EP1218902A1 - Verfahren zur vergleichmässigung von gesamtabbränden eines elektromagnetischen schaltgeräts und hiermit korrespondierendes elektromagnetisches schaltgerät - Google Patents

Verfahren zur vergleichmässigung von gesamtabbränden eines elektromagnetischen schaltgeräts und hiermit korrespondierendes elektromagnetisches schaltgerät

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EP1218902A1
EP1218902A1 EP00982978A EP00982978A EP1218902A1 EP 1218902 A1 EP1218902 A1 EP 1218902A1 EP 00982978 A EP00982978 A EP 00982978A EP 00982978 A EP00982978 A EP 00982978A EP 1218902 A1 EP1218902 A1 EP 1218902A1
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EP
European Patent Office
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contact
total
phase
switching
control circuit
Prior art date
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EP00982978A
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English (en)
French (fr)
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Norbert Elsner
Gerd Griepentrog
Reinhard Herbst
Reinhard Maier
Norbert Mitlmeier
Diethard Runggaldier
Christian Schreckinger
Bernhard Streich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Publication of EP1218902B1 publication Critical patent/EP1218902B1/de
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/56—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle
    • H01H9/563—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle for multipolar switches, e.g. different timing for different phases, selecting phase with first zero-crossing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/0015—Means for testing or for inspecting contacts, e.g. wear indicator
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H11/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches
    • H01H11/0062—Testing or measuring non-electrical properties of switches, e.g. contact velocity

Definitions

  • the present invention relates to a method for evening out total erosion of a contact arrangement of an electromagnetic switching device, in particular a contactor, with a plurality of contacts, and an electromagnetic switching device corresponding thereto.
  • Electromagnetically operated switching devices i.e. contactors and relays
  • switching burn-up Electromagnetically operated switching devices, i.e. contactors and relays, have one burn-up per switching operation, hereinafter referred to as switching burn-up.
  • multi-pole switching devices whose main contacts switch a three-phase system often have different wear on their contacts. This leads to a failure of the switching device and one of the contacts becomes inoperable. This represents a significant restriction on the lifespan of the switching device. The other contacts would often still be functional for quite some time.
  • This phenomenon arises from the fact that the contacts subject to the erosion are switched at statistically not equally distributed times with respect to the switched phases.
  • the causes of the synchronization effect can be on the one hand a network-synchronous control or the behavior of the switching device drive (so-called auto-synchronization). Mechanical tolerances of the switching device can also bring about such a synchronization.
  • DC-powered drive systems or electronically controlled drive systems can be used for the switching device.
  • switching synchronization effect with AC-operated shooters G.
  • the object of the present invention is to provide an operating method for electromagnetic switching device and a corresponding electromagnetic switching device, in which a constant erosion of the contacts is always guaranteed.
  • the task is solved for the operating method in that the total burnup is determined for each contact, that the total burnings are fed to a control circuit and that the contact arrangement is actuated by the control circuit in dependence on the determined (cumulative) total burnups in such a way that the total burnups of the Contacts are brought closer together.
  • the object for the electromagnetic switching device is achieved in that it has a total burnout detection circuit, by means of which the respective total burnup can be determined for each contact, that the total burnup detection circuit is communicatively connected to a control circuit and that the contact arrangement of the control circuit can be actuated in dependence on the determined total erosions in such a way that the total erosions of the contacts are leveled.
  • the total erosion of a contact is the sum of the switching erosions of this contact.
  • Methods for determining the total burns are e.g. B. in DE 44 27 006 AI, DE 196 03 310 AI and DE 196 03 319 AI described.
  • the approximation of the total erosion of the contacts can be achieved, for example, by supplying the control circuit with a reference signal in a predetermined phase relation to one of the three phases of a three-phase network and a control command, that the contact arrangement is supplied with a switching delay with respect to the control circuit when the control command is supplied Reference signal is actuated and that the switching delay is determined by the drive circuit.
  • the method for approximating the total burn-ups is particularly simple if the drive circuit determines the contact with the largest total burn-up and the drive circuit determines the switching delay in such a way that the switch burn-off of the contact with the largest total burn-up is minimized.
  • the contact with the largest total erosion couples a first phase and the contact with the average total erosion connects a second phase to a three-phase load, the second phase has a phase offset with respect to the first phase and the switching delay is increased by the phase offset.
  • the operating method works particularly reliably and stably.
  • the switching delay it is possible for the switching delay to be maintained after the switching delay has been redetermined until the difference between the largest total erosion and the smallest total erosion reaches or exceeds a threshold value.
  • One way of determining the total erosion of the contacts during normal operation is, for example, that the contact arrangement is actuated by a movable contact carrier, that when the contact arrangement is opened, a reference time is recorded, at which the contact carrier assumes a reference position, that contact times are detected, to which the contacts open, and that from the differences of Contact times with the reference time, the total burns can be determined.
  • FFIIGG 22 is a phase diagram
  • FIG 1 A first figure
  • FFIIGG 66 a section of FIG 5,
  • an electromagnetic switching device 1 is designed as a contactor 1. It has a contact arrangement 2 with three contacts 3 - 5. Via the contacts 3-5, a three-phase load 6 can be coupled to three phases L1-L3 of a three-phase network or can be uncoupled from the three phases Ll-L3 when the switching device 1 is actuated.
  • the contact arrangement 2 is actuated, that is to say when the contacts 3 - 5 are opened or closed, switching burns occur at the contacts 3 - 5 per switching operation.
  • phase L1-L3 have a phase offset ⁇ of ⁇ 120 ° electrical relative to one another.
  • the phase offset ⁇ of phase L3 to phase L2, phase L2 to phase L1 and phase L1 to phase L3 is + 120 ° electrical.
