir "l" om strömmen sjunker under en undre gräns. Kretsens utsignal vidarebefordras via en OCH-krets OGl till en ELLER-krets EG, vars utsignal sl 1 och OCH-kretsen släpper fram signalen fràn styr transistorn TR1, vilken hàlls tillslagen vid sl = frànslagen om sl = O.

Nvl och därmed styrsignalerna till transistorn om order om tillslagen kontaktor finns, dvs om styrsignalen sc är "l".

Den hittills beskrivna kretsen styr alltsa pà i och för sig känt sätt genom pulsning av transistorn TR1 strömmen genom manöverspolen till önskat värde oberoende av inom vida grän- ser varierande matningsspänningar. Kretsar av detta slag för styrning av strömmen genom en kontaktors manöverspole är i och för sig kända, t ex genom de publicerade patentansök- ningarna EP O 136 968 A3 och WO 86/01332.

Styrsignalen sc tillförs även en monostabil krets MVl som triggas när styrsignalen gär fràn "l" till "O", dvs dä fràn- slagsorder ges till kontaktorn. Kretsen MVl avger dä en puls med en längd tl sä avpassad att kontaktorn normalt har hun- nit inta franslaget läge vid slutet av pulsen. Utsignalen fràn kretsen MVl tillförs tva ytterligare monostabila kret- sar MV2 och MV3, vilka bäda triggas vid slutet av pulsen frän Mvl, dvs tiden tl efter fränslagsorder till kontaktorn.

Kretsen MV2 avger en kort styrpuls srs till transistorn TR2, vilken därigenom blir ledande ett kort ögonblick och bringar kondensatorspänningen uc till likhet med spänningen um över mätmotstàndet. Kretsen MV3 avger en puls med längden tg som motsvarar längden av detekteringsintervallet och som t ex kan vara 0,1 ms. Denna puls tillförs transistorn TR1 via ELLER-kretsen EG och styr transistorn till ledande tillstànd under pulsens varaktighet. Manöverspolen l2 patrycks härvid kontinuerligt matningsspänningen U under detekteringspulsens varaktighet. Pulsen frän kretsen MV3 tillförs ocksa en nunnan una-u s1s 221 š fjärde monostabil krets MV4, vilken triggas vid slutet av pulsen frän MV3, dvs vid slutet av detekteringsintervallet, och dä avger en kort signal till en andra OCH-krets OG2.

En niväkännande krets NV2 tillförs signalerna uc och um, den senare med ombytt tecken. Om uc > um är kretsens utsignal ul", OG2 fär en puls frän kretsen MV4, avges en signal sd som och när vid slutet av detekteringsintervallet kretsen indikerar om nagon av kontaktorns kontakter är fastsvetsad.

Denna signal tillförs brytaren BR och utlöser ett omedelbart fränslag av brytaren.

Figur 4 äskädliggör förloppet hos nägra av de i kopplings- utrustningen förekommande storheterna. Överst i figuren fram till t = to, visas styrsignalen sc som är "l" dvs kon- taktorn ligger för t 5 to i tillslaget läge. Styrutrust- ningen styr strömmen I genom manöverspolen genom pulsning av transistorn TRl, vars styrsignal sl visas näst överst i figuren. Därunder visas strömmen I, och denna styrs som framgàr av diagrammet sä att dess medelvärde motsvarar refe- rensvärdet I0.

Vid t = to ges fränslagsorder, och styrsignalen sc blir "O".

Spolströmmen I avtar dä exponentiellt mot noll.

Efter den av kretsen MVl bestämda tiden tl inleds detekte- ringsintervallet. En kort styrpuls srs ges till transistorn TR2 som blir ledande och gör kondensatorspänningen uc lika med mätspänningen um. Samtidigt styrs transistorn TRl till ledande tillstànd och matningsspänningen U pätrycks manöver- spolen. Dess ström I ökar dä med en hastighet som beror av matningsspänningens storlek och av manöverspolens induktans (spolresistansen förutsätts konstant). Induktansen beror i sin tur av reluktansen (det magnetiska motståndet) hos manö- vermagnetens magnetkrets. Reluktansen varierar i sin tur med luftgapet mellan ankaret och magnetkärnan. Den är minst i helt tillslaget läge, dä luftgapet är noll, och störst i helt fränslaget läge dä luftgapet har sitt största värde.

