DE2951118A1

DE2951118A1 - Schaltungsanordnung zur ueberwachung von leistungsschaltern

Info

Publication number: DE2951118A1
Application number: DE19792951118
Authority: DE
Inventors: Peter 4690 Bochum Grundig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-12-19
Filing date: 1979-12-19
Publication date: 1981-07-02
Also published as: DE2951118C2

Description

Schaltungsanordnung zur Uberwachung von Leistungsschaltern
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwachung von Leistungsschaltern, die in Reihe mit einer Last in einem Lastkreis angeordnet sind und von einer Ansteuerspannung in den leitenden Zustand schaltbar sind.
Bei solchen Leistungsschaltern kann es sich um elektronische Bauelemente, wie Thyristoren, Triacs oder Leistungstransistoren, oder um elektromechanische Bauelemente, z.B. Relais oder Schütze, handeln. Solche Bauelemente sind durch eine Ansteuerspannung in den leitenden Zustand schaltbar. Die Ansteuerspannung kann dabei von einer Regeleinrichtung über einen Schaltverstärker geliefert werden. Die Regeleinrichtung kann beispielsweise ein Zweipunktregler mit Kontaktthermometer sein, durch den als Last eine Heizung gesteuert wird. Bei geöffnetem Kontakt des Kontaktthermometers liefert ein von dem Kontaktthermometer gesteuerter Schaltverstärker eine Ansteuerspannung, durch welche der Leistungsschalter in den leitenden Zustand gebracht und die Heizung eingeschaltet wird.
Wenn die Solltemperatur erreicht ist, schließt der Kontakt des Kontaktthermometers. Der Schaltverstärker schaltet um und die Ansteuerspannung fällt weg. Dadurch wird der Leistungsschalter in den nicht-leitenden Zustand gebracht.
Es kann nun im praktischen Betrieb vorkommen, daß der Leistungsschalter durch Strom- oder Spannungsspitzen, thermische Überlastung oder einfach durch Alterung einen Defekt zeigt. Sofern dieser Defekt sich in einer Unterbrechung des Lastkreises äußert, hat das in der Regel zwar möglicherweise nachteilige aber keine katastrophalen Folgen.
Manche Bauelemente haben jedoch die unangenehme Eigenschaft, daß sich ein Defekt in der überwiegenden Zahl der Fälle als innerer Kurzschluß auswirkt. Der Leistungsschalter bleibt leitend und der Lastkreis bleibt geschlossen auch nachdem die Ansteuerspannung weggefallen ist. Das gilt insbesondere für Triacs. Auch bei Relais besteht eine häufige Fehlfunktion darin, daß die Schaltkontakte durch Lichtbogenentladungen miteinander verschweißt werden. Solche Fehlfunktionen des Leistungsschalters führen z.B. bei dem oben angeführten Beispiel der durch ein Kontaktthermometer gesteuerten Heizung dazu, daß auch nach Erreichen des Sollwerts die Heizung eingeschaltet bleibt. Das kann zum Verbrennen eines zu beheizenden Guts führen. Bei der Regelung der Heizung in chemischen Apparaturen kann das Nichtausschalten der Heizung zu einem Brand führen.
Es ist bekannt (DE-OS 27 41 657), den Fühler und den Schaltverstärker im Kleinleistungsbereich so auszubilden, daß sie bei einem Defekt in einen unkritischen Zustand übergehen, z.B. bei einem Defekt des Kontaktthermometers die Ansteuerspannung für den Leistungsschalter wegfällt. Diese Maßnahmen helfen jedoch nicht gegen einen Defekt des Leistungsschalters selbst.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen durch eine Ansteuerspannung in den leitenden Zustand gebrachten Leistungsschalter zu überwachen und Fehlfunktionen zu vermeiden, die durch einen inneren Kurzschluß dieses Leistungsschalters hervorgerufen werden könnten.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß (a) im Lastkreis zusätzlich wenigstens ein Arbeitskontakt eines Relais angeordnet ist und (b) die Versorgungsspannung des Relais entweder von der Ansteuerspannung oder von der an dem Leistungsschalter abfallenden Spannung abgeleitet ist.
Bei einwandfreier Funktion des Leistungsschalters ist bei Anliegen der Ansteuerspannung der Leistungsschalter geschlossen. Die am Leistungsschalter abfallende Spannung ist dann zwar im wesentlichen null, jedoch wird die Versorgungsspannung des Relais aus der Ansteuerspannung abgeleitet. Das Relais ist angezogen und der Lastkreis ist geschlossen. Fällt die Ansteuerspannung weg, dann öffnet der Leistungsschalter. Es liegt dann die Versorgungsspannung des Lastkreises an diesem geöffneten Leistungsschalter an und die davon abgeleitete Versorgungsspannung des Relais hält dieses im angezogenen Zustand. Bleibt der Leistungsschalter jedoch nach Wegfall der Ansteuerspannung geschlossen, so fällt sowohl die Ansteuerspannung als auch die am Leistungsschalter anliegende Spannung für die Erzeugung der Versorgungsspannung des Relais aus. Das Relais fällt dann ab und öffnet den Lastkreis unabhängig vom Schaltzustand des Leistungsschalters.
Das Relais kann natürlich auch ein elektronisches Relais sein.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild eines Lastkreises mit einem Leistungsschalter und einer Vorrichtung zur Überwachung dieses Leistungsschalters.
