DE102014223856A1

DE102014223856A1 - Circuit arrangement for controlling an electrical load and method for its operation

Info

Publication number: DE102014223856A1
Application number: DE102014223856.0A
Authority: DE
Inventors: Marcel Benecke; Yannick Fotsing; Karsten Handt; Markus Pfeifer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-11-24
Filing date: 2014-11-24
Publication date: 2016-05-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines ein- oder mehrphasigen elektrischen Verbrauchers (10), mit einem oder mehreren Leitungsschutzelementen (31, 32, 33), die in einer jeweiligen Phase (L1, L2, L3) zwischen zugeordneten Netzanschlüssen und dem Verbraucher (10) angeordnet sind, und mit einer Einrichtung (20) zur Steuerung und/oder Ein-/Ausschaltstrombegrenzung des Verbrauchers (10), welche zwischen dem Verbraucher (10) und dem oder den Leitungsschutzelementen (31, 32, 33) angeordnet ist. Ein Überwachungsmittel (40) ist zur Überwachung der Schaltungsanordnung auf das Vorliegen eines Fehlers vorgesehen. Weiter sind ein oder mehrere, steuerbare Schaltelemente (50, 51) vorgesehen, wobei ein jeweiliges Schaltelement (50, 51) zwischen einer Phase (L1, L2, L3) und einer anderen Phase (L1, L2, L3) oder einem Rückleiter verschaltet ist. Das Überwachungsmittel (40) schaltet bei einem detektieren Fehler zumindest eines der Schaltelemente (50, 51) leitend, um ein Auslösen des oder der Leitungsschutzelemente (31, 32, 33) zu erzwingen.The invention relates to a circuit arrangement for controlling a single-phase or multi-phase electrical load (10), having one or more line protection elements (31, 32, 33) which are connected in a respective phase (L1, L2, L3) between associated network connections and the consumer ( 10), and with a device (20) for controlling and / or on / off current limiting of the consumer (10), which between the consumer (10) and the one or more line protection elements (31, 32, 33) is arranged. A monitoring means (40) is provided for monitoring the circuit for the presence of a fault. Further, one or more controllable switching elements (50, 51) are provided, wherein a respective switching element (50, 51) between a phase (L1, L2, L3) and another phase (L1, L2, L3) or a return conductor is connected , The monitoring means (40) turns on a detected error of at least one of the switching elements (50, 51) conductive to force triggering of the line or protection elements (31, 32, 33).

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines ein- oder mehrphasigen elektrischen Verbrauchers, mit einem oder mehreren Leitungsschutzelementen, die in einer jeweiligen Phase zwischen zugeordneten Netzanschlüssen und dem Verbraucher angeordnet sind, und mit einer Einrichtung zur Steuerung und/oder Ein-/Ausschaltstrombegrenzung des Verbrauchers, welche zwischen dem Verbraucher und dem oder den Leitungsschutzelementen angeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Schaltungsanordnung. The invention relates to a circuit arrangement for controlling a single- or multi-phase electrical load, with one or more line protection elements, which are arranged in a respective phase between associated power connections and the consumer, and with a device for controlling and / or on / off current limit of the consumer , which is arranged between the consumer and the one or more line protection elements. The invention further relates to a method for operating such a circuit arrangement.

Eine Einrichtung zur Steuerung und/oder Ein-/Ausschaltstrombegrenzung des Verbrauchers ist unter dem Begriff der Sanft- oder Softstarteinrichtung (kurz: Sanftstarter oder Softstarter) bekannt. Diese werden zur Ein- und Ausschaltstrombegrenzung induktiver Verbraucher, wie z.B. Motoren, genutzt. Ein Sanftstarter umfasst meist zwei antiparallel geschaltete Thyristoren. Durch eine geeignete Phasenanschnittsteuerung beider Thyristoren wird die Spannung des Verbrauchers langsam angehoben oder abgesenkt. Um im Betrieb Verluste in dem Sanftstarter zu vermeiden, werden im Dauerbetrieb die Thyristoren mit Hilfe eines Schaltelements, wie z.B. eines Halbleiterrelais oder eines Schützes, überbrückt. A device for controlling and / or on / off current limiting of the consumer is known by the term soft or soft starter (short: soft starter or soft starter). These are used for on and off current limiting of inductive loads, e.g. Engines, used. A soft starter usually comprises two anti-parallel connected thyristors. By a suitable phase control of both thyristors, the voltage of the load is slowly raised or lowered. In order to avoid losses in the soft starter during operation, the thyristors are operated in continuous operation by means of a switching element, such as a motor. a solid state relay or a contactor, bypassed.

Umfasst ein Sanftstarter eine Thyristor-Schaltung, so kann der Strom nur beim Nullspannungsdurchgang abgeschaltet werden. Treten in der Schaltungsanordnung jedoch Fehler, wie z.B. Kurzschlüsse aufgrund von Kabelschäden oder Windungsschlüssen in einem Motor, auf, so müssen alle Bauelemente der Schaltungsanordnung, d.h. die Komponenten des Sanftstarters (Thyristoren und Schaltelement), der Verbraucher sowie weitere elektronische Komponenten den Kurzschlussstrom bis zum nächsten Nulldurchgang tragen. Soll eine Beschädigung der genannten Komponenten beim Auftreten eines Fehlers vermieden werden, so bedingt dies die Überdimensionierung der Komponenten, insbesondere der Thyristoren des Sanftstarters. If a soft starter includes a thyristor circuit, the current can only be switched off during zero voltage passage. However, if errors occur in the circuit, e.g. Short circuits due to cable damage or windings in a motor, so all components of the circuit arrangement, i. the components of the soft starter (thyristors and switching element), the consumer and other electronic components carry the short-circuit current to the next zero crossing. If damage to said components is to be avoided when an error occurs, this causes oversizing of the components, in particular of the thyristors of the soft starter.

