DE10201467A1 - Multifunktionales Hybrid Schütz - Google Patents

Abstract

Ein multifunktionales Hybrid-Schütz weist eine Motorschutzfunktion gegen einen abnormalen Zustand auf zusätzlich zum Anlauf, Laufenlassen und Anhalten des Motors. Der gleiche Effekt wie im Fall, dass ein elektronisches Motorschutzrelais (EMPR) parallel angeschlossen ist, kann mit nur einem multifunktionalen Hybrid-Schütz erzielt werden. Auch ist die Größe des Produkts wesentlich reduziert im Vergleich zu dem Fall, dass das elektrische Motorschutzrelais (EMPR) parallel angeschlossen ist und seine Kosten können reduziert werden. Zusätzlich kann, da der Halbleiterschalter nur im Anfangsstadium des Anlaufs und beim Anhalten eingeschaltet ist, die Nennstromkapazität und die Größe des Halbleiterschalters wesentlich reduziert werden im Vergleich zu dem konventionellen Sanftanlaufverfahren, bei dem der Halbleiterschalter zum Steuern sowohl des Anlaufens, des Laufenlassens als auch des Anhaltens verwendet wird.

Description

Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein multifunktionales Hybrid-Schütz, und insbesondere auf ein multifunktionales Hybrid-Schütz, das eine Funktion ei­ nes elektronischen Motorschutzrelais (EMPR) und eine Funktion des wahlweisen Anlaufs eines Motors im Direktanlaufmodus oder Sanftanlaufmodus hat.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Im Allgemeinen umfasst ein Verfahren zum Anlauf eines Motors ein Direktan­ laufverfahren zur Lieferung der Spannung einer Stromversorgung direkt an einen Motor durch Verwendung eines Relais und eines Relaiskontakts sowie ein Sanft­ anlaufverfahren unter Verwendung einer Halbleiterschaltvorrichtung.

Das Direktanlaufverfahren hat das Problem, dass, da die Stromversorgungsspan­ nung direkt an den Motor geliefert wird, bei der Stromversorgung viel Stoßströme verursacht werden, die den Motor beschädigen und auch einen Kontakt des Schüt­ zes beschädigen.

Um den Motor gegen den Stoßstrom zu schützen, der beim Anlauf eines Motors erzeugt wird, zwecks Verbesserung des Direktanlaufverfahrens, ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem ein Motor beim Anlauf in einer sog. Sternschal­ tung gestartet wird und die Sternschaltung in eine sog. Dreiecksschaltung umge­ wandelt wird, um den Motor in einem Betriebszustand zu betreiben, in dem eine stabile Stromversorgungsspannung geliefert wird, wie in Fig. 1 dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Motorsteuervorrichtung gemäß dem Stand der Technik.

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst ein Motorsteuergerät ein Schaltschütz (MCCB: gussgekapseltes Schaltschütz) 11, um einen Netzstrom durchzuleiten oder zu un­ terbrechen, der aus einem Dreiphasenstromversorgungsanschluss (R, S, T) zuge­ führt wird; ein elektronisches Motorschutzrelais (EMPR) 14 zur Überwachung einer umgekehrten Phase, eines Phasenmangels, eines Phasenungleichgewichts, einer Überlast oder eines Überstroms während des Betriebs eines Motors 16, um zu bestimmen, ob in dem dem Motor 16 zugeführten Netzstrom ein Fehler vor­ liegt und den Motor 16 zu schützen; ein Stromversorgungsschütz (MC_M) 15 zum Schalten und Steuern des Dreiphasenstroms, der dem Motor 16 durch die Wick­ lungen U, V und W des Motors 16 von dem elektronischen Motorschutzrelais 14 zugeführt wird; und ein Betriebsschütz (MC_D) 17 zum Schalten und Steuern des den Motor 16 zugeführten Stromes durch Wicklungen X, Y und Z des Motors 16 aus dem elektronischen Motorschutzrelais 14; ein Anlaufschütz (MC_S) 18, das mit den Wicklungen X, Y und Z des Motors 16 verbunden ist und beim Anlauf einge­ schaltet wird; und einen Hilfsstromkreis 13, der mit den drei Schützen 15, 17 und 18 verbunden ist und die Ein/Ausschaltfolge der Schütze 15, 17 und 18 steuert.

Der Betrieb der Motorsteuervorrichtung, wie oben beschrieben, wird nun erläu­ tert.

Zuerst wird in einem Zustand, dass Dreiphasenwechselstrom (im Weiteren abge­ kürzt AC) zugeführt wird, da drei Kontakte des gussgekapselten Schaltschützes 11 geschlossen sind, in dem Fall, dass eine Bedienungsperson einen Anlaufschal­ ter 12 drückt, der mit dem Hilfsstromkreis 13 verbunden ist, um den Motor 16 in Betrieb zu nehmen, das elektronische Motorschutzrelais 14 Dreiphasenkraftstrom liefert und zur gleichen Zeit beginnt, den Strom kontinuierlich zu überwachen, der einem Stromkreis des Motors 16 zugeführt wird.

Zugleich erregt ein Hilfsstromkreis 13 ein Steuerrelais (nicht dargestellt) für das Leistungsschütz und ein Steuerrelais (nicht dargestellt) für das Anlaufschütz, die hier eingebaut sind, um das Leistungsschütz und das Anlaufschütz 18 zu schließen und dementsprechend nimmt der Motor 16 die sog. Sternschaltung (d. h. Y- Schaltung) ein und beginnt sich zu drehen.

Wenn darauf folgend eine vorbestimmte Zeit vergangen ist, nachdem der Motor 16 angelaufen ist, unterbricht der Hilfsstromkreis die Erregung des Steuerrelais des Anlaufschützes, um das Anlaufschütz 18 zu öffnen (Aus) und ein Steuerrelais für das Betriebsschütz zu erregen, um das Betriebsschütz 17 zu schließen.

Wenn damit die Schaltung des Motors 16 zur sog. Dreieckschaltung geändert ist, wird eine Nennspannung dem Motor 16 zugeführt.

In der Zwischenzeit, wenn der Motor 16 angelaufen ist und Strom fließt, misst das elektronische Schutzrelais 14 für den Motor 16 kontinuierlich den zum Motor fließenden Strom, um zu bestimmen, ob ein Fehler im Kraftstrom auftritt.

Wenn ein Fehler im Kraftstrom detektiert wird, wird ein Abschaltsignal vom Motorschutzrelais 14 über den Hilfsstromkreis 13 zu dem Leistungsschütz 15 übertragen, so dass das Leistungsschütz 15 geöffnet wird, um die dem Motor 16 zugeführte Leistung zu unterbrechen.

Obwohl jedoch der konventionelle Motorsteuerapparat mit der sog. "Stern- Dreieckschaltung"-Umwandlungsmethode vorteilhafter Weise den Stoßstrom re­ duziert, hat er keine vollständige Sanftanlaufcharakteristik. Zusätzlich sind, um den Stoßstrom zu reduzieren, drei Schütze, ein Zeitgeber für das Schalten des Anlaufs und den Betrieb und drei Steuerrelais für die Schütze erforderlich, was die Struktur kompliziert und das Volumen vergrößert.

Außerdem kann im Fall, dass der Motor häufig geöffnet und geschlossen wird, der Kontakt des Schaltschützes und der Motor infolge eines Lichtbogens, der am Kontakt des Schaltschützes erzeugt wird, beschädigt werden.

Außerdem kann das konventionelle Motorsteuergerät nicht bei einem Motor an­ gewendet werden, der keine Funktion zur Umwandlung der "Stern-Dreieck- Schaltung" hat.

Das heißt im Allgemeinen: Im Fall eines Motors mit einer Nennspannung von 3- Phasen 380 V oder 440 V, wird, wenn die Nennspannung 220 V ist, der Motor in einer Dreieckschaltung betrieben, während, wenn die Nennspannung 380 V oder 440 V beträgt, der Motor in einer Sternschaltung betrieben wird.

Dementsprechend kann im Fall, dass die Nennspannung des Motors 220 V be­ trägt, die Stern-Dreieck-Sanftanlaufmethode verwendet werden. Wenn jedoch die Nennspannung 380 V oder 440 V beträgt, muss, da die Sternschaltung selbst eine Bedingung für das Anlegen einer Nennspannung an die Wicklung eines Motors ist, ein geeigneter Motor speziell hergestellt werden, um das Stern- Dreieckverfahren anwenden zu können.

Als eine Lösung des Problems wird häufig ein Sanftanlaufverfahren mit Festkör­ perschaltkreis (SSSS) zum Steuern der Höhe der einem Motor zugeführten Span­ nung oder ein Verfahren mit veränderlicher Spannung und veränderlicher Fre­ quenz (VVVF) zum Umwandeln einer Spannung durch eine Frequenz verwendet.

Eine solche Ausrichtung ist jedoch teurer verglichen mit dem Gerät, das bei der Stern-Dreieckschaltungsmethode verwendet wird, und es gibt Schwierigkeiten bei der Anwendung.

Zusätzlich wird, wie bei der ausschließlich mit Halbleiterschaltern aufgebauten SSSS, während der Stromleitung infolge eines Verlustes an beiden Enden des Schalters Wärme erzeugt und dadurch ein großer Kühlkörper erforderlich, um die Wärme abzuleiten, was in einer Zunahme der Größe des Motorsteuergerätes re­ sultiert.

Fig. 2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Hybrid-Schützes gemäß dem Stand der Technik.

In Fig. 2 ist dargestellt ein Motorsteuergerät der Sanftanlauftype unter Verwen­ dung eines Hybrid-Schützes, um einen Lichtbogenstrom zu verhüten, der in dem Moment erzeugt wird, wenn ein mechanischer Relaiskontakt unterbrochen wird, enthaltend: einen Hauptkontakt 40 eines Schaltschützes, das zwischen einer AC- Stromversorgung 30 und einer Last (Motor) 60 angeordnet ist; ein Relais 50 zum Steuern des Schaltens des Hauptkontakts 40 des Schaltschützes; eine Schalteinheit 23 mit gesteuerten Siliziumgleichrichtern (SCR1 und SCR2), d. h. Halbleiter­ schaltvorrichtungen, die am Hauptkontakt 40 in entgegengesetzter Richtung pa­ rallel geschaltet sind und zu einem Zeitpunkt gerade vor und an dem Zeitpunkt gerade nach dem Schließen des Hauptkontakts zwecks Zufuhr eines Laststromes eingeschaltet werden; ein Dämpfer 22 zum Begrenzen einer Spitzenspannung, die an beiden Enden der Schalteinheit erzeugt wird, unter einen vorbestimmten Wert; ein Treibspulenspannungsteuergerät 80 zur Ausgabe einer Treibspulenspannung (V_coil) an das Relais 50, Detektieren einer Höhenänderung einer Eingangstreib­ spannung (V_input) und zur Ausgabe eines Gattertreibimpulsstroms (Vx) sowie Gattertreibeinheiten 21 und 70, die von dem Gattertreibimpulsstrom (Vx) getrie­ ben werden und ein Treibsignal an die Schalteinheit liefern.

