EP2656365B1 - Ansteuerschaltung für ein elektromagnetisches relais - Google Patents

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EP2656365B1
EP2656365B1 EP10798789.3A EP10798789A EP2656365B1 EP 2656365 B1 EP2656365 B1 EP 2656365B1 EP 10798789 A EP10798789 A EP 10798789A EP 2656365 B1 EP2656365 B1 EP 2656365B1
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EP
European Patent Office
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switching
voltage
signal
relay coil
relay
Prior art date
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Application number
EP10798789.3A
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English (en)
French (fr)
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EP2656365A1 (de
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Carsten Braun
Ronald STEMPEL
Harald Strohmaier
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of EP2656365B1 publication Critical patent/EP2656365B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/22—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for supplying energising current for relay coil
    • H01H47/32—Energising current supplied by semiconductor device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/02—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for modifying the operation of the relay
    • H01H47/04—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for modifying the operation of the relay for holding armature in attracted position, e.g. when initial energising circuit is interrupted; for maintaining armature in attracted position, e.g. with reduced energising current
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/22—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for supplying energising current for relay coil

Definitions

  • the invention relates to a drive circuit for a relay coil and switch contacts exhibiting electromagnetic relay with a first switching device.
  • Electromagnetic relays In electrical devices, electromagnetic relays are often used to perform controlled switching operations. Electromagnetic relays usually consist of a relay coil and at least one pair of electrical switching contacts. If the relay coil flows through an electric current, a magnetic field is generated around the relay coil, whereby - in so-called self-opening relay - a closing of the relay contacts is effected, so that a current flow through the relay contacts is possible. If the current flowing through the relay coil current is interrupted again, the movable part of the relay contacts, for example by means of a spring device, moved back to its original position, causing an opening of the relay contacts and interrupts the flow of current through them. For self-closing relays, the contacts are closed in the de-energized state of the relay coil and opened in the current-carrying state.
  • Electromagnetic relays are usually used where by means of a comparatively small control current from a drive circuit, a comparatively larger current in a switching circuit should be switched on or off, and / or where between the drive circuit and the switching circuit galvanic isolation is to be achieved.
  • the electromagnetic relay in this case forms the galvanic decoupling of the drive circuit and the switching circuit.
  • Electromagnetic relays are used, for example, in electrical protective devices for monitoring electrical energy supply networks in order to trigger a tripping of an electrical circuit breaker in the event of a fault in the electrical energy supply network by closing the relay contacts of a so-called "command relay", thus interrupting the fault current.
  • Another use of electromagnetic relays in protective devices is given in so-called binary outputs, where by switching on and off of relays binary communication signals with high signal level (binary "1") or low signal level (binary "0”) can be generated.
  • a possible fail-safe embodiment of a drive circuit for an electromagnetic relay can be achieved in that the relay coil is driven not only by a single possibly error-prone switching device, but instead via two switching devices in the current path of the relay coil.
  • the relay coil is only activated when both switching devices are closed at the same time. As soon as a switching device is opened, the current flow through the relay coil is interrupted. As a result, a relatively high reliability of the control against unintentional activation of the relay coil is achieved because a defective, permanently short-circuited switching device alone can not cause unwanted activation of the relay coil.
  • Such a switching arrangement is for example from the international patent application WO 2009/062536 A1 known from the one switching arrangement for driving an electromagnetic Relay emerges in which a relay coil with two switching devices is arranged in a current path such that at each of the two terminals of the relay coil one of the switching means is provided. Both switching devices are closed by a drive circuit for producing a current flow through the relay coil, while both switching devices are opened to interrupt the flow of current.
  • the requirement is placed on an electromagnetic relay, that in the case of a current flow through the relay coil has the shortest possible response time, so very quickly a switching action of the switching contacts of the relay is triggered.
  • this requirement is placed on relays used for binary outputs of electrical protection or control devices because such binary outputs are used to communicate information to other devices, e.g. additional protection or control devices are used, and the signal propagation time should be kept as short as possible. Therefore, the time from the activation of an electromagnetic relay to the final closing of its switching contacts must be as short as possible.
  • the invention has for its object to provide a drive circuit of the type mentioned above, on the one hand has the shortest possible response time and on the other hand structurally simple and therefore inexpensive to manufacture.
  • a drive circuit for a relay coil and switch contacts exhibiting electromagnetic relay with a first switching device, wherein the first switching device is disposed between a first terminal of the relay coil and a first voltage source.
  • a second switching device is arranged between a second terminal of the relay coil and a zero potential, and a control device is configured to close both switching devices in order to establish a current flow through the relay coil.
  • a second voltage source is provided, which is connected via a third switching device to the first terminal of the relay coil, wherein the third switching device is arranged in parallel to the first switching device and the second voltage source has a higher voltage level than the first voltage source, and the control device configured to close to establish a current flow through the relay coil, first all three switching devices and after a predetermined period of time, on the one hand to open the third switching device again and on the other hand to keep the first and the second switching device closed.
  • the control device is adapted to generate separate switching signals for driving the switching devices, wherein the switching signals are supplied to the switching devices via separate signal paths and wherein either in the signal paths between the control device and the first and third switching device or in the signal path between the control device and the second Switching device signal inverters are provided which make an inversion of the respective switching signal.
  • the control device is set up via the signal paths provided with signal inverters to transmit each inverse switching signals for closing the respective switching device.
  • the particular advantage of the drive circuit according to the invention is that only by providing a second voltage source with a higher voltage level compared to the first voltage source and the use of a correspondingly controlled third switching device of the relay coil for a short period of time, a higher voltage can be supplied (and thus a higher Current is driven through the relay coil), so that they can be made to a comparatively fast switching of the switch contacts. As soon as the switching contacts are closed, the voltage level of the first voltage source can be used as a holding voltage, in that the second voltage source is separated again from the relay coil by opening the third switching device.
  • the two voltage sources may in this case be formed by voltage sources connected separately to the drive circuit, or the voltage of a single voltage source may be divided into two voltage levels, the lower voltage level being used for the first voltage source and the higher voltage level for the second voltage source.
  • the switching devices can be designed, for example, as semiconductor switches (transistors, MOSFETs, etc.).
  • control device is adapted to generate separate switching signals for driving the switching devices, wherein the switching signals are supplied to the switching devices via separate signal paths.
  • the invention provides that signal inverters are provided either in the signal paths between the control device and the first and third switching device or in the signal path between the control device and the second switching device, make an inversion of the respective switching signal, and the control device is adapted to over Signaling paths provided with Signalinvertierern for closing the respective switching device in each case to transmit inverse switching signals.
  • an externally introduced interference affects the switching devices at the two terminals of the relay coil in each case exactly opposite, so that a simultaneous unintentional switching of all switching devices and an associated production of a current flow through the relay coil is effectively avoided.
  • each electrical resistances are provided whose resistance values are chosen such in that a current flowing via at least one of the resistors and through the relay coil does not cause a response of the switching contacts of the relay, the control device is set up to emit a series of test signals to the respective switching devices, wherein only one test signal for each switching device to the same Time is provided, and a monitoring device is provided which communicates on the one hand with a first voltage tap between the relay coil and the first switching device and on the other hand with a second voltage tap between the relay coil and the second switching device and for monitoring the voltages at the first and the second voltage tap is set up.
