DE4231242A1 - Verfahren zum Verringern des Verschleißes von elektromechanischen Relais - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Umwälzpumpen in Heizungsanlagen wurden bisher allgemein im Dauerbetrieb gefahren. Das heißt, sie liefen während ihrer Einschaltzeit kontinuierlich mit voller Leistung, auch dann, wenn der Heizkreis gar nicht die volle Wärmekapazität benötigte. Vorteilhaft ist die inzwischen ebenfalls übliche Anpassung des Heizwasservolumenstromes an den Wärmebedarf. Zu diesem Zweck wird entweder die Pumpenleistung verändert, oder es erfolgt ein Takten des Pumpenbetriebes. Dadurch läßt sich der Heizwasservolumenstrom so einstellen, daß den Räumen die gerade notwendige Wärmekapazität zur Verfügung gestellt wird.

Bei einer angenommenen Taktrate von 6 Ein-/Ausschaltungen pro Minute ergibt sich eine auf die Lebensdauer der Pumpe hochgerechnete Schalthäufigkeit des Schaltelementes von mehreren Millionen Schaltspielen. Eine solche Schalthäufigkeit wird mit den konventionellen Schaltelementen, wie elektromechanischen Relais, bei induktiven und kapazitiven Wechselstromlasten, wie sie bei Umwälzpumpen vorhanden sind, nicht erreicht. Die mechanische Lebensdauer dieser elektromechanischen Relais ist zwar relativ hoch, aber durch den großen Kontaktverschleiß im Schaltmoment liegt die elektrische Lebensdauer erheblich niedriger.

Mit Halbleiterrelais, bei denen der verschleißanfällige Schaltkontakt durch einen Halbleiter, z. B. einen Triac, ersetzt ist, werden wohl erheblich höhere Schaltspiele erreicht. Nachteilig ist hierbei jedoch der wesentlich höherer Preis und die größere Störanfälligkeit.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die Schalthäufigkeit eines Relais für ein Schalten von induktiven bzw. kapazitiven Wechselstromlasten von z. B. 230 V zu erhöhen. Der Verschleiß bei den Schaltvorgängen soll verringert werden, um eine längere Lebensdauer zu erreichen.

Gemäß der Erfindung wird dieses durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 genannten Maßnahme erreicht.

Der Schaltvorgang wird bewußt mit der Schwingung der Wechselspannung gekoppelt. Sowohl das Ein- als auch das Ausschalten erfolgt somit im günstigsten Moment, das heißt in der Regel in der Nähe des lastseitigen Spannungs- bzw. Stromnulldurchganges. Dadurch werden die Relaiskontakte einem erheblich geringeren Verschleiß ausgesetzt als bei dem bisher üblichen Takten zu jedem beliebigen Zeitpunkt.

In der praktischen Anwendung empfiehlt es sich, daß ein Schwellwertschalter den Momentanwert der Wechselspannung auf der Sekundärseite eines sowieso vorhandenen Trafos abgreift und beim Schaltspannungsnulldurchgang einen Impuls an einen vorhandenen Mikroprozessor gibt. Der Mikroprozessor hat zuvor aufgrund der ihm bekannten Relaisanzugs- und -abfallzeiten sowie der Phasenverschiebung (cos ϕ) der zu schaltenden Last die Verzögerungen zum Einschalten bzw. später zum Ausschalten der Last berechnet. Nach Erreichen der entsprechenden Verzögerung schaltet der Mikroprozessor das Relais ein bzw. aus.

Speziell beim Abschalten kann die Genauigkeit des Abschaltmomentes erhöht werden, indem man die aufwendigere Messung des Laststromes vornimmt. Man kennt dadurch den genauen Zeitpunkt des Stromnulldurchganges und muß ihn nicht überschlägig berechnen.

Der Verlauf des Laststromes wird über einen Meßwiderstand aufgenommen und über eine galvanische Trennung (z. B. Optokoppler oder Übertrager) wieder einem Mikroprozessor mitgeteilt.

Beim Einsatz des Optokopplers können durch zwei antiparallel geschaltete Dioden in Reihe zum Meßwiderstand auch kleine Lastströme registriert werden.

Der eigentliche Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in seiner Anwendung bei elektromechanischen Relais, da der Verschleiß beim Schaltvorgang beträchtlich reduziert wird. Die Anzahl der möglichen Schaltspiele wird erhöht und damit die Lebensdauer des Schalters verlängert.

Das beschriebene Verfahren kann natürlich auch bei einem Halbleiterschalter wie z. B. einem Triac, angewandt werden. Hier müßte zwar eine galvanische Trennung zum Einsatz kommen, über die der Mikroprozessor den Halbleiterschalter betätigt. Aber es bestünde trotz allem noch ein Preisvorteil gegenüber einem handelsüblichen Halbleiterrelais.

Claims (4)

1. Verfahren zum Verringern des Verschleißes von elektromechanischen Relais bei zu taktenden, mit induktiven und kapazitiven Wechselstromlasten betriebenen Umwälzpumpen in Heizungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltvorgang definiert im günstigsten Lastmoment erfolgt, und zwar das Einschalten in der Nähe des Spannungsnulldurchganges und das Ausschalten in der Nähe des Stromnulldurchganges.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mikroprozessor über einen Schwellwertschalter den Momentanwert der Wechselspannung auf der Sekundärseite eines Trafos abgreift und daß dieser Mikroprozessor unter Berücksichtigung der Relaisansprechzeiten und der Phasenverschiebung der Wechselstromlast den günstigsten Ein- und Ausschaltzeitpunkt berechnet und dann den Schaltvorgang auslöst.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete Mittel, etwa über einen Meßwiderstand und einen Optokoppler, der Stromfluß des Lastkreises erfaßt wird und daß ein Mikroprozessor das elektromechanische Relais in der Nähe des Stromnulldurchganges abschaltet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Strömen, deren Spannungsabfall im Meßwiderstand kleiner ist als die Durchlaßspannung des Optokopplers in Reihe zum Meßwiderstand zwei antiparallel geschaltete Dioden eingefügt werden.