用于控制连接在下游的电机的能量供给的开关设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于控制连接在下游的电机的能量供给的开关设备以及用于开关设备的方法。根据本发明的开关设备尤其是电机启动器并且尤其应用于工业自动化技术中。借助开关设备能够控制连接在该开关设备下游的电机。为此，通过该开关设备引导对连接在开关设备下游的电机的能量供给，从而使电机与供电网连接。供电网尤其是工业设施的低压电网(例如三相，400伏特，50赫兹)。
【背景技术】
[0002]为了控制连接在下游的电机的能量供给，开关设备包括控制单元和第一电流路径。通过第一电流路径，使供电网的第一相引向连接在下游的电机。第一电路路径包括机电的第一开关和机电的第二开关与半导体开关的并联电路，该并联电路与第一开关串联。控制单元能够输出用于第一开关、第二开关和半导体开关的接通信号并且由此控制开关的预期的开关状态。第一和第二开关尤其是常开触头，其在存在控制单元的接通信号时保持在闭合的开关状态中。如果切断第一或者第二开关的接通信号，那么开关由于复位力(例如弹簧力，其作用到相应开关的触点上)自动地采取断开状态。这种开关尤其是继电器。半导体开关在存在控制单元的接通信号时优选地采取导电状态。
[0003]开关设备包括供电接口，控制单元通过该供电接口能够获取用于接通信号的能量。通常，分散式的馈电源借助导线与开关设备的供电接口连接，从而在开关设备的有效运行中通过供电接口施加供电电压。通过供电接口，开关设备获得对于接通信号来说必要的能量。优选地，开关设备的在设备内部的总能量供给都通过开关设备的供电接口获取。
[0004]开关设备优选地应用于，接通和断开三相交流电机以及单项交流电机。连接在开关设备下游的电机优选地通过开关设备来防止过载(短路和/或热过载)。
[0005]一旦开关设备应用在安全性关键的应用中，那么就必须确保通过开关设备安全地断开连接在开关设备下游的电机。
[0006]在具有对连接在开关设备下游的电机的紧急断开的开关设备中，可行的断开原理是，开关设备的供电电压借助在馈电源和供电接口之间的供电链中中间连接的开关设备(例如紧急停机开关设备)来切断。由功能决定地，开关设备的机电开关由于断开供电电压自动进入到断开状态中(即开关是断开的)。以这种方式，在断开供电电压时，切断了经由开关设备引向电机的能量供给，从而使电机安全地关断。通过断开馈电源和自动地断开开关，在开关处形成关断电弧，其导致在开关处的强烈磨损，从而通常限制了开关设备的这类操作循环的数量。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提出一种改进了的开关设备，其尤其自身确保了开关设备的符合规定的功能。
[0008]该目的通过根据权利要求1的装置实现，也就是通过一种开关设备实现，其具有控制单元、供电接口、供电单元和第一电流路径，第一电流路径包括机电的第一开关和机电的第二开关与半导体开关的并联电路，该并联电路与第一开关串联，其中控制单元能够输出用于第一开关、第二开关和半导体开关的接通信号，其中供电接口与供电单元连接并且控制单元通过供电单元获取用于接通信号的能量，其中，开关设备包括蓄能器和与控制单元连接的两个测量装置，其中蓄能器中间连接在供电接口和供电单元之间，从而通过供电接口实现的对开关设备的能量供给借助蓄能器在设备内部缓冲，其中，控制单元能够借助第一测量装置检测出在供电单元的初级侧处施加的供电电压低于第一电压阈值，其中控制单元能够借助第二测量装置检测出在供电单元的次级侧处施加的供电电压低于第二电压阈值，其中，控制单元如下地设计，使得其对从低于第一电压阈值至低于第二电压阈值的时间段进行评估，该目的以及通过根据权利要求10的方法实现，也就是通过一种用于开关设备的方法来实现，该开关设备包括控制单元、供电接口、供电单元和第一电流路径，其中，第一电流路径包括机电的第一开关和第二机电开关与半导体开关的并联电路，该并联电路与第一开关串联，其中控制单元能够输出用于第一开关、第二开关和半导体开关的接通信号，其中供电接口与供电单元连接并且控制单元通过供电单元获取用于接通信号的能量，其中，开关设备包括蓄能器和与控制单元连接的两个测量装置，其中蓄能器中间连接在供电接口和供电单元之间，从而通过供电接口实现的能量供给借助蓄能器在设备内部缓冲，其中，控制单元借助第一测量装置检测出施加在供电单元的初级侧处的供电电压低于第一电压阈值并且借助第二测量装置检测出施加在供电单元的次级侧处的供电电压低于第二电压阈值，其中，控制单元对从低于第一电压阈值至低于第二电压阈值的时间段进行评估。
