DE3232964A1

DE3232964A1 - Leistungsrelais mit unterstuetzter kommutierung

Info

Publication number: DE3232964A1
Application number: DE19823232964
Authority: DE
Inventors: William Paul Albany N.Y. Kornrumpf
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1981-09-08
Filing date: 1982-09-04
Publication date: 1983-03-17
Also published as: IT8223106A0; US4392171A; JPS5871517A; GB2105519A; GB2105519B; IT1152520B

Description

/Γ -

Leistungsrelais mit unterstützter Kommutierung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Steuern der Leistungszufuhr zu einer Last und insbesondere auf ein neuartiges Leistungsrelais mit unterstützter Kommutierung, bei dem der hindurchgeleitete Strom und die verbrauchte Leistung in einer der Schaltstrecke parallelgeschalteten Vorrichtung auf ein Minimum gesenkt sind.

Es ist allgemein bekannt, daß die Kontaktbeschädigung eines Relais, die durch Lichtbogenbildung und ähnliche Phenomene hervorgerufen wird, die normalerweise während des öffnens und Schließens eines stromführenden Kontaktstückes zwischen einer Quelle und einer Last auftreten, wesentlich reduziert oder eliminiert werden können, indem ein Element parallel zu den Relaiskontakten geschaltet und das Shunt-Element gesteuert wird, um zu leiten, wenn die Relaiskontakte tatsächlich geöffnet und geschlossen werden. Eine Einrichtung, die eine steuerbare leitende Halbleitervorrichtung parallel zu den Relaiskontakten verwendet, ist beispielsweise in den US-PS 3 474 293, 3 555 353 und 3 868 549 beschrieben. Diese ersten Einrichtungen können als "rohe Gewalt" betrachtet werden bezüglich des Beschädigungsproblems der Relaiskontakte und sie erfordern üblicherweise parallel Halbleitervorrichtungen, die einen relativ hohen Strom und einer hohen Verlustleistung standhalten müssen. Gemäß der US-PS 4 074 333 wird die Stromleitung in der parallelen Halbleitervorrichtung für relativ feste Zeitintervalle ermöglicht, um zu versuchen, den Energieverbrauch der Shunt-Vorrichtung zu senken. Jedoch muß das Stromleitungsvermögen derartiger paralleler Festkörperschalter parallel zu den Relaiskontakten genügend groß sein, um den vollen Laststrom des Leistungsrelais für eine relativ große Anzahl von Periodender Netzfrequenz zu leiten. Aufgrund der daraus resul-

tierenden Strom-Zeitrate ist der Festkörperschalter relativ groß und teuer und erfordert im allgemeinen eine sperrige Wärmesenke, um den Festkörperschalter vor Übertemperaturen zu schützen, insbesondere wenn die Einrichtung in Verbindung mit gewissen Lasten, wie beispielsweise Motoren, verwendet werden, bei denen der Rotor blockiert sein kann, wenn der Motor starten soll. Relativ lange Leitungsperioden treten auch auf wegen der relativ langen Anzieh- und Abfallzeiten bei Leistungsrelais, die zum Steuern relativ großer Motoren und ähnlicher Einrichtungen verwendet werden. Die Anziehzeit hat auch eine relativ große Streuung aufgrund der Wechselstromspule mit verschiedenen Charakteristiken, die davon abhängen, wann innerhalb einer Hauptwelle der Netzschwingung die Spule gespeist wird; wenn die Spule erregt wird, wenn sich die Netzspannung auf einem Spitzenwert befindet, ziehen die Relaiskontakte viel schneller an als wenn das Leistungsrelais bei einem Netzspannungsminimum erregt wird, beispielsweise nahe einem Nulldurchgang der Netzspannung. Reibungs- und Dämpfungseffekte der für moderne Leistungsrelais verwendeten Strukturen sorgen ebenfalls für Änderungen in der Anziehzeit des Leistungsrelais. Ähnlich große Zeitstreuungen werden bei den Abfallcharakteristiken der Leistungsrelais gefunden. Deshalb muß der parallelgeschaltete Festkörperschalter weiterhin Laststrom führen, wenn das Relais in seine Öffnungsstellung gehen soll und wenn die Möglichkeit besteht, daß ein bestimmtes Relais langsam genug sein kann, um eine längere Periode für den Abfall zu benötigen als andere Relais des gleichen Typs. Deshalb ist eine Leistungsrelaiseinrichtung, die den Nennstrom, die Leitungszeit und den Leistungsverbrauch der parallel geschalteten Festkörper-Schaltvorrichtung auf ein Minimum senkt, höchst erstrebenswert .