Der Dämpfer 22 umfasst einen Widerstand R3, einen Kondensator C3 und einen Varistor (ZNR1), der den Überstrom begrenzt.

Fig. 3 ist ein detailliertes Blockdiagramm der Treibspulenspannungssteuerung der Fig. 2.

Wie in Fig. 3 gezeigt, umfasst das Treibspulenspannungssteuergerät einen Gleichrichterkreis 81 zum Umwandeln einer AC-Eingangsspannung (V_input) in einen Gleichstrom und zur Ausgabe des Gleichstromes der Art, dass, einerlei wel­ che Type von Wechsel- oder Gleichstrom vorliegt, eine Treibspulentreibspannung aus einer äußeren Quelle ihr zugeführt wird; einen Konstantspannungserzeu­ gungskreis 83 zum Empfangen einer Gleichspannung aus dem Gleichrichterkreis 81 und Erzeugen einer Steuerspannung (Vcc) und einer Treibspannung (Vdd); einen Spannungsteilerkreis 82 zum Teilen der Gleichspannung, die von dem Gleichrichterkreis (81) eingegeben wird, auf eine vorbestimmte Höhe; eine Span­ nungsdetektierschaltung 84 zum Erzeugen eines Hochwertsignals, wenn die Spannungen, die von dem Spannungsteilerkreis 82 und dem Konstantspannungs­ erzeugungskreis 83 eingegeben werden, höher sind als ein vorbestimmter Wert; und zum Erzeugen eines Niedrigwertsignals, wenn die Spannungen, die von dem Spannungsteilerkreis 82 und dem Konstantspannungserzeugungskreis 83 eingege­ ben werden, niedriger sind als ein vorbestimmter Wert; einen Impulserzeugerkreis 85 zum Erzeugen kurzer Impulse (Tp, Ta, Te und Td) durch ein Signal, das von dem Spannungsdetektierkreis 84 ausgegeben wird; eine Impulsbreitensteuervor­ richtung 87 zum Bestimmen eines Gleichspannungswerts der Art, dass eine opti­ male Spulentreibspannung (V_coil) angegeben werden kann entsprechend der Größe der Treibeingangsspannung (V_input), der Betriebstemperatur und dem Betrag von Strom, der durch die Treibspule fließt; einen Oszillator und Dreieck­ wellengenerator 86 zum Erzeugen eines Dreieck-Wellensignals entsprechend ei­ ner eingegebenen Spannung; und einen Vergleicher zum Erzeugen eines Impuls­ breitenmodulations-Wellenformsignals (S_PWM) durch ein Signal, das von der Impulsbreitensteuerung 87 und dem Oszillator und Dreieckwellengenerator 86 eingegeben wird.

Der Betrieb des Hybrid-Schützes, das, wie oben beschrieben, aufgebaut ist, wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert.

Fig. 4 ist eine Zeichnung, die Wellenformen zeigt entsprechend dem Betrieb gemäß den Fig. 2 und 3.

Wenn zunächst Eingangsspannung (V_input) dem Treibspulenspannungssteuerge­ rät 80 an einem beliebigen Zeitpunkt t0 zugeführt wird, richtet der Gleichrichter­ kreis 31 des Treibspulenspannungssteuergeräts 80 die Eingangsspannung in eine Gleichspannung gleich und gibt die Gleichspannung an die Spannungsteiler­ schaltung 82 sowie die Konstantspannungserzeugerschaltung 83.

Die Spannungsteilerschaltung 82 teilt die eingegebene Gleichspannung auf eine bestimmte Höhe und die Konstantspannungserzeugerschaltung 83 erzeugt eine Steuerspannung (Vcc) und eine Treibspannung (Vdd) unter Verwendung der ein­ gegebenen Gleichspannung.

Die Spannungsdetektierschaltung 84 detektiert eine Höhenänderung der eingege­ benen Treibspannung (V_input) auf der Basis der Ausgangsspannung der Span­ nungsteilerschaltung 82 und der Ausgangsspannung (Vcc) der Konstantspan­ nungserzeugerschaltung 83 und gibt ein Hochwertdetektiersignal (V_com) aus, wenn die eingegebene Treibspannung (V_input) über eine vorbestimmte Höhe ansteigt, und gibt einen Niedrigwert des Detektiersignals aus, wenn die eingege­ bene Treibspannung unter eine vorbestimmte Höhe fällt.

Das heißt, wie in Fig. 4B gezeigt, dass das Höhendetektiersignal (V_com) der Spannungsdetektierschaltung 84 an einem Zeitpunkt (t1) nach dem Ablauf einer bestimmten Zeit von einem niedrigen Wert zu einem hohen Wert geändert wird.

Wenn das Höhendetektiersignal (V_com), das von dem Spannungsdetektierkreis 84 ausgegeben wird, der Impulserzeugerschaltung 85 zugeführt wird, erzeugt ein erster Impulsgenerator 85-1 der Impulserzeugerschaltung 85 einen Impuls mit einer Impulsbreite von Tp, um eine Spulentreibspannung (V_coil) zu erzeugen (wie in Fig. 4C gezeigt), während ein zweiter Impulsgenerator 85-2 einen Impuls einer Periode (V_pulse) erzeugt, der eine Impulsbreite von Ta hat (wie in Fig. 4D gezeigt).

Demzufolge ist für das Zeitintervall (t1-t2) der Hauptkontakt 40 des Schützes nicht geschlossen und ist in einem Zustand, dass ein betätigbarer Kontaktteil ge­ schlossen wird.

Im Allgemeinen, um den Hauptkontakt 40 des Schaltschützes zu schließen, ist eine Zeit von ungefähr Tb (20-50 ms) erforderlich, wie in Fig. 4E dargestellt, wofür somit das Treibspulenspannungssteuergerät 80 die Spulentreibspannung (V_coil) an das Relais 50 ausgeben kann und ein Treibsignal an die Gatter G1 und G2 des SCR1 und SCR2 des Schaltkreises 23 liefern kann. Zu diesem Zeitpunkt wird Ta "0" und eine Impulserzeugerschaltung 35b ist nicht notwendig.

Um jedoch die von SCR1 und SCR2 kommende Wärme zu minimieren, verzögert ein Impulsgenerator 85-4 die Einschaltoperation des SCR1 und SCR2 für eine bestimmte Zeit (Ta = ungefähr 2 ms) und erzeugt einen Impuls mit einer Impuls­ breite von Td, wie in Fig. 4 F gezeigt, zu einem Zeitpunkt, wenn sein eigener Ausgabeimpuls (V_pulse) von einem hohen Wert auf einen niedrigen Wert geän­ dert wird.

Der von dem Impulsgenerator ausgegebene Impuls durchläuft ein Oder-Gatter (OR82) und wird einem Und-Gatter AD82 zugeführt. Dann verarbeitet das Und- Gatter AD82 den vom Oder-Gatter kommenden Impuls und einen Impuls mit dem Modulationssignal (S_Pwm) eines Vergleichers 89 und gibt einen Gattertreibim­ pulsstrom (Vx) aus (siehe Fig. 4G).

Eine Gattertreibschaltung 70 wird von dem Gattertreibimpulsstrom (Vx) getrie­ ben, der von dem Und-Gatter AD82 ausgegeben wird und die SCR1 und SCR2 werden von den Treibsignalen des Gatters (G1 und G2) eingeschaltet, die von der Gattertreibschaltung 70 erzeugt werden.

Wenn beispielsweise der Hauptkontakt 40 zum Zeitpunkt t3 geschlossen ist, wer­ den die SCR1 und SCR2 zu einem Zeitpunkt t2 eingeschaltet, so dass ein Strom an die Last 60 durch den SCR1 und SCR2 geliefert wird, wie in Fig. 4H darge­ stellt. Und in dem Moment, da der Hauptkontakt 40 offen ist, werden die beiden Endspannungen von SCR1 und SCR2 "0" und die SCR1 und SCR2 werden abge­ schaltet.

Selbst wenn der Hauptkontakt 40 des Schaltschützes nicht vollständig zum Zeit­ punkt t3 geschlossen ist und ein Rattern auftritt, wie in Fig. 4G dargestellt, wird doch da bis zu einem beliebigen Zeitpunkt t4 die SCR1 und SCR2 durch den Gattertreibimpulsstrom (Vx), der den Gattern G1 und G2 der im parallel zum Hauptkontakt 40 geschalteten SCR1 und SCR2 zugeführt wird, wiederholt ein- und ausgeschaltet werden, ein Lichtbogenstrom von den SCR1 und SCR2 an dem Hauptkontakt 40 des Schaltschützes aufgezehrt und unschädlich gemacht.

Bei dem oben beschriebenen Verfahren kann, wenn Hochspannung kontinuierlich an die Treibspule 50 geliefert wird selbst nach dem Abschluss der Einschaltope­ ration des Schaltschützes, die Treibspule 50 beschädigt werden oder eine starke Restmagnetkomponente kann verursacht werden. Daher wird eine Spulentreib­ spannung (V_coil) mit einer Impulsbreite in modulierter Form, wie in Fig. 4C gezeigt, zugeführt.

Zu diesem Zeitpunkt ist die Impulsbreite ausreichend, selbst wenn sie klein ist, z. B. eine Breite von nur einigen Mikrosekunden hat, und in dieser Hinsicht ist es nötig, um hörbares Geräusch zu reduzieren, eine Frequenz von ungefähr 20 kHz zu verwenden.

