Die Erfindung betrifft eine dreiphasige Leistungsendstufe zum Ansteuern wenigstens eines Drehstrommotors.The invention relates to a three-phase power output stage for controlling at least one three-phase motor.
Dreiphasige Leistungsendstufen sind hinlänglich bekannt und dienen dazu, den von einem Drehstromgenerator erzeugten Drehstrom in gesteuerter Weise Lasten zur Verfügung zu stellen. Die Lasten können an eine Phase oder an alle drei Phasen der Leistungsendstufe angeschaltet und somit mit Wechselstrom bzw. Drehstrom versorgt werden.Three-phase power amplifiers are well known and are used to provide the three-phase current generated by a three-phase generator in a controlled manner. The loads can be connected to one phase or to all three phases of the power output stage and thus supplied with alternating current or three-phase current.
Eine bekannte dreiphasige Leistungsendstufe ist beispielsweise in 1 dargestellt. Die mit allgemein mit 10 bezeichnete Leistungsendstufe weist drei Leiter 20, 21 und 22, auch Phasen genannt, auf. In herkömmlicher Weise werden die zu einer nicht dargestellten Drehstromversorgungseinrichtung weisenden Leiterenden mit L1, L2 und L3 bezeichnet. Die Einspeisung eines Wechselstroms in die Leiter 30, 31 und 32 ist symbolisch durch einen Übertrager 30, 31 beziehungsweise 32 dargestellt. Um die elektronischen Bauelemente der Leitungsendstufe 10 und/oder die daran angeschalteten Lasten vor Überspannungen zu schützen, befindet sich zwischen den Leitern 20, 21 und 22 eine allgemein mit 40 bezeichnete Überspannungsschutzschaltung. Die Überspannungsschutzschaltung 40 kann mehrere Reihen- und/oder Parallelschaltungen aus Kondensatoren, Widerständen und/oder Varistoren aufweisen. Derartige Überspannungsschutzschaltungen sind bekannt und bedürfen somit keiner näheren Erläuterung.A known three-phase power amplifier is for example in 1 shown. The power output stage, generally designated 10, has three conductors 20 . 21 and 22 , also called phases. In a conventional manner, the conductor ends pointing to a three-phase power supply device, not shown, are included L1 . L2 and L3 designated. The feeding of an alternating current into the conductor 30 . 31 and 32 is symbolic by a transmitter 30 . 31 respectively 32 shown. To the electronic components of the line amplifier 10 and / or to protect the loads connected to it from overvoltages, is located between the conductors 20 . 21 and 22 a surge protection circuit, generally designated 40. The surge protection circuit 40 can have several series and / or parallel connections made of capacitors, resistors and / or varistors. Surge protection circuits of this type are known and therefore do not require any further explanation.
Die ausgangsseitigen Leiterenden werden in herkömmlicher Weise mit T1, T2 und T3 bezeichnet. Wie 1 zeigt, ist in den Leiter 21 ein Schaltkontakt 50 geschaltet, der Teil eines Relais ist. Parallel zum Schaltkontakt 50 ist ein als Wechselstromschalter fungierendes Halbleiterbauelement 60 geschaltet, welches durch einen Triac oder durch eine entsprechende Thyristor-Schaltung verwirklicht sein kann. Parallel zum Triac 60 ist eine Schutzschaltung vorgesehen, die eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 70 und einem Kondensator 71 und einen parallel dazu geschalteten Varistor umfassen kann. Die Schutzschaltung dient dazu, den Triac 60 und/oder Optotriacs, die die Zündspannung für die Triacs liefern, vor Spannungsspitzen zu schützen. Es sei darauf hingewiesen, dass derartige Schutzschaltungen für Halbleiterschalter, wie zum Beispiel den Triac 60, bekannt sind und somit nicht weiter erläutert werden müssen.The output-side conductor ends are in the conventional way T1 . T2 and T3 designated. How 1 shows is in the head 21 a switch contact 50 switched, which is part of a relay. Parallel to the switch contact 50 is a semiconductor component that functions as an AC switch 60 switched, which can be realized by a triac or by an appropriate thyristor circuit. Parallel to the triac 60 a protective circuit is provided, which is a series circuit of a resistor 70 and a capacitor 71 and may include a varistor connected in parallel. The protection circuit serves to the triac 60 and / or to protect optotriacs, which supply the ignition voltage for the triacs, from voltage peaks. It should be noted that such protective circuits for semiconductor switches, such as the triac 60 , are known and therefore do not need to be explained further.
In den Leiter 22 ist ebenfalls ein Schaltkontakt 80 geschaltet, der zu einem separaten Relais gehört. Parallel zum Schaltkontakt ist wiederum ein Halbleiterschalter 90 in Form eines Triacs sowie eine Schutzschaltung in Form einer Reihenschaltung aus einem Widerstand 70 und einem Kondensator 71 sowie einem parallel dazu geschalteten Varistor 72 vorgesehen. Weiterhin ist zwischen den zweiten und dritten Leiter 21 und 22 eine Wendeschalteinrichtung 100 vorgesehen, die ein dem Leiter 21 zugeordnetes Relais 110 und ein dem Leiter 22 zugeordnetes Relais 120 aufweist. Das dem Leiter 21 zugeordnete Relais 110 weist zwei Schaltkontakte 111 und 112 auf, wohingegen das dem Leiter 22 zugeordnete Relais 120 Schaltkontakte 121 und 122 aufweist. Die Wendeschaltung 100 dient dazu, die Laufrichtung eines angeschlossenen Drehstrommotors zu ändern. Im dargestellten Schaltzustand verbinden die Schaltkontakte 111 und 112 des Relais 110 den Eingang L2 mit dem Ausgang T2 des Leiters 21, während die Schaltkontakte 121 und 122 des Relais 120 den Eingang L3 mit dem Ausgang T3 des Leiters 22 verbinden. Im angeschalteten Zustand dreht sich ein angeschlossener Drehstrommotor bei dieser Schaltkontaktstellung beispielsweise rechts herum. Werden die Relais 110 und 120 angesteuert, dann sorgen die jeweiligen Schaltkontakte 111 und 112 beziehungsweise 121 und 122 dafür, dass ein Wechselstrom über den Leiter 22 zum Ausgang des Leiters 21 und ein Wechselstrom vom Leiter 21 zum Ausgang des Leiters 22 geführt wird. Auf diese Weise wird die Laufrichtung eines angeschlossenen Drehstrommotors geändert.In the ladder 22 is also a switch contact 80 switched, which belongs to a separate relay. A semiconductor switch is again parallel to the switch contact 90 in the form of a triac and a protective circuit in the form of a series circuit made up of a resistor 70 and a capacitor 71 and a varistor connected in parallel 72 intended. Furthermore, between the second and third conductors 21 and 22 a reversing switch 100 provided the one the leader 21 assigned relay 110 and one to the leader 22 assigned relay 120 having. That to the leader 21 assigned relays 110 has two switch contacts 111 and 112 on whereas the leader 22 assigned relays 120 switch contacts 121 and 122 having. The reversing circuit 100 is used to change the direction of rotation of a connected three-phase motor. In the switching state shown, the switching contacts connect 111 and 112 of the relay 110 the entrance L2 with the exit T2 of the leader 21 while the switch contacts 121 and 122 of the relay 120 the entrance L3 with the exit T3 of the leader 22 connect. In the switched-on state, a connected three-phase motor rotates clockwise in this switch contact position, for example. Become the relay 110 and 120 controlled, then the respective switch contacts provide 111 and 112 respectively 121 and 122 making an alternating current through the conductor 22 to the exit of the conductor 21 and an alternating current from the conductor 21 to the exit of the conductor 22 to be led. In this way, the running direction of a connected three-phase motor is changed.