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Leistungsrelais mit unterstützter Kommutierung zu schaffen, bei dem die Zeitdauer, während der die Vorrichtung mit unterstützter Kommutierung Strom leitet, auf ein Minimum gesenkt ist.

-s-

Erfindungs—gemäß ist eine bezüglich, seiner Leitfähigkeit gesteuerte Vorrichtung parallel zu den Kontaktstücken eines Leistungsrelais zwischen einer Leistungsquelle und einer Leistung verbrauchenden Last geschaltet; Stromfühlermittel, wie beispielsweise ein Transformator oder ähnliches, werden verwendet, um den von der Quelle durch jedes der Leistungsrelaiskontaktstücke und die Shunt-Vorrichtung fließenden Strom abzufühlen; weiterhin liefert eine Steuereinrichtung, die zwei Signale empfängt, die jeweils den Strom, der augenblicklich zur Last durch einen der Leistungsrelaiskontaktstücke und die Shunt-Vorrichtung fließt, anzeigen, ein Steuersignal, um die in ihrer Leitfähigkeit gesteuerte Vorrichtung durchzuschalten, um im wesentlichen nur dann Laststrom zu leiten, wenn die Leistungsrelaiskontaktstücke während des Schließens prellen und bei der Kontakttrennung im wesentlichen nur für ein ausreichendes Zeitintervall, damit die Leistungsrelaiskontaktstücke ausreichend trennen können, damit dazwischen kein Lichtbogen auftreten kann.

In einem derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die steuerbare Leitungsvorrichtung ein Triac und die Stromfühlermittel sind toroidförmige Transformatoren mit aus einer einzigen Windung bestehenden Primärwicklungen, die die stromführenden Leiter sind zwischen der Leistungsquelle und dem Leistungsrelaiskontaktstück und der Leitungsvorrichtung selbst. Die Stromtransformatoren haben in der Mitte angezapfte Sekundärwicklungen, und die Steuereinrichtung weist zwei Vollweg-Gleichrichter auf, die mit den zugehörigen Sekundärwicklungen des Transformators verbunden sind, um erste und zweite Ausgangsspannungen des Stromtransformators zu einer Logik- oder Verknüpfungsschaltung leiten. Die Verknüpfungsschaltung empfängt eine Steuerspannung immer dann, wenn die Leistungsrelaisspule erregt ist, um die Shuntvorrichtung in den leitfähigen Zustand zu steuern, wenn Stromimpulse durch den Stromtransformator in Reihe mit den Leistungsrelaiskontaktstücken während des Prellens beim Schließen und während eines festen Zeitintervalls, das durch einen Multivibrator festgelegt ist, der teilweise durch die Spannung von dem anderen Gleichrichter getriggert wird, während des Abschaltens

der Leistungsrelaiseinrichtung mit unterstützter Kommutierung abgetastet werden. Die Einrichtung kann zum Steuern des Einschaltens oder Abschaltens einer mehrphasigen Leistung zu einer Last verwendet werden.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Figur 1 ist ein schematisches Blockdiagramm von dem Leistungsrelais mit unterstützter Kommutierung gemäß der Erfindung, das zwischen einer Quelle und einer Steuerlast verwendet ist.

Figur 1a ist ein detaillierteres schematisches Schaltbild von einem Ausführungsbeispiel des Leistungsrelais mit unterstützter Kommutierung gemäß der Erfindung.

Figur 1b ist ein Satz von in Wechselbeziehung zueinander stehenden Kurven, die die verschiedenen Spannungen und Ströme in der Schaltungsanordnung gemäß Figur 1a darstellen und zum Verständnis der Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung nützlich sind.

Figur 2 ist ein Blockbild und stellt die Verwendung von Leistungsrelais mit unterstützter Kommutierung zum Steuern der Leistungszufuhr von einer mehrphasigen Quelle zu einer mehrphasigen Last dar.