  • the phase offset ⁇ of phase L3 to phase Ll, phase L1 to phase L2 and phase L2 to phase L3 is -120 ° or + 240 ° electrical. Since the phases Ll - L3 are only determined modulo 360 ° electrically, the phase offset ⁇ of phase L3 to phase Ll, phase Ll to phase L2 and phase L2 to phase L3 can also be expressed as + 240 ° electrically.
  • the contact arrangement 2 is actuated according to FIG. 3 by means of a movable contact carrier 7.
  • the contact carrier 7 is fastened to an armature 8 which is attracted by an iron core 9 of a coil 10 when the coil 10 is supplied with a current.
  • the contact carrier 7 is displaced such that the armature 8 assumes the position indicated by dashed lines in FIG.
  • the contact carrier 7 is held in the position shown by a return spring 11. In this position, contacts 3-5 are open.
  • contacts 3 - 5 are identical. Therefore, only contact 3 is described in more detail below in connection with FIG. 4. However, what has been said about contact 3 also applies analogously to contacts 4 and 5.
  • the contact 3 has a contact bridge 3 ⁇ and a counter contact 3 '.
  • the mating contact 3 ' is arranged rigidly.
  • the contact bridge 3 ⁇ is movably connected to the contact carrier 7. This is indicated in FIG. 3 by the arrows at the contacts 3-5.
  • the contact bridge 3 ⁇ is spring-loaded by means of a pressure spring 11.
  • the pressure spring 11 ⁇ has a considerably larger spring constant than the return spring 11. Due to the pressure spring 11, the contact force with which the contact bridge 3 ⁇ bears against the counter contact 3 'when the contact 3 is closed is essentially determined. In particular, it is independent of total erosion Gl - G3, which occur at contacts 3 - 5.
  • the armature 8 first detaches from the iron core 9. Then the contacts 3 - 5 open.
  • a characteristic voltage pulse arises at each of the contacts 3 - 5, which is generated by contact timers 14 - 16 is detected. The detection of these voltage pulses defines contact times tl - t3.
  • the contact times tl - t3 are thus determined by the opening of the contacts 3-5.
  • the contact times tl - t3 are functionally related to the total erosion Gl - G3.
  • the contact times tl-t3 are therefore transmitted to an overall erosion determination circuit 13.
  • the armature 8 detaches from the iron core 9, this likewise generates a voltage pulse in the coil 10, which is detected by means of a reference timer 12 and is likewise transmitted to the overall fire detection circuit 13.
  • the detection of the voltage pulse defines a reference time tO.
  • the reference time tO is thus determined by the release of the armature 8 from the iron core 9, the reference position by the position of the contact carrier 7 assumed at the reference time tO.
  • the total erosion determination circuit 13 forms the differences between the contact times t1-t3 and the reference time tO. From these differences, the total burn-up determination circuit 13 determines the total burns Gl - G3. With regard to details of the total erosion determination, reference is made to the prior art according to DE 44 27 006 AI, DE 196 03 310 AI and DE 196 03 319 AI.
  • a separate total erosion Gl - G3 is thus determined for each contact 3 - 5.
  • the total burns G1 - G3 are fed to a control circuit 17, which is communicatively connected to the total fire determination circuit 13.
  • a reference signal generator 18 is also connected to the control circuit 17.
  • the reference signal generator 18 is connected to two of the phases L1-L3 or one of the phases Ll-L3 and the neutral conductor N. It can therefore form a potential difference and determine a reference signal B from it, which it supplies to the control circuit 17.
  • the reference signal B is then in a predetermined phase relation to the three phases L1-L3.
  • the reference signal generator 18 can emit a reference signal B each time the sign changes or the potential changes from minus to plus the potential difference detected by it.
  • a control command S is supplied to the control circuit 17 in accordance with FIG. 5 in a step 19.
  • the supply of the control command S initially increments a counter Z in a step 20.
  • the process waits until the next reference signal B is transmitted by the reference signal generator 18.
  • the expiration of a switching delay T is waited for in a step 22.
  • the contact arrangement 2 is then actuated in a step 23.
  • the switching delay T is recalculated in a step 24.
  • the switching delay T is determined by the control circuit 17 as a function of the total burns Gl - G3 supplied to it in such a way that the total burns Gl - G3 of the contacts 3-5 are brought closer to one another.
  • the (new) switching delay T is determined in such a way that according to FIG. 6 it is first checked in a step 25 whether the counter Z has reached a minimum counter reading Z0.
  • the minimum counter reading Z0 is typically between 1,000 and 10,000, e.g. B. at 3,000 to 5,000. Only if the counter reading Z exceeds the minimum counter reading Z0, the switching delay T is redetermined. Otherwise, the re-determination of the switching delay T is blocked by a locking device 26. The switching delay T is therefore retained in this case. If the switching delay T is to be redetermined, the total burns G1 - G3 of the contacts 3-5 are then queried by the total burnup determination device 13 in a step 27.
  • the threshold value S ⁇ is chosen in such a way that it lies significantly above the measurement accuracy limit. For example, the threshold value S ⁇ can be 10 times the measurement accuracy limit. Only when the threshold value S is reached or exceeded does the blocking device 26 release the further redefinition of the switching delay T. Otherwise, the re-determination of the switching delay T is blocked by the blocking device 26.
  • a step 30 the contact with the largest total burnup is determined, e.g. B. the contact 3.
  • the switching delay T is redetermined by the control circuit 17 such that the switching erosion of the contact with the largest total erosion, here of contact 3, is minimized.
  • the counter Z is set to the value zero.
  • the easiest way to redetermine the switching delay T is when the control circuit 17 is assigned a memory table 33 from which the new switching delay T can be found directly.
  • the content of the memory table 33 can in particular have been determined on the basis of test series in which the switching consumption of the individual contacts 3 - 5 has been determined as a function of the switching instant. If the test results are stored appropriately, given given total burnings, Gl - G3 can be obtained simply by addressing the memory a suitable new switching delay T can be determined.