Die bei der bekannten Leistungsendstufe eingesetzten Relais 110 und 120 der Wendeschaltung 110 sorgen dafür, dass die Leiter 21 und 22 ununterbrochen durchgeschaltet sind. Ein Abschalten der bekannten Leistungsendstufe 10 ist nur hinsichtlich der Leiter 21 und 22 möglich, indem die Schaltkontakte 50 und 80 geöffnet werden, so dass die den beiden Leitern zugeordneten Triacs 60 beziehungsweise 90 gesperrt betrieben werden. Da die Triacs allein einen Stromfluss durch die Leiter 21 und 22 sperren müssen, werden spezielle Halbleiterbauteile verwendet, die einer Sperrspannung von etwa 1200 V widerstehen können.The relays used in the known power stage 110 and 120 the reversing circuit 110 ensure that the ladder 21 and 22 are switched through continuously. Switching off the known power amplifier 10 is only regarding the ladder 21 and 22 possible by the switch contacts 50 and 80 be opened so that the triacs assigned to the two conductors 60 respectively 90 operated locked. Because the triacs alone have a current flow through the conductors 21 and 22 need to lock, special semiconductor components are used that can withstand a reverse voltage of about 1200 V.
Die in 1 gezeigte bekannte Leistungsendstufe ist nicht geeignet, die Anforderungen der Sicherheitskategorie 3 zu erfüllen, da keine dreiphasige Abschaltung der Leistungsendstufe möglich ist. Denn in dem Leiter 20 ist kein Schalter vorgesehen, der den Leiter öffnen könnte.In the 1 known power amplifier shown is not suitable, the requirements of the safety category 3 to be fulfilled, since no three-phase shutdown of the power output stage is possible. Because in the conductor 20 there is no switch that could open the conductor.
Aus der DE 29 49 981 A1 ist eine Schaltungsanordnung für Umkehrschütze von Drehstrommotoren bekannt. Die Schaltungsanordnung weist zwei Schütze auf, die jeweils zwei Parallelschaltungen aus einem Öffner- und einem Schließerkontakt aufweisen. Die erste Parallelschaltung des ersten Schützes ist mit einer Zuleitung einer ersten Phase verbunden, während die zweite Parallelschaltung des ersten Schützes über eine Zuleitung mit einer zweiten Phase verbunden ist. Die beiden Zuleitungen zur ersten und zweiten Parallelschaltung sind mit Brücken versehen, die einem jeweiligen Schließkontakt oder einem jeweiligen Öffnerkontakt zugeordnet sind. Die Öffnerkontakte und Schließerkontakte der Parallelschaltungen der beiden Schütze sind über sich kreuzende Leitungen miteinander verbunden. Die Öffner- und Schließkontakte jeder Parallelschaltung des zweiten Schützes sind wiederum über Brücken jeweils getrennt überbrückt und mit Zuleitungen zum Drehstrommotor verbunden.From the DE 29 49 981 A1 a circuit arrangement for reversing contactors of three-phase motors is known. The circuit arrangement has two contactors, each of which has two parallel circuits comprising an NC contact and a NO contact. The first parallel connection of the first contactor is connected to a feed line of a first phase, while the second parallel connection of the first contactor is connected to a second phase via a feed line. The two feed lines to first and second parallel connections are provided with bridges which are assigned to a respective make contact or a respective break contact. The normally closed contacts and the normally open contacts of the parallel connections of the two contactors are connected to one another via crossing lines. The normally closed and normally open contacts of each parallel connection of the second contactor are in turn bridged separately via bridges and connected to leads to the three-phase motor.
Aus der DE 100 29 789 C1 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der ein Drehstromverbraucher über drei Schaltkontakte eines elektromagnetischen Schützes an die Leiter eines Leiternetzes angeschlossen ist.From the DE 100 29 789 C1 A circuit arrangement is known in which a three-phase current consumer is connected to the conductors of a conductor network via three switching contacts of an electromagnetic contactor.
Aus der DE 100 03 692 A1 ist ein Halbleiter-Sanftstarter mit Wendefunktion bekannt. Sowohl der Halbleiter-Sanftstarter als auch die Wendefunktion sind vollständig auf einer Halbleiterbasis aufgebaut. Der die Wendefunktion realisierende Halbleiter-Wendeschütz ist nur dazu vorgesehen, die Drehrichtung für einen Drehstrommotor umzukehren. Hierzu weist die Schaltungsanordnung eine Umkehrlogik auf. Insbesondere sorgt die bekannte Schaltungsanordnung dafür, dass die Halbleiterschalter des Wendeschützes derart angesteuert werden, dass eine nahtlose beziehungsweise stetige Drehrichtungsänderung realisierbar ist.From the DE 100 03 692 A1 a semiconductor soft starter with reversing function is known. Both the semiconductor soft starter and the reversing function are built entirely on a semiconductor basis. The semiconductor reversing contactor that realizes the reversing function is only intended to reverse the direction of rotation for a three-phase motor. For this purpose, the circuit arrangement has a reversal logic. In particular, the known circuit arrangement ensures that the semiconductor switches of the reversing contactor are controlled in such a way that a seamless or continuous change in the direction of rotation can be achieved.
In der US 6 781 342 B2 ist ein Sanftstarter für einen Drehstrommotor beschreiben, der drei Leiter und eine zwischen zwei Leiter geschaltete Wendeschalteinrichtung, mit der nur die Drehrichtung des Drehstrommotors festgelegt wird, aufweist. In zwei der drei Leiter ist eine elektromagnetische Schalteinrichtung zum Öffnen und Schließen des jeweiligen Leiters geschaltet. Eine weitere Schalteinrichtung ist mit den drei Leitern verbunden. Um einen Sanftstart zu ermöglichen, weist die Schalteinrichtung in jedem der drei Leiter eine Parallelschaltung aus einem Schaltkontakt und einer Impedanz auf.In the US 6,781,342 B2 is a soft starter for a three-phase motor which has three conductors and a reversing switching device connected between two conductors, with which only the direction of rotation of the three-phase motor is determined. An electromagnetic switching device for opening and closing the respective conductor is connected in two of the three conductors. Another switching device is connected to the three conductors. In order to enable a smooth start, the switching device has a parallel connection of a switching contact and an impedance in each of the three conductors.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte dreiphasige Leistungsendstufe derart weiter zu entwickeln, dass diese die Anforderungen der Sicherheitskategorie 3 sowie der Stop-Kategorien 0 und 1 erfüllt.The invention is therefore based on the object of further developing the three-phase power output stage mentioned at the outset in such a way that it meets the requirements of the safety category 3 as well as the stop categories 0 and 1 Fulfills.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist darin zu sehen, eine neuartige Wendeschalteinrichtung anzugeben, die die Verwendung von kostengünstigeren Halbleiterbauelementen für die bei der Leistungsendstufe eingesetzten Halbleiterschalter ermöglicht. Dank der neuartigen Wendeschalteinrichtung werden die Halbleiterschalter nämlich im gesperrten Zustand niedrigeren Sperrspannungen, d.h. etwa 800 V ausgesetzt als bei der in 1 gezeigten Leistungsendstufe, bei der die Sperrspannungen bei etwa 1200 V liegen. Ferner können die bei der bekannten dreiphasigen Leistungsendstufe nach 1 vorgesehenen Schutzschaltungen für die Halbleiterschalter bei der neuartigen Leistungsendstufe entfallen.Another aspect of the invention is to be seen in specifying a new type of reversing switching device which enables the use of less expensive semiconductor components for the semiconductor switches used in the power output stage. Thanks to the new type of reversing switch, the semiconductor switches are exposed to lower reverse voltages, ie about 800 V, than when the in 1 Power amplifier shown, in which the reverse voltages are around 1200 V. Furthermore, the in the known three-phase power output stage 1 The protective circuits provided for the semiconductor switches in the novel power output stage are eliminated.