Die zwischen dem Sanftstarter und den Netzanschlüssen einer jeden Phase vorgesehenen Leitungsschutzelemente sollen zwar grundsätzlich bei zu hohen Strömen eine Stromunterbrechung herbeiführen. Die üblicherweise verwendeten Schmelzsicherungen haben jedoch eine langsame Reaktionszeit, so dass der Schutz der Kompenten der Schaltungsanordnung, insbesondere des verhältnismäßig teuren Sanftstarters, nicht zuverlässig gewährleistet ist. Although the line protection elements provided between the soft starter and the power connections of each phase should in principle cause a power interruption if the currents are too high. However, the fuses usually used have a slow reaction time, so that the protection of the components of the circuit, in particular the relatively expensive soft starter, is not reliably guaranteed.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines ein- oder mehrphasigen elektrischen Verbrauchers sowie ein Verfahren zu deren Betrieb anzugeben, durch die beim Auftreten eines Fehlers die Komponenten besser gegen die Beschädigung geschützt sind. It is an object of the present invention to provide a circuit arrangement for driving a single- or multi-phase electrical load and a method for their operation, by which the components are better protected against damage when an error occurs.

Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Schaltungsanordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen. These objects are achieved by a circuit arrangement according to the features of patent claim 1 and a method according to the features of patent claim 11. Advantageous embodiments emerge from the dependent patent claims.

Es wird eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines ein- oder mehrphasigen elektrischen Verbrauchers vorgeschlagen, der ein oder mehrere Leitungsschutzelemente und eine Einrichtung zur Steuerung und/oder Ein-/Ausschaltstrombegrenzung des Verbrauchers (sog. Sanft- oder Softstarter) umfasst. Das oder die Leitungsschutzelemente sind in einer jeweiligen Phase zwischen zugeordneten Netzanschlüssen und dem Verbraucher angeordnet. Die Einrichtung zur Steuerung und/oder Ein-/Ausschaltstrombegrenzung des Verbrauchers ist zwischen dem Verbraucher und dem oder den Leitungsschutzelementen angeordnet. Bei dem Verbraucher kann es sich um eine beliebige induktive Last handeln. Beispielsweise stellt der Verbraucher eine elektrische Maschine, z.B. einen Motor, dar. Beispielsweise kann es sich hierbei um eine dreiphasige Antriebsmaschine handeln. Die Leitungsschutzelemente können in Form von Schmelzsicherungen bereitgestellt sein. In jeder Phase der Schaltungsanordnung ist zweckmäßigerweise ein solches Leitungsschutzelement vorgesehen. It is proposed a circuit arrangement for controlling a single- or multi-phase electrical load, which comprises one or more line protection elements and a device for controlling and / or on / off current limiting the consumer (so-called soft starter or soft starter). The one or more line protection elements are arranged in a respective phase between associated power connections and the consumer. The device for controlling and / or on / off current limiting of the consumer is arranged between the consumer and the one or more line protection elements. The consumer may be any inductive load. For example, the consumer places an electric machine, e.g. a motor. For example, this may be a three-phase drive machine. The line protection elements may be provided in the form of fuses. In each phase of the circuit expediently such a line protection element is provided.

Erfindungsgemäß sind ein Überwachungsmittel zur Überwachung der Schaltungsanordnung auf das Vorliegen eines Fehlers sowie ein oder mehrere, steuerbare Schaltelemente vorgesehen. Ein jeweiliges Schaltelement ist zwischen einer Phase und einer anderen Phase oder zwischen einer Phase und einem Rückleiter verschaltet. Das Überwachungsmittel schaltet bei einem detektierten Fehler zumindest eines der Schaltelemente leitend, um ein Auslösen des oder der Leitungsschutzelemente sicher und in kurzer Zeit zu erzwingen. According to the invention, monitoring means for monitoring the circuit arrangement for the presence of a fault and one or more controllable switching elements are provided. A respective switching element is connected between one phase and another phase or between a phase and a return conductor. The monitoring means turns on a detected fault at least one of the switching elements conductive to force triggering of the line protection elements and safely and in a short time.

Ein Fehler der Schaltungsanordnung liegt z.B. vor, wenn ein Kurzschluss zwischen der Sanftstarteinrichtung und dem Verbraucher gegeben ist. Dies kann beispielsweise durch einen Schaden in den Leitungen oder, sofern es sich bei dem Verbraucher um einen Motor handelt, bei einem Windungsschluss der Fall sein. An error of the circuit is e.g. when there is a short circuit between the soft starter and the consumer. This can be the case, for example, by damage in the lines or, if the consumer is a motor, in the case of a short circuit.