  • the contact with the average total burnup is determined in a step 34, e.g. B. the contact 4.
  • the contact with the greatest total erosion, here the contact 3 couples a first phase, here the phase L1, to or from the three-phase load 6.
  • the contact with the average total erosion, here contact 4 couples a second phase, here phase L2, to or from the three-phase load 6.
  • the second phase L2 has a phase offset ⁇ with respect to the first phase L1. This phase shift ⁇ is in one
  • Step 35 determined.
  • the new switching delay T is then determined by increasing the previous switching delay T by the phase offset ⁇ in a step 36.
  • the three-phase network is designed as a clockwise rotating three-phase network, i. H. phase L3 lags phase L2 and phase L1 electrically by 120 °.
  • the switching delay T is electrically increased by 120 ° in the order of largest / middle / smallest total burn-off at contacts 3/4/5, 4/5/3 and 5/3/4.
  • the switching delay T is increased electrically by 240 °.
  • phase L1 electrically lagged phase L2 and phase L3 by 120 °.
  • the switching delay T would be electrically increased by 120 ° in the order of largest / middle / smallest total burn-off at contacts 5/4/3, 4/3/5 and 3/5/4. With the orders 3/4/5, 4/5/3 and 5/3/4, the switching delay T would be increased electrically by 240 °. Due to the increase in the switching delay T, it is now possible that this is now greater than a period T ⁇ (see FIG. 2) of the three-phase network. This is checked in a step 37. If necessary, the new switching delay T is then reduced by a period T ⁇ of the three-phase network in a step 38.
  • control circuit 17, the total erosion determination circuit 13, the blocking device 26, the memory table 33 and the counter Z are shown as separate components. However, they can also be integrated in a single microchip.
  • the operating method according to the invention can in principle be used both when coupling and when disconnecting phases L1-L3. At least it is used when connecting.
  • FIG. 8 shows an exemplary result of the operating method according to the invention.
  • the number of switching commands S is plotted on the right in FIG. 8 in relative units, and the total burns Gl - G3 of contacts 3 - 5 are shown upward.
  • the service life of the contact arrangement 2 and thus of the switching device 1 as a whole is thus significantly increased.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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  • Keying Circuit Devices (AREA)

Abstract

Ein elektromagnetisches Schaltgerät (1) weist eine Kontaktanordnung (2) mit drei Kontakten (3-5) auf, die eine Drehstromlast (6) an drei Phasen (L1-L3) eines Drehstromnetzes an- bzw. von den drei Phasen (L1-L3) abkoppeln. An den Kontakten (3-5) treten Schaltabbrände auf. Für jeden Kontakt (3-5) wird ein Gesamtabbrand (G1-G3) ermittelt und einer Ansteuerschaltung (17) zugeführt. Die Kontaktanordnung (2) wird von der Ansteuerschaltung (17) in Abhängigkeit von den Gesamtabbränden (G1-G3) derart betätigt, dass die Gesamtabbrände (G1-G3) der Kontakte (3-5) einander angenähert werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Vergleichmäßigung von Gesamtabbränden eines elektromagnetischen Schaltgeräts und hiermit korrespondieren- des elektromagnetisches Ξchaltgerät
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergleichmäßigung von Gesamtabbränden einer Kontaktanordnung eines elektromagnetischen Schaltgeräts, insbesondere eines Schützes, mit mehreren Kontakten sowie ein hiermit korrespondierendes elektromagnetisches Schaltgerät.
Derartige Verfahren und die korrespondierenden Schaltgeräte sind z. B. aus der DE 44 34 074 AI und der US-A-5 440 180 be- kannt.
Elektromagnetisch betätigte Schaltgeräte, also Schütze und Relais, weisen pro Schaltvorgang einen Abbrand auf, nachfolgend Schaltabbrand genannt. Dabei weisen mehrpolige Schaltge- rate, deren Hauptkontakte ein Drehstromsystem schalten, in der Praxis häufig eine unterschiedliche Abnutzung ihrer Kontakte auf. Dies führt zu einem Ausfall des Schaltgeräts, sowie sowie einer der Kontakte funktionsunfähig wird. Dies stellt eine erhebliche Einschränkung der Lebensdauer des Schaltgeräts dar. Denn die anderen Kontakte wären oftmals durchaus noch geraume Zeit funktionsfähig.
Diese als Synchronisationseffekt bezeichnete Erscheinung entsteht dadurch, daß die dem Abbrand unterworfenen Kontakte zu statistisch nicht gleichverteilten Zeitpunkten bezüglich der geschalteten Phasen geschaltet werden. Ursachen für den Synchronisationseffekt können einerseits eine netzsynchrone An- steuerung oder aber das Eigenverhalten des Schaltgerätantriebs (sogenannte Autosynchronisation) sein. Auch mechani- sehe Toleranzen des Schaltgeräts können eine derartige Synchronisation bewirken. Zur Verminderung der Autosynchronisation können gleichstromgespeiste Antriebssysteme bzw. elektronisch geregelte Antriebssysteme für das Schaltgerät eingesetzt werden. Ferner wird in „Schaltsynchronisationseffekt bei AC-betätigten Schützen' (G. Griepentrog in VDE-Fachbericht 51, 14. Kontaktseminar, 24. - 26. 09.1997 in Karlsruhe) vorgeschlagen, die Antriebseinheit des Schaltgeräts, also die Antriebsspule, mit einer Kapazität zu beschälten. Fremdsynchronisationsvorgänge können dadurch jedoch nicht vermieden werden.
