DE29909901U1 - Electronic drive control for a contactor drive - Google Patents
Electronic drive control for a contactor driveInfo
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Description
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Die Erfindung betrifft eine elektronische Antriebssteuerung für einen Schützantrieb nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to an electronic drive control for a contactor drive according to the preamble of claim 1.
Aus der Druckschrift EP 0 789 378 A1 ist eine derartige Antriebssteuerung für einen Schützantrieb bekannt, der einen Antriebsmagneten mit einer Antriebsspule zum Anschluß an eine Spannungsquelle und einen Kontakte beeinflussenden Anker, der sich in Abhängigkeit des in der Antriebsspule fließenden Stromes bewegt, enthält. Die Antriebssteuerung enthält eine von einer Speisespannung betriebene Gleichrichterschaltung, an die sich die Reihenschaltung aus der Antriebsspule, einem Schalttransistor und einem Meßwiderstand zur Lieferung eines Meßsignals aus den Spulenstrom anschließt. Parallel dazu ist ein Spannungsteiler zur Lieferung einer Steuerspannung und ein Spannungswächter zur Lieferung einer gesteuerten Referenzspannung jeweils aus der Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung angeordnet. Die Steuerspannung, die gesteuerte Referenzspannung und das Meßsignal werden einer Steuerschaltung mit einem Mikroprozessor zugeführt, die ein Impulssignal mit gesteuerter Pulsbreite an den Schalttransistor ausgibt. Mit dieser Schaltung wird sowohl der gesteuerte Anzugsvorgang unter Abfrage des Spulenstroms als auch der Haltevorgang mit vermindertem Spulenstrom vorgenommen. Die Abfrage des Spulenstroms kommt einem Regelungsvorgang gleich, der eine bestimmte Zeit beansprucht.Such a drive control for a contactor drive is known from the publication EP 0 789 378 A1, which contains a drive magnet with a drive coil for connection to a voltage source and an armature that influences contacts and moves depending on the current flowing in the drive coil. The drive control contains a rectifier circuit operated by a supply voltage, to which the series circuit of the drive coil, a switching transistor and a measuring resistor for supplying a measuring signal from the coil current is connected. In parallel, a voltage divider for supplying a control voltage and a voltage monitor for supplying a controlled reference voltage, each from the output voltage of the rectifier circuit, are arranged. The control voltage, the controlled reference voltage and the measuring signal are fed to a control circuit with a microprocessor, which outputs a pulse signal with a controlled pulse width to the switching transistor. This circuit is used for both the controlled pull-in process by querying the coil current and the holding process with reduced coil current. The query of the coil current is equivalent to a control process that takes a certain amount of time.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Antriebssteuerung ohne Kontrolle des Spulenstroms zu realisieren.
30The invention is based on the object of realizing the drive control without controlling the coil current.