Durch das Überwachungsmittel und das oder die zwischen den Phasen oder einer Phase und einem Rückleiter verschalteten Schaltelementen kann beim Auftreten eines Fehlers durch das Leitendschalten zumindes eines der Schaltelemte ein Kurzschluss zwischen zwei Phasen oder einer Phase und dem Rückleiter hergestellt werden, so dass das Auslösen des oder der in der oder den betreffenden Phasen vorgesehen Leitungsschutzelementen in kurzer Zeit sicher erwungen werden kann, wodurch die übrigen Komponenten, insbesondere der Sanftstarter und der Verbraucher vor Beschädigung geschützt werden können. By the monitoring means and the one or more interconnected between the phases or a phase and a return circuit switching elements can occur in the event of an error Leitendschaltenindindes one of the Schaltelemte a short circuit between two phases or a phase and the return conductor are made so that the triggering of or provided in the relevant phase or circuit protection elements can be safely mentioned in a short time, whereby the other components, in particular the soft starter and the consumer can be protected from damage.

Das Überwachungsmittel in Kombination mit dem oder den steuerbaren Schaltelementen kann als Klemmschaltung betrachtet werden. The monitoring means in combination with the controllable switching element or elements can be considered as a clamping circuit.

Ohne das Vorsehen des Überwachungsmittels und des oder der Schaltmittel kann nicht sichergestellt werden, dass die Leitungsschutzelemente schnell genug auslösen, um Schäden an der Sanftstarteinrichtung oder dem Verbraucher zu verhindern. Without the provision of the monitoring means and of the one or more switching means, it can not be ensured that the line protection elements release quickly enough to prevent damage to the soft starter or the consumer.

Das Überwachungsmittel umfasst gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ein Strommessmittel zur Überwachung eines in jeder Phase fließenden Stroms. Hierzu können entsprechende Strommesseinrichtungen des Strommessmittels in der oder den Phasen der Schaltungsanordnung angeordnet sein. Da es zur Vermeidung eines Fehlers im Fehlerfall erforderlich ist, dass das oder die Schaltelemente in kurzer Zeit ausgelöst werden, sind insbesondere solche Strommesseinrichtungen zu verwenden, welche eine schnelle Messung des in den Phasen fließenden Stroms ermöglichen. Dies kann z.B. mittels eines Shunts realisiert werden. The monitoring means comprises, according to an expedient embodiment, a current measuring means for monitoring a current flowing in each phase. For this purpose, corresponding current measuring devices of the current measuring means can be arranged in the phase or phases of the circuit arrangement. Since it is necessary to avoid a fault in the event of a fault that the one or more switching elements are triggered in a short time, in particular such current measuring devices are to be used, which allow a rapid measurement of the current flowing in the phases. This can e.g. be realized by means of a shunt.

Das Überwachungsmittel umfasst gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung eine Logik zur Auswertung der Höhe und/oder des Anstiegs des Stroms jeder Phase. Dadurch ist es nicht nur möglich, aus der absoluten Höhe des Stroms auf das Vorliegen eines Fehlers zu schließen, sondern es können auch dynamische Veränderungen in der Schaltungsanordnung zur Bestimmung eines Fehlerfalls ausgewertet werden. The monitoring means comprises according to a further expedient embodiment, a logic for evaluating the level and / or the increase of the current of each phase. This not only makes it possible to deduce the presence of a fault from the absolute level of the current, but also dynamic changes in the circuit arrangement can be evaluated to determine an error case.

Das Überwachungsmittel kann gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung dazu ausgebildet sein, auf einen Fehler zu entscheiden, wenn in zumindest einer der Phasen eines der folgenden Kriterien erfüllt ist:

a) der Anstieg des Stroms übersteigt einen vorgegebenen ersten Schwellwert;
b) der absolute Wert des Stroms überschreitet einen vorgegebenen zweiten Schwellwert;
c) die über eine vorgegebene Zeitspanne umgesetzte Energie überschreitet einen vorgegebenen dritten Schwellwert.

The monitoring means may, according to a further expedient embodiment, be designed to decide on an error if, in at least one of the phases, one of the following criteria is met:

a) the increase of the current exceeds a predetermined first threshold value;
b) the absolute value of the current exceeds a predetermined second threshold value;
c) the energy converted over a predetermined period of time exceeds a predetermined third threshold value.

Zumindest diese genannten Fehlerfälle führen dazu, dass durch das Überwachungsmittel auf das Vorliegen eines Fehlers erkannt werden kann, was zur Ansteuerung bzw. dem Leitendschalten zumindest eines Schaltelements führt. Dadurch wird zumindest eine der Sicherungen schnell und sicher ausgelöst und die Versorgungsspannung unterbrochen, so dass die Sanftstarteinrichtung und der Motor keinerlei Gefahr im Hinblick auf eine Beschädigung ausgesetzt sind. At least these mentioned error cases lead to the fact that the presence of an error can be detected by the monitoring means, which leads to the activation or the conductive switching of at least one switching element. As a result, at least one of the fuses is triggered quickly and safely and the supply voltage is interrupted so that the soft starter and the motor are not exposed to any danger with regard to damage.