Gemäß den Figuren 1, 1a und 1b enthält ein Leistungsverbrauchssystem 10 eine Wechselstromquelle 11, die durch eine selektiv betätigbare Leistungsrelaiseinrichtung 14 steuerbar über eine leistungsverbrauchende Last 12 geschaltet ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Quelle 11 eine einphasige Quelle und die Last 12 ist eine einphasige Last, wodurch die Leistungsrelaiseinrichtung 14 eine einphasige Leistungsrelaiseinrichtur.g ist. Leistungsrelaisexnrichtung 14 enthält eine Eingangsklernme 14a,

- X-

die mit der einen Klemme der Quelle 11 verbunden ist, eine Ausgangsklemme 14b, die mit der einen Klemme der Last 12 verbunden ist, und zweite Leiteranschlüsse 14c (die mit der verbleibenden Klemme der Quelle 11 verbunden ist) und 14d (die mit der verbleibenden Klemme der Last 12 verbunden ist), die gemäß der Darstellung durch einen Leiter 14e miteinander verbunden sind. Zu Darstellungszwecken ist die Klemme der einphasigen Quelle 11, die mit und durch die Klemmen 14c und 14d verbunden sind, der neutrale Leiter, während der mit der Klemme 14a verbundene Leiter der spannungsführende Leiter ist.

Die Leistungsrelaiseinrichtung 14 vervollständigt die Verbindung zwischen der spannungführenden Eingangsklemme 14a und der Ausgangsklemme 14b der Last, die auf das Anliegen eines Steuerpotentials zwischen dem aktiven Steueranschluß 14x und dem gemeinsamen Steueranschluß 14y anspricht. Wenn also ein Steuerpotential geeigneter Charakteristik zwischen den Klemmen 14x und 14y auftritt, wird ein gut leitender Pfad zwischen den Klemmen 14a und 14b gebildet; wenn das Steuerpotential zwischen den Klemmen 14x und 14y entfernt wird, erscheint ein im wesentlichen geöffneter Stromkreis zwischen den Klemmen 14a und 14b, wodurch die Last keinen Strom aus der Quelle 11 zieht.

Die Leistungsrelaiseinrichtung 14 enthält ein Leistungsrelais 16, dessen Kontaktstücke 16a mit der Eingangsklemme 14a und der Ausgangsklemme 14b in Reihe geschaltet ist. Die kontaktbildende Spule 16b ist gemäß Darstellung zwischen die Steuerklemmen 14x und 14y geschaltet. Ein kommutierender Halbleiterschalter 18, wie beispielsweise ein Triac oder ähnliches, ist den Relaiskontakten 16 parallel geschaltet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem die Vorrichtung 18 ein Triac ist, sind die Anoden- und Kathodenelektroden 18a bzw. 18b über die Relaiskontakte geschaltet, während die Steuerelektrode 18c mit einem Steuerausgang 20a einer Steuereinrichtung 20 verbunden ist. Ein erster Stromtransformator 22 weist eine aus einer Windung bestehende Primärwicklung 22a auf, die der stromführende Leiter zwischen der Vorrichtung 18 und der Eingangsklemme 14a sein kann.

Der erste Transformator 22 weist eine Sekundärwicklung 22b auf, die mit der Steuereinrichtung 20 verbunden ist. Ein zweiter Stromtransformator 24 weist eine Primärwicklung 24a auf, die eine aus einer einzigen Windung bestehende Wicklung sein kann, die durch den stromführenden Leiter zwischen dem Relaiskontakt 16a und der Eingangsklemme 14a gebildet ist. Der zweite Transformator 24 besitzt eine Sekundärwicklung 24b, die mit der Steuereinrichtung verbunden ist. Vorteilhafterweise sind die ersten und zweiten Stromtransformatoren 22 und 24 mit toroidförmigen Kernen 22c bzw. 24b hergestellt. Eine Dämpfungsschaltung 26 verwendet ein Energiespeicherelement, wie beispielsweise einen Kondensator 28, in Reihe mit einem energieverbrauchenden Element, wie beispielsweise einen Widerstand 30, zwischen den Eingang- und Ausgangsklemmen 14a und 14b parallel zu den Relaiskontakten 16a.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wie es in Fig. la gezeigt ist, sind die Sekundärwicklungen 22b und 24b der Stromtransformatorenaus vielen Wicklungen bestehende, in der Mitte angezapfte Wicklungen, deren Mittelanzapfungen 22d bzw. 24d mit einem gemeinsamen Anschluß 20b der Steuereinrichtung verbunden und deren Sekundärwicklungen 22b-1 und 22b-2 oder 24b-1 bzw. 24b-2 mit Transformatoreingangskleinmen 20c-1 bis 2Oc-4 der Steuereinrichtung verbunden sind.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Relaisspule 16b durch das gleiche Steuerpotential, beispielsweise eine mit einer CMOS-Verknüpfungsschaltung kompatible Spannung, erregt, die durch die im folgenden zu beschreibenden Verknüpfungskomponenten der Steuereinrichtung 20 verwendet ist. Dementsprechend ist die gemeinsame Klemme 14y des Steuereingangs nicht nur mit dem einen Ende der Relaisspule 16b verbunden, sondern auch mit der gemeinsamen Klemme 20b der Steuereinrichtung. Die aktive Klemme 14x des Steuereingangs ist mit der anderen Klemme der Relaisspule 16b und auch mit der Steuereingangsspannung V des Eingangs 2Od der Steuereinrichtung verbunden.