  • the monitoring device is set up to output an output signal which indicates a deviation of a respective voltage measured at the first or second voltage tap from a respective reference voltage.
  • the monitoring device comprises two comparators whose inputs are each acted on the one hand with the voltage of the respective voltage tap and on the other hand with a comparison voltage, and the comparators output side connected to an OR gate are at whose output the output signal can be tapped.
  • the monitoring device for the drive circuit can be realized with comparatively simple electronic components in the form of two comparators and one OR element.
  • Fig. 1 shows a schematic diagram of a drive circuit 10 for an electromagnetic relay, of which in Fig. 1 for better clarity, only the relay coil 11 is shown.
  • the electrical relay also has in Fig. 1 Switching contacts, not shown, which can be caused in the presence of a current flow through the relay coil 11 to perform a switching operation.
  • Such switching contacts can, for example, as switching contacts a command relay for controlling a circuit breaker or as switching contacts of a binary communication output of electrical protection devices for monitoring and control of electrical power grids application find.
  • a first switching device 13a is arranged between a first lying on the voltage level U 1 voltage source 12a and the relay coil 11.
  • a second switching device 13b is also located in the current path between the relay coil 11 and zero potential.
  • a second lying at the voltage level U 2 voltage source 12 b is provided, which is connected via a third switching device 13 c, which is arranged in parallel with the first switching device 13 a, with the relay coil 11.
  • the switching devices 13a, 13b, 13c may be, for example, semiconductor switches, such. B. transistors, act.
  • a control device 14 serves to control the switching devices 13a, 13b and 13c.
  • the control device can - as in Fig. 1 shown - consist of a single logical circuit, for example, from a suitably programmed ASIC or FPGA; deviating from the illustration according to Fig. 1
  • the control device 14 may also consist of separate, the individual switching devices 13a, 13b, 13c associated logic circuits.
  • switching signals S 1 , S 2 , S 3 are generated by the control device 14, wherein the switching signal S 1 for driving the first switching device 13a, the switching signal S 2 for driving the second switching device 13b and the switching signal S 3 is provided for driving the third switching device 13 c.
  • the switching signals S 1 , S 2 , S 3 are the respective switching devices 13 a, 13 b, 13 c supplied via separate separate signal paths in order to achieve a multi-channeling and thus independence of the individual switching signals and to prevent failure of one of the switching signals or Interrupting a signal path a possibly unwanted switching action of the electromagnetic relay is performed.
  • signal inverters 15 a and 15 b are provided, which invert the respectively output from the control means 14 switching signal S Make 1 and S 3 and pass a corresponding inverse switching signal to the respective switching device 13a and 13c.
  • An inversion of the switching signals in this case means a reversal of the signal level of a binary switching signal such that a switching signal which has a high signal level (binary "1") prior to the inversion, after being inverted into a switching signal with a low signal level (binary "0"). ) and vice versa.
  • the provision of the signal inverters 15a and 15b for signal inversion of the switching signals S 1 and S 3 serves to minimize a harmful influence of external disturbances, for example caused by electromagnetic influences of the drive circuit, which otherwise would otherwise be introduced into the signal paths of the switching signals S 1 , S 2 , S 3 could couple and could cause unintentional driving of the relay coil.
  • the signal inverters 15a, 15b such a similar influencing of the signal paths of the switching signals S 1 , S 2 , S 3 can be largely prevented since signal interference always causes external interference to the first and third switching devices 13 a, 13 c on the one hand and the second Switching device 13b on the other hand would affect.
  • Fig. 2 For this purpose, a diagram is shown, which shows the waveforms of the switching signals S 1 , S 2 , S 3 for the switching devices 13 a, 13 b, 13 c and the corresponding reaction of the relay coil 11 controlled switching contacts ("relay on / off").
  • the control device 14 Before a first time designated t 1 , the control device 14 outputs a first switching signal S 1 with a high signal level, a second switching signal S 2 with a low signal level and a third switching signal S 3 with a high signal level to the respective switching devices 13a, 13b, 13c.
  • the signal inverters 15a, 15b the first switching signal S 1 and the third switching signal S 3 are inverted as described above and supplied in such inverted form the switching devices 13 a and 13 c, so that ultimately all three switching devices 13 a, 13 b, 13 c before the first time t 1, a switching signal is supplied with a low signal level, so that all three switching devices remain in the open position. Accordingly, the switch contacts of the relay are before the time t 1 in the off state, as can be seen from the bottom of the diagram.
  • the three switching devices 13a, 13b, 13c are caused to switch on by a corresponding change in the signal levels of the switching signals S 1 , S 2 , S 3 .
  • the controller 14 After a predetermined period of time, which depends in particular on the on-time of the relay and is on the order of a few milliseconds, the controller 14 changes the signal level of the third switching signal S 3 at time t 2 , causing the third switching device 13 c to switch off. After switching off the third switching device 13c is now only the lower voltage level U 1 of the first voltage source 12a to the relay coil 11 and ensures a continued current flow through the relay coil 11 and thus a continued switching on the switching contacts of the relay. Since the relay contacts have already been accelerated at this time, the lower voltage level U 1 is sufficient for obtaining the current flow through the relay coil 11.
  • the control device 14 changes the signal levels of the first and second switching signals S 1 and S 2 , so that the first and second switching means 13 a and 13 b are turned off and the current flow through the relay coil (largely) stops. Therefore, from the time t 3, the switching contacts of the electromagnetic relay are opened.
  • the resistors 17a and 17b are so highly dimensioned with regard to their resistance values that the current flow through the relay coil 11 is too low to cause the switching contacts of the electromagnetic relay to be switched on.
  • resistors 17a and 17b defined voltage levels are set at voltage taps 18a and 18b, which are located on both sides of the relay coil 11 with switched off switching devices 13a, 13b, 13c, since in this case the fixed resistors 17a, 17b and the ohmic resistance of Relay coil 11 form a three-part voltage divider, through which the voltage levels at the voltage taps 18a and 18b are clearly defined.
  • a monitoring device 19 is connected to the voltage taps 18a and 18b and measures the voltages present at the voltage taps 18a and 18b and monitors them for deviations and produces on the output side an output signal A which indicates whether at least one of the voltages at the voltage taps 18a and 18b of the deviates from the voltage levels set by the resistors 17a and 17b.
  • the monitoring device 19 may be formed of two comparators 20a and 20b and a logical OR gate 21.
  • the first comparator 20a is supplied on the input side with the voltage measured at the first voltage tap 18a.
  • a comparison voltage U V1 is supplied to the first comparator 20a at a comparison input, the value of which corresponds to the voltage which is set at the first voltage tap 18a by the resistors 17a and 17b in the case of opened switching devices 13a, 13b, 13c.
  • the second comparator 20b on the input side, the voltage measured at the second voltage tap 18b is supplied.
  • a comparison voltage U V2 is supplied to the second comparator 20b at a comparison input, the value of which corresponds to the voltage which is set at the second voltage tap 18b by the resistors 17a and 17b in the case of opened switching devices 13a, 13b, 13c.
  • both comparators 20a, 20b are connected to the logical OR gate 21.