Skulle en eller flera av kontaktorns kontakter vara fast- lO anus-a s~1is 266,1 i M u svetsade vid fränslag kommer ankaret, pà grund av den fjäd- rande mekaniska kopplingen mellan ankare och kontakter, att röra sig ett stycke till dess att den eller de fastsvetsade kontakterna hindrar fortsatt rörelse. Ankaret stannar dä i ett mellanläge, där reluktansen intar ett värde mellan sitt största och sitt minsta värde.

De bäda understa diagrammen i figur 4 visar hur strömmen I och mätsignalen um varierar under detekteringsintervallet.

Med prickade linjer visas det normala förloppet. Luftgapet har hunnit anta sitt största värde redan vid detekterings- intervallets början, reluktansen är stor och spolinduktansen liten, och spolströmmen ökar därför snabbt. Med heldragna linjer visas förloppet om minst en kontakt är fastsvetsad.

Reluktansen blir dä lägre och spolinduktansen större, och strömmen ökar långsammare. Tidskonstanten hos RC-kretsen RC-C är sä vald att signalen uC ökar långsammare än spol- strömmen i normalfallet men snabbare än spolströmmen vid en fastsvetsad kontakt. Vid detekteringsintervallets slut är därför i normalfallet um > uc och ingen utsignal erhålles frän kretsen NV2. I fastsvetsningsfallet är däremot vid intervallets slut um < uc, utsignalen frän kretsen NV2 blir "l" och en utlösningssignal sd avges till brytaren BR. Denna löser därmed omedelbart ut och förhindrar ytterligare skador pä kontaktorn och skador pa övrig utrustning.

Genom att RC-kretsen i den ovan beskrivna utföringsformen matas fran samma matningsspänningskälla som manöverspolen erhälles den viktiga fördelen att variationer i matnings- spänningen kommer att päverka tillväxthastigheten hos jämfö- relsestorheten uc pà samma sätt och i samma grad som varia- tionerna påverkar tillväxthastigheten hos spolströmmen.

Fastsvetsningsdetekteringen blir därför korrekt även om mat- ningsspänningen varierar, och en kopplingsutrustning enligt uppfinningen kan anslutas till olika matningsspänningar utan att detekteringen påverkas.

Genom att jämförelsestorheten uc alltid vid början av detek- teringsintervallet sätts lika med det värde som motsvarar »vunna nan- n n annu 5157261 'w :nun-_ spolströmmen blir detekteringen korrekt oberoende av spol- strömmens storlek vid början av intervallet. Detta är en viktig fördel och gör det t ex möjligt att utan att negativt påverka detekteringens noggrannhet påbörja detekteringen och utlösa skyddsåtgärder tidigare än vad som eljest varit möj- ligt och därmed reducera en fastsvetsnings skadeverkningar.

Erfarenhetsmässigt är vid en typisk kontaktor reluktansen i frånslaget läge ca 3-10 gånger större än i tillslaget läge, dvs spolinduktansen ca 3-lO gånger mindre. Detta relativt stora förhållande möjliggör en säker detektering av fast- svetsning med utnyttjande av en reluktansbestämning. Den ovan beskrivna metoden är vidare enkel och ekonomiskt för- delaktig. Den kräver inte några givare eller extra anslut- ningar hos kontaktorn och endast en förhållandevis enkel komplettering av kontaktorutrustningens statiska delar. I det ovan beskrivna fall, dar uppfinningen tillämpas vid en kontaktorutrustning som är försedd med organ för styrning av manöverspolens ström, utnyttjas de redan befintliga styr- organen, och det enda som krävs är en måttlig komplettering av utrustningens signalbehandlingskretsar.

Den ovan beskrivna utrustningen är endast ett exempel, och en kopplingsutrustning enligt uppfinningen kan utföras på ett stort antal andra sätt än det ovan beskrivna.

Enligt uppfinningen utnyttjas för detekteringen ändringen i manövermagnetens reluktans i beroende av ankarets läge. Mot reluktansen ekvivalenta storheter kan givetvis alternativt användas inom ramen för uppfinningen, t ex reluktansens inverterade värde permeansen eller den mot permeansen pro- portionella spolinduktansen.

Ovan har manöverspolen och dess strömstyrande organ använts för reluktansbestämningen, vilket är en enkel och fördelak- tig utföringsform, men alternativt kan t ex en separat induktansmätspole användas. 5158 261 I den ovan beskrivna utföringsformen bildas ett mätt pä reluktansen genom att bestämma strömändringen under ett tidsintervall av förutbestämd längd. Alternativt kan givet- vis ett mätt pä reluktansen bildas genom att bestämma tiden för en förutbestämd strömändring.