Ein Lastkreis 10 erhält eine Lastkreis-Versorgungsspannung UN von einer Spannungsquelle 12. Der Lastkreis 10 enthält eine Last 14, z.B. eine Heizung, und in Reihe damit als Leistungsschalter einen Triac 16. Der Triac 16 erhält eine Ansteuerspannung von einem Schaltverstärker 18 über einen Trennverstärker 20. Der Schaltverstärker 18 ist von einer Regelgröße UEI beaufschlagt, die beispielsweise ein Temperatursignal von einem Kontaktthermometer sein kann.
Die Ansteuerspannung vom Ausgang des Schaltverstärkers 18 liegt über einen ersten Ladewiderstand 22 an einem Kondensator 24. Parallel zu dem Triac 16 liegt die Leuchtdiode 26 eines Optokopplers 28. Der Phototransistor 30 des Optokopplers 28 liegt in Reihe mit einem zweiten Ladewiderstand 32 über den eine Speisespannung UB an dem Kondensator 24 anliegt.
Im Lastkreis 10 liegen vor und hinter der Last 14 und dem Triac 16 Arbeitskontakte 34,36 eines Relais 38. In Reihe mit der Relaiswicklung des Relais 38 liegt ein Selbsthaltekontakt 40 des Relais 38, der durch eine Starttaste 42 überbrückt ist. Die Versorgungsspannung des Relais 40 wird direkt oder, wie in der dargestellten Ausführung, über einen Schaltverstärker 44 an dem Kondensator 24 abgegriffen.
Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt: Beim Anliegen einer Ansteuerspannung vom Ausgang des Schaltverstärkers 18 wird über den Widerstand 22 der Kondensator 24 auf eine Spannung Uc aufgeladen. Beim Drücken der Starttaste 42 zieht dann das Relais 38 an, dessen Versorgungsspannung über den Schaltverstärker 44 von dem Kondensator 24 abgegriffen wird. Das Relais 38 hält sich über den Selbsthaltekontakt 40 selbst. Uber die Arbeitskontakte 34 und 36 wird die Lastkreis-Versorgungsspannung UN an den Lastkreis 10 angelegt. Der Triac 16 wird von der Ansteuerspannung über den Trennverstärker 20 leitend gemacht, so daß ein Laststrom über die Last 14 fließt.
In diesem Zustand fällt die Lastkreis-Versorgungsspannung UN im wesentlichen an der Last 14 ab, während an dem Triac 16 praktisch kein Spannungsabfall auftritt.
Wenn die Ansteuerspannung beispielsweise bei Erreichen eines Temperatursollwerts wegfällt, wird der Triac 16 bei einwandfreiem Arbeiten nichtleitend. Es fließt dann kein Strom im Lastkreis 10 und die gesamte Lastkreis-Versorgungsspannung UN liegt an dem Triac 16. Damit erhält die Leuchtdiode 26 des Optokopplers 28 Spannung. Der Phototransistor 30 wird leitend.
An dem Kondensator 24 liegt dann über den zweiten Ladewiderstand 32 eine Speisespannung UB, so daß die Kondensatorspannung Uc auf einem Wert gehalten wird, der sich aus der Speisespannung UB und dem Teilerverhältnis der Ladewiderstände 32 und 22 ergibt. Die Spannung am Kondensator 24 bleibt daher als Versorgungsspannung oder Ansteuerspannung für das Relais 38 unabhängig von dem Regelspiel im Lastkreis 10 erhalten, und das Relais 38 bleibt angezogen. Infolgedessen bleiben auch die Kontakte 34 und 36 ständig geschlossen.
Wenn durch einen Defekt des Triacs 16 dieser Triac leitend bleibt, auch wenn die Ansteuerungsspannung vom Schaltverstärker 18 und vom Trennverstärker 20 wegfällt, dann wird der Kondensator 24 weder von der Ansteuerspannung über den Ladewiderstand 22 noch von der Speisespannung UB über den Ladewiderstand 32 im aufgeladenen Zustand gehalten. Er entlädt sich vielmehr über den Ladewiderstand 22. Es fällt dann die Versorgungs- oder Ansteuerspannung für das Relais 38 weg, und das Relais fällt ab. Damit öffnen die Kontakte 34 und 36 und trennen die Last 14 von der Spannungsquelle 12. Gleichzeitig öffnet auch der Selbsthaltekontakt 40. Das Relais 38 bleibt also im abgefallenen Zustand, auch wenn anschließend die Ansteuerspannung vom Schaltverstärker 18 wieder auftritt. Die Anordnung kann nur durch Drücken der Starttaste 42 von Hand wieder in Betrieb gesetzt werden.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Spannungsquelle 12 für den Lastkreis das Wechselstromnetz. Eine Diode 44 ist antiparallel zu der Leuchtdiode 26 des Optokopplers 28 geschaltet. Die Diode 44 leitet die Halbwellen des Wechselstroms ab, die in Sperrichtung der Leuchtdiode 26 gerichtet sind.
In der Zeichnung ist gestrichelt eine Anordnung angedeutet, bei welcher der Leistungsschalter ein Relais 46 ist. Die Erregerwicklung des Relais 46 liegt in Reihe mit der Emitter-Kollektorstrecke eines Transistors 48 an der Speisespannung UB.
Der Transistor 48 wird über einen mit der Basis des Transistors verbundenen Widerstand 50 von der Ansteuerspannung am Ausgang des Schaltverstärkers 18 angesteuert, so daß er beim Auftreten dieser Ansteuerspannung leitend wird und das Relais 46 anzieht.
Ein Relaiskontakt 52 liegt statt des Triacs 16 im Lastkreis 10.
Die übrige Schaltung und die Wirkungsweise ist die gleiche wie es oben für den Triac 16 beschrieben ist.