Im eingangs genannten Stand der Technik wird vorgeschlagen, die Schaltbefehle so zu verzögern, daß eine gleichmäßige Verteilung der Schaltwinkel erzeugt wird. Wenn jedoch mechanische Toleranzen vorhanden sind, ist auch dieses Verfahren nicht in der Lage, einen gleichmäßigen Abbrand aller Kontakte zu gewährleisten.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Betriebsverfahren für elektromagnetisches Schaltgerät sowie ein hiermit korrespondierendes elektromagnetisches Schaltgerät zur Verfügung zu stellen, bei denen stets ein gleichmäßiger Abbrand der Kontakte gewährleistet ist.
Die Aufgabe wird für das Betriebsverfahren dadurch gelöst, daß für jeden Kontakt der jeweilige Gesamtabbrand ermittelt wird, daß die Gesamtabbrände einer Ansteuerschaltung zugeführt werden und daß die Kontaktanordnung von der Ansteuerschaltung in Abhängigkeit von den ermittelten (kumulierten) Gesamtabbränden derart betätigt wird, daß die Gesamtabbrände der Kontakte einander angenähert werden.
Hiermit korrespondierend wird die Aufgabe für das elektromagnetische Schaltgerät dadurch gelöst, daß es eine Gesamtab- brandermittlungsschaltung aufweist, mittels derer für jeden Kontakt der jeweilige Gesamtabbrand ermittelbar ist, daß die Gesamtabbrandermittlungsschaltung mit einer Ansteuerschaltung kommunikativ verbunden ist und daß die Kontaktanordnung von der Ansteuerschaltung in Abhängigkeit von den ermittelten Gesamtabbränden derart betätigbar ist, daß die Gesamtabbrände der Kontakte nivelliert werden.
Der Gesamtabbrand eines Kontakts ist dabei die Summe der Schaltabbrände dieses Kontakts.
Verfahren zur Ermittlung der Gesamtabbrände sind z. B. in der DE 44 27 006 AI, der DE 196 03 310 AI und der DE 196 03 319 AI beschrieben.
Die Annäherung der Gesamtabbrände der Kontakte kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß der Ansteuerschaltung ein in einem vorbestimmten Phasenbezug zu einer der drei Phasen eines Drehstromnetzes stehendes Bezugssignal und ein Ansteuerbefehl zugeführt werden, daß die Kontaktanordnung von der Ansteuerschaltung beim Zuführen des Ansteuerbefehls mit einer Schaltverzögerung bezüglich des Bezugssignals betätigt wird und daß die Schaltverzögerung von der Ansteuerschaltung bestimmt wird.
Das Verfahren zum Annähern der Gesamtabbrände ist besonders einfach, wenn die Ansteuerschaltung den Kontakt mit dem größten Gesamtabbrand ermittelt und die Ansteuerschaltung die Schaltverzögerung derart bestimmt, daß der Schaltabbrand des Kontakts mit dem größten Gesamtabbrand minimiert wird.
In diesem Fall findet also eine Regelung derart statt, daß der momentan am stärksten vom Gesamtabbrand betroffene Kon- takt durch Verlagerung des Schaltwinkels entlastet wird, bis ein anderer Kontakt den momentan stärksten Gesamtabbrand aufweist. Hierdurch stellt sich zwangsläufig ein gleichmäßiger Gesamtabbrand an allen drei Kontakten ein.
Es ist möglich, bei bestimmten Schaltgerätetypen vorab Testreihen vorzunehmen und dadurch den Schaltabbrand der einzelnen Kontakte als Funktion des Schaltaugenblicks zu ermitteln. Diese Funktionalität kann dann in einer Speichertabelle hinterlegt werden, so daß bei gegebenem Gesamtabbrand durch einfaches Adressieren der Speichertabelle (look up) eine geeignete Schaltverzögerung bestimmbar ist.
Noch besser ist es aber, wenn der Kontakt mit dem größten Gesamtabbrand eine erste und der Kontakt mit dem mittleren Gesamtabbrand eine zweite Phase an eine Drehstromlast an- bzw. von der Drehstromlast abkoppelt, die zweite Phase bezüglich der ersten Phase einen Phasenversatz aufweist und die Schaltverzögerung um den Phasenversatz erhöht wird.
Denn in diesem Fall ist keine Vorabkenntnis des Schaltgeräteverhaltens, insbesondere der Schaltabbrände, erforderlich. Es müssen also keine Testreihen vorgenommen werden. Das Verfahren ist auf alle Schütztypen anwendbar und adaptiert sich selbst.
Wenn die Schaltverzögerung nach einer Neubestimmung der Schaltverzögerung für eine vorbestimmte Anzahl von Ansteuer- befehlen beibehalten wird, arbeitet das Betriebsverfahren besonders zuverlässig und stabil.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, daß die Schaltver- zögerung nach einer Neubestimmung der Schaltverzögerung beibehalten wird, bis die Differenz zwischen dem größten Gesamtabbrand und dem kleinsten Gesamtabbrand einen Schwellwert erreicht bzw. übersteigt.
Eine Möglichkeit, die Gesamtabbrände der Kontakte während des normalen Betriebs zu bestimmen, besteht beispielsweise darin, daß die Kontaktanordnung von einem bewegbaren Kontaktträger betätigt wird, daß beim Öffnen der Kontaktanordnung ein Referenzzeitpunkt erfaßt wird, zu dem der Kontaktträger eine Re- ferenzposition einnimmt, daß Kontaktzeitpunkte erfaßt werden, zu denen die Kontakte öffnen, und daß aus den Differenzen der Kontaktzeitpunkte mit dem Referenzzeitpunkt die Gesamtabbrände ermittelt werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach- folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung
FIG 1 eine Lastschaltung mit einem elektromechanischen
Schaltgerät,
FFIIGG 22 ein Phasendiagramm,
FIG 3 einen Teil des elektromagnetischen Schaltgeräts von
FIG 1,
FIG 4 einen Kontakt,
FIG 5 ein Flußdiagra m,
FFIIGG 66 einen Ausschnitt von FIG 5,
FIG 7 einen Ausschnitt von FIG 6 und
FIG 8 einen Gesamtabbrandverlauf.