Zu diesem Zweck vergleicht der Vergleicher 89 den Ausgabeimpuls des Oszilla­ tors und Dreieckwellengenerators 86 und den Ausgangsimpuls des Impulsbreiten­ steuergerätes 87, um ein Impulsbreitenmodulationssignal (S_PWM) zu erzeugen, und liefert das Impulsbreitenmodulationssignal (S_PWM) an den einen Eingangs­ anschluss des Und-Gatters AD81.

Dementsprechend, wie in den Fig. 4B und 4C dargestellt, kann der verlangte Impulsstrom durch eine Spulentreibschaltung 88 für ein Intervall geliefert werden, in welchem die Detektierspannung (V_com) des Spannungsdetektierkreises 33 hoch ist.

Inzwischen wird, wenn die eingegebene Treibspannung (V_input) beginnt, von einem hohen Wert auf einen niedrigen Wert geändert zu werden, ein Wertdetek­ tiersignal (V_com) der Spannungsdetektierschaltung 84 von einem hohen Wert auf einen niedrigen Wert zu einem beliebigen Zeitpunkt t5 geändert (wie in Fig. 4B gezeigt).

Zugleich erzeugt der Impulsgenerator 85-3 einen Impuls mit einer Impulsbreite von Te (wie in Fig. 4F gezeigt). Der Impuls passiert das Oder-Gatter 82, und dann verbindet das Und-Gatter AD82 diesen Impuls mit dem Ausgabesignal des Vergleichers 89 und erzeugt einen Gattertreibimpulsstrom (Vx) (wie in Fig. 4G gezeigt).

Wenn der Gattertreibimpulsstrom (Vx) der Gattertreibschaltung 88 zugeführt wird, erzeugt die Gattertreibschaltung 88 Gatter- (G1, G2) Treibsignale der SCR1 und SCR2.

Jedoch wird der Hauptkontakt 40 nicht zum gleichen Zeitpunkt geöffnet, wenn das Gattertreibsignal erzeugt wird, und eine gewisse Verzögerungszeit (Tc) tritt ein. Somit werden die SCR1 und SCR2 im abgeschalteten Zustand für das ent­ sprechende Verzögerungszeitintervall gehalten (t5-t6) und in dem Moment, da der Hauptkontakt 40 geöffnet wird, wird der Laststrom geliefert.

Danach werden, wenn die Gatter- (G1, G2) Treibsignale des SCR1 und SCR2 zum Zeitpunkt t7 unterbrochen werden, die SCR1 und SCR2 im Ein-Zustand ge­ halten, bis die Polarität des an sie fließenden Stromes umgekehrt wird, und wer­ den im Zeitpunkt t8 abgeschaltet.

Zu diesem Zeitpunkt wird eine Spitzenspannung, die an beiden Enden des SCR1 und SCR2 erzeugt wird, durch den Dämpfer 22 unter einen gewissen Wert be­ grenzt.

Fig. 41 zeigt ein Leitzustandsintervall des Stromes, der schließlich der Last 60 zugeführt wird, wobei das Leitzustandsintervall zum Zeitpunkt t2 beginnt, wenn die SCR1 und SCR2 eingeschaltet werden, und bis zu dem Zeitpunkt t8 läuft, wenn die SCR1 und SCR2 abgeschaltet werden.

Fig. 4H zeigt die Intervalle eines Stromes, der zu den SCR1 und SCR2 fließt, wenn das Hybrid-Schütz mehr als ein Mal ein- und ausgeschaltet wird.

Um die am SCR1 und SCR2 erzeugte Wärme zu minimieren, sollte die Länge der Intervalle Tf und Tg auf ein Minimum begrenzt sein.

Wenn man jedoch das oben beschriebene Hybrid-Schütz für den Direktanlauf des Motors verwendet, ändert sich der Betrag des Stromes, der durch den parallel zum mechanischen Relaiskontakt geschalteten Halbleiterschalter (SCR) geteilt wird, in Abhängigkeit von der Type der Last.

Das heißt, da der parallel geschaltete Halbleiterschalter zuerst eingeschaltet wird, bevor der mechanische Kontakt geschlossen ist, wenn eine Last von dem Halb­ leiterschalter mit einem großen Stoßstrom anfänglich beaufschlagt wird, so fließt ein Strom von 6-10 mal dem Nennstrom in demselben Zustand wie beim Direkt­ anlauf des Motors an den Motor.

Dies wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 5A und 5B beschrieben.

Die Fig. 5A und 5B zeigen ein Lastmuster des Motors des Hybrid-Schützes in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik. Fig. 5A zeigt die sog. "AC3- Klasse"-Dauerhaftigkeitstestbedingung und Fig. 5B zeigt die sog. "AC4- Klasse"-Dauerhaftigkeitstestbedingung, wo ein Strom von 6-10 mal dem Nenn­ strom fließt.

Dementsprechend sollten die SCR1 und SCR2 den im Zeitintervall t2-t3 fließen­ den Stoßstrom aufnehmen.

Da die Länge des Intervalls in Beziehung zur Schaltgeschwindigkeit des mechani­ schen Kontaktes steht, ist sie nicht konstant und wird mit einem beträchtlichen Bemessungsspielraum gesteuert.

Typischer Weise wird sie für zwei bis drei Perioden von 60 Hz gesteuert und die Kapazität eines erforderlichen Halbleiterschaltgerätes wird entsprechend der Län­ ge des Intervalls und dem Betrag des Stoßstromes bestimmt.

Im Allgemeinen, im Falle eines Festkörpersteuergeräts, wird ein Stoßstrom von 10 mal dem Nennstrom für 0,5 Sekunden zugelassen (ungefähr drei Perioden von 60 Hz), was ein Hochpreis-Halbleiterschaltgerät erfordert mit einer Nennstromka­ pazität größer als zwei bis drei Mal der Nennstromkapazität, wodurch die Erzeug­ niskosten erhöht werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein multifunktionales Hybrid- Schütz anzugeben, das in der Lage ist, einen Wechselstrommotor wahlweise im Direktanlaufmodus oder im Sanftanlaufmodus anlaufen zu lassen.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein multifunktionales Hybrid- Schütz anzugeben, das in der Lage ist, einen Stoßstrom zu absorbieren und die Lichtbogenerzeugung im Anfangsstadium des Anlaufs im Direktanlaufmodus zu begrenzen.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein multifunktionales Hybrid- Schütz anzugeben, das in der Lage ist, die Kapazität und Größe eines Halbleiter­ schalters zu reduzieren, indem ein Strom zum Antrieb eines Wechselstrommotors über einen mechanischen Relaiskontakt beim Anlauf und Lauf geliefert wird und ein Strom zum Antrieb des Wechselstrommotors durch einen Halbleiterschalter nur beim Anlauf und Anhalten geliefert wird.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein multifunktionales Hybrid- Schütz anzugeben, das in der Lage ist, einen Motor zu schützen, wenn ein abnor­ maler Strom wie ein Überstrom, eine Phasenumkehr, ein Phasenmangel oder ein Ungleichgewicht der Phasen neben einer Lauf-/Haltsteuerung auftritt und in der Lage ist, das Auftreten eines solchen abnormalen Stromzustandes anzuzeigen und/oder davor zu warnen.

Um diese und andere Vorteile in Übereinstimmung mit dem Ziel der vorliegenden Erfindung zu erreichen, wie hier enthalten und ausführlich beschrieben, wird ein multifunktionales Schaltschütz angegeben, enthaltend: eine Detektiervorrichtung zum Detektieren jeder Phase eines von einer Wechselstromquelle an einen Wech­ selstrommotor gelieferten Stroms; einen Relaiskontakt, der zwischen der Wech­ selstromversorgung und dem Wechselstrommotor installiert ist und in der Lage ist, in eine geöffnete Stellung und eine geschlossene Stellung geschaltet zu wer­ den, um Leistung von der Wechselstromversorgung an den Wechselstrommotor zu liefern oder zu unterbrechen; ein Relais zum Steuern der Schaltung des Relais­ kontaktes; eine Anlaufmodusauswahlschaltvorrichtung zum wahlweisen Anlaufen des Wechselstrommotors im Direktanlaufmodus oder im Sanftanlaufmodus; wo­ bei eine Halbleiterschaltvorrichtung parallel zu dem Relaiskontakt geschaltet ist und einen Lichtbogenstrom infolge eines Ratterns des Relaiskontakts durch Schließen für eine vorbestimmte Zeit nach dem Schalten des Relaiskontakts in die geschlossene Stellung aufzehrt und unschädlich macht, wenn die Auswahlschalt­ vorrichtung im Direktanlaufmodus gewählt ist, und Sanftanlaufen des Wechsel­ strommotors durch Ein- und Ausschalten für eine vorbestimmte Zeit bevor der Relaiskontakt geschlossen ist, wenn die Auswahlschaltvorrichtung im Sanftan­ laufmodus ausgewählt ist; eine Anzeigevorrichtung zum Anzeigen des Laufzu­ standes des Wechselstrommotors und/oder eines abnormalen Zustands des dem Wechselstrommotor gelieferten Wechselstromes; eine Einstellvorrichtung zum Einstellen eines Nennstromes, Einstellen einer Verzögerungszeit für die Ver­ nachlässigung eines Überstroms während einer vorbestimmten Zeit, wenn der Wechselstrommotor direkt anläuft, und Einstellen einer Anlaufzeit, wenn der Wechselstrommotor sanft anläuft; eine Lauf-/Haltschaltvorrichtung zum Selektie­ ren, Laufen lassen und Anhalten des Wechselstrommotors; eine Steuervorrich­ tung, die mit der Stromdetektiervorrichtung, dem Relais, dem Relaiskontakt, der Auswahlschaltvorrichtung, der Halbleiterschaltvorrichtung, der Anzeigevorrich­ tung, der Lauf-/Haltschaltvorrichtung und der Einstellvorrichtung verbunden ist, um das Relais, die Halbleiterschaltvorrichtung und die Anzeigevorrichtung zu steuern abhängig von der Auswahl von Laufen oder Halten der Lauf-/Haltschaltvorrichtung, dem detektierten Strom aus der Stromdetektiervorrichtung und dem eingestellten Modus der Auswahlschaltvorrichtung; und eine Vorrich­ tung zum Warnen vor dem Auftreten eines abnormalen Zustands.