  • the first comparator 20a outputs a signal on the output side if there is a deviation between the voltage applied to the first voltage tap 18a and the first reference voltage U V1 .
  • the second comparator 20b outputs a signal on the output side if there is a deviation between the voltage applied to the second voltage tap 18b and the second comparison voltage U V2 .
  • the first comparator 20a is designed as an inverting comparator and the second comparator 20b as a non-inverting comparator.
  • both comparison voltages U V1 and U V2 can be made positive and at the same time voltages at the voltage taps 18a and 18b can be monitored larger and smaller than the comparison voltages U V1 and U V2 .
  • the OR gate 21 outputs an output signal on the output side if at least one of the signals of the comparators indicates a deviation of the measured voltage from the respective reference voltage.
  • short test signals P 1 , P 2 and P 3 are generated by the control device 14 via the signal paths of the switching signals to the switching devices 13 a, 13 b, 13 c, which do not overlap in time and their corresponding switching device 13a, 13b, 13c for short-term switching on.
  • the duration of the delivery of the test signals is typically a few milliseconds.
  • Fig. 3 For this purpose, a diagram is shown which shows the course of the output from the control device 14 signal sequence of test signals P 1 , P 2 and P 3 and the corresponding course of the output from the monitoring device 19 output signal A.
  • the monitoring can only take place when the relay coil 11 is turned off.
  • the control device 14 generates the test signal P 1 as the first test signal of a test signal sequence and supplies it to the first switching device 13a. Since the signal inverter 15 a is arranged in the signal path to the first switching device 13 a, the test signal P 1 must correspondingly have a low signal level in order to effect a switching on of the first switching device 13 a after its inversion. By switching the first switching device 13a, the resistor 17a is bridged, so that the voltage level is raised to the voltage level U 1 of the first voltage source 12a on the first voltage rail 18a.
  • the voltage level at the second voltage tap 18b also changes, so that both comparators 20a and 20b generate a signal on the output side and the output signal A of the monitoring device 19 indicates a deviation of the measured voltage levels from the reference voltages.
  • This output signal A can be a in Fig. 1 Not shown evaluation unit are supplied, which also has knowledge about the output of the first test signal P 1 and closes on the functionality of the first switching device when the output signal A occurs in response to the first test signal P 1 .
  • the evaluation unit can also be integrated in the control device 14.
  • test signals P 2 and P 3 are generated as additional test signals of the test signal sequence output by the control device 14 and supplied to their respective switching devices 13b or 13c.
  • Each of these test signals P 2 and P 3 performs a change in the voltage levels at the voltage taps when functioning switching device 13b and 13c 18a and 18b, respectively, so that a corresponding output signal A is emitted by the monitoring device 19 in response, which is supplied to the evaluation unit, which thus recognizes the functionality of the switching devices.
  • Fig. 3 the case of a non-functional second switching device 13b is shown in the third test signal sequence 31.
  • the second test signal P 2 causes no switching on and thus no change in the voltage levels at the voltage taps 18 a and 18 b due to a defect of the second switching device 13 b. Accordingly, no output signal A is generated which indicates a deviation from the comparison voltages.
  • the evaluation unit recognizes that the expected reaction of the output signal A to the test signal P 2 is absent (position 32 in FIG Fig. 3 ), and therefore includes a defect of the second switching device 13b. This can be communicated, for example, in the form of an alarm signal or a failure message to a user of the drive circuit 10 (eg the user of a protection device in which the drive circuit is installed).
  • a defective relay coil 11 can also be detected by the monitoring device 19.
  • the monitoring device 19 due to a wire break in the relay coil 11, no current flow is possible via the relay coil 11, so that the voltage levels at the voltage taps 18a and 18b deviate permanently from their reference voltages.
  • bridging windings of the relay coil 11, e.g. by a defective insulation of the windings to a modified resistance value of the relay coil 11, which is reflected in permanently changed voltage levels at the voltage taps 18a and 18b and therefore can be detected.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung für ein eine Relaisspule und Schaltkontakte aufweisendes elektromagnetisches Relais mit einer ersten Schalteinrichtung.
  • In elektrischen Geräten werden zur Durchführung von gesteuerten Schalthandlungen häufig elektromagnetische Relais eingesetzt. Elektromagnetische Relais bestehen üblicherweise aus einer Relaisspule und zumindest einem Paar elektrischer Schaltkontakte. Wird die Relaisspule von einem elektrischen Strom durchflossen, so wird um die Relaisspule ein Magnetfeld erzeugt, wodurch - bei sogenannten selbstöffnenden Relais - ein Schließen der Relaiskontakte bewirkt wird, so dass ein Stromfluss über die Relaiskontakte möglich ist. Wird der durch die Relaisspule fließende Strom wieder unterbrochen, so wird der bewegliche Teil der Relaiskontakte, beispielsweise mittels einer Federeinrichtung, in seine Ausgangslage zurückbewegt, was ein Öffnen der Relaiskontakte bewirkt und den Stromfluss über diese unterbricht. Bei selbstschließenden Relais sind die Kontakte im stromlosen Zustand der Relaisspule geschlossen und im stromdurchflossenen Zustand geöffnet.
  • Elektromagnetische Relais werden üblicherweise dort eingesetzt, wo mittels eines vergleichsweise geringen Steuerstromes aus einem Ansteuerstromkreis ein vergleichsweise größerer Strom in einem Schaltstromkreis ein- oder ausgeschaltet werden soll, und/oder dort, wo zwischen dem Ansteuerstromkreis und dem Schaltstromkreis eine galvanische Trennung erreicht werden soll. Das elektromagnetische Relais bildet in diesem Fall die galvanische Entkopplung des Ansteuerstromkreises und des Schaltstromkreises.
  • Aus der EP 0 840 342 A2 geht eine Ansteuerschaltung für ein elektromagnetisches Relais hervor, das im Kraftfahrzeugbereich eingesetzt wird und einer möglichst geringen Wärmeentwicklung unterworfen sein soll.
  • Elektromagnetische Relais werden beispielsweise in elektrischen Schutzgeräten zur Überwachung elektrischer Energieversorgungsnetze eingesetzt, um im Falle eines Fehlers (z.B. eines Kurzschlusses) in dem elektrischen Energieversorgungsnetz durch Schließen der Relaiskontakte eines sogenannten "Kommandorelais" eine Auslösung eines elektrischen Leistungsschalters zu veranlassen und so den Fehlerstrom zu unterbrechen. Eine weitere Verwendungsmöglichkeit elektromagnetischer Relais in Schutzgeräten ist bei sogenannten Binärausgängen gegeben, wo durch Ein- bzw. Ausschalten von Relais binäre Kommunikationssignale mit hohem Signalpegel (binäre "1") oder niedrigem Signalpegel (binäre "0") erzeugt werden können. Beim Einsatz von elektromagnetischen Relais in solchen sicherheitsrelevanten Gebieten ist es von größter Wichtigkeit, ein ungewolltes Ein- oder Ausschalten sicher zu verhindern, um einerseits eine große Zuverlässigkeit im Fehlerfall zu gewährleisten und andererseits kostenträchtige Fehlauslösungen zu vermeiden.