Ein Kerngedanke der Erfindung ist somit darin zu sehen, eine dreiphasige Leistungsendstufe zu schaffen, die vollständig abschaltbar ist und somit den Anforderungen der Sicherheitskategorie 3 genügt. Hierzu ist erforderlich, dass jeder Leiter der dreiphasigen Leistungsendstufe abgeschaltet werden kann.A core idea of the invention is therefore to be seen in creating a three-phase power output stage that can be completely switched off and thus meets the requirements of the safety category 3 enough. This requires that each conductor of the three-phase power amplifier can be switched off.
Ein weiterer Kerngedanke der Erfindung ist darin zu sehen, die elektrische Belastung der eingesetzten Halbleiterschalter im abgeschalteten Betrieb der Leistungsendstufe zu verringern. Hierzu wird eine besondere Wendeschalteinrichtung verwendet, bei der beispielsweise zwei jeweils zwei Schaltkontakte aufweisende Relais parallel zwischen zwei Leiter geschaltet sind, derart, dass bei einer vorbestimmten Schaltkontaktstellung die beiden Leiter aufgetrennt sind. Ein Stromfluss durch diese beiden Leiter wird demzufolge nicht, wie beim Stand der Technik, allein durch die verwendeten Halbleiterschalter, sondern hauptsächlich durch die elektromechanischen Schaltkontakte der Wendeschalteinrichtung blockiert.A further core idea of the invention is to be seen in reducing the electrical load on the semiconductor switches used when the power output stage is switched off. For this purpose, a special reversing switching device is used, in which, for example, two relays each having two switching contacts are connected in parallel between two conductors, such that the two conductors are separated in a predetermined switching contact position. A current flow through these two conductors is consequently not blocked, as in the prior art, solely by the semiconductor switches used, but mainly by the electromechanical switching contacts of the reversing switching device.
Das oben genannte technische Problem wird zum einen durch die Merkmale des Anspruchs 1 und zum anderen durch die Merkmale des Anspruchs 2 gelöst.The technical problem mentioned above is solved on the one hand by the features of claim 1 and on the other hand by the features of claim 2.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous further developments are the subject of the dependent claims.
Bei den Halbleiterschaltern kann es sich um Triacs, das sind Wechselstromschalter handeln, deren Zündenergie von einer Einrichtung bereitgestellt wird, die an eine Netzspannung angeschlossen ist. Die Einrichtung zum Bereitstellen der Zündenergie ist derart ausgebildet, dass sie die Halbleiterschalter für eine vorbestimmte Zeit im gezündeten Zustand hält, auch wenn zwischendurch der erste und zweite Schaltkontakt des ersten Schaltelements angesteuert wird. Dadurch wird sichergestellt, dass das zwischen dem zweiten und dritten Leiter angeordnete erste Schaltelement nahezu verschleißfrei geschaltet wird.The semiconductor switches can be triacs, which are alternating current switches, the ignition energy of which is provided by a device which is connected to a mains voltage. The device for providing the ignition energy is designed in such a way that it keeps the semiconductor switches in the fired state for a predetermined time, even if the first and second switching contacts of the first switching element are actuated in between. This ensures that the first switching element arranged between the second and third conductors is switched almost without wear.
Die ersten Schaltkontakte der zweiten Schaltelemente der Wendeschalteinrichtung sind an dem zweiten Leiter und die zweiten Schaltkontakte der zweiten Schaltelemente an dem dritten Leiter angeschaltet.The first switching contacts of the second switching elements of the reversing switching device are connected to the second conductor and the second switching contacts of the second switching elements are connected to the third conductor.
Ein drittes Schaltelement ist mit wenigstens zwei Schaltkontakten an den ersten Leiter angeschlossen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass in jedem Leiter der dreiphasigen Leistungsendstufe mindestens zwei Schaltkontakte vorgesehen sind. Dadurch wird sichergestellt, dass die dreiphasige Leistungsendstufe die Stop-Kategorie 0 und Stop-Kategorie 1-Bedingungen erfüllt. Denn selbst bei Ausfall eines Schaltkontaktes ist ein sicheres dreiphasiges Abschalten der Leistungsendstufe immer noch möglich.A third switching element is connected to the first conductor with at least two switching contacts. This ensures that at least two switching contacts are provided in each conductor of the three-phase power output stage. This ensures that the three-phase power amplifier is the stop category 0 and Stop Category 1 conditions met. Because even if one switch contact fails, a safe three-phase shutdown of the power output stage is still possible.
Eine alternative Verschaltung der Wendeschalteinrichtung sieht vor, dass die ersten Schaltkontakte der beiden zweiten Schaltelemente an dem ersten Leiter und die zweiten Schaltkontakte der beiden zweiten Schaltelemente an dem dritten Leiter angeschaltet sind.An alternative connection of the reversing switching device provides that the first switching contacts of the two second switching elements are connected to the first conductor and the second switching contacts of the two second switching elements are connected to the third conductor.
Der Sicherheitsgrad kann beim Abschalten der Leistungsendstufe gemäß der zweiten Alternative gegenüber der ersten Alternative dadurch gesteigert werden, dass ein drittes Schaltelement mit einem ersten und zweiten Schaltkontakt vorgesehen ist, wobei der erste Schaltkontakt an den ersten Leiter und der zweite Schaltkontakt an den zweiten Leiter angeschlossen ist. Dadurch wird sichergestellt, dass in jedem Leiter jeweils zwei unabhängig voneinander ansteuerbare Schaltkontakte und Halbleiterschalter vorgesehen sind.The degree of security when the power output stage is switched off in accordance with the second alternative compared to the first alternative can be increased in that a third switching element is provided with a first and a second switching contact, the first switching contact being connected to the first conductor and the second switching contact being connected to the second conductor , This ensures that two independently controllable switch contacts and semiconductor switches are provided in each conductor.
Dadurch, dass in der Leistungsendstufe vorzugsweise nur Relais mit jeweils zwei Schaltkontakten eingesetzt werden, bleibt die Anzahl verwendeter Relais gegenüber der in 1 gezeigten Leistungsendstufe bei deutlich verbesserter Sicherheit gleich.The fact that only relays with two switching contacts each are preferably used in the power output stage means that the number of relays used remains that in FIG 1 power output stage shown with significantly improved security the same.
Herkömmlicherweise sind die Halbleiterschalter durch jeweils eine Schutzeinrichtung vor Überspannungen und anderen elektrischen Störungen geschützt. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die besondere Verschaltung der Wendeschalteinrichtung und die Verwendung eines elektromechanischen Schaltelements, dessen beide Schaltkontakte entweder in dem Leiter 1 oder jeweils in dem ersten und zweiten Leiter angeschlossen sind, einen Einsatz von Halbleiterschaltern auch ohne Schutzschaltungen ermöglichen.Conventionally, the semiconductor switches are each protected from overvoltages and other electrical disturbances by a protective device. At this point it should be noted that the special connection of the reversing switching device and the use of an electromechanical switching element, the two switching contacts of which are either in the conductor 1 or are each connected in the first and second conductors, enable the use of semiconductor switches even without protective circuits.