Die vorstehenden und andere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorlie­ genden Erfindung werden deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die beigefügten Zeichnungen, die einbezogen sind, um ein besseres Verständnis der Erfindung zu vermitteln, und die in die Beschreibung aufgenommen sind und einen Teil von ihr bilden, stellen Ausführungsformen der Erfindung dar und die­ nen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Erfin­ dung.

In den Zeichnungen:

Fig. 1 ist eine Ansicht, die einen Schaltungsaufbau eines Motorsteuergerätes mit Stern-Dreieckumschaltung gemäß dem Stand der Technik zeigt;

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines Hybrid-Schützes gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 3 ist ein detailliertes Blockdiagramm eines Treibspulenspannungssteuerge­ räts der Fig. 2 in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik;

Fig. 4A bis 4I sind Ansichten, die Wellenformen gemäß den Betriebszustän­ den der Fig. 2 und 3 gemäß dem Stand der Technik zeigen;

Fig. 5A und 5B zeigen Lastmuster eines Wechselstrommotors mit einem Hy­ brid-Schütz gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, das ein multifunktionales Hybrid-Schütz gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 7A bis 7F sind Ansichten, die Wellenformen von Signalen eines größeren Teils der Fig. 6 zeigen, wenn ein Motor im Direktanlaufmodus entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrieben wird; und

Fig. 8A bis 8H sind Ansichten, die Wellenformen von Signalen eines größeren Teils der Fig. 6 zeigen, wenn der Motor im Sanftanlaufmodus entsprechend ei­ ner bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrieben wird.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Ein multifunktionales Hybrid-Schütz gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun im Detail unter Bezugnahme auf die beige­ fügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, das ein multifunktionales Hybrid-Schütz entspre­ chend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Ein multifunktionales Hybrid-Schütz 600 entsprechend der vorliegenden Erfin­ dung ist ein Gerät zum Steuern des Anlaufs, des Laufs und des Anhaltens eines Wechselstrommotors 300, und das Hybrid-Schütz 600 kann zusammen mit einem Schaltschütz 400 verwendet werden, um in Serie an ein Dreiphasenstromversor­ gungsnetz (R, S, T) angeschlossen zu werden und einen Strom zu unterbrechen, wenn ein Überstrom oder ein elektrischer Leckstrom an einem Stromkreis zwi­ schen dem Wechselstromnetz und dem Wechselstrommotor 300 auftritt; mit ei­ nem Relais 100 zum Steuern des Antriebs des Wechselstrommotors 300; und ei­ nem Relaiskontakt 200, der durch das Relais 100 schaltgesteuert wird in eine ge­ schlossene oder eine offene Position.

Das Relais 100 wird durch ein Steuersignal erregt, das von dem Hybrid-Schütz 600 ausgegeben wird, und weist Eingangsanschlüsse P1 und P2 auf, um das Steuersignal aufzunehmen, das von dem Hybrid-Schütz 600 ausgegeben wird.

Der Relaiskontakt 200 ist zwischen dem Wechselstromnetz und dem Wechsel­ strommotor 300 installiert und kann in Abhängigkeit von der Erregung des Relais 100 in die geöffnete oder geschlossene Position geschaltet werden, um die elektri­ sche Leistung aus dem Wechselstromnetz an den Wechselstrommotor 300 zu lie­ fern oder zu unterbrechen. Jedes Bezugszeichen 69X bis 69Z repräsentiert den Kontakt für jede Phase. Jedes Bezugszeichen X, Y, Z repräsentiert eine Schal­ tungsleitung zum Verbinden der Kontakte 69X-69Z mit einer Vorrichtung 620 zur Erzeugung einer konstanten Spannung und zur Messung von Spannung und Strom.

Der Wechselstrommotor 300 kann ein Zweiphasenwechselstrommotor, ein Drei­ phasenwechselstrommotor oder ein Mehrphasenwechselstrommotor sein, und eine Ausführung des Dreiphasenwechselstrommotors ist in Fig. 6 gezeigt.

Das Schaltschütz 400 enthält Schaltmechanismen (400R, 400S, 400T), die mit jeder Phase korrespondieren, um jeden Phasenkreis in eine Ein-Stellung zu schal­ ten, wenn der Kreis geschlossen wird und in eine Aus- oder Kippstellung jedes Phasenkreises, die den Kreis unterbricht.

Das Hybrid-Schütz 600 umfasst eine Stromdetektiervorrichtung 610 zum Detek­ tieren jedes Phasenstromes, der von der Wechselstromversorgung an den Wech­ selstrommotor 300 geliefert wird, mit drei Stromtransformatoren (CTs) 610R, 610S und 610T, die jeweils zu einer Phase gehören und in einer Leitung installiert sind, die zwischen dem Schaltschütz 400 und dem Wechselstrommotor 300 ange­ ordnet ist.

Die Einheit 620 zum Erzeugen einer konstanten Spannung und zur Messung von Spannung und Strom kann aufgeteilt werden in eine Konstantspannungserzeu­ gungsvorrichtung und eine Spannungs-/Strommessvorrichtung.

Die Konstantspannungserzeugungsvorrichtung enthält einen Konstantspannungs­ erzeugungskreis mit einem Gleichrichter von Wechselstrom in Gleichstrom zum Gleichrichten einer 220 V-, 60 Hertz-Dreiphasenwechselspannung in eine Gleich­ spannung und einen Transformator zum Heruntertransformieren der von dem Wechselspannungs-Gleichspannungsgleichrichter ausgegebenen Gleichspannung in eine Steuergleichspannung von 5 V, deren Ausgabe als Konstantspannungs­ signal Vdd erzeugt wird.

Die Spannungs-/Strommessvorrichtung enthält eine Schaltung zum Umwandeln eines analogen Stromsignals, das von jedem der Stromtransformatoren 610R, 610S und 610T der Stromdetektiervorrichtung 610 detektiert wurde, in ein digi­ tales Stromsignal, das das Steuergerät 630 lesen kann, so dass jeder Phasenstrom gemessen wird, der dem Wechselstrommotor 300 zugeführt wird, sowie eine Schaltung zum betriebsmäßigen Verstärken der Stromsignale, die von jedem der Stromtransformatoren 610R, 610S und 610T detektiert wurden, und zu deren Ausgabe als Spannungssignale.

Hierbei kann zum Zweck der Messung jeder Phasenspannung, die dem Wechsel­ strommotor zugeführt wird, neben dem Verfahren zum betriebsmäßigen Verstär­ ken des detektierten Phasenstroms und Gewinnung des Spannungssignals wie oben beschrieben, ein Potentialtransformator (abgekürzt PT genannt) an den Drei­ phasenversorgungsleitungen R, S und T installiert werden, um direkt ein Span­ nungssignal zu erhalten.

Die Stromtransformatoren 610R, 610S und 610T und der Potentialtransformator können intern in dem multifunktionalen Hybrid-Schütz installiert werden oder können außerhalb des multifunktionalen Hybrid-Schützes installiert werden.

Dies bedeutet, wenn das multifunktionale Hybrid-Schütz gemäß der vorliegenden Erfindung für den Verkauf hergestellt wird, dass die Stromtransformatoren 610R, 610S und 610T und der Potentialtransformator getrennt von dem Hybrid-Schütz hergestellt und verkauft werden können, und dass sie auch verwendet werden können in Verbindung mit dem multifunktionalen Hybrid-Schütz, wie vorgese­ hen.

Die Eingänge der Vorrichtung 620 für die Konstantspannungserzeugung und für die Spannungs-/Strommessung werden verbunden mit den Stromtransformatoren 610R, 610S und 610T, den Dreiphasenstromversorgungsleitungen R, S und T und den Relaiskontakten 200X, 200Y und 200Z, und die Ausgänge der Messvorrich­ tung 620 sind mit dem Steuergerät 630 verbunden.

Das Steuergerät 630 ist eine Vorrichtung zur Steuerung des Relais 100, der Halb­ leiterschalteinheit 640 und der Anzeigeeinheit 650 und kann als Mikroprozessor aufgebaut sein einschließlich einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU), einem Direktzugriffsspeicher (RAM) und einem Nur-Lesespeicher (ROM) und kann als ein einziger Chip ausgebildet sein.

Die Eingänge des Steuergeräts 630 sind mit der Messeinheit 620, der Einstellein­ heit 660, dem Testanschluss Test, dem Lauf-/Haltschalter und der Anlaufmodus- Auswahlvorrichtung verbunden, und die Ausgänge des Steuergeräts 630 sind mit dem Relais 100, der Anzeigeeinheit 650 und der Halbleiterschaltvorrichtung 640 verbunden.

Die Halbleiterschaltvorrichtung 640 ist parallel zu den Relaiskontakten 200X, 200Y und 200Z an die Stromversorgungsleitungen R, S und T zwischen dem Schaltschütz 400 und dem Wechselstrommotor 300 geschaltet, so dass bei einer Auswahl des Direktanlaufmodus durch die Auswahlschaltvorrichtung die Halb­ leiterschaltvorrichtung 640 einen Lichtbogenstrom aufzehrt und unschädlich macht, der infolge Ratterns der Relaiskontakte 200X, 200Y und 200Z auftritt, indem sie eine vorbestimmte Zeit nach dem Schalten der Relaiskontakte 200X, 200Y und 200Z in die geschlossene Stellung schließt; und wenn der Sanftanlauf­ modus durch die Auswahlschaltvorrichtung ausgewählt wird, schaltet die Halb­ leiterschaltvorrichtung 640 ein und aus für eine vorbestimmte Zeit, bevor die Re­ laiskontakte 200X, 200Y und 200Z geschlossen werden, so dass der Wechsel­ strommotor 300 sanft anläuft.

Als Halbleiterschalteinheit 640 kann außer einem Zweirichtungsthyristor ein ge­ steuerter Siliziumgleichrichter (abgekürzt SCR genannt), ein gatterabschaltender Thyristor (abgekürzt GTO genannt), ein gesteuerter Thyristor mit isoliertem Gat­ ter (abgekürzt IGCT genannt), ein rückwärtsleitender Thyristor (abgekürzt RCT genannt), ein bipolarer Transistor mit isoliertem Gatter (abgekürzt IGBT genannt) verwendet werden.