Claims

Patentansprüche Schaltungsanordnung zur Überwachung von Leistungsschaltern, die in Reihe mit einer Last in einem Lastkreis angeordnet sind und von einer Ansteuerspannung in den leitenden Zustand schaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß (a) im Lastkreis (10) zusätzlich wenigstens ein Arbeitskontakt (34,36) eines Relais (38) angeordnet ist und (b) die Versorgungsspannung des Relais (38) entweder von der Ansteuerspannung oder von der an dem Leistungsschalter (16) abfallenden Spannung abgeleitet ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß (a) ein Kondensator (24) über einen ersten Ladewiderstand (22) von der Ansteuerspannung und über einen zweiten Ladewiderstand (32) sowie einen gesteuerten Schalter (30) von einer Speisespannung (UB) aufladbar ist, (b) der gesteuerte Schalter (30) von der an dem Leistungsschalter (16) abfallenden Spannung in den leitenden Zustand umschaltbar ist und (c) die Versorgungsspannung des Relais (38) direkt oder über einen Schaltverstärker (44) an dem Kondensator (24) abgegriffen wird.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Relaiswicklung ein Selbsthaltekontakt (40) liegt, der durch eine Starttaste (42) überbrückbar ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gesteuerte Schalter (30) von einem Phototransistor gebildet wird, der Teil eines von der Spannung am Leistungsschalter (16) angesteuerte Optokopplers (28) ist.