Gemäß FIG 1 ist ein elektromagnetisches Schaltgerät 1 als Schütz 1 ausgebildet. Es weist eine Kontaktanordnung 2 mit drei Kontakten 3 - 5 auf. Über die Kontakte 3 - 5 ist eine Drehstromlast 6 an drei Phasen Ll - L3 eines Drehstromnetzes ankoppelbar bzw. von den drei Phasen Ll - L3 abkoppelbar, wenn das Schaltgerät 1 betätigt wird. Beim Betätigen der Kon- taktanordnung 2, also dem Öffnen bzw. Schließen der Kontakte 3 - 5, treten an den Kontakten 3 - 5 pro Schaltvorgang Schaltabbrände auf.
Das Drehstromnetz weist außer den drei Phasen Ll, L2, L3 noch einen Neutralleiter N auf. FIG 2 zeigt die Spannungsverläufe der Phasen Ll - L3 gegenüber dem Neutralleiter N über der Zeit t. Gemäß FIG 2 weisen die Phasen Ll - L3 relativ zueinander einen Phasenversatz φ von ±120° elektrisch auf. Der Phasenversatz φ der Phase L3 zur Phase L2, der Phase L2 zur Phase Ll und der Phase Ll zur Phase L3 beträgt +120° elektrisch. Der Phasenversatz φ der Phase L3 zur Phase Ll, der Phase Ll zur Phase L2 und der Phase L2 zur Phase L3 beträgt -120° oder +240° elektrisch. Da die Phasen Ll - L3 nur modulo 360° elektrisch bestimmt sind, ist der Phasenversatz φ der Phase L3 zur Phase Ll, der Phase Ll zur Phase L2 und der Phase L2 zur Phase L3 auch als +240° elektrisch ausdrückbar.
Die Kontaktanordnung 2 wird gemäß FIG 3 mittels eines bewegbaren Kontaktträgers 7 betätigt. Der Kontaktträger 7 ist an einem Anker 8 befestigt, der von einem Eisenkern 9 einer Spule 10 angezogen wird, wenn die Spule 10 mit einem Strom be- aufschlagt wird. In diesem Fall wird der Kontaktträger 7 so verschoben, daß der Anker 8 die in FIG 3 gestrichelt angedeutete Position einnimmt. Im nicht betätigten Zustand wird der Kontaktträger 7 durch eine Rückstellfeder 11 in der gezeigten Position gehalten. In dieser Position sind die Kontakte 3 - 5 offen.
Die Kontakte 3 - 5 sind gleich ausgebildet. Nachfolgend wird daher in Verbindung mit FIG 4 nur der Kontakt 3 näher beschrieben. Das zum Kontakt 3 Gesagte ist aber analog auch für die Kontakte 4 und 5 gültig.
Gemäß FIG 4 weist der Kontakt 3 eine Kontaktbrücke 3 Λ und einen Gegenkontakt 3' auf. Der Gegenkontakt 3' ist starr angeordnet. Die Kontaktbrücke 3Λ hingegen ist beweglich mit dem Kontaktträger 7 verbunden. Dies ist in FIG 3 durch die Pfeile bei den Kontakten 3 - 5 angedeutet.
Die Kontaktbrücke 3Λ ist mittels einer Durchdruckfeder 11 federbelastet. Die Durchdruckfeder 11 λ weist eine erheblich größere Federkonstante als die Rückstellfeder 11 auf. Aufgrund der Durchdruckfeder 11 ist die Kontaktkraft, mit der die Kontaktbrücke 3λ bei geschlossenem Kontakt 3 am Gegenkontakt 3' anliegt, im wesentlichen bestimmt. Sie ist insbesondere unabhängig von Gesamtabbränden Gl - G3, die an den Kon- takten 3 - 5 auftreten. Beim Öffnen der Kontaktanordnung 2 löst sich zunächst der Anker 8 vom Eisenkern 9. Danach öffnen die Kontakte 3 - 5. Wenn die Kontakte 3 - 5 öffnen, entsteht an jedem der Kontakte 3 - 5 ein charakteristischer Spannungspuls, der von Kontaktzeit- gebern 14 - 16 erfaßt wird. Das Erfassen dieser Spannungspulse definiert Kontaktzeitpunkte tl - t3. Die Kontaktzeitpunkte tl - t3 sind also durch das Öffnen der Kontakte 3 - 5 bestimmt. Im Gegensatz zur Kontaktkraft, die im wesentlichen unabhängig von den Gesamtabbränden Gl - G3 ist, stehen die Kontaktzeitpunkte tl - t3 in einem funktionalen Zusammenhang zu den Gesamtabbränden Gl - G3. Die Kontaktzeitpunkte tl - t3 werden daher einer Gesamtabbrandermittlungsschaltung 13 übermittelt .
Wenn sich der Anker 8 vom Eisenkern 9 löst, erzeugt dies in der Spule 10 ebenfalls einen Spannungspuls, der mittels eines Referenzzeitgebers 12 erfaßt wird und ebenfalls der Gesamtab- brandermittlungsschaltung 13 übermittelt wird. Das Erfassen des Spannungspulses definiert einen Referenzzeitpunkt tO. Der Referenzzeitpunkt tO ist also durch das Lösen des Ankers 8 vom Eisenkern 9 bestimmt, die Referenzposition durch die zum Referenzzeitpunkt tO eingenommene Position des Kontaktträgers 7.
Die Gesamtabbrandermittlungsschaltung 13 bildet die Differenzen der Kontaktzeitpunkte tl - t3 mit dem Referenzzeitpunkt tO. Aus diesen Differenzen ermittelt die Gesamtabbrandermitt- lungsschaltung 13 die Gesamtabbrände Gl - G3. Bezüglich Details der Gesamtabbrandermittlung wird auf den Stand der Technik gemäß der DE 44 27 006 AI, der DE 196 03 310 AI und der DE 196 03 319 AI verwiesen.