In an sich bekannter Weise kann zwischen den drei Leitern eine Schutzschaltung gegen Überspannungen geschaltet sein.In a manner known per se, a protective circuit against overvoltages can be connected between the three conductors.
Zum ordnungsgemäßen An- und Abschalten der dreiphasigen Leistungsendstufe ist eine Steuereinrichtung, gegebenenfalls auch eine programmierbare Steuereinrichtung, zum Ansteuern der Schaltelemente und Halbleiterschalter vorgesehen.A control device, possibly also a programmable control device, for controlling the switching elements and semiconductor switches is provided for the correct switching on and off of the three-phase power output stage.
Um beim Auftreten eines Fehlers die dreiphasige Leistungsendstufe schnell und zuverlässig abschalten zu können, ist eine Überwachungseinrichtung vorgesehen, die den in den Leitern fließenden Strom, die zwischen den Leitern anliegende Ausgangsspannungen und/oder die Laufrichtung wenigstens eines angeschlossenen Drehstrommotors überwachen kann, wobei die Steuereinrichtung unter Ansprechen auf die Überwachungseinrichtung die jeweiligen Schaltelemente und Halbleiterschalter ansteuert.In order to be able to switch off the three-phase power output stage quickly and reliably when an error occurs, a monitoring device is provided which can monitor the current flowing in the conductors, the output voltages present between the conductors and / or the running direction of at least one connected three-phase motor, the control device below Responsive to the monitoring device controls the respective switching elements and semiconductor switches.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine dreiphasige Leistungsendstufe nach dem Stand der Technik,
- 2 eine dreiphasige Leistungsendstufe gemäß der Erfindung,
- 3 eine alternative dreiphasige Leistungsendstufe gemäß der Erfindung, und
- 4 eine schematische Darstellung einer dreiphasigen Leistungsendstufe gemäß der Erfindung ohne Verwendung einer Wendeschalteinrichtung.
The invention is explained in more detail below using several exemplary embodiments in conjunction with the accompanying drawings. Show it: - 1 a three-phase power amplifier according to the state of the art,
- 2 a three-phase power amplifier according to the invention,
- 3 an alternative three-phase power amplifier according to the invention, and
- 4 is a schematic representation of a three-phase power amplifier according to the invention without using a reversing switching device.
2 zeigt eine dreiphasige Leistungsendstufe mit drei Leitern 210, 211 und 212. Die zu einer nicht dargestellten Drehstromversorgungseinrichtung weisenden Leiterenden tragen in herkömmlicherweise die Bezeichnungen L1, L2 und L3, während die entfernten Leiterenden die üblichen Bezeichnungen T1, T2 und T3 tragen. In der Nähe der Leiterenden L1, L2 und L3 befindet sich zwischen den drei Leitern 210, 211 und 212 eine an sich bekannte Überspannungsschutzschaltung 220, die ähnlich der in 1 gezeigten Schutzschaltung 40 aufgebaut sein kann. Zwischen den Leitern 210 und 211 ist ein elektromechanisches Schaltelement 230 geschaltet, welches im vorliegenden Beispiel ein Relais mit zwei Schaltkontakten 231 und 232 ist. Mit anderen Worten weisen die parallel angeordneten Leiter 210 und 211 jeweils einen Schaltkontakt, nämlich den Schaltkontakt 231 bzw. 232, des Schaltelements 230 auf. Der Schaltkontakt 231 ist in den Leiter 210 geschaltet, während der Schaltkontakt 232 in den Leiter 211 geschaltet ist. Ein zweites elektromechanisches Schaltelement 240, welches im vorliegenden Beispiel wiederum ein Relais ist, ist zwischen dem Leiter 211 und dem Leiter 212 geschaltet. Das Relais 240 weist wiederum zwei Schaltkontakte 241 und 242 auf. Mit anderen Worten weisen die parallel angeordneten Leiter 211 und 212 jeweils einen Schaltkontakt, nämlich den Schaltkontakt 241 bzw. 242, des Schaltelements 240 auf. Der Schaltkontakt 241 ist in den Leiter 211 geschaltet, während der Schaltkontakt 242 in den Leiter 212 geschaltet ist. Parallel zum Schaltkontakt 241 ist eine allgemein mit 250 bezeichnete Schalteinrichtung geschaltet, die als Halbleiterschaltelement einen Triac, also einen Wechselstromschalter, und eine dazu parallel geschaltete Reihenschaltung aus einem Widerstand 252 und einem Kondensator 253 aufweist, welche als Schutzschaltung für den Triac 251 fungiert. An dieser Stelle sei erwähnt, dass die besondere Schaltungsanordnung der dreiphasigen Leistungsendstufe 200 dazu führt, dass die Schutzschaltung nicht erforderlich ist. Der Grund hierfür wird weiter unten näher ausgeführt. 2 shows a three-phase power amplifier with three conductors 210 . 211 and 212 , The conductor ends pointing to a three-phase supply device, not shown, conventionally have the designations L1 . L2 and L3 , while the removed wire ends have the usual designations T1 . T2 and T3 wear. Near the ends of the ladder L1 . L2 and L3 is between the three conductors 210 . 211 and 212 a known surge protection circuit 220 that are similar to that in 1 protection circuit shown 40 can be built. Between the ladders 210 and 211 is an electromechanical switching element 230 switched, which in the present example is a relay with two switching contacts 231 and 232 is. In other words, the conductors arranged in parallel point 210 and 211 one switch contact each, namely the switch contact 231 respectively. 232 , the switching element 230 on. The switch contact 231 is in the ladder 210 switched while the switch contact 232 in the ladder 211 is switched. A second electromechanical switching element 240 , which in the present example is a relay, is between the conductor 211 and the leader 212 connected. The relay 240 again has two switch contacts 241 and 242 on. In other words, the conductors arranged in parallel point 211 and 212 one switch contact each, namely the switch contact 241 respectively. 242 , the switching element 240 on. The switch contact 241 is in the ladder 211 switched while the switch contact 242 in the ladder 212 is switched. Parallel to the switch contact 241 is a general with 250 designated switching device connected as a semiconductor switching element, a triac, that is, an AC switch, and one parallel to it connected series connection from a resistor 252 and a capacitor 253 which acts as a protective circuit for the triac 251 acts. At this point it should be mentioned that the special circuit arrangement of the three-phase power amplifier 200 means that the protective circuit is not required. The reason for this is explained in more detail below.
In ähnlicher Weise ist parallel zum Schaltkontakt 242 eine Schalteinrichtung 260 geschaltet, die ebenfalls einen Halbleiterschalter 261, welcher als Triac ausgebildet ist, aufweist. Ferner ist eine optionale Schutzschaltung parallel zu dem Halbleiterschalter 261 geschaltet. Die Schutzschaltung enthält wiederum beispielsweise einen Kondensator 263 und einen Widerstand 262. Die Zündenergie für die Triacs 251 und 261 wird beispielsweise von einem Übertrager 270 geliefert, der an einer Wechselspannung angeschlossen sein kann. In an sich bekannter Weise kann Die Zündenergie für die Triacs 251 und 261 kann in an sich bekannter Weise auch von einem Opto-Triac bereitgestellt werden. Als Halbleiterschalter 251 und 261 können anstelle von Triacs auch antiparallele Thyristoren verwendet werden.Similarly, is parallel to the switch contact 242 a switching device 260 switched, which is also a semiconductor switch 261 , which is designed as a triac. Furthermore, an optional protective circuit is parallel to the semiconductor switch 261 connected. The protective circuit in turn contains, for example, a capacitor 263 and a resistance 262 , The ignition energy for the triacs 251 and 261 is used, for example, by a transformer 270 supplied, which can be connected to an AC voltage. The ignition energy for the triacs 251 and 261 can also be provided by an opto-triac in a manner known per se. As a semiconductor switch 251 and 261 Antiparallel thyristors can also be used instead of triacs.