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Ausgehend von einer elektronischen Antriebssteuerung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnendenStarting from an electronic drive control of the type mentioned at the beginning, the object is achieved according to the invention by the characteristic
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Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.Features of the independent claim, while advantageous developments of the invention can be found in the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Antriebssteuerung stellt über die jeweilige Pulsbreite der Antriebsspule innerhalb eines weiten sowohl statischen als auch dynamischen Bereiches der von der Gleichrichterschaltung zur Verfügung gestellten Versorgungsspannung mit hoher Dynamik eine mittlere Betätigungsspannung optimaler Größe zur Verfügung. Dies geschieht sowohl während des Anziehens als auch während des Haltens des angezogenen Ankers. Diese hohe Dynamik resultiert aus der unter Umgehung einer Abfrage des Spulenstroms allein aus der Speisespannung abgeleiteten Pulsbreitensteuerung. Die mittlere Betätigungsspannung ist nahezu unabhängig von der Versorgungsspannung und so bemessen, daß der Anker mit optimaler Einschaitdynamik angezogen und mit minimaler Leistung sicher gehalten wird. Der Pufferkondensator dient im Zusammenspiel mit der Entkopplungsdiode als Energiespeicher für den relativ kurzen Anzugsvorgang und im Zusammenspiel mit der Entkopplungsdiode während des Haltens des Ankers als Glättungskondensator. Das von der ersten Spannungsteilerschaltung gelieferte erste Signal dient ständig, d.h. sowohl bei inaktivem als auch bei aktivem Schützantrieb, zur Beobachtung der Versorgungsspannung. Das erste Signal bestimmt während des Anzugsvorganges die Auswahl des jeweiligen Wertes für die optimale Pulsbreite aus dem ersten Speicher und kann zu einer ausgangsseitigen Deaktivierung der Steuerschaltung während des aktiven oder passiven Betriebs des Schützantriebes bei Unter- oder Überschreitung des zulässigen Bereiches der Versorgungsspannung verwendet werden. Das vom zweiten Spannungsteiler gelieferte zweite Signal dient während des Haltevorganges zur Beobachtung der am Ausgang der Entkopplungsdiode anstehenden geglätteten Kondensatorspannung und bestimmt während dieser Zeit die Auswahl des jeweiligen Wertes für die optimale Pulsbreite aus dem zweiten Speicher.The drive control according to the invention provides an average actuation voltage of optimum size over the respective pulse width of the drive coil within a wide, both static and dynamic range of the supply voltage provided by the rectifier circuit with high dynamics. This occurs both during the attraction and while the attracted armature is held. This high dynamics results from the pulse width control derived solely from the supply voltage, bypassing a query of the coil current. The average actuation voltage is almost independent of the supply voltage and is dimensioned such that the armature is attracted with optimum switching dynamics and is held securely with minimal power. The buffer capacitor, in conjunction with the decoupling diode, serves as an energy store for the relatively short attraction process and, in conjunction with the decoupling diode, as a smoothing capacitor while the armature is held. The first signal supplied by the first voltage divider circuit is used continuously, i.e. both when the contactor drive is inactive and when it is active, to monitor the supply voltage. The first signal determines the selection of the respective value for the optimum pulse width from the first memory during the pull-in process and can be used to deactivate the control circuit on the output side during active or passive operation of the contactor drive if the permissible range of the supply voltage is exceeded or not reached. The second signal supplied by the second voltage divider is used during the holding process to observe the smoothed capacitor voltage present at the output of the decoupling diode and determines the selection of the respective value for the optimum pulse width from the second memory during this time.
Die Speicher können in zweckmäßiger Weise entweder als Tabellenspeicher oder als Programmspeicher für Berechnungsformeln für die Werte der jeweiligen Pulsbreite ausgebildet sein. Eine Weiterbildung der Erfindung besteht inThe memories can be designed in a practical manner either as table memories or as program memories for calculation formulas for the values of the respective pulse width. A further development of the invention consists in