[0009]优选的改进方案在从属权利要求2至9以及11至14中给出。
[0010]控制单元能够通过评估从低于第一电压阈值至低于第二电压阈值的时间段来监控内部的蓄能器的功能状态。如果低于存储的临界时间值，那么优选地通过控制单元输出相应的信号。通过借助于控制单元对从低于第一电压阈值至低于第二电压阈值的时间段进行评估，尤其能够监控蓄能器的损耗。
[0011]在连接在开关设备下游的电机的有效运行中，通过开关设备的第一电流路径引导对电机的能量供给。
[0012]在存在控制单元的接通信号时，第一和第二开关采取闭合的开关状态。如果切断了在第一和/或第二开关处的接通信号；即在开关处没有施加接通信号，那么相应的开关就自动地采取断开的开关状态。在有接通信号时，特别地在开关的控制电路上施加有电压，尤其是大约12伏特。在没有接通信号时，特别地在开关的控制电流电路上没有施加电压。
[0013]第一测量装置特别地布置在供电接口和供电单元之间的区域中。借助第一测量装置，控制单元能够监控在供电单元的初级侧上的能量供给(即供电单元至供电接口的电连接)。特别地，借助第一测量装置测定在供电单元的初级侧上存在的电压。
[0014]第二测量装置特别地布置在供电单元和控制单元之间的区域中。借助第二测量装置，控制单元能够监控在供电单元的次级侧上的能量供给(即供电单元至控制单元的电连接)。特别地，借助第二测量装置测定在供电单元的次级侧上存在的电压。
[0015]通过供电接口优选地仅仅实现开关设备的在设备内部的能量供给。
[0016]优选地，在开关设备的规定的运行中在供电接口处施加大约24伏特。
[0017]特别地，开关设备的供电单元将施加在供电接口处的电压转换成另外的电压。
[0018]半导体开关优选是三端双向可控硅开关元件(Triac)或者两个反并联的晶闸管。
[0019]如果开关设备的供电接口与外部的馈电源按规定地连接，那么在供电接口上施加了电压。以这种方式为供电单元以及由此为控制单元供能。
[0020]特别地通过至少一个电容器形成的蓄能器中间连接在供电接口和供电单元之间，从而其在设备内部缓冲了通过供电接口实现的对开关设备的能量供给。蓄能器尤其通过施加在供电接口处的电压来充电。
[0021]控制单元能够借助第一测量装置探测出在供电单元处的初级侧上的电压低于第一电压阈值。该第一电压阈值尤其表征了开关设备的一种状态，在该状态中通过外部的馈电源对供电单元的能量供给受到危害或者不存在。这种状态例如由于中断了供电接口至馈电源的电连接而导致。
[0022]如果中断了供电接口至馈电源的电连接，那么供电单元就仅仅通过已充电的蓄能器在设备内部供能。这种状态通过控制单元通过在供电单元的初级侧的区域中的供电电压低于第一电压阈值来探测出。然而，借助蓄能器对供电单元的设备内部的能量供给仅仅能够维持确定的时间段。
[0023]通过借助第二测量装置监控在供电单元的次级侧上的电压，能够获得对蓄能器的放电过程的推断。
[0024]优选地，通过控制单元来监控，蓄能器是否确保了对于预定时间段的、对供电单元、尤其是控制单元的足够的设备内部的能量供给。根据对从低于第一电压阈值至低于第二电压阈值的时间段的评估，控制单元能够监控蓄能器的符合规定的功能状态。
[0025]一旦从低于第一电压阈值至低于第二电压阈值的时间段低于临界的时间值，那么控制单元优选地输出信号或者阻止连接在下游的电机的再次接通。
[0026]在本发明的有利的实施方式中，控制单元如下地设计，使得在检测出在供电单元的初级侧处低于了第一电压阈值时，控制单元借助蓄能器的能量:
[0027]-在第一步骤中导电地连接半导体开关并且接下来断开第二开关，
[0028]-在第一步骤之后，在第二步骤中不导电地连接半导体开关并且接下来断开第一开关。
[0029]在控制单元借助第一测量装置已经检测出低于第一电压阈值之后，通过控制单元自动地实现执行第一和第二步骤。
[0030]控制单元能够借助第一和第二测量装置监控通过供电接口实现的用于控制单元的接通信号的能量供给。通过借助第一测量装置来监控在供电接口和供电单元之间的电连接区域中的能量流，能够监控馈电源的通过供电接口直接输送在开关设备处的电压。以这种方式能够从控制单元方面直接对供电接口处的电压降做出反应。
[0031]通过借助于第一测量装置监控通过供电接口实现的能量供给，在供电电压下降到优选地存储在控制单元或者测量装置中的临界区域中时，能够实现受控地断开通过第一电流路径实现的对连接在下游的电机的能量供给。供电电压的临界区域借助第一电压阈值与供电电压的符合规定的区域分开，在该符合规定的区域中存在经由供电接口的对开关设备的符合规定的能量供给。特别地，第一电压阈值如下确定大小，即