Bereits an dieser Stelle sei erwähnt, dass ein Vorteil der in 2 gezeigten dreiphasigen Leistungsendstufe gegenüber der in 1 gezeigten bekannten Leistungsendstufe darin zu sehen ist, dass als Halbleiterbauelemente für die Halbleiterschalter 251 und 261 kostengünstigere Bauteile verwendet werden können, da die Halbleiterschalter 261 und 251 lediglich einer Sperrspannung von etwa 800 V ausgesetzt werden, während die Halbleiterschalter 60 und 90 Sperrspannungen von etwa 1200 V standhalten müssen. Ein Grund hierfür ist darin zu sehen, dass die Wendeschutzschaltung 100 gemäß der in 1 gezeigten Leistungsendstufe lediglich die Laufrichtung eines angeschlossenen, nicht dargestellten, Drehstrommotors steuert. Im Unterschied dazu wird in der Leistungsendstufe 200 nach 2 eine Wendeschalteinrichtung 280 verwendet, die nicht nur die Laufrichtung eines angeschlossenen Drehstrommotors wechseln kann, sondern auch der Abschaltung der Leistungsendstufe dient. Hierzu weist die Wendeschalteinrichtung 280 zwei elektromechanische Schaltelemente 290 und 295 auf, die parallel zwischen die Leiter 210 und 212 geschaltet sind. Beide Schaltelemente sind beispielsweise jeweils als Relais ausgebildet. Das Relais 290 weist zwei Schaltkontakte 291 und 292 auf, wobei der Schaltkontakt 291 an den Leiter 210 und der Schaltkontakt 292 an den Leiter 212 angeschaltet ist. Das Relais 295 weist ebenfalls zwei Schaltkontakte 296 und 297 auf. Mit anderen Worten weisen die Leiter 210 und 212 jeweils einen Schaltkontakt, nämlich den Schaltkontakt 291 bzw. 292, des Schaltelements 290 sowie jeweils einen weiteren Schaltkontakt, nämlich den Schaltkontakt 296 bzw. 297, des Schaltelements 280 auf. Der Schaltkontakt 296 ist mit dem Anschluss T1 des Leiters 210 verbunden, während der Schaltkontakt 297 mit dem Anschluss T3 des Leiters 212 verbunden ist. Dadurch, dass die Schaltelemente 290 und 295 zwischen den Leitern 210 und 212 angeordnet sind, können deren Schaltkontakte gegensinnig angesteuert werden, derart, dass die Wendeschaltung 280 in der dargestellten Stellung der Schaltkontakte 291, 292, 296 und 297 die Leiter 210 und 212 auftrennt. Ein Stromfluss durch die Leiter 210 und 212 wird somit mechanisch unterbrochen. Ein Stromfluss vom Leiteranfang L1 zum Leiterausgang T3 beziehungsweise vom Leiteranfang L3 zum Leiterausgang T1 wird dadurch erreicht, dass die Schaltkontakte 296 und 297 des Relais 295 nach innen geschaltet werden und dadurch mit gekreuzten Leiterabschnitten 302 bzw. 303 verbunden werden.At this point it should be mentioned that an advantage of the in 2 shown three-phase power amplifier compared to that in 1 The known power output stage shown can be seen in that as semiconductor components for the semiconductor switch 251 and 261 cheaper components can be used because the semiconductor switch 261 and 251 only a reverse voltage of about 800 V will be exposed while the semiconductor switch 60 and 90 Must withstand reverse voltages of about 1200 V. One reason for this is that the reversing protection circuit 100 according to the in 1 shown power output stage controls only the direction of a connected, not shown, three-phase motor. The difference is in the final stage 200 to 2 a reversing switch 280 used, which can not only change the direction of rotation of a connected three-phase motor, but also serves to switch off the power output stage. For this purpose, the reversing switch device 280 two electromechanical switching elements 290 and 295 on that parallel between the ladder 210 and 212 are switched. Both switching elements are each designed as a relay, for example. The relay 290 has two switch contacts 291 and 292 on, the switch contact 291 to the leader 210 and the switch contact 292 to the leader 212 is switched on. The relay 295 also has two switch contacts 296 and 297 on. In other words, the leaders are pointing 210 and 212 one switch contact each, namely the switch contact 291 respectively. 292 , the switching element 290 as well as a further switch contact, namely the switch contact 296 respectively. 297 , the switching element 280 on. The switch contact 296 is with the connection T1 of the leader 210 connected while the switch contact 297 with the connection T3 of the leader 212 connected is. Because the switching elements 290 and 295 between the ladders 210 and 212 are arranged, their switching contacts can be driven in opposite directions, such that the reversing circuit 280 in the position of the switch contacts shown 291 . 292 . 296 and 297 the ladder 210 and 212 separates. A current flow through the conductors 210 and 212 is thus interrupted mechanically. A current flow from the beginning of the conductor L1 to the conductor exit T3 or from the beginning of the ladder L3 to the conductor exit T1 is achieved in that the switch contacts 296 and 297 of the relay 295 are switched inwards and therefore with crossed conductor sections 302 respectively. 303 get connected.
Werden hingegen die Schaltkontakte 291 und 292 des Relais 290 nach außen geschaltet, kontaktieren sie mit den Schaltkontakten 296 und 297 des Relais 295 die Leiterabschnitte 300 bzw. 301. Diese Stellung der Schaltkontakte sorgt für einen Stromfluss durch die Leiter 210 und 212 ermöglicht, sofern der Schaltkontakte 231 sowie der Schaltkontakt 242 geschlossen und/oder der Triac 261 gezündet ist.However, the switch contacts 291 and 292 of the relay 290 switched to the outside, make contact with the switch contacts 296 and 297 of the relay 295 the conductor sections 300 respectively. 301 , This position of the switch contacts ensures a current flow through the conductors 210 and 212 allows, provided the switch contacts 231 as well as the switch contact 242 closed and / or the triac 261 is ignited.
Dank des Relais 230, der besonderen Verschaltung der Wendeschalteinrichtung 280 zwischen den Leitern 210 und 212, des Relais 240, welches in die Leiter 211 und 212 geschaltet ist, sowie der Halbleiterschalter 251 und 261, sind die Anforderungen der Sicherheitskategorie 3 für dreiphasige Leistungsendstufen sichergestellt, da ein dreiphasiges Abschalten der Leistungsendstufe 200 möglich ist. Ferner befinden sich beim vorliegenden Ausführungsbeispiel in jedem Leiter zumindest zwei mechanische Schaltkontakte, die sicheres Abschaltung der Leistungsendstufe auch dann erreichen werden, wenn ein Schaltkontakt oder ein Halbleiterschaltelement defekt ist. Da, wie bereits erwähnt, die Wendeschalteinrichtung 280 im Unterschied zu der in 1 gezeigten Wendeschalteinrichtung 100 eine Abschaltfunktionalität für die Leiter 210 und 212 besitzt, und ferner in dem Leiter 211 ein separater Schaltkontakt 232 angeordnet ist, liegen im abgeschalteten Zustand an den Halbleiterschaltelementen 251 und 261 niedrigere Sperrspannungen an als an den Halbleiterschaltelementen 60 und 90 der in 1 gezeigten Leistungsendstufe. Damit können kostengünstigere Bauelemente zur Realisierung der Halbleiterschaltelemente verwendet und auf eine Schutzbeschaltung verzichtet werden.Thanks to the relay 230 , the special connection of the reversing switching device 280 between the ladders 210 and 212 , the relay 240 which is in the ladder 211 and 212 is switched, as well as the semiconductor switch 251 and 261 , are the requirements of the security category 3 for three-phase power amplifiers, because the power amplifier is switched off three-phase 200 is possible. Furthermore, in the present exemplary embodiment, there are at least two mechanical switch contacts in each conductor, which will achieve a safe shutdown of the power output stage even if a switch contact or a semiconductor switching element is defective. There, as already mentioned, the reversing switching device 280 unlike that in 1 shown reversing switching device 100 a shutdown functionality for the ladder 210 and 212 owns, and also in the conductor 211 a separate switch contact 232 is arranged, are in the switched-off state on the semiconductor switching elements 251 and 261 lower reverse voltages than at the semiconductor switching elements 60 and 90 the in 1 power output stage shown. In this way, more cost-effective components can be used to implement the semiconductor switching elements and a protective circuit can be dispensed with.