Das Überwachungsmittel kann gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung dazu ausgebildet sein, bei der Ermittlung, ob ein Fehler vorliegt, eine Information über einen Betriebszustand des Verbrauchers zu berücksichtigen. Insbesondere ist die Logik des Überwachungsmittels zur Berücksichtigung der Information über den Betriebszustand des Verbrauchers ausgebildet. Als Betriebszustand können beispielsweise eine Anlaufphase und ein Normalbetrieb des Verbrauchers definiert werden. Es versteht sich, dass darüber hinaus die Definition und Berücksichtigung weiterer Betriebszustände ermöglicht ist. Beim Anlauf, beispielsweise eines Motors, fließen in der Regel in den Phasen sehr hohe Ströme. Diese hohen Ströme dürfen nicht dazu führen, dass das Überwachungsmittel auf einen Fehler schließt und ein oder mehrere der steuerbaren Schaltelemente aktiviert. Die Information über den gerade vorliegenden Betriebszustand ermöglichst es dem Überwachungsmittel zu entscheiden, ob z.B. bei einem zu hohen detektierten Strom ein Fehlerfall vorliegt oder nicht. Hierzu kann die Information über den Betriebszustand mit den Kriterien bezüglich des Stroms in den einzelnen Phasen über eine logische UND-Verknüpfung verbunden werden. According to another expedient embodiment, the monitoring means may be designed to take into account information about an operating state of the consumer when determining whether an error exists. In particular, the logic of the monitoring means is designed to take into account the information about the operating state of the consumer. As an operating state, for example, a start-up phase and a normal operation of the consumer can be defined. It goes without saying that, in addition, the definition and consideration of further operating states is possible. When starting up, for example, a motor, very high currents usually flow in the phases. These high currents must not cause the monitoring means to fail and activate one or more of the controllable switching elements. The information about the current operating state enables the monitoring means to decide whether e.g. if there is too high a detected current there is an error or not. For this purpose, the information about the operating state with the criteria relating to the current in the individual phases can be connected via a logical AND operation.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung sind das Überwachungsmittel und das oder die Schaltelemente zwischen der Einrichtung zur Steuerung und/oder Ein-/Ausschaltstrombegrenzung des Verbrauchers und dem oder den Leitungsschutzelementen angeordnet. Hierdurch ist sichergestellt, dass beim Auslösen zumindest eines der Schaltelemente wenigstens die in den kurzgeschlossenen Leitungen liegenden Leitungsschutzelemente ausgelöst werden. According to a further expedient embodiment, the monitoring means and the one or more switching elements between the device for controlling and / or on / off current limit of the consumer and the one or more line protection elements are arranged. This ensures that, when at least one of the switching elements is triggered, at least the line protection elements located in the short-circuited lines are triggered.

Es ist zweckmäßig, wenn der Schaltzustand eines jeweiligen Schaltelements reversibel ist. Dies ermöglicht es, nach dem Auftreten eines Fehlers und dem Ansprechen des Überwachungsmittels und eines oder mehrerer der Schaltelemente, das oder die Schaltelemente wieder zu öffnen, nachdem der Fehler behoben und das oder die Leitungsschutzelemente, welche ausgelöst haben, ausgetauscht wurden. Damit ist ein kostengünstiger Betrieb der Schaltungsanordnung nach dem Auftreten eines Fehlers ermöglicht. It is expedient if the switching state of a respective switching element is reversible. This makes it possible, after the occurrence of a fault and the response of the monitoring means and one or more of the switching elements, to reopen the switching element or elements after the fault has been rectified and the line protection element (s) that have tripped have been replaced. For a cost-effective operation of the circuit arrangement is made possible after the occurrence of a fault.

Das Schaltelement kann ein mechanischer Schalter, insbesondere ein Schütz oder ein Relais, sein. Derartige mechanische Schalter sind in der Lage, für eine längere Zeit sehr hohe Ströme zu tragen, ohne dass die Schalter dabei beschädigt werden. Im Gegensatz dazu ist dies bei Halbleiterschaltelemente nicht zuverlässig sichergestellt. Alternativ kann das Schaltelement ein pyrotechnisches Schaltelement sein, welches jedoch gegenüber einem mechanischen Schalter nicht reversibel ist. Dies bedeutet, nach einem Auslösen ist auch das Schaltelement auszutauschen. The switching element may be a mechanical switch, in particular a contactor or a relay. Such mechanical switches are in the Able to carry very high currents for a long time without damaging the switches. In contrast, this is not reliably ensured in semiconductor switching elements. Alternatively, the switching element may be a pyrotechnic switching element which, however, is not reversible to a mechanical switch. This means that after triggering and the switching element is replaced.

Das Überwachungsmittel ist gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung dazu ausgebildet, beim Vorhandensein mehrerer Schaltelemente diese bei einem detektierten Fehler mittels eines gemeinsamen Ansteuersignals parallel anzusteuern und leitend zu schalten. Dadurch sollen nach Möglichkeit alle in jeweiligen Phasen vorgesehene Leitungsschutzelemente zum Auslösen gebracht werden, um eine Schädigung der Sanftstarteinrichtung und des Verbrauchers zuverlässig zu verhindern. The monitoring means is designed according to a further expedient embodiment, in the presence of a plurality of switching elements to control them in parallel with a detected error by means of a common drive signal and to turn on. As a result, if possible, all circuit protection elements provided in respective phases are to be triggered in order to reliably prevent damage to the soft start device and the load.