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der zweckmäßigen Aufteilung eines gemeinsamen Speichers in zwei Speicherbereiche für die entsprechenden Tabellenwerte. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht in der Kompensation des Temperaturganges des Spulenwiderstandes während des Anzugsvorganges durch Erweiterung der Spannungsteilerschaltungen um Verstärkerschaltungen mit temperaturabhängigem Verstärkungsfaktor, insbesondere unter Verwendung von mit einem PTC-Widerständen beschalteten Operationsverstärkern. Damit wird die Pulsbreite der mittleren Betätigungsspannung zusätzlich unter Berücksichtigung der Wicklungstemperatur der Antriebsspule gesteuert. Die erfindungsgemäße Antriebssteuerung wird allein schon durch Anschalten oder Abschalten der eingangsseitigen Speisespannung - egal ob als Gleichspannung oder Wechselspannung - zum Betätigen oder Entregen des Schützantriebes ausgangsseitig aktiviert bzw. deaktiviert. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht nun darin, daß über weitere Steuereingänge, vorzugsweise durch Anlegen entsprechender Steuersignale über Mittel zur galvanischen Trennung, die Steuerschaltung bei ständig anliegender Speisespannung ausgangsseitig aktiviert oder deaktiviert werden kann.the practical division of a common memory into two memory areas for the corresponding table values. An advantageous development of the invention consists in compensating the temperature response of the coil resistance during the pull-in process by expanding the voltage divider circuits to include amplifier circuits with a temperature-dependent gain factor, in particular using operational amplifiers connected to a PTC resistor. This additionally controls the pulse width of the average actuating voltage, taking into account the winding temperature of the drive coil. The drive control according to the invention is activated or deactivated on the output side simply by switching on or off the input-side supply voltage - regardless of whether it is a direct voltage or an alternating voltage - to actuate or de-energize the contactor drive. A further advantageous development of the invention now consists in the fact that the control circuit can be activated or deactivated on the output side via further control inputs, preferably by applying corresponding control signals via means for galvanic isolation, when the supply voltage is constantly present.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden Ausführungsbeispiel. Die zugehörige einzige Figur zeigt das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen elektronischen Antriebssteuerung für die mit Freilaufmitteln 3 beschaltete Antriebsspule 1 eines Schützantriebes.Further details and advantages of the invention emerge from the following exemplary embodiment. The associated single figure shows the basic circuit diagram of an electronic drive control according to the invention for the drive coil 1 of a contactor drive connected to freewheel means 3.
An Steuereingänge A1 und A2 wird eine Speisespannung, die als Gleich- oder Wechselspannung einen weiten Bereich überstreichen kann, einer Gleichrichterschaltung 5 zugeführt, an deren Ausgang in Abhängigkeit von der Art der Speisespannung entweder eine stetige oder eine pulsierende ungeregelte Gleichspannung als Eingangsspannung Ue für ein Gleichstromnetzteil 7 zur Versorgung der elektronischen Komponenten der Antriebssteuerung und für eine erste Spannungsteilerschaltung 9 zur Verfügung steht. An der Gleichrichterschaltung 5 ist weiterhin eine Entkopplungsdiode 11 und ein Pufferkondensator 13 angeschlossen. Die am Pufferkondensator 13 anstehende Kondensatorspannung Uc wird einer zweiten Spannungsteilerschaltung 10 züge-A supply voltage, which can cover a wide range as a direct or alternating voltage, is fed to control inputs A1 and A2 of a rectifier circuit 5, at the output of which, depending on the type of supply voltage, either a continuous or a pulsating unregulated direct voltage is available as an input voltage Ue for a direct current power supply 7 for supplying the electronic components of the drive control and for a first voltage divider circuit 9. A decoupling diode 11 and a buffer capacitor 13 are also connected to the rectifier circuit 5. The capacitor voltage Uc present at the buffer capacitor 13 is fed to a second voltage divider circuit 10.
