FI91115B

FI91115B - Method for controlling an electrical switch and an electrical switch

Info

Publication number: FI91115B
Application number: FI925458A
Authority: FI
Inventors: Martti Sairanen; Raimo Riuttala
Original assignee: Ahlstroem Oy
Priority date: 1992-11-30
Filing date: 1992-11-30
Publication date: 1994-01-31
Also published as: DE69312731D1; EP0671052A1; RU95113710A; FI91115C; PL173131B1; FI925458A0; NO952118D0; DE69312731T2; WO1994013000A1; EP0671052B1; NO952118L; ATE156299T1; ES2107791T3; RU2121183C1; PL309188A1; DK0671052T3; NO306584B1

Abstract

The present invention relates to a method of controlling an electronic switch and an electronic switch for carrying out the method. The electronic switch comprises an electromagnetic relay (1) and a controllable bidirectional semi-conductor switch (2), such as a triac, connected parallel with the switch (1b) of the relay and a control unit (3) for controlling the relay and the semi-conductor switch so that when connecting the load to a power source the semi-conductor switch is first turned on at the zero point of the AC voltage, subsequent to which and after a delay the switch of the relay is turned on, and when disconnecting the load from the power source, the switch of the relay is first turned off, subsequent to which and after a delay the semi-conductor switch is turned off at the zero point of the alternating current. According to the invention the control unit (3) also comprises means for turning off the semi-conductor switch (2) subsequent to turning on the switch (1b) of the relay (1) when connecting the load to a power source, and for turning on the semi-conductor switch (2) prior to turning off the switch (1b) of the relay (1) when disconnecting the load from the power source.

Description

9111591115

MENETELMÄ SÄHKÖISEN KYTKIMEN OHJAAMISEKSI JA SÄHKÖINEN KYTKINMETHOD OF CONTROLLING AN ELECTRICAL SWITCH AND ELECTRICAL SWITCH

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 5 johdanto-osassa määritelty menetelmä sähköisen kytkimen ohjaamiseksi.The invention relates to a method for controlling an electrical switch as defined in the preamble of claim 1.

Keksinnön kohteena on myös patenttivaatimuksen 2 johdanto-osan mukainen sähköinen kytkin.The invention also relates to an electrical switch according to the preamble of claim 2.

Ennestään tunnetaan sähköinen kytkin, johon 10 kuuluu rele ja tämän kytkimen rinnalle järjestetty puolijohdekytkin. Tällaisen kytkimen avulla kuorma voidaan kytkeä sähköverkkoon kipinättömästi vaihtojännitteen vaiheen nollakohdassa ja vastaavasti irrottaa kuorma kipinättömästi vaihtovirran nollakohdassa. Tämä 15 toteutetaan siten, että kytkettäessä kuorma sähköverkkoon puolijohdekytkin, kuten triac, kytketään ensin johtavaksi vaihtojännitteen vaiheen nollakohdassa ja sen jälkeen viiveen kuluttua kytketään releen kytkin päälle. Vastaavasti kytkettäessä kuorma irti sähköver-20 kosta, rele kytketään ensin pois päältä ja sen jälkeen viiveen kuluttua puolijohdekytkimen, kuten triacin, ohjaus poistetaan, jolloin puolijohdekytkin kytkee kuorman irti sähköverkosta edullisesti virran vaiheen nollakohdassa.An electrical switch is known, which comprises a relay 10 and a semiconductor switch arranged next to this switch. With such a switch, the load can be connected to the mains non-sparking at the zero point of the AC voltage phase and, accordingly, the load can be disconnected non-sparking at the zero point of the AC current. This is accomplished by connecting a semiconductor switch, such as a triac, to a conductor at a zero point in the AC phase and then, after a delay, to turn on the relay switch. Correspondingly, when disconnecting the load from the mains, the relay is first switched off and then, after a delay, the control of a semiconductor switch, such as a triac, is removed, whereby the semiconductor switch disconnects the load from the mains, preferably at phase zero.

25 Epäkohtana nykyisessä sähköisessä kytkimessä ja sen ohjausmenetelmässä on, että aikaa myöten releen kytkimen kärjet likaantuvat ja jännite releen suljetun kytkimen yli kasvaa. Tämä johtuu siitä, että releen kytkimen kärkien yli vaikuttaa kytkentä- ja/tai kat-30 kaisuhetkellä ainoastaan n. 2 voltin jännite. Tämä jännite ei riitä puhdistamaan releen kytkimen kärkiä, jolloin jännite suljetun kytkimen yli nousee. Jännitteen noususta seuraa, että releen rinnalle kytketty puolijohdekytkin, kuten triac, ei lakkaa johtamasta 35 releen kytkimen sulkeuduttua, vaan virta kulkee edelleen puolijohdekytkimen kautta. Tämä taas johtaa puoli-johdekytkimen, kuten triacin, ylikuumenemiseen ja tu- 2 houtumiseen.25 A disadvantage of the current electrical switch and its control method is that over time, the tips of the relay switch become dirty and the voltage across the closed switch of the relay increases. This is due to the fact that only a voltage of approx. 2 volts acts across the relay switch tips at the time of switching and / or switching off. This voltage is not enough to clean the relay switch tips, causing the voltage across the closed switch to rise. As a result of the voltage rise, a semiconductor switch connected to the relay, such as a triac, does not stop conducting when the relay switch 35 closes, but current continues to flow through the semiconductor switch. This in turn leads to overheating and destruction of the semiconductor switch, such as the triac.