Es wird also für jeden Kontakt 3 - 5 ein eigener Gesamtabbrand Gl - G3 ermittelt. Die Gesamtabbrände Gl - G3 werden einer Ansteuerschaltung 17 zugeführt, die mit der Gesamtab- brandermittlungsschaltung 13 kommunikativ verbunden ist. Mit der Ansteuerschaltung 17 ist ferner ein Bezugssignalgeber 18 verbunden. Der Bezugssignalgeber 18 ist mit zwei der Phasen Ll - L3 oder einer der Phasen Ll - L3 und dem Neutralleiter N verbunden. Er kann daher eine Potentialdifferenz bilden und daraus ein Bezugssignal B ermitteln, das er der Ansteuerschaltung 17 zuführt. Das Bezugssignal B steht dann in einem vorbestimmten Phasenbezug zu den drei Phasen Ll - L3. Beispielsweise kann der Bezugssignalgeber 18 bei jedem Vorzeichenwechsel oder jedem Potentialwechsel von minus nach plus der von ihm erfaßten Potentialdifferenz ein Bezugssignal B abgeben.
Der Ansteuerschaltung 17 wird gemäß FIG 5 in einem Schritt 19 ein Ansteuerbefehl S zugeführt. Das Zuführen des Ansteuerbe- fehls S bewirkt in einem Schritt 20 zunächst ein Inkrementie- ren eines Zählers Z. Sodann wird in einem Schritt 21 abgewartet, bis das nächste Bezugssignal B vom Bezugssignalgeber 18 übermittelt wird. Nach dem Empfang des Bezugssignals B wird in einem Schritt 22 der Ablauf einer Schaltverzögerung T ab- gewartet. Sodann wird in einem Schritt 23 die Kontaktanordnung 2 betätigt. Schließlich wird in einem Schritt 24 die Schaltverzögerung T neu berechnet. Die Schaltverzögerung T wird dabei von der Ansteuerschaltung 17 in Abhängigkeit von den ihr zugeführten Gesamtabbränden Gl - G3 derart bestimmt, daß die Gesamtabbrände Gl - G3 der Kontakte 3 - 5 einander angenähert werden.
Die Ermittlung der (neuen) Schaltverzögerung T erfolgt derart, daß gemäß FIG 6 zunächst in einem Schritt 25 geprüft wird, ob der Zähler Z einen Mindestzählerstand Z0 erreicht hat. Der Mindestzählerstand Z0 liegt typisch zwischen 1 000 und 10 000, z. B. bei 3 000 bis 5 000. Nur wenn der Zählerstand Z den Mindestzählerstand Z0 überschreitet, erfolgt eine Neubestimmung der Schaltverzögerung T. Ansonsten wird die Neubestimmung der Schaltverzögerung T von einer Sperreinrichtung 26 gesperrt. Die Schaltverzögerung T wird in diesem Fall also beibehalten. Wenn eine Neubestimmung der Schaltverzögerung T erfolgen soll, werden sodann in einem Schritt 27 die Gesamtabbrände Gl - G3 der Kontakte 3 - 5 von der Gesamtabbrandermittlungsein- richtung 13 abgefragt. Sodann wird in einem Schritt 28 über- prüft, ob sich gegenüber der letzten Ermittlung der Schaltverzögerung T das Verhältnis der Gesamtabbrände Gl - G3 relativ zueinander geändert hat. Wenn nicht, wird die weitere Neubestimmung der Schaltverzögerung T abgebrochen. Sodann wird in einem Schritt 29 abgefragt, ob die Differenz zwischen dem größten Gesamtabbrand (z. B. Gl) und dem kleinsten Gesamtabbrand (z. B. G3) einen Schwellwert S erreicht bzw. übersteigt. Der Schwellwert SΛ ist dabei derart gewählt, daß er deutlich über der Meßgenauigkeitsgrenze liegt. Beispielsweise kann der Schwellwert Sλ das lOfache der Meßgenauig- keitsgrenze sein. Nur wenn der Schwellwert S erreicht bzw. überschritten wird, gibt die Sperreinrichtung 26 die weitere Neubestimmung der Schaltverzögerung T frei. Ansonsten wird die Neubestimmung der Schaltverzögerung T von der Sperreinrichtung 26 gesperrt.
Sodann wird in einem Schritt 30 der Kontakt mit dem größten Gesamtabbrand ermittelt, z. B. der Kontakt 3. Schließlich wird in einem Schritt 31 die Schaltverzögerung T von der Ansteuerschaltung 17 derart neu bestimmt, daß der Schaltabbrand des Kontakts mit dem größten Gesamtabbrand, hier des Kontakts 3, minimiert wird. Zuletzt wird in einem Schritt 32 der Zähler Z auf den Wert Null gesetzt.
Am einfachsten ist die Neubestimmung der Schaltverzögerung T, wenn der Ansteuerschaltung 17 eine Speichertabelle 33 zugeordnet ist, der die neue Schaltverzögerung T direkt entnommen werden kann. Der Inhalt der Speichertabelle 33 kann insbesondere aufgrund von Testreihen ermittelt worden sein, bei denen der Schaltabbrand der einzelnen Kontakte 3 - 5 als Funktion des Schaltaugenblicks ermittelt worden ist. Bei geeigneter Abspeicherung der Testergebnisse ist dann bei gegebenen Gesamtabbränden Gl - G3 durch einfaches Adressieren der Spei- chertabelle 33 (look up) eine geeignete neue Schaltverzögerung T bestimmbar.
Zuverlässiger ist es aber, wenn die neue Schaltverzögerung T nach dem Verfahren gemäß FIG 7 bestimmt wird.