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führt und dient als Versorgungsspannung für die von einer elektronischen Schaltvorrichtung 15 pulsmäßig gesteuerten Antriebsspule 1. Die Schaltvorrichtung 15 wird im einfachsten Falle durch einen Schalttransistor gebildet. Die Spannungsteilerschaltungen 9 und 10 enthalten jeweils einen mit einem Spannungsteiler beschalteten Operationsverstärker als Spannungsfolger 17 bzw. 18 zur Bereitstellung einer von der Eingangsspannung Ue bzw. von der Kondensatorspannung Uc proportional abgeleiteten Spannung Ue' bzw. Uc'. Die Spannungsteilerschaltungen 9 und 10 enthalten weiterhin jeweils eine temperaturabhängige Verstärkerschaltung 19 bzw. 20 zur Bildung eines temperaturabhängigen ersten bzw. zweiten Spannungssignals Ue" bzw. Uc" aus der abgeleiteten Spannung Ue' bzw. Uc'. Die temperaturabhängigen Verstärkerschaltungen 19 und 20 enthalten im wesentlichen einen mit einem im interessierenden Temperaturbereich linearen PTC-Widerstand beschalteten weiteren Operationsverstärker und sind so ausgelegt, daß sich der Temperaturgang des Verhältnisses Ue1VUe bzw. Uc1VUc umgekehrt zum Temperaturgang des Widerstandes der Kupferwicklung der Antriebsspule 1 verhält.and serves as a supply voltage for the drive coil 1, which is controlled in a pulse-like manner by an electronic switching device 15. In the simplest case, the switching device 15 is formed by a switching transistor. The voltage divider circuits 9 and 10 each contain an operational amplifier connected to a voltage divider as a voltage follower 17 or 18 for providing a voltage Ue' or Uc' derived proportionally from the input voltage Ue or from the capacitor voltage Uc. The voltage divider circuits 9 and 10 also each contain a temperature-dependent amplifier circuit 19 or 20 for forming a temperature-dependent first or second voltage signal Ue" or Uc" from the derived voltage Ue' or Uc'. The temperature-dependent amplifier circuits 19 and 20 essentially contain a further operational amplifier connected to a PTC resistor that is linear in the temperature range of interest and are designed such that the temperature response of the ratio Ue 1 VUe or Uc 1 VUc is inversely related to the temperature response of the resistance of the copper winding of the drive coil 1.
Die Antriebssteuerung enthält weiterhin eine Steuerschaltung 21, die im wesentlichen aus einem Mikroprozessor 22, einem ersten Speicher 23, einem zweiten Speicher 24, einem ersten A/D-Wandler 25, einem zweiten A/D-Wandler 26, einen Pulsbreitenmodulator 27 und einem Gatter 28 besteht. Das erste Signal Ue" wird ständig über einen ersten Eingang 31 der Steuerschaltung 21 und über den ersten A/D-Wandler 25 dem Mikroprozessor 22 zugeführt, der aus einer im ersten Speicher 23 abgelegten ersten Tabelle einen zugehörigen und bei zeitlicher Änderung des ersten Signals Ue" sich ändernden Tabellenwert für den Pulsbreitenmodulator 27 zur Ansteuerung der Schaltvorrichtung 15 mit der optimalen Pulsbreite beim Anziehen des Ankers des Schützantriebes ausgibt. Das zweite Signal Uc" wird über einen zweiten Eingang 32 der Steuerschaltung 21 und über den zweiten A/D-Wandler 26 ebenfalls dem Mikroprozessor 22 zugeführt, der aus einer im zweiten Speicher 24 abgelegten Tabelle einen zugehörigen und bei zeitlicher Änderung des zweiten Signals Uc" sich ändernden Tabellenwert für den Pulsbreitenmodulator 27 zur Ansteuerung der Schaltvorrichtung 15 mit der optimalen PulsbreiteThe drive control also contains a control circuit 21, which essentially consists of a microprocessor 22, a first memory 23, a second memory 24, a first A/D converter 25, a second A/D converter 26, a pulse width modulator 27 and a gate 28. The first signal Ue" is constantly fed via a first input 31 of the control circuit 21 and via the first A/D converter 25 to the microprocessor 22, which outputs an associated table value for the pulse width modulator 27 from a first table stored in the first memory 23, which table value changes as the first signal Ue" changes over time, in order to control the switching device 15 with the optimal pulse width when the armature of the contactor drive is attracted. The second signal Uc" is also fed to the microprocessor 22 via a second input 32 of the control circuit 21 and via the second A/D converter 26, which uses a table stored in the second memory 24 to determine an associated table value for the pulse width modulator 27, which changes with the temporal change of the second signal Uc", in order to control the switching device 15 with the optimum pulse width.