Keksinnön tarkoituksena on tuoda julki uusi menetelmä sähköisen kytkimen ohjaamiseksi ja sähköinen kytkin, jonka avulla edellä esitetty ongelma voidaan 5 välttää.The object of the invention is to provide a new method for controlling an electrical switch and an electrical switch by means of which the above problem can be avoided.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle sähköisen kytkimen ohjaamiseksi on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1.The method according to the invention for controlling an electrical switch is characterized by what is stated in claim 1.

Sähköteho kytketään kuormaan vaihtosähköver-10 kosta tai vastaavasta vaihtosähkölähteestä sähköisellä kytkimellä ja vastaavasti sähköteho katkaistaan. Sähköiseen kytkimeen kuuluu sähkömagneettinen rele ja releen kytkimen rinnalle kytketty ohjattava kaksisuuntainen puolijohdekytkin, kuten triac. Keksinnön mukai-15 sessa menetelmässä relettä ja puolijohdekytkintä ohjataan siten, että kytkettäessä kuorma teholähteeseen puolijohdekytkin kytketään ensin johtavaan tilaan vaihtojännitteen vaiheen nollakohdassa, jonka jälkeen viiveen kuluttua releen kytkin kytketään päälle, ja kyt-20 kettäessä kuorma irti teholähteestä kytketään ensin releen kytkin irti, jonka jälkeen viiveen kuluttua puoli-johdekytkin kytketään johtamattomaan tilaan vaihtovirran vaiheen nollakohdassa. Keksinnön mukaisesti menetelmässä lisäksi puolijohdekytkin kytketään johtamatto-25 maan tilaan heti sen jälkeen, kun releen kytkin on kytketty päälle kytkettäessä kuormaa teholähteeseen, ja puolijohdekytkin kytketään johtavaan tilaan ennen releen kytkimen irtikytkemistä kytkettäessä kuorma irti teholähteestä.The electrical power is connected to the load from the AC mains-10 or a similar AC power source by an electrical switch and the electrical power is cut off accordingly. An electrical switch includes an electromagnetic relay and a controllable bidirectional semiconductor switch, such as a triac, connected in parallel with the relay switch. In the method according to the invention, the relay and the semiconductor switch are controlled so that when the load is connected to the power supply, the semiconductor switch is first switched to the AC phase phase, after which the relay switch is switched on after a delay, and when the load is disconnected from the power supply after the delay, the solid-state switch is switched to the non-conducting state at the zero point of the alternating current phase. According to the invention, in the method, the semiconductor switch is further switched to the non-conductive state immediately after the relay switch is switched on when the load is connected to the power supply, and the semiconductor switch is switched to the conductive state before the relay switch is disconnected from the power supply.

30 Keksinnön mukaiselle sähköiselle kytkimelle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 2.The electrical switch according to the invention is characterized by what is stated in claim 2.

Keksinnön mukaiseen sähköiseen kytkimeen sähkötehon kytkemiseksi kuormaan vaihtosähköverkosta tai 35 vastaavasta vaihtosähkölähteestä ja sähkötehon vastaavaksi katkaisemiseksi kuuluu sähkömagneettinen rele ja releen kytkimen rinnalle kytketty ohjattava kaksisuun-The electrical switch according to the invention for connecting electrical power to a load from an AC mains supply or a corresponding AC power supply and for disconnecting the electrical power accordingly comprises an electromagnetic relay and a controllable bidirectional switch connected in parallel with the relay switch.

IIII

91115 3 täinen puolijohdekytkin, kuten triac, sekä ohjausyksikkö releen ja puolijohdekytkimen ohjaamiseksi siten, että kytkettäessä kuorma teholähteeseen puolijohdekytkin kytketään ensin johtavaan tilaan vaihtojännitteen 5 vaiheen nollakohdassa, jonka jälkeen viiveen kuluttua releen kytkin kytketään päälle, ja kytkettäessä kuorma irti teholähteestä kytketään ensin releen kytkin irti, jonka jälkeen viiveen kuluttua puolijohdekytkin kytketään johtamattomaan tilaan vaihtovirran vaiheen nolla-10 kohdassa. Keksinnön mukaisesti ohjausyksikköön kuuluu lisäksi välineet puolijohdekytkimen kytkemiseksi johtamattomaan tilaan heti sen jälkeen, kun releen kytkin on kytketty päälle kytkettäessä kuorma teholähteeseen, ja puolijohdekytkimen kytkemiseksi johtavaan tilaan ennen 15 releen kytkimen irtikytkemistä kytkettäessä kuorma irti teholähteestä.91115 3 full semiconductor switch, such as a triac, and a control unit for controlling the relay and the semiconductor switch so that when the load is connected to a power supply, the semiconductor switch is first turned on at after which, after a delay, the semiconductor switch is switched to a non-conductive state at the zero-10 point of the AC phase. According to the invention, the control unit further comprises means for switching the semiconductor switch to a non-conductive state immediately after the relay switch is switched on when the load is connected to the power supply, and for switching the semiconductor switch to the conductive state before disconnecting the relay switch from the power supply.