3232984

- τ-

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Steuereinrichtung 20 (s. Fig. 1a) sind zwei Gleichrichtereinrichtungen 34 bzw. enthalten, die jeweils einem der zwei Stromtransformatoren zugeordnet sind. Somit ist die Gleichrichtereinrichtung 34 dem ersten Stromtransformator 22 zugeordnet, um eine erste Gleichspannung V-^p₁ proportional zur Größe der Spannung zu liefern, die der Steuereinrichtung 20 durch die Sekundärwicklung 20b des ersten Stromtransformators zugeführt wird, während die Gleichrichtereinrichtung 36 eine zweite Gleichspannung ν_,_τ2 mit einer Größe liefert, die auf die Größe der Spannung anspricht, die durch die Sekundärwicklung 24b des zweiten Stromtransformators an die Steuereinrichtung geliefert wird. Jede der ersten und zweiten Gleichrichtereinrichtungen 34 und 36 enthält zwei Gleichrichterelemente, beispielsweise Halbleiterdioden 34a und 34b oder 36a und 36b, die zwischen zugehörige Eingänge 20c-1 bis 2Oc-4 und einen zugehörigen Gleichrichterausgang 34c oder 36 c geschaltet sind. Eine Ausgangsfilterschaltung aus einem kapazitiven Element 34d oder 36d und einem Lastwiderstand 34e oder 36e ist zwischen den Gleichrichterausgang 34c oder 36c und den gemeinsamen Anschluß 20b der Steuereinrichtung geschaltet. Die Gleichrichter sind so gepolt, daß sie eine Ausgangspolarität der zugehörigen Spannungen V₁ oder V_CT2 liefern, die von der entsprechenden Verknüpfsschaltung gefordert wird, die in der Steuereinrichtung verwendet ist. Die Verknüpfungsschaltung enthält einen Invertierer 38 mit einem Eingang, der mit der aktiven Steuerklemme 2Od verbunden ist, und einem Ausgang, der mit dem einen Eingang 40a eines zwei Eingänge aufweisenden AND-Gatters 40 verbunden ist. Der andere Gattereingang 40b ist mit dem Ausgang 34c desjenigen Gleichrichters 34 verbunden, der dem ersten Stromtransformator 22 in Reihe mit dem Schaltelement 18 der Halbleitersteuerung zugeordnet ist. Der Ausgang des Gatters 40 liefert eine erste logische Spannung V- an den Steuereingang C eines monostabilen Multivibrators 42. Ein Zeitsteuerungswiderstand 42a und ein Zeitsteuerungskondensator 42b sind mit dem Multivibrator 42 verbunden, und es ist eine geeignete Verbindung mit der gemeinsamen Klemme 20b der Steuereinrichtung hergestellt, damit

AX

ein Impuls mit vorgewählter Zeitdauer T an einen Ausgang Q des Multivibrators geliefert wird, der auf ein am Eingang C empfangenes Triggersignal anspricht. Der Multivibratorausgang ist mit dem einen Eingang 44a eines zwei Eingänge aufweisenden OR-Gatters 44 verbunden, dessen anderer Eingang 44b mit dem Ausgang 36c des zweiten Gleichrichters verbunden ist. Das Ausgangssignal V₀ des Gatters 44 wird dem Ausgang 20a der Steuereinrichtung und somit der Steuerelektrode 18c des Festkörper-Schaltelements zugeführt. Es sei darauf hingewiesen, daß das Betriebspotential und die Erd- bzw. Masseverbindungen für die Logikelemente 38, 40, 42 und 44 der Klarheit halber nicht gezeigt sind, und daß diese Verbindungen und deren Herstellungen bei digitalen Logikschaltungen allgemein bekannt sind. Es sei weiterhin darauf hingewiesen, daß, sollte das Relais 16 eine Spule 16b mit einer anderen Betriebsspannung als der zwischen den Klemmen 2Od und 20b verwendeten Spannung benötigen zum Betätigen der Steuereinrichtung 20, andere geeignete Verbindungen zwischen dem Eingang 14x, der Spule 16b und dem Eingang 2Od hergestellt werden können, damit ein Betätigungspotential gleichzeitig an sowohl die Spule 16b als auch den Eingang 2Od angelegt oder beseitigt werden kann.