  • Eine möglichst fehlersichere Ausgestaltung eines Ansteuerstromkreises für ein elektromagnetisches Relais kann dadurch erreicht werden, dass die Relaisspule nicht nur über eine einzige ggf. fehleranfällige Schalteinrichtung angesteuert wird, sondern stattdessen über zwei im Strompfad der Relaisspule liegende Schalteinrichtungen. Die Relaisspule wird nur dann angesteuert, wenn beide Schalteinrichtungen gleichzeitig geschlossen sind. Sobald eine Schalteinrichtung geöffnet ist, wird der Stromfluss durch die Relaisspule unterbrochen. Hierdurch wird eine relativ große Zuverlässigkeit der Ansteuerung gegen ungewolltes Aktivieren der Relaisspule erreicht, da eine schadhafte, dauerhaft kurzgeschlossene Schalteinrichtung allein keine ungewollte Aktivierung der Relaisspule bewirken kann. Eine solche Schaltanordnung ist beispielsweise aus der internationalen Patentanmeldung WO 2009/062536 A1 bekannt, aus der eine Schaltanordnung zum Ansteuern eines elektromagnetischen Relais hervorgeht, bei der eine Relaisspule mit zwei Schalteinrichtungen derart in einem Strompfad angeordnet ist, dass an beiden Anschlüssen der Relaisspule jeweils eine der Schalteinrichtungen vorgesehen ist. Über eine Ansteuerschaltung werden zum Herstellen eines Stromflusses durch die Relaisspule beide Schalteinrichtungen geschlossen, während zum Unterbrechen des Stromflusses beide Schalteinrichtungen geöffnet werden.
  • Bei einigen Anwendungsfällen wird an ein elektromagnetisches Relais die Anforderung gestellt, dass es im Falle eines Stromflusses durch die Relaisspule eine möglichst kurze Ansprechzeit aufweist, also sehr schnell eine Schalthandlung der Schaltkontakte des Relais ausgelöst wird. Diese Anforderung wird beispielsweise an solche Relais gestellt, die für Binärausgänge von elektrischen Schutz- oder Steuergeräten eingesetzt werden, weil solche Binärausgänge zur Übermittlung von Informationen an andere Geräte, z.B. weitere Schutz- oder Steuergeräte, eingesetzt werden und die Signallaufzeit hierbei möglichst kurz gehalten werden soll. Daher muss die Zeitdauer von der Ansteuerung eines elektromagnetischen Relais bis zum endgültigen Schließen seiner Schaltkontakte möglichst kurz sein.
  • Zur Realisierung eines elektromagnetischen Relais mit einer möglichst kurzen Ansprechzeit ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 03 682 A1 bekannt, parallel zu den Schaltkontakten des elektromagnetischen Relais einen Halbleiterschalter einzusetzen, der aufgrund des Fehlens mechanisch bewegter Teile eine sehr schnelle Ansprechzeit aufweist und bis zum endgültigen Schließen der Schaltkontakte des elektromagnetischen Relais die Herstellung eines Stromflusses gewährleisten kann. Ein solcher Halbleiterschalter muss in diesem Fall dazu ausgebildet sein, einen vergleichsweise hohen Strom führen zu können, da der gesamte Strom des Schaltstromkreises bis zum Schließen der Schaltkontakte des Relais über den Halbleiterschalter fließen muss.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ansteuerschaltung der oben genannten Art anzugeben, die einerseits eine möglichst kurze Ansprechzeit aufweist und andererseits konstruktiv einfach und damit kostengünstig herzustellen ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ansteuerschaltung für ein eine Relaisspule und Schaltkontakte aufweisendes elektromagnetisches Relais mit einer ersten Schalteinrichtung gelöst, wobei die erste Schalteinrichtung zwischen einem ersten Anschluss der Relaisspule und einer ersten Spannungsquelle angeordnet ist. Eine zweite Schalteinrichtung ist zwischen einem zweiten Anschluss der Relaisspule und einem Nullpotenzial angeordnet, und eine Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, zum Herstellen eines Stromflusses durch die Relaisspule beide Schalteinrichtungen zu schließen. Dabei ist eine zweite Spannungsquelle vorgesehen, die über eine dritte Schalteinrichtung mit dem ersten Anschluss der Relaisspule verbunden ist, wobei die dritte Schalteinrichtung in Parallelschaltung zu der ersten Schalteinrichtung angeordnet ist und die zweite Spannungsquelle ein höheres Spannungsniveau aufweist als die erste Spannungsquelle, und die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, zum Herstellen eines Stromflusses durch die Relaisspule zunächst alle drei Schalteinrichtungen zu schließen und nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer einerseits die dritte Schalteinrichtung wieder zu öffnen und andererseits die erste und die zweite Schalteinrichtung geschlossen zu halten. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, zur Ansteuerung der Schalteinrichtungen separate Schaltsignale zu erzeugen, wobei die Schaltsignale den Schalteinrichtungen über voneinander getrennte Signalpfade zugeführt werden und wobei entweder in den Signalpfaden zwischen der Steuereinrichtung und der ersten und dritten Schalteinrichtung oder im Signalpfad zwischen der Steuereinrichtung und der zweiten Schalteinrichtung Signalinvertierer vorgesehen sind, die eine Invertierung des jeweiligen Schaltsignals vornehmen. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, über die mit Signalinvertierern versehenen Signalpfade zum Schließen der jeweiligen Schalteinrichtung jeweils inverse Schaltsignale zu übertragen.
  • Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung besteht darin, dass allein durch Vorsehen einer zweiten Spannungsquelle mit einem im Vergleich zur ersten Spannungsquelle höheren Spannungsniveau und der Verwendung einer entsprechend angesteuerten dritten Schalteinrichtung der Relaisspule für eine kurze Zeitdauer eine höhere Spannung zugeführt werden kann (und damit ein höherer Strom durch die Relaisspule getrieben wird), so dass diese zu einer vergleichsweise schnellen Einschaltung der Schaltkontakte veranlasst werden kann. Sobald die Schaltkontakte geschlossen sind, kann als Haltespannung das Spannungsniveau der ersten Spannungsquelle verwendet werden, indem die zweite Spannungsquelle durch Öffnen der dritten Schalteinrichtung wieder von der Relaisspule abgetrennt wird.
  • Die beiden Spannungsquellen können hierbei durch separat voneinander mit der Ansteuerschaltung verbundene Spannungsquellen gebildet werden, oder es kann die Spannung einer einzigen Spannungsquelle auf zwei Spannungsniveaus aufgeteilt werden, wobei das niedrigere Spannungsniveau für die erste Spannungsquelle und das höhere Spannungsniveau für die zweite Spannungsquelle verwendet wird. Die Schalteinrichtungen können beispielsweise als Halbleiterschalter (Transistoren, MOSFETs etc.) ausgebildet sein.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, zur Ansteuerung der Schalteinrichtungen separate Schaltsignale zu erzeugen, wobei die Schaltsignale den Schalteinrichtungen über voneinander getrennte Signalpfade zugeführt werden.
  • Auf diese Weise kann eine mehrkanalige Ansteuerung der Schalteinrichtungen erfolgen, so dass sich eine Unterbrechung eines der Signalpfade nicht auf alle Schalteinrichtungen auswirkt.