Den ovan beskrivna nollställningen av jämförelsestorheten (genom slutning av transistorn TR2) gör att mätningen blir helt oberoende av vilket värde spolströmmen har vid början av detekteringsintervallet.

Uppfinningen har ovan beskrivits i anslutning till en kon- taktor vars kontakter är öppna när kontaktorn ligger i frän- slaget läge och slutna i tillslaget läge. Uppfinningen kan även tillämpas vid en kontaktor med ätminstone nägon kontakt som är sluten i kontaktorns fränslagna läge och där alltsä kontaktorn, vid fastsvetsning av denna kontakt, kan stanna i ett mellanläge vid tillslag av kontaktorn.

Styr- och detekteringsutrustningen är i den ovan beskrivna utföringsformen en blandning av analoga och digitala kret- sar, men givetvis kan motsvarande funktioner erhällas pä andra sätt, t ex med hjälp av en pä lämpligt sätt program- merad mikroprocessor.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 5195 261 PATENTKRAV

1. Kopplingsutrustning med en elektromagnetisk kontaktor (CE) och en i förhàllande till kontaktorn framförliggande brytare (BR), varvid kontaktorn har dels en manövermagnet- krets med en magnetkärna (ll), en manöverspole (12) och ett ankare (13) som rör sig i beroende av strömmen (I) genom manöverspolen, samt dels ett antal kontakter (10) som pàver- kännetecknad av aU;uUmmmhmenimw- (SC, CC) manövermagnetkretsens reluktans och att i beroende av den kas av ankaret, fattar detekteringsorgan anordnade att avkänna uppmätta reluktansen alstra en signal (s¿) som indikerar ett av fastsvetsade kontakter orsakat ofullständigt fränslag av kontaktorn, varvid nämnda signal är anordnad att tillföras brytaren pà sädant sätt att vid detektering av fastsvetsade kontakter kontaktorn bortkopplas genom franslag av brytaren.

2. Kopplingsutrustning enligt patentkravet 1)<änI1e~ tec:kr1ad. awf att detekteringsorganen är anordnade att bilda ett mätt pa manövermagnetkretsens reluktans genom avkänning av induktansen hos en magnetkärnan (11) omslutande induktansmätspole (12).

3. Kopplingsutrustning enligt patentkravet 21<änI1e- tec:kr1ad a\/ att induktansmätspolen utgörs av manöver- spolen (12).

4. Kopplingsutrustning enligt nagot av patentkraven 2 och 3 kéinI1et:ec) att pätrycka induktansmätspolen (12) en spänningspuls (U, tg) och att med ledning av spolens strömsvar (um) detek- tera spolens induktans.

5. Kopplingsutrustning enligt patentkravet 4 kär1ne- te<:kr1ad a\/ att detekteringsorganen är anordnade att, en förutbestämd tid (tg) efter tillslag av spänningspulsen, jämföra strömsvaret (um) med en jämförelsenivä (uc). 10 15 20 25 51§02s1

6. Kopplingsutrustning enligt patentkravet 4}<änI1e- te<:kr1ad. a\f att detekteringsorganen är anordnade att vid uppnäende av en förutbestämd strömnivä jämföra tidsin- tervallet sedan tillslag av spänningspulsen med ett förut~ bestämt tidsintervall.

7. Kopplingsutrustning enligt nagot av patentkraven 3-6, vid vilken manöverspolen (12) är ansluten till en spännings- kàlla (+U) i serie med ett kopplingsorgan (TR1) för styrning av strömmen (I) genom spolen, kännetecknad av att detekteringsorganen innefattar organ (MV3, EG) anordnade att styra kopplingsorganet till ledande tillstànd för pätryc~ kande av nämnda spänningspuls över manöverspolen.

8. Kopplingsutrustning enligt patentkravet 5 kêànrle- te<:kr1ad a\/ att detekteringsorganen är anordnade att pätrycka induktansmätspolen (12) nämnda spänningspuls genom anslutning av spolen till en spänningskälla (+U) samt att detekteringsorganen innefattar organ (R, C) anordnade att bilda jämförelsenivän (uc) i beroende av spänningskällans spänning för reduktion av detekteringens beroende av nämnda spänning.

9. Kopplingsutrustning enligt nagot av föregående patent- krav kä11ne2te<:kr1ad a\/ att detekteringsorganen är anord- nade att utföra avkänningen av manövermagnetkretsens reluk~ (tl) förflutit efter en mottagen fränslagsorder till kontaktorn. tans när ett tidsintervall