Bei den erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer wie oben beschriebenen Schaltungsanordnung überwacht das Überwachungsmittel zur Überwachung der Schaltungsanordnung die Schaltungsanordnung auf das Vorliegen eines Fehlers und schaltet bei einem detektierten Fehler zumindest eines der Schaltelemente leitend, um ein Auslösen des oder der Leitungsschutzelemente zu erzwingen. In the method according to the invention for operating a circuit arrangement as described above, the monitoring means for monitoring the circuit arrangement monitors the circuit for the presence of a fault and, in the event of a detected fault, switches at least one of the switching elements to force triggering of the line protection element (s).

Mit dem Verfahren sind die gleichen Vorteile verbunden, wie sie sie vorstehend in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung beschrieben wurden. With the method, the same advantages are associated, as they have been described above in connection with the circuit arrangement according to the invention.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens entscheidet das Überwachungsmittel auf einen Fehler, wenn in zumindest einer der Phasen eines der folgenden Kriterien erfüllt ist:

a) der Anstieg des Stroms überschreitet einen vorgegebenen ersten Schwellwert;
b) der absolute Wert des Stroms überschreitet einen vorgegebenen zweiten Schwellwert;
c) die über eine vorgegebene Zeitspanne umgesetzte Energie überschreitet einen vorgegebenen dritten Schwellwert.

In an expedient embodiment of the method according to the invention, the monitoring means decides on an error if, in at least one of the phases, one of the following criteria is met:

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung verarbeitet das Überwachungsmittel bei der Ermittlung, ob ein Fehler vorliegt, eine Information über einen Betriebszustand des Verbrauchers. According to a further embodiment, the monitoring means processes, in determining whether an error exists, information about an operating state of the consumer.

In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Überwachungsmittel bei Vorhandensein mehrerer Schaltelemente diese parallel ansteuert und leitend schaltet. In a further expedient embodiment, it is provided that the monitoring means, in the presence of a plurality of switching elements, drives them in parallel and switches them on.

Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung beschrieben. The invention will be described in more detail below with reference to an embodiment in the drawing.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines dreiphasigen elektrischen Verbrauchers. 1 shows a schematic representation of a circuit arrangement according to the invention for controlling a three-phase electrical load.

Das nachfolgende Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf eine dreiphasige, elektrische Antriebsmaschine beschrieben. Die nachfolgenden Ausführungen gelten in entsprechender Weise, wenn der elektrische Verbraucher über eine andere Anzahl an Phasen mit Energie versorgt wird. Insbesondere kann es sich bei dem Verbraucher um einen einphasigen Verbraucher handeln, welcher über eine Phase und einen Rückleiter elektrisch angeschlossen ist. Ebenso kann die Anzahl der Phasen größer als die gezeigte Anzahl an Phasen sein. The following embodiment will be described with reference to a three-phase electric drive machine. The following statements apply in a corresponding manner when the electrical load is supplied with energy via a different number of phases. In particular, the consumer may be a single-phase consumer which is electrically connected via a phase and a return conductor. Likewise, the number of phases may be greater than the number of phases shown.

Der dreiphasige Verbraucher 10 in Gestalt einer Antriebsmaschine M ist über eine Einrichtung 20 zur Steuerung und/oder Ein-/Ausschaltstrombegrenzung (nachfolgend kurz: Sanftstarteinrichtung) und in den jeweiligen Phasen L1, L2, L3 angeordnete Leitungsschutzelemente 31, 32, 33 mit jeweiligen Netzanschlüssen der Phasen L1, L2, L3 verbunden. Die Leitungsschutzelemente 31, 32, 33 sind beispielsweise in Gestalt von Schmelzsicherungen ausgebildet. Diese können, sofern diese einmal aufgrund eines Fehlerfalls ausgelöst haben, für jede Phase L1, L2, L3 einzeln ausgetauscht werden. The three-phase consumer 10 in the form of a prime mover M is via a device 20 for control and / or on / off current limiting (hereinafter referred to as: soft start) and arranged in the respective phases L1, L2, L3 line protection elements 31 . 32 . 33 connected to respective power terminals of the phases L1, L2, L3. The line protection elements 31 . 32 . 33 are designed, for example, in the form of fuses. These can, if they have triggered once due to an error, for each phase L1, L2, L3 be replaced individually.