In 3 ist eine alternative Ausführungsform einer dreiphasigen Leistungsendstufe dargestellt, die allgemein mit 400 bezeichnet ist. Ähnlich der in 2 gezeigten Leistungsendstufe 200 weist die in 3 gezeigte Leistungsendstufe wiederum zumindest zwei mechanische Schaltkontakte in jedem Leiter auf. Auch die Leistungsendstufe 400 weist drei Leiter auf, die in 3 mit 410, 411 und 412 bezeichnet sind. Die Einspeisung der Wechselströme in die Leiter 410, 411 und 412 erfolgt beispielsweise über Übertrager 420, 421 und 422. Eingangsseitig ist ähnlich zu der in 2 dargestellten Leistungsendstufe 200 eine Überspannungsschutzschaltung 430 zwischen den Leitern 410, 411 und 412 angeschaltet. Ähnlich der in 2 gezeigten Leistungsendstufe 200 ist zwischen den Leiter 411 und 412 ein elektromechanisches Schaltelement in Form eines Relais 430 geschaltet, welches zwei Schaltkontakte 431 und 432 aufweist. Der Schaltkontakt 431 befindet sich im Leiter 411, während der zweite Schaltkontakt 432 sich im Leiter 412 befindet. Parallel zum Schaltkontakt 431 ist eine Schalteinrichtung 440 geschaltet, die ähnlich der in 2 dargestellten Schalteinrichtung 250 ein Halbleiterschaltelement, welches ein Triac sein kann, und optional eine Schutzschaltung aufweisen kann. In ähnlicher Weise parallel zum Schaltkontakt 432 eine Schalteinrichtung 445 geschaltet, die wiederum einen als Triac ausgebildeten Halbleiterschalter und optional dazu eine Schutzeinrichtung aufweisen kann. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Leistungsendstufe 200 ist in den Leiter 410 ein Relais 450 mit beispielsweise zwei Schaltkontakten 451 und 452 geschaltet. Im Unterschied zur Leistungsendstufe 200 nach 2 ist eine Wendeschalteinrichtung 460 nicht mit dem ersten und dritten Leiter, sondern mit dem zweiten Leiter 411 und dritten Leiter 412 verbunden. Die Wendeschalteinrichtung 460 weist ähnlich der in 2 gezeigten Wendeschalteinrichtung 280 zwei elektromechanische Schaltelemente 470 und 475 in Form von Relais auf. Das Relais 470 weist wiederum zwei Schaltkontakte 471 und 472 auf, wobei der Schaltkontakt 471 mit dem Leiter 411 verbunden ist, während der Schaltkontakt 472 mit dem Leiter 412 verbunden ist. In ähnlicher Weise weist das Relais 475 zwei Schaltkontakte 476 und 477 auf. Der Schaltkontakt 476 ist mit dem Leiter 411 verbunden, während der Schaltkontakt 477 mit dem Leiter 412 verbunden ist. Die Wendeschalteinrichtung 460 weist weiterhin Leiterabschnitte 480, 481, 482 und 483 auf, an die die Schaltkontakte der Relais 470 und 475 angelegt werden können, um einen Wechsel des Stromflusses vom Leiter 411 zum Leiter 412 und umgekehrt, einen Durchfluss des Stroms durch die Leiter 411 und 412 sowie eine Sperrung des Stromflusses durch die Leiter 411 und 412 zu ermöglichen. Diese Funktionsweise wurde bereits an Hand der Leistungsendstufe 200 ausführlich erläutert. Die Schaltkontakte 471 und 472 des Relais 470 sowie die Schaltkontakte 476 und 477 des Relais 475 können wiederum gegensinnig angesteuert werden können, so dass mit der in 3 gezeigten Stellung der Schaltkontakte die Wendeschalteinrichtung 460 den Stromfluss durch die Leiter 411 und 412 mechanisch unterbrechen kann. Ausgangsseitig kann an die Leiter 410, 411 und 412 ein Spannungsdetektor 490 angeschlossen sein, über den die Ausgangsspannungen an den Leitern 410, 411 und 412 gemessen werden können. Hierzu bilden Widerstände 491 und 494 einen Spannungsteiler, der an den Leiter 410 angeschlossen ist, Widerstände 492 und 495 einen Spannungsteiler, der an den Leiter 411 angeschlossen ist, und Widerstände 493 und 496 einen Spannungsteiler, der an den Leiter 412 angeschlossen ist. In die Leiter 410, 411 und 412 kann jeweils ein Stromdetektor (nicht dargestellt) geschaltet sein, der den Strom in den jeweiligen Leitern messen kann. Die gemessenen Spannungs- und Stromwerte können einer Ablaufsteuerungs- und Überwachungseinrichtung 405 zugeführt werden. Ferner ist die Ablaufsteuerungs- und/oder Überwachungseinrichtung 405 mit den Schaltkontakten 431, 432, 451, 452, 471, 476, 472, 477 und den Halbleiterschaltern 440 und 445 verbunden. Die Schaltkontakte und Halbleiterschalter können gemäß einer programmierbaren Ablaufsteuerung oder unter Ansprechen auf einen gemessenen Spannungs- und/oder Stromwert, der einen Fehler der Leistungsendstufe 400 anzeigt, angesteuert werden. Ebenfalls kann die Ablaufsteuerungs- und/oder Überwachungseinrichtung 405 die Laufrichtung eines angeschlossenen Drehstrommotors überwachen.In 3 An alternative embodiment of a three-phase power output stage is shown, generally with 400 is designated. Similar to that in 2 power output stage shown 200 indicates the in 3 Power output stage shown in turn at least two mechanical switch contacts in every leader. The power stage too 400 has three conductors in 3 With 410 . 411 and 412 are designated. The feeding of the alternating currents into the conductors 410 . 411 and 412 takes place for example via transformers 420 . 421 and 422 , The input side is similar to that in 2 Power output stage shown 200 an overvoltage protection circuit 430 between the ladders 410 . 411 and 412 turned on. Similar to that in 2 power output stage shown 200 is between the ladder 411 and 412 an electromechanical switching element in the form of a relay 430 switched, which has two switching contacts 431 and 432 having. The switch contact 431 is in the ladder 411 while the second switch contact 432 yourself in the leader 412 located. Parallel to the switch contact 431 is a switching device 440 switched, which is similar to that in 2 switching device shown 250 a semiconductor switching element, which can be a triac, and optionally can have a protective circuit. In a similar way parallel to the switch contact 432 a switching device 445 switched, which in turn can have a semiconductor switch designed as a triac and optionally a protective device. Unlike the one in 2 power output stage shown 200 is in the ladder 410 a relay 450 with two switch contacts, for example 451 and 452 connected. In contrast to the power stage 200 to 2 is a reversing switching device 460 not with the first and third conductors, but with the second conductor 411 and third leader 412 connected. The reversing switch 460 points similar to that in 2 shown reversing switching device 280 two electromechanical switching elements 470 and 475 in the form of relays. The relay 470 again has two switch contacts 471 and 472 on, the switch contact 471 with the leader 411 is connected while the switch contact 472 with the leader 412 connected is. Similarly, the relay points 475 two switch contacts 476 and 477 on. The switch contact 476 is with the leader 411 connected while the switch contact 477 with the leader 412 connected is. The reversing switch 460 still has conductor sections 480 . 481 . 482 and 483 to which the switching contacts of the relays 470 and 475 can be applied to change the current flow from the conductor 411 to the leader 412 and vice versa, a flow of current through the conductors 411 and 412 as well as blocking the current flow through the conductors 411 and 412 to enable. This functionality was already based on the power stage 200 explained in detail. The switch contacts 471 and 472 of the relay 470 as well as the switch contacts 476 and 477 of the relay 475 can in turn be controlled in opposite directions, so that with the in 3 shown position of the switching contacts the reversing switching device 460 the current flow through the conductors 411 and 412 can interrupt mechanically. The output side can be connected to the ladder 410 . 