Ohjausyksikkö voidaan toteuttaa monin eri tavoin ohjauslogiikkana, joka voi sisältää esim mikroprosessorin, tai sopivista komponenteista koottavana 20 yksinkertaisena ei-älykkäänä piirinä. Ohjausyksikköä itseään ohjataan yksinkertaisella päälle/pois kytkimellä .The control unit can be implemented in many different ways as control logic, which may include e.g. a microprocessor, or as a simple non-intelligent circuit assembled from suitable components. The control unit itself is controlled by a simple on / off switch.

Sähköisen kytkimen eräässä sovellutuksessa ohjausyksikköön kuuluu nollavaihekulman ilmaiseva optinen 25 kytkin puolijohdekytkimen ohjaamiseksi. Tällaisessa optisessa kytkimessä on edullisesti yhdistetty samaan komponenttiin vaihtojännitteen vaihekulman ilmaisin ja kytkin, joka on lisäksi optisesti ohjattavissa. Tällaisella komponentilla voidaan pienentää sähköisessä kyt-30 kimessä käytettävien komponenttien lukumäärää.In one embodiment of the electrical switch, the control unit includes a zero phase angle indicating optical switch 25 for controlling the semiconductor switch. In such an optical switch, an AC voltage phase angle detector and a switch are preferably connected to the same component, which is furthermore optically controllable. Such a component can reduce the number of components used in an electrical switch.

Sähköisen kytkimen eräässä sovellutuksessa ohjausyksikköön kuuluu aikavakiopiiri, edullisesti RC-piiri, vertailujännitelähde kolmen vertailujännitteen muodostamiseksi ja vertailuyksikkö aikavakiopiirin 35 kautta tulevan ohjausjännitteen ja vertailujännitteiden vertailemiseksi ja releen kytkimen ja puolijohdekytkimen oikea-aikaisen kytkennän toteuttamiseksi. Ohjaus- 4 jännitteenä käytetään edullisesti tasajännitettä, joka kytketään ohjausyksikön ohjausnapaan silloin, kun kuorma halutaan kytkeä sähköisen kytkimen avulla sähköverkkoon. Tällöin aikavakiopiirin vaikutuksesta sisäinen 5 ohjausjännite nousee tämän piirin määräävän aikavakion aikana lähelle ohjausjännitteen maksimiarvoa ja ylittää mainitut vertailujännitteiden arvot. Sisäisen ohjaus-jännitteen arvon ylittäessä asetetut vertailujännitetasot ensin puolijohdekytkin kytketään johtavaan ti-10 laan, sitten releen kytkin suljetaan ja lopuksi puoli-johdekytkin saatetaan johtamattomaan sulkutilaan. Vastaavasti ohjausjännitteen poiskytkeminen saa aikaan päinvastaisen tapahtumasarjan.In one embodiment of the electrical switch, the control unit includes a time constant circuit, preferably an RC circuit, a reference voltage source for generating three reference voltages and a reference unit for comparing the control voltage and reference voltages via the time constant circuit 35 and real-time switching of the relay switch and semiconductor switch. As the control voltage 4, a direct voltage is preferably used, which is connected to the control terminal of the control unit when it is desired to connect the load to the electrical network by means of an electrical switch. In this case, under the influence of the time constant circuit, the internal control voltage 5 rises close to the maximum value of the control voltage during the determining time constant of this circuit and exceeds said values of the reference voltages. When the value of the internal control voltage exceeds the set reference voltage levels, first the semiconductor switch is connected to a conductive ti-10 state, then the relay switch is closed, and finally the semiconductor switch is placed in a non-conductive closed state. Correspondingly, switching off the control voltage causes the opposite sequence of events.

Sähköisen kytkimen eräässä sovellutuksessa 15 vertailuyksikköön kuuluu kolme jännitevertailijaa, joista ensimmäisellä ja kolmannella jännitevertailijalla ohjataan puolijohdekytkintä ja toisella jännitever-tailijalla relettä.In one embodiment of the electrical switch, the reference unit 15 comprises three voltage comparators, the first and third voltage comparators controlling the semiconductor switch and the second voltage comparator controlling the relay.