Die Anzeigevorrichtung 650 ist eine Vorrichtung zur Anzeige des Laufzustandes des Wechselstrommotors und/oder eines abnormalen Zustands des dem Wechsel­ strommotors 300 zugeführten Wechselstroms und kann ausgebildet sein als Flüs­ sigkristallanzeige, lichtemittierende Vorrichtung und als Lampe.

Wenn die Flüssigkristallanzeige (im folgenden als LCD abgekürzt) als Anzeige­ vorrichtung 650 verwendet wird, kann das Laufzustandsymbol "Lauf" und "Stop" angezeigt werden und der abnormale Zustand kann angezeigt werden durch eines der Symbole "Überstrom", "Phasenumkehr", "Phasenmangel" und "Phasenun­ gleichgewicht".

Im Fall, dass eine lichtemittierende Vorrichtung (im folgenden als LED abge­ kürzt) als Anzeigevorrichtung 650 verwendet wird, wird die LED, nachdem alle oder wenigstens eines der Symbole "Überstrom", "Phasenumkehr", "Phasenman­ gel", "Phasenungleichgewicht" auf der vorderen Abdeckung des Hybrid-Schützes nach der vorliegenden Erfindung markiert ist oder sind, so installiert werden, dass sie eine Position nahe dem Markierabschnitt anzeigt.

Im Fall, dass eine Lampe als Anzeigeeinheit 650 verwendet werden soll, wird die Lampe als Antwort auf ein Steuersignal von Steuergerät 630 eingeschaltet, wenn einer der oben beschriebenen abnormalen Zustände auftritt.

Die Einstellvorrichtung 660 enthält einen variablen Widerstand VR1 zum Ein­ stellen eines Nennstromwerts des dem Wechselstrommotor 300 zugeführten Stromes; einen variablen Widerstand VR2 zum Einstellen einer Verzögerungszeit zum Vernachlässigen eines Überstroms für eine vorbestimmte Zeit beim Direkt­ anlauf des Wechselstrommotors 300; und einen variablen Widerstand VR3 zum Einstellen einer Anlaufzeit beim Sanftanlauf des Wechselstrommotors 300.

Die Einstellvorrichtung 660 kann eine Vorrichtung zum Einstellen einer tolerier­ baren Unterschiedsrate des Effektivwerts jeden Phasenstroms oder jeder Phasen­ spannung enthalten, um ein Phasenungleichgewicht zu detektieren, und die Vor­ richtung kann als variabler Widerstand oder als Tastenschalter ausgebildet sein, um ein Signal entsprechend der Unterschiedsrate zu erzeugen.

Der Testanschluss ist eine Vorrichtung zum Testen des Relaiskontakts 200 durch Erregen des Relais 100 entsprechend dem Steuersignal, das vom Steuergerät 630 ausgegeben wird. In dem Zustand, dass das Schaltschütz 400 im Ausschaltzustand ist, wird die externe Gleichstromversorgung mit dem Testanschluss verbunden und liefert eine Testspannung (VTEST) an das Steuergerät 630; das Steuergerät 630 gibt ein Steuersignal an das Relais 100, um den Relaiskontakt 200 zu schlie­ ßen. Wenn dies geschieht, kann aufgrund des Geräusches, das erzeugt wird, wenn der Relaiskontakt 200 schließt, ein Fehlbetrieb des Hybrid-Schützes gemäß der vorliegenden Erfindung getestet werden.

Der Lauf-/Haltschalter, der von einer Bedienungsperson betätigt wird, um den Motor anzutreiben oder anzuhalten, kann als Druckknopfschalter oder Kipp­ schalter aufgebaut sein.

Wenn die Bedienungsperson den Lauf-/Haltschalter in die Laufstellung bringt, wird ein entsprechendes Stellungsauswahlsignal an das Steuergerät 630 übertra­ gen. Dann wird in Antwort auf das Stellungsauswahlsignal das Steuergerät 630 ein Steuersignal an das Relais 100 oder die Halbleiterschaltvorrichtung 640 über­ tragen, um diese zu schließen, so dass die Wechselstromleistung an den Wechsel­ strommotor 300 geliefert wird; dementsprechend wird der Wechselstrommotor 300 angetrieben.

Wenn die Bedienungsperson den Lauf-/Haltschalter in die Haltstellung bringt, wird ein entsprechendes Stellungsauswahlsignal an das Steuergerät 630 übertra­ gen. Dann wird in Antwort auf das Stellungsauswahlsignal das Steuergerät 630 das Steuersignal an das Relais 100 oder an die Halbleiterschaltvorrichtung 640 übertragen, so dass der Relaiskontakt 200 oder die Halbleiterschaltvorrichtung 640 in die geöffnete Stellung geschaltet wird, um die Lieferung von Wechsel­ stromleistung an den Wechselstrommotor 300 zu unterbrechen, wodurch der Wechselstrommotor angehalten wird.

Das Stellungsauswahlsignal ist ein Spannungssignal mit einem hohen Wert oder einem niedrigen Wert entsprechend der Stellung EIN oder AUS des Schalters.

Der Anlaufmodus-Auswahlschalter wird für die Auswahl verwendet, wenn die Bedienungsperson beabsichtigt, den Wechselstrommotor 300 im Direktanlaufmo­ dus oder im Sanftanlaufmodus anlaufen zu lassen.

Dementsprechend wird, wenn die Bedienungsperson den Anlaufmodus- Auswahlschalter für den Direktanlaufmodus auswählt und den Lauf-/Haltschalter in die Laufstellung bringt, der Wechselstrommotor 300 im Direktanlaufmodus gestartet und wird in dem Laufzustand gehalten, bis die Bedienungsperson den Lauf-/Haltschalter in die Haltstellung bringt.

Im Folgenden wird nun die Betriebsweise des multifunktionalen Hybrid-Schützes der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 8 beschrie­ ben.

Unter Bezugnahme auf den Anlauf des Wechselstrommotors gemäß dem multi­ funktionalen Hybrid-Schütz nach der vorliegenden Erfindung wird der Wechsel­ strommotor selektiv im Direktanlaufmodus oder im Sanftanlaufmodus betrieben, je nach der Stellung des Anlaufmodus-Auswahlschalters, wie von der Bedie­ nungsperson ausgewählt.

Zunächst wird für den Fall, dass die Bedienungsperson den Anlaufauswahlschal­ ter für den Direktanlaufmodus auswählt, nun der Betrieb des multifunktionalen Schaltschützes vom Anlauf des Wechselstrommotors bis zum Anhalten unter Be­ zugnahme auf die Fig. 6 und 7A bis 7F beschrieben.

Die Fig. 7A bis 7F sind Ansichten von Wellenformen von Signalen eines grö­ ßeren Teils der Fig. 6, wenn er im Direktanlaufmodus gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrieben wird.

Wenn die Bedienungsperson das Schaltschütz 400 in die EIN-Stellung bringt und die Kontakte 400R, 4005 und 400T der Phasen geschlossen sind, kann Leistung aus der Wechselstromversorgung durch das Schaltschütz 400 an den Wechsel­ strommotor 300 geliefert werden.

In diesem Zustand transformiert die Messeinheit 620 die Dreiphasenwechselspan­ nung herunter, richtet sie gleich und liefert das konstante Spannungssignal Vdd an das Steuergerät 630.

In diesem Zustand, wenn die Bedienungsperson den Lauf-/Haltschalter in die Laufstellung bringt, um den Wechselstrommotor 300 anzutreiben, wie in Fig. 7A gezeigt, wird das elektrische Potential des Stellungsauswahlsignals (V_Run) zum Zeitpunkt t1 von einem niedrigen Wert auf einem hohen Wert geändert.

Wenn das Steuergerät 630 das Stellungsauswahlsignal (V_Run) empfängt, das ein elektrisches Potential hat, das vom Lauf-/Haltschalter auf einen hohen Wert geän­ dert wurde, überträgt es ein Antriebssteuersignal (VSM) an das Relais 100.

Da das Relais 100 als Spule ausgebildet ist, hat es eine Verzögerungszeit in der Höhe von Ta, wie in Fig. 7B gezeigt, bis es die Treibspannung erreicht, d. h. bis es erregt wird und dann den Relaiskontakt 200 zum Zeitpunkt t2 schließt.

Wenn die mechanischen Kontakte 69X, 69Y und 69Z, d. h. die Hauptkontakte um Wechselstromleistung an den Wechselstrommotor zu liefern, von dem erregten Relais 100 geschlossen sind, fließt sofort ein großer Stoßstrom an die Last, d. h. den Wechselstrommotor 300, aus der Leistungsquelle (siehe Fig. 7D und 7F).

Der Stoßstrom wird von der Stromdetektiervorrichtung 610 detektiert und über die Messvorrichtung 620 an das Steuergerät 630 übertragen.

Beim Anlaufen, selbst im Fall, dass der Wert des Stoßstromes größer ist als der Nennstromwert, der durch den variablen Widerstand VR1 eingestellt ist, ver­ nachlässigt das Steuergerät 630 den Stoßstrom, anstatt ihn als Überstrom zu be­ stimmen, und zwar für die Verzögerungszeit, die durch den variablen Widerstand VR2 eingestellt ist.

Das Steuergerät 630 gibt ein Triggersignal (V_Triac) als Steuersignal aus, um die Halbleiterschaltvorrichtung 640R, 640S und 640T in eine geschlossene Stellung zum Zeitpunkt t3 umzuschalten.

Damit das Steuergerät 630 den Stoßstrom detektiert, wird die Zeit um soviel wie Tb verzögert und dementsprechend wird der Stoßstrom für die Verzögerungszeit Tb von dem Relaiskontakt 200, d. h. dem mechanischen Kontakt, toleriert.

Der mechanische Relaiskontakt 200 erzeugt typischer Weise ein sog. Rattern, bei dem im Anfangsstadium des Schließens der Kontakt wiederholt geöffnet und ge­ schlossen wird, und zu dieser Zeit wird eine Lichtbogenhochspannung erzeugt, die andere elektronische Vorrichtungen und den Motor ebenso wie den Kontakt beschädigen kann.

Dementsprechend gibt, wie in Fig. 7C dargestellt, das Hybrid-Schütz gemäß der vorliegenden Erfindung das Triggersignal (V_Triac) nur für die Periode Tc, in der das Rattern auftritt, an die Halbleiterschaltvorrichtung 640 aus, so dass der Licht­ bogen sofort von der Halbleiterschaltvorrichtung 640 aufgezehrt und unschädlich gemacht werden kann. Daher werden der Relaiskontakt 200, die elektronischen Geräte und der Wechselstrommotor 300 vor Beschädigung durch den Lichtbogen bewahrt.