Zur Erläuterung des Betriebs wird insbesondere auf die Fig. 1a und 1b Bezug genommen. Zunächst habe das Fehlen eines Steuerpotentials zwischen den Klemmen 14x und 14y zu Erläuterungszwecken eine ausreichend lange Dauer, so daß die Leistungsrelaiskontakte 16a geöffnet sind und kein Strom von der Quelle 11 zur Last 12 fließt. Somit sind der Kontaktstrom I und der Strom I des Halbleiterschalters und auch die Steuerspannung V , die Ausgangsspannungen V_CT1 und V „ der zwei Transformator-Gleichrichtereinrichtungen, die Ausgangsspannung von V₃. des Gatters und die Ausgangsspannung V_ des Gatters alle im wesentlichen null. Ein Steuerpotential V mit ausreichender Größe erscheint an der Steuerklemme 14x bezüglich der Klemme 14y zu einer Zeit t Beispielsweise hat die Steuerspannung V eine positive Polarität und einen Logikwert 1. Die Leistungsrelaisspule 16b ist erregt, aber aufgrund der mechanischen Trägheit des Kontaktstückes 16a schließen die Kontaktstücke nicht vor einer ge-

wissen späteren Zeit t₁. Das Schließen der Kontaktstücke 16 zur Zeit t.. gestattet einen Stromfluß I von der Quelle 11 zur Last 12. Aufgrund des Prellens der Kontaktstücke 16a tritt jedoch der Kontaktstrom I als eine Reihe von Impulsen 50, beispielsweise Impulse 50a und 50b_r auf, bevor die Kontaktstücke zu einer Zeit t.. ' kontinuierlich geschlossen sind. Der anfängliche Fluß des Kontaktstromes I im Impuls 50a bewirkt, daß eine Spannung über der Sekundärwicklung 24b des zweiten Stromtransformators auftritt, welche Spannung durch die Gleichrichtereinrichtung 36 gleichgerichtet wird, so daß eine Gleichspannung 52 ungleich null (beispielsweise habe sie eine positive Polarität) am V_CT2~Ausgang 36c nach der Zeit t. auftritt. Das Windungsverhältnis zwischen der Primärwicklung 24a des zweiten Transformators und der Sekundärwicklung 24b ist so gewählt, daß die Spannung mit positiver Polarität eine logische Eins darstellt. Dieses eine logische Eins darstellende Signal 52 erscheint am Gattereingang 44b. Demzufolge geht die Ausgangsspannung V_x, des Gatters 44 zu einer logischen Eins und die Vorrichtung 18 wird in einen stromleitenden Zustand gesteuert. Der Strom I der Schaltvorrichtung beginnt zu fließen, wenn das Kontaktstück 16a während des Prellens geöffnet ist. Somit fließt der Strom durch die kleinere Impedanz des Kontaktstückes im geschlossenen Zustand, beispielweise Impulse 50a und 50b, und fließt durch die Vorrichtung 18, beispielsweise als Impulse 54a und 54b, wenn das Kontaktstück 16a geöffnet ist. Die Vorrichtung 18 bleibt leitend, bis die darüber anliegende Spannung auf null sinkt am Ende der Halbwelle der Wechselspannungskurve aus der Quelle 11; beispielsweise erfolgt dies zu einer Zeit nach der Zeit t.. ' . Der Fluß des Halbleiterstromes I durch die Primärwicklung von 22a des ersten Stromtransformators bewirkt, daß eine Spannung über der Sekundärwicklung 22b des ersten Transformators auftritt, die in einem ersten Gleichrichter 34 gleichgerichtet wird und eine Spannung V _T1 ungleich null, beispielsweise positiver Polarität, am Gattereingang 40b bewirkt. Diese Spannung nimmt graduell ab, beispielsweise an einem Abschnitt 56, da der Shuntstrom I sinkt und endet mit dem Aufhören des Kontaktprellens, wenn die Größe der Filter-