Sähköisen kytkimen eräässä sovellutuksessa 20 ensimmäiseen jännitevertailijaan kuuluu kanavatransis-tori, jonka kynnysjännitettä käytetään ensimmäisenä vertailujännitteenä, johon aikavakiopiirin kautta tulevaa ohjausjännitettä verrataan puolijohdekytkimen ohjaamiseksi johtavaan tilaan kytkettäessä kuorma teho-25 lähteeseen ja johtamattomaan tilaan kytkettäessä kuorma irti teholähteestä; ja kolmas jännitevertailija on kytketty kanavatransistorin eteen tämän kanssa sarjaan puolijohdekytkimen ohjaamiseksi johtamattomaan tilaan sen jälkeen, kun kuorma on kytketty releen kytkimen 30 kautta teholähteeseen, ja puolijohdekytkimen ohjaamiseksi johtavaan tilaan ennen kuin releen kytkin ja kuorma kytketään irti teholähteestä. Ensimmäisen jännitevertaili jän avulla siis puolijohdekytkin ohjataan johtavaan tilaan, kun taas tätä seuraavan kolmannen 35 jännitevertailijän avulla vastaavasti puolijohdekytkin ohjataan jälleen johtamattomaan tilaan sen jälkeen, kun rele on ohjattu päälle ja kuorma kytketty releen kytki-In one embodiment of the electrical switch, the first voltage comparator 20 includes a channel transistor whose threshold voltage is used as the first reference voltage to which the control voltage through the time constant circuit is compared to control the semiconductor switch to a conductive state when switching a load from a power source and a non-conducting state; and a third voltage comparator is connected in front of the channel transistor thereto in series to control the semiconductor switch to a non-conductive state after the load is connected to the power supply via the relay switch 30, and to control the semiconductor switch to a conductive state before the relay switch and load are disconnected from the power supply. Thus, by means of the first voltage comparator, the semiconductor switch is controlled to a conductive state, while by a third voltage comparator 35, respectively, the semiconductor switch is again directed to a non-conductive state after the relay is controlled and the load is switched on.

IIII

91115 5 men kautta sähköverkkoon. Vastaavalla tavalla jännite-vertailijat toimivat päinvastaisessa järjestyksessä, kun ohjausjännite katkaistaan ja sähköinen kytkin kytkee kuorman irti sähköverkosta.91115 5 men through the electricity grid. Similarly, voltage comparators operate in reverse order when the control voltage is switched off and the electrical switch disconnects the load from the mains.

5 Sähköisen kytkimen erässä sovellutuksessa vertailujännitelähteeseen kuuluu vastusketju toisen ja kolmannen vertailujännitteen muodostamiseksi ennalta määrätystä tasajännitteestä. Tämä on yksinkertainen ja tehokas tapa toteuttaa joukko haluttuja vertailujännit-10 teitä.5 In one embodiment of the electrical switch, the reference voltage source includes a resistor circuit for generating a second and a third reference voltage from a predetermined DC voltage. This is a simple and effective way to implement a set of desired reference voltages-10 paths.

Keksinnön etuna on, että sillä voidaan korvata relekytkin ja välttää näin releen käytöstä aiheutuvat haitat. Edelleen keksinnön etuna on, että sähköiseen kytkimeen kuuluu releen kytkimen rinnalle kytketty 15 ohjattava kaksisuuntainen puolijohdekytkin, kuten triac, jota puolijohdekytkintä pidetään johtavassa tilassa ainoastaan muutostilanteessa eli kytkintä kiinni ja vastaavasti irti kytkettäessä. Tällöin puolijoh-dekytkin, kuten triac ei pääse ylikuumenemaan ja releen 20 kytkimen kärkiosien itsepuhdistus toimii tunnetulla tavalla.The advantage of the invention is that it can replace the relay switch and thus avoid the disadvantages caused by the use of the relay. A further advantage of the invention is that the electrical switch comprises a controllable bidirectional semiconductor switch connected to the relay switch, such as a triac, which semiconductor switch is kept in a conductive state only in the event of a change, i.e. when the switch is closed and disconnected, respectively. In this case, a semiconductor switch such as a triac cannot overheat and the self-cleaning of the tip portions of the switch of the relay 20 operates in a known manner.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää yksinkertaista lohkokaaviota sähköisestä 25 kytkimestä; kuva 2 esittää kuvan 1 mukaisen sähköisen kytkimen ohjaussignaaleja ja kuorman yli vaikuttavaa verkkojän-nitettä; kuva 3 esittää lohkokaavion muodossa erästä toista 30 sähköistä kytkintä; kuva 4 esittää jännitetasoja ja -muutoksia kuvan 3 sähköisen kytkimen eri kohdissa; ja kuva 5 esittää erästä sähköisen kytkimen sovellutusta piirikaaviona.The invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 shows a simple block diagram of an electrical switch; Figure 2 shows the control signals of the electrical switch of Figure 1 and the mains voltage acting on the load; Figure 3 shows in block diagram form another 30 electrical switches; Figure 4 shows voltage levels and changes at various points in the electrical switch of Figure 3; and Figure 5 shows an embodiment of an electrical switch as a circuit diagram.

35 Sähköiseen kytkimeen kuvassa 1 kuuluu sähkö magneettinen rele 1, jossa on ohjauskäämi la ja kytkin Ib. Releen kytkimen Ib rinnalle on kytketty ohjattava 6 kaksisuuntainen puolijohdekytkin 2, kuten triac. Sähköisen kytkimen napoja on merkitty LI, L2. Toinen napa kytketään sähköverkkoon ja toinen kuormaan (ei esitetty piirustuksissa). Ohjausyksikön 3 avulla ohjataan säh-5 köistä kytkintä ja erityisesti relettä 1 ja puolijohde-kytkintä 2.The electrical switch in Figure 1 comprises an electromagnetic relay 1 with a control coil 1a and a switch Ib. A controllable 6 bidirectional semiconductor switch 2, such as a triac, is connected in parallel with the relay switch Ib. The poles of the electrical switch are marked L1, L2. One pole is connected to the mains and the other to the load (not shown in the drawings). The control unit 3 controls the electrical switch 5 and in particular the relay 1 and the semiconductor switch 2.