Der Grund, warum der Strom I_RR, der durch die Halbleiterschaltvorrichtung 640 fließt, eine intermittierende Impulsform hat, wie in Fig. 7E dargestellt, ist der, dass die Spannung an beiden Enden der Halbleiterschaltvorrichtung 640 zu einem Zeitpunkt 0 wird, wenn der Relaiskontakt 200 beim Rattern geschlossen ist, so dass die Halbleiterschaltvorrichtung 640 automatisch offen (geöffnet) ist, ohne Rücksicht auf das Triggersignal (V_Triac) von dem Steuergerät 630, und zu dem Zeitpunkt, da der mechanische Relaiskontakt 200 beim Auftreten von Rattern ge­ öffnet ist, wird die Halbleiterschalteinheit 640 wieder eingeschaltet und dieser Vorgang wird wiederholt.

Da der Ratter-Zeitraum sehr kurz ist, ist zu dieser Zeit der Gesamtstrombetrag, der durch die Halbleiterschalter 640R, 640S und 640T während des Auftretens des Ratterns fließt, vernachlässigbar klein. Daher brauchen die Halbleiterschalter kei­ ne große und hohe Belastungsfähigkeit aufzuweisen, so dass die Gesamtgröße des Hybrid-Schützes kompakt sein kann.

Danach wird, bis die Bedienungsperson den Lauf-/Haltschalter in die Halt- Stellung bringt, die Wellenform eines Stromes gleich der Wellenform des hinteren Abschnittes, wie in Fig. 7F gezeigt, stabil dem Wechselstrommotor 300 zuge­ führt.

In der Zwischenzeit wird, wenn die Bedienungsperson den Lauf-/Haltschalter in die Halt-Stellung bringt, um den Wechselstrommotor 300 anzuhalten, das elektri­ sche Potential des Stellungsauswahlsignals (V_Run), wie in Fig. 7A gezeigt, zum Zeitpunkt t4 von einem hohen Wert auf einen niedrigen Wert geändert.

Wenn das Steuergerät 630 das Stellungsauswahlsignal (V_Run) erhält, das ein elektrisches Potential aufweist, das vom Lauf-/Haltschalter auf den niedrigen Wert geändert wurde, unterbricht es die Übertragung des Antriebssteuersignals (VSM) an das Relais 100.

Da das Relais 100 als Spule ausgebildet ist, hat es eine Verzögerungszeit so groß wie Td, wie in Fig. 7B gezeigt, bis die Antriebsspannung auf 0 fällt, d. h. bis die Erregungskraft aufgehört hat, und öffnet dann den Relaiskontakt 200 zum Zeit­ punkt t5.

Wie in Fig. 7D gezeigt, fließt, selbst nachdem das elektrische Potential des Stellungsauswahlsignals (V_Run) vom Lauf-/Haltschalter von dem hohen Wert zum Zeitpunkt t4 auf den niedrigen Wert geändert worden ist, der Strom I_R, der durch die Leitung "R" der Dreiphasenstromversorgung fließt, für ungefähr zwei Perioden.

Zusätzlich fließt in ähnlicher Weise der Strom I_S und I_T, der jeweils durch die an­ deren beiden Leitungen S und T fließt, für ungefähr zwei Perioden.

Um die Ströme I_R, I_S und I_T schnell aufzuzehren und schnell den Wechselstrom­ motor 300 anzuhalten, gibt das Steuergerät 630 das Triggersignal (V_Triac) an die Halbleiterschalter 640R, 640S und 640T für eine Zeit Te.

Dementsprechend werden, wie in der Fig. 7E gezeigt, die Ströme I_RR, I_SS und I_TT nur für etwa eine Periode von 60 Hz über die Halbleiterschalter 640R, 640S und 640T geliefert.

Für eine Zeit neben dem Anlauf und Anhalteintervall des Wechselstrommotors 300 wird, da die Halbleiterschalter 640R, 640S und 640T abgeschaltet sind, von den Halbleiterschaltern 640R, 640S und 640T keine Wärme erzeugt.

Dementsprechend ist eine Kühleinheit mit einer großen Wärmesenke nicht erfor­ derlich, so dass das Produkt Hybrid-Schütz einen niedrigen Preis hat und die Grö­ ße des Produkts vermindert werden kann.

In der Zwischenzeit, während der Wechselstrommotor 300 mit einer stabilen Spannung nach dem Anlauf läuft, führt das Steuergerät 630 die Funktion des De­ tektierens eines abnormalen Zustandes des Stromes aus, d. h. ein Überstrom, eine Phasenumkehr, ein Phasenmangel und ein Phasenungleichgewicht, durch Ver­ wendung von Dreiphasenströmen I_R, I_S und I_T, die in den Motor 300 fließen und durch die Stromdetektiervorrichtung 610 detektiert werden, und gibt die Zustands­ information des abnormalen Zustands und des Lauf-/Haltzustandes auf der Anzei­ gevorrichtung 650 an.

Im Einzelnen vergleicht das Steuergerät 630 einen Nennstrom, der durch einen variablen Widerstand VR1 eingestellt ist, und die Dreiphasenströme, die von der Stromdetektiervorrichtung 610 detektiert worden sind und über die Spannungs-/Strommessvorrichtung 620 eingegeben wurden, und wenn die Werte der Drei­ phasenströme größer sind als der Nennstromwert, bestimmt das Steuergerät, dass ein Überstrom aufgetreten ist und gibt eine Zustandsinformation über das Auftre­ ten eines Überstroms an die Anzeigevorrichtung 650 aus, damit dieser angezeigt wird.

Im Folgenden wird die Wirkungsweise zum Detektieren einer Phasenumkehr be­ schrieben.

Die Einstellvorrichtung 660 enthält vorzugsweise eine Vorrichtung (nicht darge­ stellt) zum Einstellen der Phasenfolge jeden Phasenstroms. Das Steuergerät 630 speichert die Phasenfolge, d. h. die Daten in einer Reihenfolge der Phase "R" als erste, Phase "S" als zweite und Phase "T" als dritte, die durch die Vorrichtung eingegeben werden, und vergleicht die Reihenfolge der detektierten Ströme, die durch die Stromtransformatoren 610R, 610S und 610T eingegeben werden, mit den gespeicherten Reihenfolgedaten. Wenn die Reihenfolge der detektierten Ströme nicht identisch ist mit den Reihefolgedaten, bestimmt das Steuergerät 630, dass eine Phasenumkehr aufgetreten ist, und gibt die Zustandsinformation des Auftretens einer Phasenumkehr an die Anzeigevorrichtung 650, um sie anzu­ zeigen.

Die Einstellvorrichtung 660 enthält eine Vorrichtung (nicht dargestellt) zum Ein­ stellen der Anzahl der Phasen, um einen Phasenmangel zu detektieren. Das Steu­ ergerät 630 speichert die Daten der Anzahl der Phasen, die von der Bedienungs­ person durch die Vorrichtung eingestellt wurden, zählt die Zahl der detektierten Stromsignale, die durch die Stromtransformatoren 610R, 610S und 610T einge­ geben werden, und vergleicht den gezählten Wert mit dem gespeicherten einge­ stellten Datenwert. Wenn der gezählte Wert nicht identisch mit dem gespeicherten eingestellten Datenwert ist, bestimmt das Steuergerät 630, dass ein Phasenmangel aufgetreten ist, und gibt die Zustandsinformation des aufgetretenen Phasenman­ gels an die Anzeigevorrichtung 650, um ihn anzuzeigen.

Die Einstellvorrichtung 660 enthält eine Vorrichtung zum Einstellen einer tole­ rierbaren Unterschiedsrate eines Effektivwerts jeden Phasenstroms, um ein Pha­ senungleichgewicht zu detektieren.

Die Differenzrate kann selektiv als 5% oder 10% oder dergleichen durch die Einstellvorrichtung 660 von der Bedienungsperson eingestellt werden, und das Steuergerät 630 speichert die Daten der Differenzrate, die von der Bedienungsper­ son eingestellt wurde, mit Hilfe dieser Vorrichtung und berechnet einen Effektiv­ wert der detektierten Stromsignale je Phase zu einem beliebigen Zeitpunkt, wenn die Daten der Differenzrate durch die Stromtransformatoren 610R, 610S und 610T eingegeben werden.

Das Steuergerät 630 ermittelt den Differenzwert auf der Basis des Effektivwerts je betriebener Phase. Beispielsweise ermittelt es einen Differenzwert durch Subtra­ hieren eines S-Phaseneffektivwerts von dem R-Phaseneffektivwert, erhält einen Differenzwert durch Subtrahieren des T-Phaseneffektivwerts von dem S- Phaseneffektivwert und erhält einen Differenzwert durch Subtrahieren des R- Phaseneffektivwerts von dem T-Phaseneffektivwert.

Die drei Differenzwerte werden durch die Dreiphasenstromwerte dividiert, und dann wird ein Prozentsatz für jeden Phasenstromwert ermittelt.

Die so erhaltenen neuen Differenzratenwerte werden mit den gespeicherten Diffe­ renzratenwerten verglichen, und selbst wenn einer der detektierten Differenzra­ tenwerte kleiner ist als der gespeicherte Differenzratenwert, bestimmt das Steuer­ gerät 630, dass ein abnormaler Zustand des Phasenungleichgewichts aufgetreten ist und gibt die Zustandsinformation an die Anzeigevorrichtung 650, um sie anzu­ zeigen.

Eine Ausführungsform der Einstellvorrichtung, ein Tastenschalter und eine Flüs­ sigkristallanzeige können verwendet werden. Die Flüssigkristallanzeige kann all­ gemein als Anzeigevorrichtung 650 verwendet werden.

Nach der LAUF-Auswahl des Lauf-/Haltschalters kann das Steuergerät 630, wenn eine vorbestimmte Anlaufzeit abgelaufen ist, die Überwachungsoperation des ab­ normalen Status durchführen, beispielsweise durch Ausführen eines in ROM ge­ speicherten Programms.