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zum Halten des Ankers ausgibt. Über den ersten Eingang 31 wird auch die Einhaltung des zulässigen Spannungsbereiches für die Eingangsspannung Ue kontrolliert und bei Unter- oder Überschreitung dieses Bereiches das Einschalten des Schützantriebes blockiert bzw. bei Erreichen dieses Bereiches aktiviert. Zu diesem Zwecke dient auch eine Rückführung 33 vom Mikroprozessor 22 zur ersten Spannungsteilerschaltung 9 zum Aus- bzw. Einschalten der Temperaturabhängigkeit, so daß diese nur während des Anzugsvorganges aktiv ist. Nach Abschaltung der Speisespannung an den Eingängen A1 und A2 wird der bislang eingeschaltete Schützantrieb durch Deaktivierung der Steuerschaltung 21 abgeschaltet.to hold the armature. The first input 31 is also used to check that the permissible voltage range for the input voltage Ue is maintained and if this range is exceeded or not reached, the contactor drive is blocked from switching on or off, or activated when this range is reached. For this purpose, a feedback 33 from the microprocessor 22 to the first voltage divider circuit 9 is used to switch the temperature dependency on or off, so that it is only active during the pull-in process. After the supply voltage at the inputs A1 and A2 is switched off, the contactor drive that was switched on until then is switched off by deactivating the control circuit 21.
Die Steuerschaltung 21 verfügt noch über zwei weitere Eingänge 35 und 36, über die alternativ mittels des Gatters 28 die Steuerschaltung 21 bei ständig anliegender Speisespannung an den Eingängen A1 und A2 zum Einschalten und Halten bzw. zum Abschalten des Schützantriebes die Schaltvorrichtung 15 durch gepulstes Schalten bzw. durch dauerndes Sperren aktiviert bzw. deaktiviert wird. Den Steuereingängen 35 und 36 sind Impulsformer 37 bzw. 38 sowie Optokoppler 39 bzw. 40 vorgeschaltet, um entsprechende Steuersignale an weiteren Steuereingängen A10, A11 bzw. A3, A4 aufzubereiten und einzuspeisen. An die weiteren Steuereingängen A10 und A11 sind Steuersignale gleicher Art wie die Speisespannung an den Steuereingängen A1 und A2 anzulegen, wodurch die Steuereingänge A1 und A10 zweckmäßigerweise verbunden werden konnten. An die weiteren Steuereingänge A3 und A4 sind binäre Signale, vorzugsweise von einer speicherprogrammierbaren Steuerung geliefert, anzulegen.The control circuit 21 has two further inputs 35 and 36, via which the control circuit 21 can alternatively activate or deactivate the switching device 15 by pulsed switching or by permanent blocking by means of the gate 28 when the supply voltage is constantly applied to the inputs A1 and A2 to switch on and hold or to switch off the contactor drive. Pulse formers 37 and 38 and optocouplers 39 and 40 are connected upstream of the control inputs 35 and 36 in order to prepare and feed corresponding control signals to further control inputs A10, A11 and A3, A4. Control signals of the same type as the supply voltage at the control inputs A1 and A2 are to be applied to the further control inputs A10 and A11, which means that the control inputs A1 and A10 can be conveniently connected. Binary signals, preferably supplied by a programmable logic controller, are to be applied to the other control inputs A3 and A4.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungsformen. So läßt sich die Erfindung beispielsweise dadurch abwandeln, daß der erste Speicher 23 und der zweite Speicher 24 Teilbereiche eines gemeinsamen Speichers der Steuerschaltung 21 darstellen. Auch können die gesamten Funktionsgruppen der Steuerschaltung 21 Bestandteile eines als Mikrocontroller ausgebildeten Bauteils sein.The present invention is not limited to the embodiments described above, but also includes all embodiments that have the same effect within the meaning of the invention. For example, the invention can be modified in that the first memory 23 and the second memory 24 represent sub-areas of a common memory of the control circuit 21. The entire functional groups of the control circuit 21 can also be components of a component designed as a microcontroller.
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