Die Sanftstarteinrichtung 20 umfasst für jede Phase einen Sanftstarter 21, 22, 23. Jeder der Sanftstarter 21, 22, 23 umfasst zwei antiparallel geschaltete Thyristoren 24, 25 sowie ein die Thyristeranorndung überbrückendes Schaltelement 26. Das Schaltelement 26 kann beispielsweise in Gestalt eines Halbleiterrelais oder eines Schützes ausgebildet sein. Allgemein stellt das Schaltelement 26 einen steuerbaren mechanischen Kontakt dar, welcher im Dauerbetrieb des Verbrauchers 10 die parallel geschalteten Thyristoren 24, 25 überbrückt. Beim Einschalten oder Ausschalten des Verbrauchers erfolgt eine Phasenanschnittsteuerung der beiden Thyristoren 24, 25, um die Spannung an den Phasen L1, L2, L3 des Verbrauchers 10 in vorgegebener Weise langsam anzuheben oder abzusenken. Da das Prinzip einer Sanftstarteinrichtung aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannt ist, wird an dieser Stelle auf eine eingehendere Beschreibung der Funktionsweise verzichtet, da davon ausgegangen wird, dass diese einem Fachmann bekannt ist. The soft start device 20 includes a soft starter for each phase 21 . 22 . 23 , Each of the softstarter 21 . 22 . 23 includes two anti-parallel connected thyristors 24 . 25 and a thyrister assembly bridging switching element 26 , The switching element 26 may be formed, for example in the form of a semiconductor relay or a contactor. Generally, the switching element 26 a controllable mechanical contact, which in continuous operation of the consumer 10 the parallel thyristors 24 . 25 bridged. When switching on or off the consumer is a phase control of the two thyristors 24 . 25 to the voltage at the phases L1, L2, L3 of the consumer 10 slowly raise or lower in a predetermined manner. Since the principle of a soft start device from the prior art is known in principle, it will be omitted at this point to a more detailed description of the operation, since it is assumed that this is known to a person skilled in the art.

Beim Auftreten eines Fehlers, beispielsweise einem Kurzschluss zwischen der Sanftstarteinrichtung 20 und dem Verbraucher 10, sollte bestimmungsgemäß zumindest eines der Leitungsschutzelemente 31, 32, 33 auslösen, um eine Beschädigung der Komponenten der Sanftstarteinrichtung 20 und/oder des Verbrauchers 10 zu verhindern. Beschädigungen und Defekte können beispielsweise in der Sanftstarteinrichtung auftreten, wenn die Thyristoren 24, 25 nicht in bestimmungsgemäßer Weise lediglich im Nulldurchgang der Spannung abgeschaltet werden. Da die Leitungsschutzelemente 31, 32, 33 in Gestalt von Schmelzsicherungen in der Regel ein verhältnismäßig träges Verhalten aufweisen, kann ein zu spätes Auslösen erfolgen, so dass die beschriebene Beschädigung der verhältnismäßig teuren Sanftstarteinrichtung 20 unter Umständen nicht vermieden werden kann. When an error occurs, such as a short between the soft starter 20 and the consumer 10 , should at least one of the Fuse elements 31 . 32 . 33 trigger damage to the components of the soft starter 20 and / or the consumer 10 to prevent. Damage and defects can occur, for example, in the soft starter when the thyristors 24 . 25 not be switched off in the intended manner only in the zero crossing of the voltage. Because the line protection elements 31 . 32 . 33 In the form of fuses usually have a relatively sluggish behavior, too late triggering can take place, so that the described damage to the relatively expensive soft starter 20 may not be avoided.

Um das sichere und vor allem im Vergleich wesentlich schnellere Auslösen zumindest eines der Leitungsschutzelemete 31, 32, 33 beim Auftreten eines Fehlers sicher stellen zu können, sind erfindungsgemäß ein Überwachungsmittel 40 zur Überwachung der Schaltungsanordnung auf das Vorliegen eines Fehlers und im Ausführungsbeispiel zwei steuerbare Schaltelemente 50, 51 vorgesehen. To the safe and, above all, in comparison much faster triggering at least one of the Leitungsschutzelemete 31 . 32 . 33 to be able to make sure when an error occurs, according to the invention, a monitoring means 40 for monitoring the circuit arrangement for the presence of a fault and in the exemplary embodiment two controllable switching elements 50 . 51 intended.

Das Überwachungsmittel 40 umfasst ein jeweiliges Strommessmittel 41, 42, 43 zur Überwachung des in jeder Phase L1, L2, L3 fließenden Stroms. Die Ausgestaltung des Strommessmittels ist prinzipiell beliebig, sofern sichergestellt ist, dass dieses eine schnelle Messung vornimmt. Die von den Strommessmitteln 41, 42, 43 ermittelten Strommesswerte werden einer lediglich schematisch dargestellten Logik 45 zur Auswertung zugeführt. Die Logik 45 kann wahlweise in Hardware oder in Software realisiert sein. The monitoring device 40 includes a respective current measuring means 41 . 42 . 43 for monitoring the current flowing in each phase L1, L2, L3. The design of the current measuring means is in principle arbitrary, as long as it is ensured that this carries out a rapid measurement. The of the current measuring means 41 . 42 . 43 determined current measured values are only schematically illustrated logic 45 supplied for evaluation. The logic 45 can be implemented either in hardware or in software.