Zusätzlich kann in einer anderen Ausführungsform die Phasenfolge, die Phasen­ anzahl, die Daten der zulässigen Raten von Effektivdifferenzwerten je Phase in dem Programm enthalten sein und durch einen getrennten Programmlader gespei­ chert werden, oder sie können vorher eingegeben werden für den Gebrauch gemäß einer Anforderung der Bedienungsperson als optionales Leistungsmerkmal bei einer Herstellung des Hybrid-Schützes.

Nunmehr wird für den Fall, dass die Bedienungsperson an dem Anlaufmodusaus­ wahlschalter den Sanftanlaufmodus auswählt, der Betrieb des multifunktionalen Hybrid-Schützes vom Start des Wechselstrommotors bis zum Anhalten des Wechselstrommotors unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 8A bis 8H beschrie­ ben.

Fig. 8A bis 8H sind Ansichten von Wellenformen eines größeren Teils der Fig. 6, wenn dieser gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Er­ findung betrieben wird.

Wenn die Phasenkontakte (400R, 400S, 400T) geschlossen sind, da die Bedie­ nungsperson das Schütz 400 in die Ein-Stellung gebracht hat, kann über das Schütz 400 Leistung aus der Wechselstromquelle an den Wechselstrommotor 300 geliefert werden.

In diesem Zustand richtet die Einheit 620 zum Erzeugen einer Konstantspannung und zur Messung von Strom und Spannung die herunter transformierte Dreipha­ senwechselspannung in eine Gleichspannung gleich und liefert ein konstantes Spannungssignal Vdd an das Steuergerät 630.

In diesem Zustand, wenn die Bedienungsperson den Lauf-/Haltschalter in die Laufstellung bringt, um den Wechselstrommotor 300 anzutreiben, wie in Fig. 8 dargestellt, wird ein elektrisches Potential des Stellungsauswahlsignals (V_Run) zum Zeitpunkt t1 von einem niedrigen Wert in einen hohen Wert geändert.

Wenn das Steuergerät 630 das Stellungsauswahlsignal (V_Run) empfängt, das ein elektrisches Potential hat, das durch den Lauf-/Haltschalter auf einen hohen Wert geändert wurde, gibt das Steuergerät 630 das Triggersignal (V_Triac) als Steuer­ signal an die Halbleiterschaltvorrichtung 640, um für eine vorbestimmte Zeit, be­ vor der Relaiskontakt 200 geschlossen wird, diese ein- und auszuschalten, um den Wechselstrommotor sanft anlaufen zu lassen.

Dies bedeutet, dass das Steuergerät 630 den Zündwinkel steuert, der an die Halb­ leiterschalter 640R, 640S und 640Z gelegt wird, wie in den Fig. 8C und 8E dargestellt, durch Verwendung der Phaseninformation der Interphasenmessspan­ nungen VRS und VST, wie in Fig. 8D gezeigt und eingegeben durch die Mess­ vorrichtung 620.

Mit anderen Worten, beim Ausgeben eines Steuersignals, das den Halbleiter­ schalter 630 mit einer Phasendifferenz einschaltet, d. h. dem Triggersignal V_Triac, führt das Steuergerät 630 eine Phasenwinkelsteuerung der Art durch, dass das Triggersignal anfänglich mit einer Phasenwinkeldifferenz der Interpha­ senspannung von ungefähr 180° (vgl. die Anfangswellenform der Fig. 8E) aus­ gegeben wird und allmählich die Phasenwinkeldifferenz der Interphasenspannung sich dem Wert 0° annähert (siehe die mittlere Wellenform der Fig. 8E).

Dementsprechend werden die Spannung und der Strom, wie in den Fig. 8E und 8F gezeigt, dem Motor 300 zugeführt. Wie in Fig. 8F dargestellt, wird der Wert des dem Motor 300 zugeführten Stroms allmählich vergrößert, so dass der Motor 300 sanft und allmählich anlaufen kann, ohne einen großen Stoßstrom im Anfangszustand.

Die Anlaufzeit des Sanftanlaufmodus, betrieben wie oben beschrieben, wird ein­ gestellt durch Verwendung eines variablen Widerstandes VR3.

Wenn die voreingestellte Anlaufzeit (T_START) abgelaufen ist, wie in Fig. 8B und 8C dargestellt, liefert das Steuergerät 630 das Triggersignal (V_Triac) über das TC Intervall an die Halbleiterschalter 640R, 640S und 640Z vor dem Schlie­ ßen der mechanischen Kontakte 200X, 200Y und 200Z zum Zeitpunkt t2, um ei­ nen Lichtbogenstrom aufzuzehren, der an den mechanischen Relaiskontakten 200X, 200Y und 200Z erzeugt wird.

Das Steuergerät 630 schließt die mechanischen Relaiskontakte 69X, 69Y und 69Z durch Ausgeben eines Steuersignals an die Eingangsterminals P1 und P2 des Re­ lais 100 zum Zeitpunkt t2 zum Erregen des Relais 100.

Nachdem die Relaiskontakte 69X, 69Y und 69Z geschlossen wurden, werden die Spannungen an den beiden Enden der Halbleiterschalter 640R, 640S und 640Z Null, so dass die Halbleiterschalter 640R, 640S und 640Z automatisch abgeschal­ tet werden, und dementsprechend gibt es keinen Ausgangsstrom von der Halblei­ terschalteinheit 640 vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t5, wie in der Fig. 8G dargestellt.

Da der Relaiskontakt 200 für die Zeit vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t5 ge­ schlossen ist, fließen die Lastströme Ix, Iy und Iz, wie in Fig. 8H dargestellt, über den Relaiskontakt 200 an den Wechselstrommotor 300.

Nimmt man nun an, dass ein Fall auftritt, dass die Bedienungsperson den Lauf-/Haltschalter in eine Stellung bringt, um den Motor 300, der im Sanftanlaufmodus angelaufen ist, zum Zeitpunkt t4 anzuhalten, wird dieser Fall nun beschrieben.

Wenn die Bedienungsperson die Lauf-/Haltschaltvorrichtung in die STP-Stellung im Zeitpunkt t4 bringt, um den Wechselstrommotor 300 anzuhalten, wird das Stellungsauswahlsignal (V_Run) von einem hohen Wert in einen niedrigen Wert geändert, und das Steuergerät 630 detektiert dies und liefert ein Triggersignal (V_Triac) an die Halbleiterschalter 640R, 640S und 640Z für eine Dauer T3 im Zeitpunkt t4, und zur gleichen Zeit unterbricht er die Übertragung des Steuersig­ nals an das Relais 100.

Dann werden nach der Verzögerungszeit Td, wie in Fig. 8B gezeigt, bei der die Erregerkraft des Relais 100 aufgehört hat, die mechanischen Kontakte 200X, 200Y und 200Z geöffnet und die Halbleiterschalter 640R, 640S und 640Z werden im gleichen Zeitpunkt t5 eingeschaltet, wenn die Kontakte 200X, 200Y und 200Z geöffnet werden, wie in Fig. 8G gezeigt; die Lastströme I_RR, I_SS und I_TT werden nur für eine halbe bis eine ganze Periode von 60 Hz geliefert, bis sie zum Zeit­ punkt t6 abgeschaltet sind.

Somit wird der Wechselstrommotor 300 angehalten, wenn die Halbleiterschalter 640R, 640S und 640Z zum Zeitpunkt t6 abgeschaltet werden.

Inzwischen führt das Steuergerät 630 das Detektieren von Überstrom, Phasenum­ kehr, Phasenmangel und Phasenungleichgewicht durch, wenn der Motor 300 in einem Laufzustand ist nach dem Ablauf der Anlaufzeit.

Auf der Basis der Dreiphasenströme I_R, I_S und I_T, die von der Messvorrichtung 620 im Intervall t2-t4 eingegeben werden, und falls ein solcher abnormaler Sta­ tus auftritt, gibt das Steuergerät 630 eine entsprechende Zustandsinformation an die Anzeigevorrichtung 650, um sie anzuzeigen.

In der obigen Beschreibung wird der Thyristor (Triac) als Beispiel für die Halb­ leiterschalter 640R, 640S und 640Z genommen, die parallel zu den Kontakten 200X, 200Y und 200Z des Schaltschützes angeschlossen sind. Jedoch kann ir­ gendein Halbleitergerät unter den verschiedenen Typen von SCR, GTO, IGCT, RCT oder IGBT ausgewählt werden, um die gleiche Wirkung zu erzielen.

In der obigen Beschreibung werden auch die drei Kontakte 200X, 200Y und 200Z als Beispiel angenommen, jedoch kann das oben beschriebene Verfahren in glei­ cher Weise auf zwei Phasen mit zwei Kontakten oder auf mehrere Phasen mit mehr als drei Kontakten angepasst werden.

Zusätzlich ist in der obigen Beschreibung der Stromtransformator innerhalb des multifunktionalen Hybrid-Schützes 600 angeordnet, jedoch kann die gleiche Wir­ kung erzielt werden, selbst wenn der Stromtransformator außerhalb des Produkts angeordnet ist.

Wie bisher beschrieben, hat das multifunktionale Hybrid-Schütz der vorliegenden Erfindung viele Vorteile.

Beispielsweise kann die gleiche Wirkung wie in dem Fall, dass ein elektronisches Motorschutzrelais (EMPR) parallel angeschlossen ist, mit nur einem multifunk­ tionalen Hybrid-Schütz erhalten werden, da das multifunktionale Hybrid-Schütz eine Motorschutzfunktion gegen abnormalen Zustand zusätzlich zum Anlaufen, Laufenlassen und Anhalten des Motors hat.

Auch ist die Größe des Produkts stark reduziert im Vergleich zu dem Fall, dass ein elektrische Motorschutzrelais (EMPR) parallel angeschlossen ist, und die Ko­ sten können vermindert werden.

Zusätzlich kann, da der Halbleiterschalter nur in dem anfänglichen Zustand des Anlaufens und beim Anhalten eingeschaltet ist, die Nennstromkapazität und die Größe des Halbleiterschalters wesentlich reduziert werden, verglichen mit dem konventionellen Sanftanlaufverfahren, bei dem der Halbleiterschalter verwendet wird, um sowohl Anlauf als auch Laufen und Anhalten zu steuern.