411 and 412 a voltage detector 490 be connected via the output voltages to the conductors 410 . 411 and 412 can be measured. To do this form resistors 491 and 494 a voltage divider connected to the conductor 410 connected, resistors 492 and 495 a voltage divider connected to the conductor 411 is connected, and resistors 493 and 496 a voltage divider connected to the conductor 412 connected. In the ladder 410 . 411 and 412 a current detector (not shown) can be connected, which can measure the current in the respective conductors. The measured voltage and current values can be a sequence control and monitoring device 405 be fed. Furthermore, the sequence control and / or monitoring device 405 with the switch contacts 431 . 432 . 451 . 452 . 471 . 476 . 472 . 477 and the semiconductor switches 440 and 445 connected. The switch contacts and semiconductor switches can, according to a programmable sequence control or in response to a measured voltage and / or current value, indicate an error in the power output stage 400 indicates to be controlled. The sequence control and / or monitoring device can also be used 405 monitor the running direction of a connected three-phase motor.
Für den Fall, dass ein angeschlossener Drehstrommotor nur in einer Laufrichtung betrieben werden soll, kann auf eine Wendeschalteinrichtung verzichtet werden. Eine entsprechende Leistungsendstufe ist in 4 schematisch dargestellt. Die dreiphasige Leistungsendstufe 500 weist wiederum drei Leiter 510, 511 und 512 auf. Damit auch die Leistungsendstufe 500 die Anforderungen der Sicherheitskategorie 3 erfüllen kann, ist in jeden Leiter wenigstens ein Schaltkontakt 520, 531 und 532 geschaltet. Um ein gesichertes dreiphasiges Abschalten der Leistungsendstufe 500 ermöglichen zu können, können wenigstens zwei Kontakte unabhängig voneinander angesteuert werden. Im vorliegenden Beispiel sind die Schaltkontakte 531 und 532 Teil eines elektromechanischen Schaltelementes 530, welches an die Leiter 511 und 512 angeschlossen ist. Der mit dem Leiter 510 verbundene Schaltkontakt 520 ist Bestandteil eines separaten Schaltelementes. Demzufolge kann der Schaltkontakt 520 gesondert und unabhängig von den Schaltkontakten 531 und 532 angesteuert werden. Um ein sicheres dreiphasiges Abschalten der Leistungsendstufe 500 auch bei Ausfall eines Schaltkontaktes gewährleisten zu können, sind in jedem Leiter zwei Schaltstufen vorgesehen. Die erste Schaltstufe enthält die Schaltkontakte 520, 531 und 532. Die zweite Schaltstufe weist einen Schaltkontakt 540 im Leiter 512, einen Schaltkontakte 551 im Leiter 510 und einen Schaltkontakt 552 im Leiter 511 auf. Parallel zu den Schaltkontakten 551 und 552 können Halbleiterschalter 560 und 570 geschaltet sein, die vorzugsweise wieder aus Triacs aufgebaut sind. Zweckmäßigerweise gehören die Schaltkontakte 551 und 552 zu einem Relais.In the event that a connected three-phase motor is to be operated in one direction only, a reversing switching device can be dispensed with. A corresponding power stage is in 4 shown schematically. The three-phase power amplifier 500 again has three conductors 510 . 511 and 512 on. With it also the power stage 500 the requirements of the security category 3 can meet, there is at least one switch contact in each conductor 520 . 531 and 532 connected. For a safe three-phase shutdown of the power output stage 500 To enable, at least two contacts can be controlled independently. In the present example, the switch contacts 531 and 532 Part of an electromechanical switching element 530 which to the ladder 511 and 512 connected. The one with the leader 510 connected switch contact 520 is part of a separate switching element. As a result, the switch contact 520 separately and independently of the switch contacts 531 and 532 can be controlled. For a safe three-phase shutdown of the power output stage 500 To be able to guarantee even if one switching contact fails, two switching stages are provided in each conductor. The first switching stage contains the switching contacts 520 . 531 and 532 , The second switching stage has a switching contact 540 in the leader 512 , a switch contact 551 in the leader 510 and a switch contact 552 in the leader 511 on. Parallel to the switch contacts 551 and 552 can semiconductor switches 560 and 570 be switched, preferably again from triacs are set up. The switch contacts expediently belong 551 and 552 to a relay.
Die in den 2, 3 und 4 dargestellten Leistungsendstufen zeichnen sich dank der Verwendung elektromechanischer Schaltelemente durch eine große Robustheit gegen Störungen und durch geringe thermische und elektrische Verluste der Halbleiterschalter aus.The in the 2 . 3 and 4 Power amplifiers shown are characterized by the use of electromechanical switching elements due to their great robustness against interference and the low thermal and electrical losses of the semiconductor switches.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der dreiphasigen Leistungsendstufe in Verbindung mit der in 3 dargestellten Ausführungsvariante näher erläutert.The mode of operation of the three-phase power amplifier in conjunction with the in 3 illustrated embodiment explained in more detail.
Zunächst wird die Einschaltphase der Leistungsendstufe beschrieben. Im ersten Schritt werden über die Ablaufsteuerungs- und Überwachungseinrichtung 405 die beiden Schaltkontakte 451 und 452 des Relais 450 geschlossen. Demzufolge besteht ein geschlossener Strompfad über den Leiter 410. Je nachdem, in welcher Laufrichtung ein angeschalteter Drehstrommotor betrieben werden soll, werden entweder die Schaltkontakte 471 und 472 des Relais 470 eingeschaltet, um einen Linkslauf zu erreichen, oder die Schaltkontakte 476 und 477 des Relais 475 geschaltet, um einen Rechtslauf des Drehstrommotors zu erreichen. Werden die Schaltkontakt 471 und 472 nach innen geschaltet, so wird der in den Leiter 411 eingespeiste Wechselstrom über den Schaltkontakt 471 den Leiterabschnitt 481, den Schaltkontakt 477 zum Leiteranschluss T3 des Leiters 412 geführt, während ein in den Leiter 412 eingespeister Wechselstrom über den Schaltkontakt 472, den Leiterabschnitt 482 über den Schaltkontakt 476 zum Leiteranschluss T2 des Leiters 411 geführt wird. Werden hingegen die Schaltkontakte 476 und 475 angesteuert, so findet kein Stromwechsel zwischen den Leitern 411 und 412 statt.The switch-on phase of the power output stage is first described. In the first step, the sequence control and monitoring device 405 the two switch contacts 451 and 452 of the relay 450 closed. As a result, there is a closed current path across the conductor 410 , Depending on the direction in which a switched-on three-phase motor is to be operated, either the switch contacts 471 and 472 of the relay 470 switched on to achieve a counterclockwise rotation, or the switch contacts 476 and 477 of the relay 475 switched to achieve clockwise rotation of the three-phase motor. Become the switch contact 471 and 472 switched inwards, so that is in the conductor 411 AC current fed in via the switch contact 471 the ladder section 481 , the switch contact 477 for conductor connection T3 of the leader 412 led while one in the ladder 412 injected alternating current via the switch contact 472 , the ladder section 482 via the switch contact 476 for conductor connection T2 of the leader 411 to be led. However, the switch contacts 476 and 475 controlled, so there is no current change between the conductors 411 and 412 instead of.