  • Außerdem ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass entweder in den Signalpfaden zwischen der Steuereinrichtung und der ersten und dritten Schalteinrichtung oder im Signalpfad zwischen der Steuereinrichtung und der zweiten Schalteinrichtung Signalinvertierer vorgesehen sind, die eine Invertierung des jeweiligen Schaltsignals vornehmen, und die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, über die mit Signalinvertierern versehenen Signalpfade zum Schließen der jeweiligen Schalteinrichtung jeweils inverse Schaltsignale zu übertragen.
  • Hierdurch kann vorteilhaft gewährleistet werden, dass eine Beeinflussung der jeweiligen Signalpfade durch eine von außen eingebrachte Störung, beispielsweise eine elektromagnetische Störung, sich nicht in gleicher Weise auf die in den Signalpfaden geführten Schaltsignale auswirkt und damit zu einer ungewollten Einschaltung der Schaltkontakte des elektromagnetischen Relais führen könnte. Vielmehr wirkt sich bei dieser Ausführungsform eine von außen eingebrachte Störung auf die Schalteinrichtungen an den beiden Anschlüssen der Relaisspule jeweils genau gegensätzlich aus, so dass eine gleichzeitige ungewollte Einschaltung aller Schalteinrichtungen und eine damit verbundene Herstellung eines Stromflusses durch die Relaisspule wirksam vermieden wird.
  • Um außerdem eine Überwachung der Funktionstüchtigkeit sowohl der Relaisspule als auch der jeweiligen Schalteinrichtungen vornehmen zu können, wird gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung vorgeschlagen, dass in Parallelschaltung zu der ersten und der zweiten Schalteinrichtung jeweils elektrische Widerstände vorgesehen sind, deren Widerstandswerte derart gewählt sind, dass ein über zumindest einen der Widerstände und durch die Relaisspule fließender Strom kein Ansprechen der Schaltkontakte des Relais bewirkt, die Steuereinrichtung zur Abgabe einer Folge von Prüfsignalen an die jeweiligen Schalteinrichtungen eingerichtet ist, wobei von der Steuereinrichtung jeweils nur ein Prüfsignal für jeweils eine Schalteinrichtung zur selben Zeit erzeugt wird, und eine Überwachungseinrichtung vorgesehen ist, die einerseits mit einem ersten Spannungsabgriff zwischen der Relaisspule und der ersten Schalteinrichtung und andererseits mit einem zweiten Spannungsabgriff zwischen der Relaisspule und der zweiten Schalteinrichtung in Verbindung steht und zur Überwachung der Spannungen an dem ersten und dem zweiten Spannungsabgriff eingerichtet ist.
  • Konkret kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass die Überwachungseinrichtung zur Abgabe eines Ausgangssignals eingerichtet ist, das eine Abweichung einer jeweiligen an dem ersten oder zweiten Spannungsabgriff gemessenen Spannung von einer jeweiligen Vergleichsspannung anzeigt.
  • Hierdurch kann mit vergleichsweise einfachen Mitteln durch Vergleich der an den jeweiligen Spannungsabgriffen gemessenen Spannungen mit jeweiligen Vergleichsspannungen auf die Funktionstüchtigkeit der Relaisspule und der Schalteinrichtungen geschlossen werden.
  • In diesem Zusammenhang kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung vorgesehen sein, dass die Überwachungseinrichtung zwei Komparatoren umfasst, deren Eingänge jeweils einerseits mit der Spannung des jeweiligen Spannungsabgriffs und andererseits mit einer Vergleichsspannung beaufschlagt sind, und die Komparatoren ausgangsseitig mit einem Oder-Glied verbunden sind, an dessen Ausgang das Ausgangssignal abgreifbar ist.
  • Hierdurch kann mit vergleichsweise einfachen elektronischen Bauteilen in Form von zwei Komparatoren und einem Oder-Glied die Überwachungseinrichtung für die Ansteuerschaltung realisiert werden.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierzu zeigen
    • Fig. 1
    ein Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Ansteuerschaltung für ein elektromagnetisches Relais,
    Fig. 2
    ein Diagramm zur Erläuterung des Schaltverlaufs von Schaltsignalen zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Relais, und
    Fig. 3
    ein Diagramm zur Erläuterung des Verlaufs von Prüfsignalen zur Überwachung einer Ansteuerschaltung für ein elektromagnetisches Relais.
  • Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Ansteuerschaltung 10 für ein elektromagnetisches Relais, von dem in Fig. 1 der besseren Übersicht halber lediglich die Relaisspule 11 gezeigt ist. Das elektrische Relais weist darüber hinaus in Fig. 1 nicht dargestellte Schaltkontakte auf, die bei Vorhandensein eines Stromflusses durch die Relaisspule 11 zur Durchführung einer Schalthandlung veranlasst werden können. Solche Schaltkontakte können beispielsweise als Schaltkontakte eines Kommandorelais zur Ansteuerung eines Leistungsschalters oder als Schaltkontakte eines binären Kommunikationsausgangs von elektrischen Schutzgeräten zur Überwachung und Steuerung elektrischer Energieversorgungsnetze Anwendung finden.
  • Zwischen einer ersten auf dem Spannungsniveau U1 liegenden Spannungsquelle 12a und der Relaisspule 11 ist eine erste Schalteinrichtung 13a angeordnet. Eine zweite Schalteinrichtung 13b befindet sich darüber hinaus in dem Strompfad zwischen der Relaisspule 11 und Nullpotenzial. Außerdem ist eine zweite auf dem Spannungsniveau U2 liegende Spannungsquelle 12b vorgesehen, die über eine dritte Schalteinrichtung 13c, die in Parallelschaltung zur ersten Schalteinrichtung 13a angeordnet ist, mit der Relaisspule 11 verbunden ist. Bei den Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c kann es sich beispielsweise um Halbleiterschalter, wie z. B. Transistoren, handeln.
  • Eine Steuereinrichtung 14 dient zur Ansteuerung der Schalteinrichtungen 13a, 13b und 13c. Die Steuereinrichtung kann - wie in Fig. 1 gezeigt - aus einer einzigen logischen Schaltung bestehen, beispielsweise aus einem entsprechend programmierten ASIC oder FPGA; abweichend von der Darstellung gemäß Fig. 1 kann die Steuereinrichtung 14 jedoch auch aus jeweils separaten, den einzelnen Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c zugeordneten logischen Schaltungen bestehen.