Die Logik wertet die jeweiligen Stromwerte der Phasen L1, L2, L3 im Hinblick auf ihre Höhe und/oder den Anstieg des Stroms aus. Darüber hinaus ist die Logik dazu ausgebildet, die jeweiligen Phasenströme im Hinblick auf die Überschreitung des Anstieg des Stroms auf einen vorgegebenen ersten Schwellwert (Kriterium a)), die Überschreitung des absoluten Werts des Stroms auf einen vorgegebenen zweiten Schwellwert (Kriterium b)) und auf die Überschreitung der über eine vorgegebene Zeitspanne umgesetzten Energie über einen vorgegebenen dritten Schwellwert (Kriterium c)) auszuwerten. Die Kriterien a) bis c) sind in der Figur schematisch mit dem Bezugszeichen 46, 47 und 48 gekennzeichnet. Erfüllt der Phasenstrom für zumindest eine der Phasen L1, L2, L3 mindestens eines der Kriterien, so wird auf einen Fehler geschlossen. The logic evaluates the respective current values of the phases L1, L2, L3 in terms of their height and / or the increase of the current. In addition, the logic is adapted to the respective phase currents with respect to exceeding the increase of the current to a predetermined first threshold (criterion a)), exceeding the absolute value of the current to a predetermined second threshold (criterion b)) and to evaluate the exceeding of the energy converted over a given period of time over a predetermined third threshold value (criterion c)). The criteria a) to c) are shown schematically in the figure by the reference numeral 46 . 47 and 48 characterized. If the phase current meets at least one of the criteria for at least one of the phases L1, L2, L3, an error is concluded.

Gleichzeitig wird durch die Logik 45 überprüft, welcher Betriebszustand des Verbrauchers 10 aktuell vorliegt. Allgemein kann der Verbraucher einen Normalbetrieb oder einen Anlauf als grundsätzliche Betriebszustände aufweisen. In der Logik 45 erfolgt eine Verknüpfung der Information über den aktuell vorliegenden Betriebszustand mit den oben genannten Fehlerkriterien. Dadurch kann beispielsweise ein Auslösen der Schaltelemente 50, 51 vermieden werden, wenn der Verbraucher 10 gerade anläuft. Ein Anlauf des Verbrauchers 10 ist häufig mit hohen Stromanstiegen und/oder hohen absoluten Strömen verbunden, so dass an sich die Kriterien für das Vorliegen eines Fehlers erfüllt wären. Die Logik 45 kann somit derart ausgestaltet sein, dass lediglich dann, wenn im Normalbetrieb für eine der Phasen L1, L2, L3 eines der Kriterien a) bis c) erfüllt ist, die Schaltelemente 50, 51 ausgelöst werden. At the same time, by the logic 45 checks which operating state of the consumer 10 currently available. In general, the consumer may have a normal operation or a startup as a basic operating conditions. In logic 45 the information about the currently available operating state is linked to the above-mentioned error criteria. As a result, for example, a triggering of the switching elements 50 . 51 be avoided if the consumer 10 just starts. A start of the consumer 10 is often associated with high current increases and / or high absolute currents, so that in itself the criteria for the presence of a fault would be met. The logic 45 can thus be configured such that only if, in normal operation for one of the phases L1, L2, L3 one of the criteria a) to c) is satisfied, the switching elements 50 . 51 to be triggered.

Ergibt also die logische Verknüpfung, dass ein Normalbetrieb des Verbrauchers 10 und eines der Kriterien für zumindest eines der Phasen L1, L2, L3 vorliegt, so gibt die Logik ein Ansteuersignal 49 ab und schließt vorzugsweise gleichzeitig beide Schaltelemente 50, 51. Dadurch wird ein Kurzschluss zwischen den Phasen L1, L2 und L3 erzeugt, wodurch die Leitungsschutzelemente 31, 32, 33 oder zumindest eines davon in kurzer Zeit sicher auslösen und die Versorgungsspannung zu dem Verbraucher 10 und der Sanftstarteinrichtung 20 unterbrechen. Dadurch sind die Sanftstarteinrichtung 20 und der Verbraucher 10 vor Beschädigungen geschützt. So results in the logical link that a normal operation of the consumer 10 and one of the criteria is present for at least one of the phases L1, L2, L3, the logic outputs a drive signal 49 and preferably closes both switching elements simultaneously 50 . 51 , As a result, a short circuit between the phases L1, L2 and L3 is generated, whereby the line protection elements 31 . 32 . 33 or at least one of them in a short time safely trigger and the supply voltage to the consumer 10 and the soft start device 20 interrupt. This is the soft start device 20 and the consumer 10 protected against damage.

Die Schaltelemente 50, 51 müssen dazu ausgelegt sein, für eine bestimmte Zeitdauer einen hohen Strom tragen zu können. Darüber hinaus müssen sich diese sehr schnell einschalten lassen. Dies kann beispielsweise durch reversibel ansteuerbare, mechanische Schalter, wie z.B. ein Schütz oder ein Relais sichergestellt werden. Alternativ könnten die Schaltelemente 50, 51 auch pyrotechnische Schaltelemente sein. The switching elements 50 . 51 must be able to carry a high current for a certain period of time. In addition, these must be switched on very quickly. This can be ensured, for example, by reversibly controllable, mechanical switches, such as a contactor or a relay. Alternatively, the switching elements could 50 . 51 also be pyrotechnic switching elements.

Es ist bevorzugt, wenn die Schaltelemente 50, 51 gemeinsam angesteuert und im Fehlerfall leitend geschalten werden. Grundsätzlich möglich ist auch, dass lediglich dasjenige Schaltelement 50 oder 51 angesteuert und leitend geschaltet wird, für dessen Phase ein Fehler detektiert wurde. It is preferred if the switching elements 50 . 51 controlled together and turned on in the event of a fault. In principle, it is also possible that only that switching element 50 or 51 is driven and turned on, for whose phase an error was detected.