Sähköistä kytkintä ohjataan seuraavasti. Viittaamme kuvaan 2. Sähköisen kytkimen relettä 1 ja puoli-johdekytkintä 2 ohjaataan ohjausyksikön 3 avulla siten, 10 että puolijohdekytkin 2 kytketään ensin johtavaan tilaan antamalla sille ohjaussignaali To hetkellä ta verkkojännitteen vaiheen nollakohdassa. Tällöin kuorma kytketään vaihtösähköverkkoon. Viiveen kuluttua hetkellä tb releen 1 ohjauskäämille la annetaan ohjaussignaa-15 li Ro, jolloin releen 1 kytkin Ib kytkeytyy päälle. Puolijohdekytkin 2 kytketään johtamattomaan tilaan hetkellä te eli heti sen jälkeen, kun releen 1 kytkin Ib on kytketty päälle, keskeyttämällä ohjaussignaalin To syöttö. Verkkovirta kuormaan kulkee tällöin ensin 20 johtavan puolijohdekytkimen kautta, mutta releen kytkeytymisen ja puolijohdekytkimen sulkemisen ja hetken te jälkeen yksinomaan releen 1 kytkimen Ib kautta.The electrical switch is controlled as follows. We refer to Fig. 2. The relay 1 of the electrical switch and the semiconductor switch 2 are controlled by the control unit 3 so that the semiconductor switch 2 is first switched to the conductive state by giving it a control signal To at the zero point of the mains voltage phase. In this case, the load is connected to the AC mains. After the delay at time tb, the control coil 1a of the relay 1 is given a control signal-15 li Ro, whereby the switch Ib of the relay 1 is switched on. The semiconductor switch 2 is switched to the non-conducting state at time te, i.e. immediately after the switch Ib of the relay 1 is switched on, by interrupting the supply of the control signal To. The mains current to the load then passes first through the 20 conductive semiconductor switches, but after switching on the relay and closing the semiconductor switch and after a while te exclusively through the switch Ib of the relay 1.

Kytkettäessä kuorma irti vaihtosähköverkosta puolijohdekytkin 2 kytketään ensin johtavaan tilaan 25 syöttämällä sille ohjaussignaali To hetkellä td, jonka jälkeen viiveen kuluttua releen 1 ohjauskäämiltä la poistetaan hetkellä te ohjaussignaali Ro, jolloin releen 1 kytkin Ib irtikytkeytyy. Tämän jälkeen hetkellä tf puolijohdekytkin 2 kytketään johtamattomaan tilaan 30 verkkovirran vaiheen nollakohdassa poistamalla sen ohjaussignaali To. Samalla kuorma kytkeytyy irti sähköverkosta. Verkkovirta kuormaan kulkee tällöin ensin releen 1 kytkimen Ib kautta, sitten releen kytkimen ja puolijohdekytkimen kautta ja lopuksi vain puolijohde-35 kytkimen kautta ennen kuorman irtikytkemistä sähköverkosta. Verkkojännite UL vaikuttaa kuorman yli hetkestä ta hetkeen tf.When the load is disconnected from the AC mains, the semiconductor switch 2 is first connected to the conductive state 25 by applying a control signal To at time td, after which the control signal Ro is removed from the control coil 1a of the relay 1 after a delay. Thereafter, at time tf, the semiconductor switch 2 is switched to the non-conducting state 30 at the zero point of the mains phase by removing its control signal To. At the same time, the load is disconnected from the mains. The mains current to the load then flows first through the switch Ib of the relay 1, then through the switch and the semiconductor switch of the relay and finally only through the semiconductor-35 switch before disconnecting the load from the mains. The mains voltage UL acts over the load from moment ta to time tf.

Il 91115 7Il 91115 7

Eräs toinen keksinnön mukainen sähköinen kytkin on esitetty kuvassa 3. Tässä kuvassa on käytetty samoista osista samoja viitenumerolta kuin kuvassa 1. Sähköiseen kytkimeen kuuluu myös sähkömagneettinen rele 5 1, jossa on ohjauskäämi la ja kytkin Ib. Releen kytki men Ib rinnalle on kytketty ohjattava kaksisuuntainen puolijohdekytkin 2, kuten triac. Sähköisen kytkimen napoja on merkitty LI, L2, kuten edellä kuvan 1 yhteydessä. Toinen napa kytketään sähköverkkoon ja toinen 10 kuormaan (ei esitetty piirustuksissa). Ohjausyksikön 3 avulla ohjataan sähköistä kytkintä ja erityisesti relettä 1 ja puolijohdekytkintä 2.Another electrical switch according to the invention is shown in Figure 3. In this figure, the same parts are used with the same reference numerals as in Figure 1. The electrical switch also includes an electromagnetic relay 5 1 with a control coil 1a and a switch Ib. A controllable bidirectional semiconductor switch 2, such as a triac, is connected in parallel with the relay switch Ib. The poles of the electrical switch are marked L1, L2, as above in connection with Fig. 1. One pole is connected to the mains and the other 10 to the load (not shown in the drawings). The control unit 3 controls the electrical switch and in particular the relay 1 and the semiconductor switch 2.