kapazität 34d und 34e des ersten Gleichrichters so gewählt sind, daß die Spannung an ihrem Ausgang 34c auf null absinkt nach einer Zeit t₁', wodurch die Gatterausgangsspannung V anschließend auf einer logischen Null gehalten wird. Obwohl die Spannung am Gattereingang 40b zeitweise auf einer logischen Eins ist, ist die Spannung am anderen Gattereingang 40a auf einer logischen Null (aufgrund der Wirkung des Invertierers 38 auf die logische Eins am V -Eingang 2Od). Deshalb bleibt die Gatterausgangsspannung V₂. auf einer logischen Null und der monostabile Multivibrator 42 wird nicht getriggert. Die Spannung am Gattereingang 44a bleibt demzufolge auf einer logischen Null. Somit erzeugt das Kontaktschließen eine logische Eins am Gattereingang 44b und bewirkt, daß die Vorrichtung 18 parallel zu den Relaiskontaktstücken leitet, wodurch Strom um die prellenden Relaiskontaktstücke herum geleitet wird, so daß ein Verschweißen und andere nachteilige Wirkungen an den Relaiskontaktstücken während des Schließens nicht auftreten können. Die Stromleitung der Shuntvorrichtung 18 hört auf, wenn die Kontaktstücke 16 fest geschlossen sind. Anschließend und so lange die Steuerspannung V in dem Relaisschließzustand (beispielsweise eine logische Eins) ist, fließt aufgrund des kleineren Widerstandes im geschlossenen Kontaktstück 16a der Laststrom durch das Kontaktstück 16a, obwohl die Vorrichtung 18 durchgeschaltet ist.

Das Leistungsrelais mit unterstützter Kommutierung wird geöffnet, indem das

Steuerpotential V von den Klemmen 14x beispielsweise zu einer Zeit t_ beseitigt wird. Zu dieser Zeit sind die Ausgangsspannung V__T1 des ersten Transformator-Gleichrichters und die Ausgangsspannung V des AND-Gatters in einem eine logische Null darstellenden Zustand, während die Ausgangsspannung V^ ₂ der zweiten Transformator-Gleichrichtereinrichtung und die Ausgangsspannung V_ des OR-Gatters in einem eine logische Eins darstellenden Zustand sind. Nach der Beseitigung der Steuerspannung ist eine endliche Zeit, beispielsweise bis zur Zeit t,, erforderlich, damit das Relaiskontaktstück 16a zu öffnen beginnt. Beim

- yt -

öffnen des Kontaktstückes 16a zur Zeit t~ hört der Stromfluß durch die Primärwicklung 24a des zweiten Transformators auf, und die Spannung über seiner Sekundärwicklung 24b fällt im wesentlichen auf null. Die zugehörige Ausgangsspannung V „ des Gleichrichters fällt, beispielsweise am Abschnitt 58, schnell mit einer Zeitkonstanten ab, die durch die Größe des Kondensators 36d und des Widerstandes 36e bestimmt ist. Deshalb ist sofort nach der Zeit t_ die den Halbleiterschalter triggernde Spannung V auf einer logischen Eins und die Vorrichtung 18 leitet weiterhin. Kurz nach der Zeit t^ wechselt die logische Eins am Gattereingang 44b zu einer logischen Eins. Zur Zeit t2, wenn die Größe der Steuerspannung im wesentlichen auf null abgesunken ist, liefert deren Inversion eine logische Eins am Eingang 40a des AND-Gatters.

Während der Zeit, wenn der Kontakt 16a geschlossen ist, bewirkt der kleinere Widerstand der Kontaktstücke, daß im wesentlichen der gsamte Laststrom I_T dort als Kontaktstrom I hindurchfließt und der Strom I der Shuntvorrichtung war im wesentlichen null. Beim tatsächlichen öffnen des Kontaktstückes 16a zur Zeit t-, fällt der Strom I auf null, die Span-

j C

nung V_CT2 fällt nach null ab und der Fluß des Laststroms wird auf die Shuntvorrichtung übertragen, so daß deren Strom I schnell anwächst. Der Anstieg des Stromflusses durch die Primärwicklung 22a des ersten Transformators bewirkt, daß die Ausgangsspannung V_CT1 des zugehörigen Gleichrichters ansteigt und ein eine logische Eins darstellendes Signal 60 an den zweiten Eingang 40b des AND-Gatters anlegt. Da an beiden Eingängen des Gatters 40 nun ein eine logische Eins darstellender Wert anliegt, geht die Ausgangsspannung V_a zu einer logischen Eins über, Die ansteigende Spannung triggert den Multivibrator 42, wodurch dessen Q-Ausgang auf eine logische Eins für ein Zeitintervall T geht, das durch die Werte des zugehörigen Zeitsteuerwiderstandes 42a und der Kapazität 42b bestimmt wird. Der eine logische Eins darstellende Ausgangsimpuls wird durch das Gatter 44 übertragen und erscheint als eine eine logische Eins dar-