Zum Wiedereinschalten nach dem Auftreten eines Fehlers müssen der Fehler behoben und die ausgelösten Leitungsschutzelemente 31, 32, 33 erneuert werden. Darüber hinaus müssen durch die Logik 45, sofern es sich bei den Schaltelementen 50, 51 um reversibel steuerbare Schaltelemente handelt, diese durch ein entsprechendes Ansteuersignal 49 sperrend geschaltet werden. To restart after a fault has occurred, the fault must be rectified and the line protection elements tripped 31 . 32 . 33 to be renewed. In addition, through the logic 45 , provided it is the switching elements 50 . 51 is reversible controllable switching elements, this by a corresponding drive signal 49 be switched off.

Dadurch, dass die Schaltelemente 50, 51 nicht im Strompfad der Phasen L1, L2, L3 liegen, wird im Normalbetrieb der Schaltungsanordnung keine höhere Verlustleistung generiert, so dass die Vorteile heutiger Sanftstarteinrichtungen nicht nachteilig beeinträchtigt sind. Andererseits stellt das Überwachungsmittel in Verbindung mit dem oder den steuerbaren Schaltelementen 50, 51 ein kurzschlussfestes „Solid State“-Schaltelement dar. As a result, the switching elements 50 . 51 are not in the current path of the phases L1, L2, L3, no higher power loss is generated during normal operation of the circuit, so that the benefits of today's soft starters are not adversely affected. On the other hand, the monitoring means in connection with the one or more controllable switching elements 50 . 51 a short-circuit proof "solid state" switching element is.

Die Schaltungsanordnung lässt sich insbesondere zum kurzschlussfesten Anlaufen von Asynchronmaschinen im Niederspannungsbereich bis zum Mittelspannungsbereich nutzen. The circuit arrangement can be used in particular for short-circuit-proof starting of asynchronous machines in the low-voltage range up to the medium-voltage range.

Claims

Circuit arrangement for controlling a single- or multi-phase electrical load ( 10 ), with one or more line protection elements ( 31 . 32 . 33 ) in a given phase (L1, L2, L3) between associated network connections and the consumer ( 10 ) and a device ( 20 ) for the control and / or on / off current limiting of the consumer ( 10 ) between the consumer ( 10 ) and the line protection element or elements ( 31 . 32 . 33 ), characterized in that a monitoring means ( 40 ) for monitoring the circuit arrangement for the presence of an error and one or more controllable switching elements ( 50 . 51 ) are provided, wherein a respective switching element ( 50 . 51 ) is connected between one phase (L1, L2, L3) and another phase (L1, L2, L3) or a return conductor, the monitoring means ( 40 ) at a detected error of at least one of the switching elements ( 50 . 51 ) turns on to trigger the one or more line protection elements ( 31 . 32 . 33 ) to force.

Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that the monitoring means ( 40 ) comprises a current measuring means for monitoring a current flowing in each phase (L1, L2, L3).

Circuit arrangement according to Claim 1 or 2, characterized in that the monitoring means ( 40 ) a logic ( 45 ) for evaluating the magnitude and / or rise of the current of each phase (L1, L2, L3).

Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the monitoring means ( 40 ) is adapted to decide on an error, if in at least one of the phases (L1, L2, L3) one of the following criteria is fulfilled: a) the increase of the current exceeds a predetermined first threshold value; b) the absolute value of the current exceeds a predetermined second threshold value; c) the energy converted over a predetermined period of time exceeds a predetermined third threshold value.

Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the monitoring means ( 40 ) is designed to take into account information about an operating state of the consumer when determining whether an error exists.

Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the monitoring means ( 40 ) and / or the switching element or elements ( 50 . 51 ) between the institution ( 20 ) for the control and / or on / off current limiting of the consumer ( 10 ) and the line protection element or elements ( 31 . 32 . 33 ) are arranged.

Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the switching state of a respective switching element ( 50 . 51 ) is reversible.

Circuit arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the switching element ( 50 . 51 ) is a mechanical switch, in particular a contactor or a relay.

Circuit arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the switching element ( 50 . 51 ) is a pyrotechnic switching element.

Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the monitoring means ( 40 ) is designed, in the presence of a plurality of switching elements ( 50 . 51 ) this at a detected error by means of a common drive signal ( 49 ) to control in parallel and switch on.

Method for operating a circuit arrangement according to one of the preceding claims, in which the monitoring means ( 40 ) for monitoring the circuit arrangement, the circuit arrangement is monitored for the presence of an error and at a detected error at least one of the switching elements ( 50 . 51 ) turns on to trigger the one or more line protection elements ( 31 . 32 . 33 ) to force.

Method according to Claim 11, in which the monitoring means ( 40 ) decides an error if, in at least one of the phases, one of the following criteria is fulfilled: a) the increase in the current exceeds a predetermined first threshold value; b) the absolute value of the current exceeds a predetermined second threshold value; c) the energy converted over a predetermined period of time exceeds a predetermined third threshold value.

Method according to Claim 11 or 12, in which the monitoring means ( 40 ) in determining whether there is an error, information about an operating state of the consumer ( 10 ) processed.

Method according to one of Claims 11 to 13, in which the monitoring means ( 40 ) in the presence of a plurality of switching elements ( 50 . 51 ) to control them in parallel and turns on.