  • Zur Ansteuerung der Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c werden von der Steuereinrichtung 14 Schaltsignale S1, S2, S3 erzeugt, wobei das Schaltsignal S1 zur Ansteuerung der ersten Schalteinrichtung 13a, das Schaltsignal S2 zur Ansteuerung der zweiten Schalteinrichtung 13b und das Schaltsignal S3 zur Ansteuerung der dritten Schalteinrichtung 13c vorgesehen ist. Die Schaltsignale S1, S2, S3 werden den jeweiligen Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c über voneinander getrennte separate Signalpfade zugeführt, um eine Mehrkanaligkeit und damit eine Unabhängigkeit der einzelnen Schaltsignale zu erreichen und zu verhindern, dass beim Ausfall eines der Schaltsignale oder Unterbrechung eines Signalpfades eine möglicherweise ungewollte Schalthandlung des elektromagnetischen Relais durchgeführt wird. Darüber hinaus sind in den Signalpfaden der Schaltsignale S1 und S3, die von der Steuereinrichtung 14 zu der ersten und der dritten Schalteinrichtung 13a bzw. 13c führen, Signalinvertierer 15a und 15b vorgesehen, die eine Invertierung des jeweils von der Steuereinrichtung 14 abgegebenen Schaltsignals S1 bzw. S3 vornehmen und ein entsprechend inverses Schaltsignal an die jeweilige Schalteinrichtung 13a bzw. 13c weitergeben. Eine Invertierung der Schaltsignale bedeutet in diesem Fall eine Umkehrung des Signalpegels eines binären Schaltsignals derart, dass ein Schaltsignal, das vor der Invertierung einen hohen Signalpegel (binäre "1") besitzt, nach der Invertierung in ein Schaltsignal mit niedrigem Signalpegel (binäre "0") und umgekehrt umgewandelt wird. Das Vorsehen der Signalinvertierer 15a und 15b zur Signalinvertierung der Schaltsignale S1 und S3 dient zur Minimierung eines schädlichen Einflusses externer Störungen, beispielsweise hervorgerufen durch elektromagnetische Beeinflussungen der Ansteuerschaltung, die sich andernfalls in gleichartiger Weise in die Signalpfade der Schaltsignale S1, S2, S3 einkoppeln könnten und ein ungewolltes Ansteuern der Relaisspule hervorrufen könnten. Durch die Signalinvertierer 15a, 15b kann eine solche gleichartige Beeinflussung der Signalpfade der Schaltsignale S1, S2, S3 weitgehend verhindert werden, da sich durch Signalinvertierung externe Störungen immer in gegenteiliger Weise auf die erste und dritte Schalteinrichtung 13a, 13c einerseits und die zweite Schalteinrichtung 13b andererseits auswirken würden.
  • Die Funktionsweise der Ansteuerschaltung 10 bei der Ansteuerung der Relaisspule 11 wird im Folgenden unter Hinzunahme der Fig. 2 näher erläutert. In Fig. 2 ist hierzu ein Diagramm dargestellt, das die Signalverläufe der Schaltsignale S1, S2, S3 für die Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c sowie die entsprechende Reaktion der durch die Relaisspule 11 angesteuerten Schaltkontakte ("Relais ein/aus") aufzeigt.
  • Vor einem mit t1 bezeichneten ersten Zeitpunkt werden von der Steuereinrichtung 14 ein erstes Schaltsignal S1 mit hohem Signalpegel, ein zweites Schaltsignal S2 mit niedrigem Signalpegel und ein drittes Schaltsignal S3 mit hohem Signalpegel an die jeweiligen Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c abgegeben. Durch die Signalinvertierer 15a, 15b werden das erste Schaltsignal S1 und das dritte Schaltsignal S3 wie oben beschrieben invertiert und in derart invertierter Form den Schalteinrichtungen 13a bzw. 13c zugeführt, so dass letztendlich allen drei Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c vor dem ersten Zeitpunkt t1 ein Schaltsignal mit niedrigem Signalpegel zugeführt wird, so dass alle drei Schalteinrichtungen in geöffneter Stellung verharren. Entsprechend befinden sich die Schaltkontakte des Relais vor dem Zeitpunkt t1 in ausgeschaltetem Zustand, wie aus dem unteren Verlauf des Diagramms entnehmbar ist.
  • Zum Zeitpunkt t1 werden die drei Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c durch entsprechende Veränderung der Signalpegel der Schaltsignale S1, S2, S3 zum Einschalten veranlasst. Konkret bedeutet dies, dass sowohl das erste als auch das dritte Schaltsignal S1 und S3 zum Zeitpunkt t1 einen niedrigen Signalpegel annehmen, während das zweite Schaltsignal S2 zum Zeitpunkt t1 einen hohen Signalpegel annimmt. Aufgrund der Invertierung der Schaltsignale S1 und S3 werden ab dem Zeitpunkt t1 allen drei Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c Schaltsignale mit hohem Signalpegel zugeführt, so dass alle Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c eingeschaltet werden.
  • Hierdurch wird ein Stromfluss durch die Relaisspule 11 erreicht, der schließlich ein Einschalten der Schaltkontakte des elektromagnetischen Relais bewirkt. Da dieser zum Zeitpunkt t1 auftretende Stromfluss aufgrund der eingeschalteten dritten Schalteinrichtung 13c durch die zweite Spannungsquelle 12b mit dem höheren Spannungsniveau U2 verursacht wird, ist dieser Strom beim Einschalten des Relais zum Zeitpunkt t1 vergleichsweise hoch und bewirkt ein beschleunigtes Schließen der Schaltkontakte, indem die Relaisspule 11 entsprechend des fließenden vergleichsweise hohen Stromes ein relativ starkes Magnetfeld erzeugt, das zum schnellen Einschalten der Schaltkontakte des elektromagnetischen Relais dient. Eine Diode 16 verhindert einen Stromfluss von dem hohen Spannungsniveau U2 zum niedrigeren Spannungsniveau U1 der ersten Spannungsquelle 12a.
  • Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer, die sich insbesondere nach der Einschaltzeit des Relais richtet und in der Größenordnung weniger Millisekunden liegt, ändert die Steuereinrichtung 14 zum Zeitpunkt t2 den Signalpegel des dritten Schaltsignals S3, wodurch die dritte Schalteinrichtung 13c zum Ausschalten veranlasst wird. Nach dem Ausschalten der dritten Schalteinrichtung 13c liegt nunmehr nur noch das niedrigere Spannungsniveau U1 der ersten Spannungsquelle 12a an der Relaisspule 11 an und sorgt für einen fortgesetzten Stromfluss durch die Relaisspule 11 und damit ein fortgesetztes Einschalten der Schaltkontakte des Relais. Da die Relaiskontakte zu diesem Zeitpunkt bereits beschleunigt eingeschaltet worden sind, reicht das niedrigere Spannungsniveau U1 zum Erhalten des Stromflusses durch die Relaisspule 11 aus.
  • Zum Zeitpunkt t3 ändert die Steuereinrichtung 14 die Signalpegel des ersten und zweiten Schaltsignals S1 und S2, so dass auch die erste und zweite Schalteinrichtung 13a bzw. 13b ausgeschaltet werden und der Stromfluss durch die Relaisspule (weitgehend) zum Erliegen kommt. Daher werden ab dem Zeitpunkt t3 die Schaltkontakte des elektromagnetischen Relais geöffnet.