Ohjausyksikköön 3 kuuluu kuvan 3 esimerkissä nollavaihekulman ilmaiseva optinen kytkin 4 puolijohde-15 kytkimen 2 ohjaamiseksi. Optiseen kytkimeen 4 kuuluu valolähetin 4a, kuten LED, valoilmaisin 4b ja nollavai-hekulmailmaisin 4c. Ohjausyksikköön 3 kuuluu edelleen aikavakiopiiri 5, kuten vastuskondensaattori- eli RC-piiri, vertailujännitelähde 6 kolmen vertailujännitteen 20 UI, U2, U3 muodostamiseksi ja vertailuyksikkÖ 7, johon kuuluu jännitevertailijät 8, 9, 10. Vertailuyksikön 7 jännitevertailijoiden 8, 9, 10 avulla verrataan aikava-kiopiirin 5 kautta tulevan ohjausjännitteen Uin ja vertailujännitteiden UI, U2, U3 arvoja toisiinsa. En-25 simmäisellä ja kolmannella jännitevertailijalla 8, 10 ohjataan optisen kytkimen 4 kautta puolijohdekytkintä 2 ja toisella jännitevertailijalla 9 relettä 1 eli releen ohjauskäämin la kautta releen kytkintä Ib.In the example of Fig. 3, the control unit 3 includes a zero-phase angle indicating optical switch 4 for controlling the semiconductor-15 switch 2. The optical switch 4 includes a light transmitter 4a such as an LED, a light detector 4b and a zero-phase angle detector 4c. The control unit 3 further comprises a time constant circuit 5, such as a resistor capacitor or RC circuit, a reference voltage source 6 for generating three reference voltages 20, U1, U2, U3 and a comparison unit 7 including voltage comparators 8, 9, 10. The comparator unit 7 compares the time values of the control voltage U1 and the reference voltages UI, U2, U3 coming through the circuit 5. The first and third voltage comparators 8, 10 of the en-25 control the semiconductor switch 2 via the optical switch 4 and the second voltage comparator 9 controls the relay 1, i.e. the relay switch Ib via the relay control coil 1a.

Keksinnön mukainen sähköinen kytkin kuvassa 3 30 toimii seuraavasti. Viittaamme myös kuvaan 4. Ohjaus-jännite Uo kytketään ohjausyksikön 3 ohjaustuloon Uin hetkellä to. Ohjausjännite Uo on sopivan suuruinen verkkojännitteeseen nähden pieni tasajännite. Sisäinen ohjausjännite Uos kasvaa aikavakiopiirin 5 lähdössä 35 piirin vaikutuksesta suhteellisen hitaasti. Kunkin vertailuyksikön 7 jännitevertailijän 8, 9, 10 toiseen tuloon syötetään sisäinen ohjausjännite Uos ja sitä 8 verrataan ensimmäisessä jännitevertailijassa 8 jännitteeseen UI, toisessa jännitevertailijassa 9 jännitteeseen U2, joka on suurempi kuin UI ja kolmannessa jännitevertaili jassa 10 jännitteeseen U3, joka on suurempi 5 kuin U2. Sisäisen ohjausjännitteen Uos noustua arvoon UI hetkellä tl jännitevertailija 8 lähtöjännite Uol nousee ennaltamäärättyyn arvoon ja antaa ohjausjännitteen optiselle kytkimelle 4. Optisen kytkimen valolähe-tin 4b alkaa lähettää optista säteilyä, jonka sen va-10 loilmaisin 4b havaitsee. Optisen kytkimen nollavaihe-kulma 4c havaitsee verkkojännitteen Uv vaiheen seuraa-van nollakohdan hetkellä t2 ja kytkee tällöin sopivan ohjauksen puolijohdekytkimen 2 ohjaustuloon, jolloin puolijohdekytkin 2 siirtyy johtavaan tilaan. Tällöin 15 puolijohdekytkimen 2 läpi alkaa kulkea virtaa ja kuorma on kytketty sähköverkkoon ja sen yli vaikuttaa verkko-jännite Uk.The electrical switch according to the invention in Fig. 3 30 operates as follows. We also refer to Fig. 4. The control voltage Uo is connected to the control input Uin of the control unit 3 at time to. The control voltage Uo is a suitably small DC voltage with respect to the mains voltage. The internal control voltage Uos at the output of the time constant circuit 5 increases relatively slowly under the influence of the circuit 35. An internal control voltage Uos is applied to the second input of the voltage comparator 8, 9, 10 of each reference unit 7 and is compared in the first voltage comparator 8 to the voltage UI, in the second voltage comparator 9 to a voltage U2 greater than UI and in the third voltage comparator 10 to a voltage U3 greater than U2 . When the internal control voltage Uos rises to the value UI at the time t1, the output voltage Uol of the voltage comparator 8 rises to a predetermined value and provides a control voltage to the optical switch 4. The optical transmitter light transmitter 4b begins to emit optical radiation detected by its light detector 4b. The zero phase angle 4c of the optical switch detects the next zero point of the phase of the mains voltage Uv at time t2 and then connects a suitable control to the control input of the semiconductor switch 2, whereby the semiconductor switch 2 enters the conductive state. In this case, current begins to flow through the 15 semiconductor switches 2 and the load is connected to the mains and the mains voltage Uk acts over it.