Nach etwa 20ms werden die Halbleiterschalter 440 und 445 über eine nicht dargestellte Energieversorgungseinrichtung gezündet. Beispielsweise können die Halbleiterschalter 440 und 445 über den in 2 dargestellten Übertrager 270 mit Zündenergie versorgt werden. Nach weiteren 20ms werden die Schaltkontakte 431 und 432 des Relais 430 geschlossen. Es sei darauf hingewiesen, dass die angegebenen Zeitspannen lediglich beispielhaft zu verstehen sind. Vorzugsweise sind die Zeitdauern sogar kürzer. Ebenfalls ist es denkbar, die Schaltkontakte 431 und 432 gleichzeitig mit der Zündung der Triacs 440 und 445 zu schließen.After about 20ms the semiconductor switches 440 and 445 ignited via a power supply device, not shown. For example, the semiconductor switch 440 and 445 about the in 2 shown transformer 270 be supplied with ignition energy. After a further 20ms, the switch contacts 431 and 432 of the relay 430 closed. It should be pointed out that the specified time periods are only to be understood as examples. The time periods are preferably even shorter. It is also conceivable for the switch contacts 431 and 432 simultaneously with the ignition of the triacs 440 and 445 close.
Für den vorliegenden Fall sei angenommen, dass die Schaltkontakte 476 und 477 des Relais 475 nach außen geschaltet worden sind, so dass nunmehr durchgeschaltete Leiter 411 und 412 vorliegen. Nachdem die Schaltkontakt 431 und 432 geschlossen worden sind, kann die Zündenergie von den Halbleiterschaltelementen 440 und 445 wieder abgeschaltet werden. Da die Halbleiterschalter 440 und 445 nur noch für eine kurze Zeitspanne, vorzugsweise weniger als 20ms einen einfachen Wechselstrom schalten müssen, können entsprechend kostengünstige Halbleiter zur Realisierung der Triacs verwendet werden. Aus diesem Grund kann auch eine Schutzbeschaltung der Triacs 440 und 445 entfallen.For the present case, assume that the switch contacts 476 and 477 of the relay 475 have been switched to the outside, so that now switched conductors 411 and 412 available. After the switch contact 431 and 432 have been closed, the ignition energy from the semiconductor switching elements 440 and 445 be switched off again. Because the semiconductor switch 440 and 445 only for a short period of time, preferably less than 20 ms, need to switch a simple alternating current can correspondingly inexpensive semiconductors be used to implement the triacs. For this reason, a protective circuit for the triacs 440 and 445 omitted.
Nunmehr wird das ordnungsgemäße Abschalten der Leistungsendstufe 400 beschrieben. Zunächst werden die Halbleiterschalter 440 und 445 wieder gezündet und anschließend die Schaltkontakte 431 und 432 des Relais 430 geöffnet. Der Stromfluss erfolgt nunmehr kurzfristig, in der Regel für weniger als 20 ms, über die Halbleiterschaltelemente 440 und 445. Nach etwa 20 ms wird die Zündenergie von den Halbleiterschaltern 440 und 445 abgetrennt, wodurch der Antrieb eines angeschlossenen Drehstrommotors abgeschaltet wird. Nach weiteren beispielsweise 20ms werden die Schaltkontakte 451 und 452 geöffnet und die Schaltkontakte 476 und 477 der Wendeschaltung 460 wieder nach innen geschaltet, so dass sie nunmehr wieder mit einem Ende des Leiterabschnitts 482 beziehungsweise 481 verbunden sind. Die Wendeschalteinrichtung 460 befindet sich demzufolge wieder im Sperrzustand. Alle drei Leiter der dreiphasigen Leistungsendstufe 400 sind nunmehr geöffnet und ein sicherer Abschaltzustand ist erreicht.Now the proper shutdown of the power output stage 400 described. First, the semiconductor switches 440 and 445 ignited again and then the switch contacts 431 and 432 of the relay 430 open. The current flow now takes place briefly, usually for less than 20 ms, via the semiconductor switching elements 440 and 445 , After about 20 ms, the ignition energy from the semiconductor switches 440 and 445 disconnected, whereby the drive of a connected three-phase motor is switched off. After another 20ms, for example, the switch contacts 451 and 452 opened and the switch contacts 476 and 477 the reversing circuit 460 switched back inward so that it is now back with one end of the ladder section 482 respectively 481 are connected. The reversing switch 460 is therefore again in the locked state. All three conductors of the three-phase power amplifier 400 are now open and a safe shutdown state has been reached.
Während des Betriebs werden die Ströme in den Leitern 410, 411 und 412 sowie die an den Leitern anliegenden Ausgangsspannungen von der Ablaufsteuerungs- und Überwachungseinrichtung überwacht. Sobald die Ablaufsteuerungs- und Überwachungseinrichtung 405 einen Störfall erkennt, werden beispielsweise die Schaltkontakte 451 und 452 im Leiter 410 sowie beispielsweise die Schaltkontakte 476 und 475 und die Schaltkontakte 471 und 472 in den in 3 gezeigten Schaltzustand versetzt, so dass eine dreiphasige mechanische Abschaltung sicher erfolgen kann.During operation, the currents in the conductors 410 . 411 and 412 and the output voltages applied to the conductors are monitored by the sequence control and monitoring device. Once the flow control and monitoring facility 405 the switching contacts are detected, for example 451 and 452 in the leader 410 and for example the switch contacts 476 and 475 and the switch contacts 471 and 472 in the in 3 Switching state shown offset, so that a three-phase mechanical shutdown can take place safely.
Die Funktionsweise und Ansteuerung der Schaltkontakte der in 2 gezeigten dreiphasigen Leistungsendstufe 200 entspricht im Wesentlichen der Funktionsweise und Schaltweise der in 3 dargestellten und oben beschriebenen Leistungsendstufe 400. Die in 2 gezeigte Leistungsendstufe zeichnet sich gegenüber der in 3 gezeigten Leistungsendstufe 400 dadurch aus, dass auch bei Weglassen des Relais 230 eine dreiphasige Abschaltung der Leistungsendstufe erfolgen kann, da in jedem Leiter wenigstens ein Schalter in Form eines mechanischen Schaltkontaktes oder eines Halbleiterschalters vorgesehen ist.The functionality and control of the switching contacts of the 2 shown three-phase power amplifier 200 corresponds essentially to the mode of operation and switching method of in 3 shown and described power amplifier 400 , In the 2 power output stage shown is distinguished from that in 3 power output stage shown 400 characterized in that even if the relay is omitted 230 A three-phase switch-off of the power output stage can take place, since at least one switch in the form of a mechanical switch contact or a semiconductor switch is provided in each conductor.