stellende Steuerspannung V_D. Deshalb ist, obwohl die Spannung ν__φ-₀ abfällt, die Shuntvorrichtung 18 kontinuierlich in den leitfähigen Zustand gesteuert für das Ausgangsimpuls-Zeitintervall T des Multivibrators nach der Kontaktöffnungszeit t . Der Laststrom I_T fließt weiterhin durch die Shuntvorrichtung bis zum Ende des Zeitintervalls T zur Zeit t^. Zur Zeit t^ steuert der monostabile Vibrator aus und die Steuerspannung V_ß fällt auf die logische Null. Die Shuntvorrichtung 18 leitet weiterhin bis zum nächsten Nulldurchgang der Netzspannung, beispielsweise zur Zeit t₅, ein gutes Stück nachdem das Hauptrelaiskontaktstück 16 ausreichend geöffnet ist, um eine Lichtbogenbildung und andere nachteilige Wirkungen zu verhindern. Somit wird deutlich, daß die Schaltvorrichtung 18 nur den Laststrom leitet, der während des Kontaktprellen beim Kontaktschließen vorhanden ist, und den Laststrom nur für eine Hälfte von einer Netzspannungswelle beim Kontaktöffnen leitet. Während das Zeitintervall T des Multivibrators so eingestellt werden kann, daß die Schaltvorrichtung in den leitenden Zustand gesteuert wird, bis die Relaiskontaktstücke genügend weit entfernt sind, so daß sie der Netzspannung ohne Lichtbogenbildung standhalten können, ist die in der Schaltvorrichtung verbrauchte Energie trotzdem relativ niedrig, wenn der Relaiskontakt sehr nahe am Ende einer Halbwelle der Netzspannung öffnet. Deshalb ist die Verwendung des Leistungsrelais 14 mit unterstützter Kommutierung gemäß der Erfindung so geartet, daß der Betrag der in der Schaltvorrichtung verbrauchten Leistung relativ niedrig ist.

In einer mehrphasigen Quellen/Last-Anordnung, wie beispielsweise der dreiphasigen Stern-Anordnung gemäß Figur 2, ist ein Leistungsrelais mit unterstützter Kommutierung, beispielsweise eines der Relais 14-1 bis 14-3, in jedem der mehreren der Leistungsstränge zwischen der Quelle 11' und der Last 12' angeordnet. Es kann ein gemeinsamer Steuereingang 14' mit einer Referenz zu einem gemeinsamen Steuerleiter 14y' verwendet werden, da die Steuereinrichtung von jedem unterstützten Relais den Lichtbogenstrom darin einzeln für jede der Phasen kommutiert. Isolations- und Sicherheitserfordernisse können be-

dingen, daß zusätzliche Trenntechniken, wie beispielsweise die Verwendung von optoelektronischen Trenneinrichtungen und ähnliches, zwischen dem Steuerpotentialeingängen und dem Rest der Schaltungsanordnung für jedes Relais verwendet werden, wie es für die jeweilig vorgesehene Endverwendung erforderlich ist. Vorteilhafterweise sind die mehreren Kontaktstücke der Relaiseinrichtung 14-1 bis 14-3 Teil einer einzigen elektromechanischen, mehrpoligen Leistungsrelaiseinrichtung.

Neben dem vorstehend beschriebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiel eines Leistungsrelais mit unterstützter Kommutierung sind noch andere Ausführungsbeispiele möglich. Beispielsweise kann ein Paar steuerbarer Siliziumgleichrichter in Anti-Parallelschaltung in gleicher Weise verwendet werden wie ein Triac und ähnliche Schalteinrichtungen.

Claims

Ansprüche

Einrichtung zum Herstellen einer stromführenden Verbindung zwischen einer Wechselstromquelle und einer Verbraucherlast in Abhängigkeit von einem Steuersignal, gekennzeichnet durch, eine Leistungsrelaiseinrichtung (14) zum selektiven Schließen und Unterbrechen einer Verbindung zwischen der Quelle (11) und der Last (12) in Abhängigkeit von dem entsprechenden Anliegen oder Fehlen des Steuersignals, Mittel (18) zur Bildung eines stromleitenden Shunt-Pfades zur Leistungsrelaiseinrichtung (18) bei einem Steuersignal und eine Vorrichtung (22, 24) zum Fühlen des Stromflusses durch die Leistungsrelaiseinrichtung (14) zur Lieferung des Steuersignals wenigstens zu Beginn des Stromflusses und für wenigstens eine Hälfte der Quellenwelle nach dem Aufhören des Stromflusses durch die Leistungsrelaiseinrichtung (14).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Stromfühlervorrichtung ein erstes Mittel (22) zum Fühlen der Größe des durch die Leistungsrelaiseinrichtung (14) fließenden Srromes, ein zweites Mittel