Sisäinen ohjausjännite Uos nousee edelleen jatkuvasti ja saavuttaa hetkellä t3 vertailujännitteen 20 U2. Tällöin jännitevertailijän 9 lähtöön saadaan oh jaus jännite Uo2 ja releen 1 ohjauskäämiin la syötetään ohjausvirtaa. Tästä seuraa, että rele 1 vetää ja sen kytkin Ib sulkeutuu. Tällöin sekä releen kytkin Ib että puolijohdekytkin 2 ovat johtavassa tilassa.The internal control voltage Uos continues to rise continuously and reaches the reference voltage 20 U2 at time t3. In this case, a control voltage Uo2 is obtained at the output of the voltage comparator 9 and a control current is supplied to the control coil 1a of the relay 1. As a result, relay 1 pulls and its switch Ib closes. In this case, both the relay switch Ib and the semiconductor switch 2 are in the conductive state.

25 Sisäinen ohjausjännite Uos nousee edelleen ja se saavuttaa hetkellä t4 vertailujännitetason U3. Tällöin jännitevertailija 10 antaa ohjausjännitteen Uo3 optiselle kytkimelle 4. Ohjausjännite Uo3 kumoaa optisen kytkimen 4 ohjausjännitteen Uol, jolloin optisen 30 kytkimen 4 valolähetin lakkaa lähettämästä optista säteilyä eikä puolijohdekytkin 2 saa enää ohjaussignaalia ohjaustuloonsa. Puolijohdekytkin 2 siirtyy hetkellä t4 johtamattomaan sulkutilaan. Tällöin ainoastaan releen 1 kytkimen Ib kautta virta kulkee kuormaan.25 The internal control voltage Uos continues to rise and reaches the reference voltage level U3 at time t4. In this case, the voltage comparator 10 supplies a control voltage Uo3 to the optical switch 4. The control voltage Uo3 cancels the control voltage Uol of the optical switch 4, whereby the light transmitter of the optical switch 4 ceases to emit optical radiation and the semiconductor switch 2 no longer receives a control signal. The semiconductor switch 2 enters a non-conductive closed state at time t4. In this case, current only flows through the switch Ib of the relay 1 to the load.

35 Kun kuorma kytketään irti verkosta, ohjausyk sikköön 3 syötettävä ohjausjännite Uo katkaistaan ja ohjausnapa Uin yhdistetään maahan. Tämä tapahtuu kuvas-35 When the load is disconnected from the mains, the control voltage Uo supplied to the control unit 3 is switched off and the control terminal Uin is connected to ground. This is done

IIII

91115 9 sa 4 hetkellä t5. Välittömästi tämän jälkeen aikava-kiopiirin 5 vaikutuksesta sisäinen ohjausjännite Uos alkaa laskea kohti nollaa. Hetkellä t6 ohjausjännite Uos alittaa vertailujännitteen U3, josta seuraa, että 5 jännitevertailijän 10 lähtöjännite Uo3 putoaa ja optinen kytkin 4 saa jälleen ohjauksensa Uol, josta seuraa, että puolijohdekytkin 2 saatetaan jälleen johtavaan tilaan hetkellä t6. Sisäinen ohjausjännite Uos laskee edelleen ja hetkellä t7 se on yhtä suuri kuin vertailu-10 jännitte U2, josta seuraa, että jännitevertailijän 9 lähtöjännite Uo2 eli releen ohjaus putoaa nollaan.91115 9 sa 4 at time t5. Immediately thereafter, under the influence of the time-lap circuit 5, the internal control voltage Uos begins to drop towards zero. At time t6, the control voltage Uos falls below the reference voltage U3, as a result of which the output voltage Uo3 of the voltage comparator 10 drops and the optical switch 4 is again controlled by Uol, which results in the semiconductor switch 2 being turned on again at time t6. The internal control voltage Uos continues to decrease and at time t7 it is equal to the reference voltage 10 U2, from which it follows that the output voltage Uo2 of the voltage comparator 9, i.e. the control of the relay, drops to zero.

Tästä seuraa, että releen 1 kytkin Ib avautuu. Kuorma on kuitenkin edelleen kytketty sähköverkkoon puolijoh-dekytkimen 2 kautta.It follows that the switch Ib of the relay 1 opens. However, the load is still connected to the mains via a semiconductor switch 2.