  • Mit der Ansteuerschaltung 10 gemäß Figur 1 lässt sich neben einer beschleunigten Einschaltung der Schaltkontakte des elektromagnetischen Relais auch eine Überwachung der Funktionstüchtigkeit der drei Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c sowie der Relaisspule 11 durchführen. Hierzu sind einerseits zwei Widerstände 17a und 17b vorgesehen, die jeweils in Parallelschaltung zu der ersten Schalteinrichtung 13a und der zweiten Schalteinrichtung 13b angeordnet sind, so dass dauerhaft durch das Spannungsniveau U1 der ersten Spannungsquelle 12a ein Stromfluss durch die Relaisspule 11 und die beiden Widerstände 17a und 17b hervorgerufen wird. Damit dieser Stromfluss jedoch kein ungewolltes Einschalten der Schaltkontakte des elektromagnetischen Relais bewirkt, sind die Widerstände 17a und 17b hinsichtlich ihrer Widerstandswerte derart hoch bemessen, dass der durch die Relaisspule 11 fließende Stromfluss zu gering ist, um ein Einschalten der Schaltkontakte des elektromagnetischen Relais zu bewirken.
  • Durch die Widerstände 17a und 17b werden an Spannungsabgriffen 18a und 18b, die sich zu beiden Seiten der Relaisspule 11 befinden, bei ausgeschalteten Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c definierte Spannungsniveaus eingestellt, da in diesem Fall die festen Widerstände 17a, 17b sowie der ohmsche Widerstandswert der Relaisspule 11 einen dreiteiligen Spannungsteiler bilden, durch den die Spannungsniveaus an den Spannungsabgriffen 18a und 18b eindeutig festgelegt sind.
  • An den Spannungsabgriffen 18a und 18b ist eine Überwachungseinrichtung 19 angeschlossen, die die an den Spannungsabgriffen 18a und 18b vorliegenden Spannungen misst und auf Abweichungen überwacht und ausgangsseitig ein Ausgangssignal A erzeugt, das angibt, ob mindestens eine der Spannungen an den Spannungsabgriffen 18a und 18b von den durch die Widerstände 17a und 17b eingestellten Spannungsniveaus abweicht.
  • Konkret kann die Überwachungseinrichtung 19 aus zwei Komparatoren 20a und 20b sowie einem logischen ODER-Glied 21 gebildet sein. Dem ersten Komparator 20a wird eingangsseitig die an dem ersten Spannungsabgriff 18a gemessene Spannung zugeführt. Außerdem wird dem ersten Komparator 20a an einem Vergleichseingang eine Vergleichsspannung UV1 zugeführt, deren Wert der Spannung entspricht, die an dem ersten Spannungsabgriff 18a durch die Widerstände 17a und 17b im Falle geöffneter Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c eingestellt ist. Entsprechend wird dem zweiten Komparator 20b eingangsseitig die an dem zweiten Spannungsabgriff 18b gemessene Spannung zugeführt. Außerdem wird dem zweiten Komparator 20b an einem Vergleichseingang eine Vergleichsspannung UV2 zugeführt, deren Wert der Spannung entspricht, die an dem zweiten Spannungsabgriff 18b durch die Widerstände 17a und 17b im Falle geöffneter Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c eingestellt ist. Ausgangsseitig sind beide Komparatoren 20a, 20b mit dem logischen ODER-Glied 21 verbunden.
  • Der erste Komparator 20a gibt ausgangsseitig ein Signal ab, wenn eine Abweichung zwischen der am ersten Spannungsabgriff 18a anliegenden Spannung und der ersten Vergleichsspannung UV1 vorliegt. Der zweite Komparator 20b gibt ausgangsseitig ein Signal ab, wenn eine Abweichung zwischen der am zweiten Spannungsabgriff 18b anliegenden Spannung und der zweiten Vergleichsspannung UV2 vorliegt. Vorzugsweise ist der erste Komparator 20a als invertierender Komparator und der zweite Komparator 20b als nicht invertierender Komparator ausgeführt. In diesem Fall können beide Vergleichsspannungen UV1 und UV2 positiv ausgeführt sein und gleichzeitig können Spannungen an den Spannungsabgriffen 18a und 18b größer und kleiner als die Vergleichsspannungen UV1 und UV2 überwacht werden.
  • Das ODER-Glied 21 gibt ausgangsseitig ein Ausgangssignal ab, wenn mindestens eines der Signale der Komparatoren eine Abweichung der gemessenen Spannung von der jeweiligen Referenzspannung anzeigt.
  • Zur Durchführung einer Funktionstüchtigkeitsüberwachung der Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c werden von der Steuereinrichtung 14 über die Signalpfade der Schaltsignale kurze Prüfsignale P1, P2 und P3 an die Schalteinrichtungen 13a, 13b, 13c erzeugt, die sich zeitlich nicht überlappen und ihre entsprechende Schalteinrichtung 13a, 13b, 13c zum kurzzeitigen Einschalten veranlassen. Die Dauer der Abgabe der Prüfsignale beträgt typischerweise wenige Millisekunden.
  • Die Vorgehensweise bei der Überwachung der Schalteinrichtungen 13a, 13b und 13c soll im Folgenden unter Hinzunahme der Fig. 3 erläutert werden. In Fig. 3 ist hierzu ein Diagramm dargestellt, das den Verlauf von von der Steuereinrichtung 14 abgegebenen Signalfolge von Prüfsignalen P1, P2 und P3 sowie den entsprechenden Verlauf des von der Überwachungseinrichtung 19 abgegeben Ausgangssignals A aufzeigt.
  • Die Überwachung kann nur erfolgen, wenn die Relaisspule 11 ausgeschaltet ist. In diesem Fall wird von der Steuereinrichtung 14 als erstes Prüfsignal einer Prüfsignalfolge das Prüfsignal P1 erzeugt und der ersten Schalteinrichtung 13a zugeführt. Da im Signalpfad zur ersten Schalteinrichtung 13a der Signalinvertierer 15a angeordnet ist, muss das Prüfsignal P1 entsprechend einen niedrigen Signalpegel aufweisen, um nach seiner Invertierung ein Einschalten der ersten Schalteinrichtung 13a zu bewirken. Durch das Einschalten der ersten Schalteinrichtung 13a wird der Widerstand 17a überbrückt, so dass das Spannungsniveau am ersten Spannungsabgriff 18a auf das Spannungsniveau U1 der ersten Spannungsquelle 12a gehoben wird. Entsprechend verändert sich auch das Spannungsniveau am zweiten Spannungsabgriff 18b, so dass in der Folge beide Komparatoren 20a und 20b ausgangsseitig ein Signal erzeugen und das Ausgangssignal A der Überwachungseinrichtung 19 entsprechend eine Abweichung der gemessenen Spannungsniveaus von den Vergleichsspannungen anzeigt. Dieses Ausgangssignal A kann einer in Fig. 1 nicht gezeigten Auswerteeinheit zugeführt werden, die ebenfalls Kenntnis über die Abgabe des ersten Prüfsignals P1 besitzt und auf Funktionstüchtigkeit der ersten Schalteinrichtung schließt, wenn das Ausgangssignal A als Reaktion auf das erste Prüfsignal P1 auftritt. Die Auswerteeinheit kann auch in die Steuereinrichtung 14 integriert sein.
  • Entsprechend werden als weitere Prüfsignale der von der Steuereinrichtung 14 abgegebenen Prüfsignalfolge die Prüfsignale P2 und P3 erzeugt und ihren jeweiligen Schalteinrichtungen 13b bzw. 13c zugeführt. Jedes dieser Prüfsignale P2 bzw. P3 führt bei funktionstüchtiger Schalteinrichtung 13b bzw. 13c eine Veränderung der Spannungsniveaus an den Spannungsabgriffen 18a bzw. 18b hervor, so dass von der Überwachungseinrichtung 19 als Reaktion ein entsprechendes Ausgangssignal A abgegeben wird, das der Auswerteeinheit zugeführt wird, die somit die Funktionstüchtigkeit der Schalteinrichtungen erkennt.