zum Fühlen der Größe des durch die Shunt-Vorrichtung (18) fließenden Stromes und eine Steuereinrichtung (20) umfaßt zur Lieferung des Steuersignales wenigstens dann, wenn das erste Mittel (22) den Beginn eines Stromflusses nach dem Schließen der Verbindung der Leistungsrelaiseinrichtung (14) fühlt und für wenigstens eine Hälfte der Quellenwelle, nachdem das zweite Mittel (24) das Aufhören des Stromflusses beim Unterbrechen der Verbindung der Leistungsrelaiseinrichtung (14) abtastet.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Mittel (22) einen Stromtransformator enthält.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Mittel (24) einen Stromtransformator enthält.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Stromtransformatoren (22, 24) eine Primärwicklung (22a, 24a), die in Reihe zwischen die Quelle (11) und die zugehörige Leistungsrelaiseinrichtung (14) und die Shunt-Vorrichtung (18) geschaltet ist, und eine Sekundärwicklung (22b, 24b) aufweist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichrichtereinrichtung mit der Sekundärwicklung (22b, 24b) des Transformators verbunden ist, um immer dann eine Spannung zu liefern, wenn ein Stromfluß durch die Primärwicklung (22a, 24a) des Transformators auftritt.
7. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeic hnet, daß der erste Stromtransformator (22) eine Primärwicklung (22a) zwischen der Quelle (11) und der Leistungsrelaiseinrichtung (14) und eine Sekundärwicklung (22b) aufweist, daß der zweite Stromtransformator (24) eine Primärwicklung (24a) zwischen der Quelle (11) und der Shunt-Vorrichtung (18) und eine Sekundärwicklung (24b) aufweist, daß eine

32329S4

erste Gleichrichtereinrichtung (34) mit der Sekundärwicklung (22b) des ersten Stromtransformators (22) verbunden ist zur Lieferung einer Spannung, wenn ein Stromfluß durch die Primärwicklung (22a) des ersten Stromtransformators (22) auftritt, daß eine zweite Gleichrichtereinrichtung (36) mit der Sekundärwicklung (24b) des zweiten Stromtransformators (24) verbunden ist zur Lieferung einer weiteren Spannung, wenn ein Stromfluß durch die Primärwicklung (24a) des zweiten Stromtransformators (24) auftritt, daß eine Steuereinrichtung (20) ein AND-Gatter (40), dessen erster Eingang die Spannung von der zweiten Gleichrichtereinrichtung erhält, dessen zweiter Eingang den invertierten Wert des Steuersignales empfängt und das eine AusgangsgrößefV-jliefert, weiterhin einen monostabilen Multivibrator (42), der immer dann getriggert ist, wenn die Ausgangsgröße(V- j des AND-Gatter (40) in einem ersten Zustand ist bei Anliegen der Spannung der zweiten Gleichrichtereinrichtung und der Inversion des Steuersignales und dessen Ausgangsgröße für ein vorbestimmtes Zeitintervall nach dem Triggern des Multivibrators (42) vorhanden ist, und ein OR-Gatter (44) aufweist zur Lieferung des Steuersignals zur Shunt-Vorrichtung (18) bei Vorhandensein der Ausgangsgröße des Multivibrators (42) oder der Spannung der zweiten Gleichrichtereinrichtung.
8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Shunt-Vorrichtung (18) ein steuerbarer, in zwei Richtungen leitfähiger Halbleiterschalter ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein Triac ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Shunt-Vorrichtung (18) ein Paar steuerbarer Siliziumgleichrichter in Anti-Parallelschaltung ist.

-A-
11. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Einrichtungen zur Herstellung stromführender Verbindungen zwischen einer mehrphasigen Wechselstromquelle (11') und einer mehrphasigen Verbraucherlast (12¹) vorgesehen sind und jede der Einrichtungen zwischen einer Ausgangsphase der Quelle (11') und einer Eingangsphase der Last (12*) in Reihe geschaltet sind, und daß die mehreren Einrichtungen derart geschaltet sind, daß sie in Abhängigkeit von dem Steuersignal die Quelle (11') und die Last (12') vollständig verbinden und trennen.