Außerdem ist, da der Motoranlauf durch gemeinsames Verwenden der Kontakte des Halbleiterschalters und des mechanischen Relais gesteuert wird, die Schutz­ funktion gegen Stoßströme und Rattern vorzüglich im Vergleich zu dem konven­ tionellen Sanftanlaufverfahren unter Verwendung von nur mechanischen Relais­ kontakten oder dem Sanftanlaufverfahren unter Verwendung nur eines Halbleiter­ schalters.

Zusätzlich kann der Preis des Produkts reduziert werden, da Halbleiter geringer Kapazität und niedrigen Preises verwendbar sind.

Ferner ist es möglich, den Anlaufmodus aus dem Direktanlaufmodus oder dem Sanftanlaufmodus auszuwählen und da der Lichtbogenstrom, der am Relaiskon­ takt erzeugt wird, von dem Halbleiterschalter aufgezehrt und unschädlich gemacht wird, kann die Lebensdauer des Motors verlängert werden.

Da die vorliegende Erfindung in den verschiedenen Formen ohne Abweichung von ihrer Idee oder ihren wesentlichen Merkmalen verwirklicht werden kann, sollte es auch klar sein, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen nicht durch irgendwelche Einzelheiten der vorangehenden Beschreibung begrenzt sind, wenn nicht anderslautend definiert, sondern breit innerhalb der Idee und des Um­ fangs ausgelegt werden sollten, wie in den angefügten Ansprüchen definiert, so dass beabsichtigt ist, dass alle Änderungen und Modifikationen, die in den Schutzbereich und Schutzumfang der Ansprüche fallen, oder Äquivalente inner­ halb des Schutzbereichs oder des Schutzumfangs, von den angefügten Ansprü­ chen umfasst sind.

Claims (13)

1. Multifunktionales Hybrid-Schütz, anwendbar bei einem Motorantriebs- Steuersystem mit einem Relais und einem Relaiskontakt für Antrieb und Steuerung eines AC-Wechselstrom-Motors, wobei das multifunktionale Hybrid-Schütz enthält:
eine Stromdetektiervorrichtung zum Detektieren jedes von einer Wechsel­ stromversorgung an einen Wechselstrommotor gelieferten Phasenstroms;
eine Anlaufmodus-Auswahlschaltvorrichtung zum wahlweisen Anlaufen des Wechselstrommotors im Direktanlaufmodus oder im Sanftanlaufmodus;
eine Halbleiterschaltvorrichtung, angeschlossen parallel zu dem Relaiskon­ takt, die einen Lichtbogenstrom infolge Ratterns des Relaiskontakts aufzehrt und unschädlich macht durch Schließen für eine vorbestimmte Zeit nach dem Schalten des Relaiskontakts in die geschlossene Stellung, wenn die Auswahlschaltvorrichtung im Direktanlaufmodus gewählt ist, und Sanftan­ laufen des Wechselstrommotors durch Ein- und Ausschalten für eine vorbe­ stimmte Zeit bevor der Relaiskontakt geschlossen ist, wenn die Auswahl­ schaltvorrichtung im Sanftanlaufmodus gewählt ist;
eine Anzeigevorrichtung zum Anzeigen des Laufzustandes des Wechsel­ strommotors und/oder eines abnormalen Zustandes eines elektrischen Stro­ mes, der dem Wechselstrommotor zugeführt wird;
eine Einstellvorrichtung zum Einstellen eines Nennstromes, Einstellen einer Verzögerungszeit für die Vernachlässigung eines Überstroms während einer vorbestimmten Zeit, wenn der Wechselstrommotor direkt anläuft, und Ein­ stellen einer Anlaufzeit, wenn der Wechselstrommotor sanft anläuft;
eine Lauf-/Haltschaltvorrichtung zum selektierten Laufenlassen oder An­ halten des Wechselstrommotors; und
ein Steuergerät, das verbunden ist mit der Stromdetektiervorrichtung, dem Relais, dem Relaiskontakt, der Auswahlschaltvorrichtung, der Halbleiter­ schaltvorrichtung, der Anzeigevorrichtung, der Lauf-/Haltschaltvorrichtung und der Einstellvorrichtung, um das Relais, die Halbleiterschaltvorrichtung und die Anzeigevorrichtung in Abhängigkeit von der Lauf- oder Haltaus­ wahl der Lauf-/Haltschaltvorrichtung, dem detektierten Strom von der Stromdetektiervorrichtung und dem eingestellten Modus der Auswahl­ schaltvorrichtung zu steuern.

2. Multifunktionales Hybrid-Schütz enthaltend:
eine Detektiervorrichtung zum Detektieren jeden Phasenstroms, der von einer Wechselstromquelle an einen Wechselstrommotor geliefert wird;
einen Relaiskontakt, der zwischen der Wechselstromversorgung und dem Wechselstrommotor installiert und in der Lage ist, in eine geöffnete Stellung oder eine geschlossene Stellung geschaltet zu werden, um Leistung aus der Wechselstromversorgung an den Wechselstrommotor zu liefern oder zu unterbrechen;
ein Relais zum Steuern des Schaltens des Relaiskontakts;
eine Anlaufmodusauswahlschaltvorrichtung zum selektierten Anlaufen des Wechselstrommotors im Direktanlaufmodus oder im Sanftanlaufmodus;
eine Halbleiterschaltvorrichtung, angeschlossen parallel zum Relaiskontakt, die einen Lichtbogenstrom infolge Rattern des Relaiskontakts aufzehrt und unschädlich macht durch Schließen für eine vorbestimmte Zeit nach dem Schalten des Relaiskontakts in die geschlossene Stellung, wenn die Aus­ wahlschaltvorrichtung im Direktanlaufmodus gewählt ist, und zum Sanftanlauf des Wechselstrommotors durch Ein- und Ausschalten für eine vorbestimmte Zeit bevor der Relaiskontakt geschlossen ist, wenn die Aus­ wahlschaltvorrichtung im Sanftanlaufmodus ausgewählt ist;
eine Anzeigevorrichtung zum Anzeigen eines normalen Zustandes und eines abnormalen Zustandes des elektrischen Stromes, der dem Wechselstrom­ motor zugeführt wird;
eine Anzeigevorrichtung zum Anzeigen des Laufzustands des Wechsel­ strommotors und/oder eines abnormalen Zustandes des Wechselstroms, der dem Wechselstrommotor zugeführt wird;
eine Einstellvorrichtung zum Einstellen eines Nennstromes, wobei eine Verzögerungszeit für die Vernachlässigung eines Überstromes während ei­ ner vorbestimmten Zeit eingestellt wird, wenn der Wechselstrommotor di­ rekt anläuft, und eine Anlaufzeit eingestellt wird, wenn der Wechselstrom­ motor sanft anläuft;
eine Lauf-/Haltschaltvorrichtung zum selektierten Laufenlassen und Anhal­ ten des Wechselstrommotors; und
ein Steuergerät, das verbunden ist mit der Stromdetektiervorrichtung, dem Relais, dem Relaiskontakt, der Auswahlschaltvorrichtung, der Halbleiter­ schaltvorrichtung, der Anzeigevorrichtung, der Lauf-/Halt-Schaltvor­ richtung und der Einstellvorrichtung, um das Relais, die Halbleiterschaltvor­ richtung und die Anzeigevorrichtung in Abhängigkeit von der Lauf- oder Haltauswahl der Lauf-/Halt-Schaltvorrichtung, dem detektierten Strom von der Stromdetektiervorrichtung und dem eingestellten Modus der Auswahl­ schaltvorrichtung zu steuern.

3. Hybrid-Schütz nach Anspruch 1 oder 2, ferner enthaltend eine Strom- und Spannungsmessvorrichtung, um für das Steuergerät ein detektiertes Strom­ signal von der Stromdetektiervorrichtung und ein Spannungssignal, das durch betriebsmäßiges Verstärken des detektierten Stroms in eine Spannung umgewandelt worden ist, bereitzustellen.

4. Hybrid-Schütz nach Anspruch 1 oder 2, ferner enthaltend eine Spannungs­ detektiervorrichtung zum Detektieren jeder Phasenspannung, die von der Wechselstromquelle an den Wechselstrommotor geliefert wird.

5. Hybrid-Schütz nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Halbleiterschaltvorrich­ tung ein gesteuerter Silizium-Gleichrichter (SCR), ein gatterabschaltender Thyristor (GTO), ein gesteuerter Thyristor mit isoliertem Gatter (IGCT), ein rückwärts leitender Thyristor (RCT) oder ein bipolarer Transistor mit iso­ liertem Gatter (IGBT) ist.

6. Hybrid-Schütz nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Phase des Stromes zwei­ phasig oder mehrphasig, von drei Phasen oder mehr ist.

7. Hybrid-Schütz nach Anspruch 1 oder 2, wobei der abnormale Zustand, der von der Anzeigevorrichtung angezeigt wird, den Zustand des Auftretens wenigstens von einem Überstrom, einer Phasenumkehr, einem Phasenman­ gel und einem Phasenungleichgewicht beim Auftreten repräsentiert, und die Anzeigevorrichtung eine Vorrichtung enthält, um wenigstens Überstrom, Phasenumkehr, Phasenmangel und Phasenungleichgewicht anzuzeigen.

8. Hybrid-Schütz nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Einstellvorrichtung eine Vorrichtung zum Einstellen der Phasenfolge jedes Phasenstromes enthält, um eine Phasenumkehr zu detektieren.

9. Hybrid-Schütz nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Einstellvorrichtung eine Vorrichtung zum Einstellen der Anzahl der Phasen enthält, um einen Pha­ senmangel zu detektieren.

10. Hybrid-Schütz nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Einstellvorrichtung eine Vorrichtung zum Einstellen einer tolerierbaren Differenzrate eines Effekti­ vwerts jeden Phasenstromes enthält, um ein Phasenungleichgewicht zu de­ tektieren.

11. Hybrid-Schütz nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anzeigevorrichtung eine Flüssigkristallanzeige (LCD), eine lichtemittierende Vorrichtung (LED) oder eine Lampe ist.

12. Hybrid-Schütz nach Anspruch 1, ferner enthaltend eine Vorrichtung zum Warnen vor einem abnormalen Zustand, wenn der von der Wechselstrom­ quelle an den Wechselstrommotor gelieferte Strom abnormal ist.

13. Hybrid-Schütz nach Anspruch 1, wobei die Warnvorrichtung ein Summer oder eine Blinklampe ist.