  • In Fig. 3 ist in der dritten Prüfsignalfolge 31 der Fall einer nicht funktionstüchtigen zweiten Schalteinrichtung 13b dargestellt. Hierbei bewirkt das zweite Prüfsignal P2 aufgrund eines Defekts der zweiten Schalteinrichtung 13b kein Einschalten und damit keine Veränderung der Spannungsniveaus an den Spannungsabgriffen 18a und 18b. Entsprechend wird kein Ausgangssignal A erzeugt, das auf eine Abweichung von den Vergleichsspannungen hinweist. Die Auswerteeinheit erkennt, dass die erwartete Reaktion des Ausgangssignals A auf das Prüfsignal P2 ausbleibt (Stelle 32 in Fig. 3) und schlie0t daher auf einen Defekt der zweiten Schalteinrichtung 13b. Dies kann z.B. in Form eines Alarmsignals oder einer Ausfallmeldung an einen Benutzer der Ansteuerschaltung 10 (z.B. den Benutzer eines Schutzgerätes, in das die Ansteuerschaltung eingebaut ist) mitgeteilt werden.
  • Auch der Fall einer defekten Relaisspule 11 lässt sich durch die Überwachungseinrichtung 19 erkennen. In diesem Fall ist aufgrund eines Drahtbruchs in der Relaisspule 11 kein Stromfluss über die Relaisspule 11 möglich, so dass die Spannungsniveaus an den Spannungsabgriffen 18a und 18b dauerhaft von ihren Vergleichsspannungen abweichen. Ebenso führt eine Überbrückung von Wicklungen der Relaisspule 11 z.B. durch eine defekte Isolierung der Wicklungen zu einem veränderten Widerstandswert der Relaisspule 11, der sich in dauerhaft veränderten Spannungsniveaus an den Spannungsabgriffen 18a und 18b niederschlägt und daher auch erkannt werden kann.

Claims (4)

  1. Ansteuerschaltung (10) für ein eine Relaisspule (11) und Schaltkontakte aufweisendes elektromagnetisches Relais mit
    - einer ersten Schalteinrichtung (13a), die zwischen einem ersten Anschluss der Relaisspule (11) und einer ersten Spannungsquelle (12a) angeordnet ist;
    - einer zweiten Schalteinrichtung (13b), die zwischen einem zweiten Anschluss der Relaisspule (11) und einem Nullpotenzial angeordnet ist; und
    - einer Steuereinrichtung (14), die dazu eingerichtet ist, zum Herstellen eines Stromflusses durch die Relaisspule (11) beide Schalteinrichtungen (13a, 13b) zu schließen; wobei
    - eine zweite Spannungsquelle (12b) vorgesehen ist, die über eine dritte Schalteinrichtung (13c) mit dem ersten Anschluss der Relaisspule (11) verbunden ist, wobei die dritte Schalteinrichtung (13c) in Parallelschaltung zu der ersten Schalteinrichtung (13a) angeordnet ist und die zweite Spannungsquelle (12b) ein höheres Spannungsniveau aufweist als die erste Spannungsquelle (12a); und
    - die Steuereinrichtung (14) dazu eingerichtet ist, zum beschleunigten Schließen der Schaltkontakte des Relais zum Herstellen eines Stromflusses durch die Relaisspule (11) zunächst alle drei Schalteinrichtungen (13a, 13b, 13c) zu schließen und nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer einerseits die dritte Schalteinrichtung (13c) wieder zu öffnen und andererseits die erste und die zweite Schalteinrichtung (13a, 13b) geschlossen zu halten; wobei
    - die Steuereinrichtung (14) dazu eingerichtet ist, zur Ansteuerung der Schalteinrichtungen (13a, 13b, 13c) separate Schaltsignale (S1, S2, S3) zu erzeugen, wobei die Schaltsignale (S1, S2, S3) den Schalteinrichtungen (13a, 13b, 13c) über voneinander getrennte Signalpfade zugeführt werden; und wobei
    - entweder in den Signalpfaden zwischen der Steuereinrichtung (14) und der ersten und dritten Schalteinrichtung (13a, 13c) oder im Signalpfad zwischen der Steuereinrichtung (14) und der zweiten Schalteinrichtung (13b) Signalinvertierer (15a, 15b) vorgesehen sind, die eine Invertierung des jeweiligen Schaltsignals (S1, S3) vornehmen; und
    - die Steuereinrichtung (14) dazu eingerichtet ist, über die mit Signalinvertierern (15a, 15b) versehenen Signalpfade zum Schließen der jeweiligen Schalteinrichtung (13a, 13b, 13c) jeweils inverse Schaltsignale (S1, S2, S3) zu übertragen.
  2. Ansteuerschaltung (10) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - in Parallelschaltung zu der ersten und der zweiten Schalteinrichtung (13a, 13b) jeweils elektrische Widerstände (17a, 17b) vorgesehen sind, deren Widerstandswerte derart gewählt sind, dass ein über zumindest einen der Widerstände (17a, 17b) und durch die Relaisspule (11) fließender Strom kein Ansprechen der Schaltkontakte des Relais bewirkt;
    - die Steuereinrichtung (14) zur Abgabe einer Folge von Prüfsignalen (P1, P2, P3) an die jeweiligen Schalteinrichtungen (13a, 13b, 13c) eingerichtet ist, wobei von der Steuereinrichtung (14) jeweils nur ein Prüfsignal (P1, P2, P3) für jeweils eine Schalteinrichtung (13a, 13b, 13c) zur selben Zeit erzeugt wird; und
    - eine Überwachungseinrichtung (19) vorgesehen ist, die einerseits mit einem ersten Spannungsabgriff (18a) zwischen der Relaisspule (11) und der ersten Schalteinrichtung (13a) und andererseits mit einem zweiten Spannungsabgriff (18b) zwischen der Relaisspule (11) und der zweiten Schalteinrichtung (13b) in Verbindung steht und zur Überwachung der Spannungen an dem ersten und dem zweiten Spannungsabgriff (18a, 18b) eingerichtet ist.
  3. Ansteuerschaltung (10) nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Überwachungseinrichtung (19) zur Abgabe eines Ausgangssignals (A) eingerichtet ist, das eine Abweichung einer jeweiligen an dem ersten oder zweiten Spannungsabgriff (18a, 18b) gemessenen Spannung von einer jeweiligen Vergelichsspannung anzeigt.
  4. Ansteuerschaltung (10) nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Überwachungseinrichtung (19) zwei Komparatoren umfasst, deren Eingänge jeweils einerseits mit der Spannung des jeweiligen Spannungsabgriffs (18a, 18b) und andererseits mit einer Vergleichsspannung beaufschlagt sind; und
    - die Komparatoren ausgangsseitig mit einem Oder-Glied verbunden sind, an dessen Ausgang das Ausgangssignal (A) abgreifbar ist.
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