Gemäß FIG 7 wird in einem Schritt 34 der Kontakt mit dem mittleren Gesamtabbrand ermittelt, z. B. der Kontakt 4. Der Kontakt mit dem größten Gesamtabbrand, hier der Kontakt 3, koppelt eine erste Phase, hier die Phase Ll, an die Drehstromlast 6 an bzw. von ihr ab. Der Kontakt mit dem mittleren Gesamtabbrand, hier der Kontakt 4, koppelt eine zweite Phase, hier die Phase L2, an die Drehstromlast 6 an bzw. von ihr ab. Die zweite Phase L2 weist bezüglich der ersten Phase Ll einen Phasenversatz φ auf. Dieser Phasenversatz φ wird in einem
Schritt 35 ermittelt. Die neue Schaltverzögerung T wird dann dadurch ermittelt, daß die bisherige Schaltverzögerung T in einem Schritt 36 um den Phasenversatz φ erhöht wird.
Gemäß Ausführungsbeispiel ist das Drehstromnetz als rechtsdrehendes Drehstromnetz ausgebildet, d. h. die Phase L3 eilt der Phase L2 und diese der Phase Ll um 120° elektrisch nach. In diesem Fall wird bei den Reihenfolgen größter/mittlerer/ kleinster Gesamtabbrand an den Kontakten 3/4/5, 4/5/3 und 5/3/4 die Schaltverzögerung T um 120° elektrisch erhöht. Bei den Reihenfolgen 5/4/3, 4/3/5 und 3/5/4 wird die Schaltverzögerung T um 240° elektrisch erhöht.
Wenn umgekehrt das Drehstromnetz als linksdrehendes Dreh- Stromnetz ausgebildet wäre, eilte die Phase Ll der Phase L2 und diese der Phase L3 um 120° elektrisch nach. In diesem Fall würde bei den Reihenfolgen größter/mittlerer/kleinster Gesamtabbrand an den Kontakten 5/4/3, 4/3/5 und 3/5/4 die Schaltverzögerung T um 120° elektrisch erhöht. Bei den Rei- henfolgen 3/4/5, 4/5/3 und 5/3/4 würde die Schaltverzögerung T um 240° elektrisch erhöht. Aufgrund der Erhöhung der Schaltverzögerung T ist es möglich, daß diese nunmehr größer als eine Periode TΛ (siehe FIG 2) des Drehstromnetzes ist. Dies wird in einem Schritt 37 überprüft. Gegebenenfalls wird dann in einem Schritt 38 die neue Schaltverzögerung T um eine Periode Tλ des Drehstromnetzes erniedrigt.
Durch das Erhöhen der Schaltverzögerung T um den Phasenversatz φ findet ein zyklisches Vertauschen der Schaltabbrände der Kontakte 3 - 5 statt. Bei nachfolgenden Schaltvorgängen wird nunmehr der Kontakt mit dem zuvor größten Gesamtabbrand dem geringsten Schaltabbrand unterworfen, der mit dem zuvor mittleren Gesamtabbrand dem größten Schaltabbrand und der mit dem zuvor kleinsten Gesamtabbrand dem mittleren Schaltab- brand.
Gemäß FIG 1 sind die Ansteuerschaltung 17, die Gesamtabbrand- ermittlungsschaltung 13, die Sperreinrichtung 26, die Speichertabelle 33 und der Zähler Z als separate Komponenten dar- gestellt. Sie können aber auch in einem einzigen Mikrochip integriert sein.
Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren ist prinzipiell sowohl beim Ankoppeln als auch beim Abkoppeln der Phasen Ll - L3 an- wendbar. Mindestens aber wird es beim Ankoppeln angewendet.
FIG 8 zeigt ein beispielhaftes Ergebnis des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens. Nach rechts ist in FIG 8 in relativen Einheiten die Zahl der Schaltbefehle S aufgetragen, nach oben die Gesamtabbrände Gl - G3 der Kontakte 3 - 5. Wie deutlich ersichtlich ist, steigen die Gesamtabbrände Gl - G3 nahezu gleichmäßig für alle Kontakte 3 - 5 an. Die Lebensdauer der Kontaktanordnung 2 und damit des Schaltgeräts 1 insgesamt wird somit deutlich erhöht.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Vergleichmäßigung von Gesamtabbränden (GIGS) einer Kontaktanordnung (2) eines elektromagnetischen Schaltgeräts (1), insbesondere eines Schützes (1), mit mehreren Kontakten (3 - 5) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß für jeden Kontakt (3 - 5) der jeweilige Gesamtabbrand (Gl - G3) ermittelt wird, daß die Gesamtabbrände (Gl - G3) einer Ansteuerschaltung (17) zugeführt werden und daß die Kontaktanordnung (2) von der Ansteuerschaltung (17) in Abhängigkeit von den ermittelten Gesamtabbränden (Gl - G3) derart betätigt wird, daß die Gesamtabbrände (Gl - G3) der Kontakte (3 - 5) einander angenähert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Ansteuerschaltung (17) ein in einem vorbestimmten Phasenbezug zu einer der drei Phasen (Ll - L3) eines Drehstromnetzes stehendes Bezugssignal (B) und ein An- steuerbefehl (S) zugeführt werden, daß die Kontaktanordnung (2) von der Ansteuerschaltung (17) beim Zuführen des Ansteuerbefehls (S) mit einer Schaltverzögerung (T) bezüglich des Bezugssignals (B) betätigt wird und daß die Schaltverzögerung (T) von der Ansteuerschaltung (17) bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ansteuerschaltung (17) den Kontakt (3) mit dem größten Gesamtabbrand (Gl) ermittelt und daß die Ansteuerschaltung (17) die Schaltverzögerung (T) derart bestimmt, daß ein Schaltabbrand des Kontakts (3) mit dem größten Gesamtabbrand (Gl) minimiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schaltverzögerung (T) einer Speichertabelle (33) entnommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kontakt (3) mit dem größten Gesamtabbrand (Gl) eine erste und der Kontakt (4) mit dem mittleren Gesamtabbrand (G2) eine zweite Phase (Ll, L2) an eine Drehstromlast (6) an- bzw. von der Drehstromlast (6) abkop- pelt, daß die zweite Phase (L2) bezüglich der ersten Phase (Ll) einen Phasenversatz (φ) aufweist und daß die Schaltverzögerung (T) um den Phasenversatz (φ) erhöht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schaltverzögerung (T) nach einer Neubestimmung der Schaltverzögerung (T) für eine vorbestimmte Anzahl (Z0) von AnSteuerbefehlen (S) beibehalten wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schaltverzögerung (T) nach einer Neubestimmung der Schaltverzögerung (T) beibehalten wird, bis die Dif- ferenz zwischen dem größten Gesamtabbrand (Gl) und dem kleinsten Gesamtabbrand (G3) einen Schwellwert (Sy) erreicht bzw. übersteigt.
8. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kontaktanordnung (2) von einem bewegbaren Kontaktträger (7) betätigt wird, daß beim Öffnen der Kontaktanordnung (2) ein Referenzzeitpunkt (tO) erfaßt wird, zu dem der Kontaktträger (7) eine Referenzposition ein- nimmt, daß Kontaktzeitpunkte (tl - t3) erfaßt werden, zu denen die Kontakte (3 - 5) öffnen, und daß aus den Differenzen der Kontaktzeitpunkte (tl - t3) mit dem Referenz- Zeitpunkt (tO) die Gesamtabbrände (Gl - G3) ermittelt werden.
9. Elektromagnetisches Schaltgerät, insbesondere Schütz, mit einer Kontaktanordnung (2) mit mehreren Kontakten (3 - 5), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß es eine Gesamtabbrandermittlungsschaltung (13) aufweist, mittels derer für jeden Kontakt (3 - 5) ein jewei- liger Gesamtabbrand (Gl - G3) ermittelbar ist, daß die
Gesamtabbrandermittlungsschaltung (13) mit einer Ansteuerschaltung (17) kommunikativ verbunden ist und daß die Kontaktanordnung (2) von der Ansteuerschaltung (17) in Abhängigkeit von den ermittelten Gesamtabbränden (Gl - G3) derart betätigbar ist, daß die Gesamtabbrände (Gl - G3) der Kontakte (3 - 5) einander annäherbar sind.
10. Schaltgerät nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Ansteuerschaltung (17) ein in einem vorbestimmten Phasenbezug zu einer der drei Phasen (Ll - L3) eines Drehstromnetzes stehendes Bezugssignal (B) und ein An- steuerbefehl (S) zuführbar sind, daß die Kontaktanordnung (2) von der Ansteuerschaltung (17) beim Zuführen des An- Steuerbefehls (S) mit einer Schaltverzögerung (T) bezüglich des Bezugssignals (B) betätigbar ist und daß die Schaltverzögerung (T) von der Ansteuerschaltung (17) bestimmbar ist.
11. Schaltgerät nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß von der Ansteuerschaltung (17) der Kontakt (3) mit dem größten Gesamtabbrand (Gl) ermittelbar ist und daß die Schaltverzögerung (T) derart bestimmbar ist, daß der Schaltabbrand des Kontakts (3) mit dem größten Gesamtabbrand (Gl) minimierbar ist.
12. Schaltgerät nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Ansteuerschaltung (17) eine Speichertabelle (33) zugeordnet ist, der die Schaltverzögerung (T) entnehmbar ist .
13. Schaltgerät nach Anspruch 10, 11 oder 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß über den Kontakt (3) mit dem größten Gesamtabbrand (Gl) eine erste und über den Kontakt (4) mit dem mittleren Gesamtabbrand (G2) eine zweite Phase (Ll, L2 ) an eine Drehstromlast (6) an- bzw. von der Drehstromlast (6) abkoppelbar sind, daß die zweite Phase (L2) bezüglich der ersten Phase (Ll) einen Phasenversatz (φ) aufweist und daß die Schaltverzögerung (T) um den Phasenversatz (φ) erhöhbar ist.
14. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 10 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß es eine Sperreinrichtung (26) aufweist, mittels derer eine Neubestimmung der Schaltverzögerung (T) für eine vorbestimmte Anzahl (Z0) von Ansteuerbefehlen (S) sperrbar ist.
15. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 10 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß es eine Sperreinrichtung (26) aufweist, mittels derer eine Neubestimmung der Schaltverzögerung (T) sperrbar ist, bis die Differenz zwischen dem größten Gesamtabbrand (Gl) und dem kleinsten Gesamtabbrand (G3) einen Schwellwert (S ) erreicht bzw. übersteigt.
16. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 9 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , - daß es einen bewegbaren Kontaktträger (7) aufweist, mittels dessen die Kontaktanordnung (2) betätigbar ist, - daß es einen Referenzzeitgeber (12) aufweist, mittels dessen beim Öffnen der Kontaktanordnung (2) der Gesamt- abbrandermittlungsschaltung (13) ein Referenzzeitpunkt (tO) übermittelbar ist, zu dem der Kontaktträger (7) eine Referenzposition einnimmt,
- daß es Kontaktzeitgeber (14 - 14) aufweist, mittels derer beim Öffnen der Kontaktanordnung (2) der Gesamtab- brandermittlungsschaltung (13) Kontaktzeitpunkte (tl - t3) übermittelbar sind, zu denen die Kontakte (3 - 5) öffnen, und
- daß von der Gesamtabbrandermittlungsschaltung (13) aus den Differenzen der Kontaktzeitpunkte (tl - t3) mit dem Referenzzeitpunkt (tO) die Gesamtabbrände (Gl - G3) ermittelbar sind.
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