15 Sisäinen ohjausjännite Uos laskee edelleen ja alittaa hetkellä t8 vertailujännitteen UI. Jännitever-tailijan 8 lähdössä vaikuttanut jännite Uol nollautuu, josta seuraa, että optisen kytkimen 4 valolähetin 4c lakkaa toimimasta. Optisen kytkimen 4 optiseen il-20 maisimeen liittyvän tulojännitteen/virran vaiheen nollapisteen ilmaisin 4c on kuitenkin toiminnassa ja se katkaisee ohjauksen UTo puolijohdekytkimelle 2 tulevan kuormitusvirran lv nollakohdassa hetkellä t9. Tällöin puolijohdekytkin 2 siirtyy johtamattomaan tilaan eli 25 sulkutilaan, jolloin myös kuorma kytketään irti sähköverkosta. Sähköinen kytkin on alkutilassa ja valmis uudelleen kytkettäväksi.15 The internal control voltage Uos continues to drop and falls below the reference voltage UI at time t8. The voltage Uol acting at the output of the voltage comparator 8 is reset, as a result of which the light transmitter 4c of the optical switch 4 ceases to operate. However, the zero voltage indicator 4c of the input voltage / current phase associated with the optical il-20 sensor of the optical switch 4 is in operation and shuts off the control UTo at the zero point of the load current lv to the semiconductor switch 2 at time t9. In this case, the semiconductor switch 2 enters a non-conductive state, i.e. a closed state 25, in which case the load is also disconnected from the electrical network. The electrical switch is in the initial state and ready to be reconnected.

Kuvassa 5 on esitetty kytkentäkaavio eräälle keksinnön mukaiselle sähköiselle kytkimelle. Tässä 30 kuvassa on käytetty samoista osista samoja viitenumerolta kuin kuvassa 1 ja 3. Aikavakiopiiri 5 on toteutettu vastuksen 5a ja kondensaattorin 5b avulla. Ensimmäiseen jännitevertailijaan 8 kuuluu kanavatransistori 11, jonka kynnysjännitettä Uh käytetään ensimmäisenä 35 vertailujännitteenä UI. Kolmas jännitevertailija 10 on kytketty kanavatransistorin 11 kanavan kanssa sarjaan tämän tulopuolelle. Vertailujännitelähteeseen 6 kuuluu 10 tasajännitelähde, josta saadaan ennaltamäärätty tasa-jännite Uc, ja vastusketju 12, 13, 14 toisen ja kolmannen vertailujännitteen U2, U3 muodostamiseksi.Figure 5 shows a wiring diagram for an electrical switch according to the invention. In this figure 30, the same parts are used with the same reference numerals as in Figs. 1 and 3. The time constant circuit 5 is implemented by means of a resistor 5a and a capacitor 5b. The first voltage comparator 8 comprises a channel transistor 11, the threshold voltage Uh of which is used as the first reference voltage UI. The third voltage comparator 10 is connected in series with the channel of the channel transistor 11 on its input side. The reference voltage source 6 includes a DC voltage source 10 from which a predetermined DC voltage Uc is obtained, and a resistor circuit 12, 13, 14 for generating a second and a third reference voltage U2, U3.

Kuvan 5 sähköinen kytkin toimii, kuten edellä 5 kuvan 1 ja 3 yhteydessä on selostettu. Toteamme kuitenkin piirin toiminnasta lyhyesti seuraavaa ja viittaamme myös kuvaan 4. Kun ohjaus jännite Uo on kytketty ohjausyksikön 3 tuloon, alkaa kondensaattori 5b latautua ja sen jännite Uos nousta. Kondensaattorin jännitteen 10 Uos noustua yli kanavatransistorin 11 kynnysjännitteen Uh = UI, kanavatransistori 11 alkaa johtaa. Optinen kytkin 4 saa ohjauksensa ja se sytyttää eli saattaa johtavaan tilaan puolijohdekytkimen 2 verkkojännitteen seuraavan vaiheen nollakohdassa. Kondensaattorin 5b 15 jännitteen Uos edelleen noustessa vertailujännitteen U2 tasolle rele 1 kytkeytyy päälle. Kondensaattorin 5b jännitteen Uos noustua vertailujännitteen U3 tasolle, optisen kytkimen 4 ohjaus poistetaan ja puolijohdekyt-kin 2 saatetaan johtamattomaan tilaan eli se kytkeytyy 20 pois päältä. Kuorma on tällöin kytketty sähköverkkoon releen 1 kytkimen Ib kautta. Vastaavasti kytkettäessä ohjausjännite Uo nollaan, alkaa kondensaattorin 5b jännite Uos laskea ja edellä esitetty kytkentäsekvenssi (vert. kuva 4) toistuu päinvastaisessa järjestyksessä. 25 Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitet tyä sovellutusesimerkkiä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.The electrical switch of Figure 5 operates as described above in connection with Figures 1 and 3. However, we briefly state the following about the operation of the circuit and also refer to Fig. 4. When the control voltage Uo is connected to the input of the control unit 3, the capacitor 5b starts to charge and its voltage Uos rises. When the capacitor voltage 10 Uos rises above the threshold voltage Uh = UI of the channel transistor 11, the channel transistor 11 begins to conduct. The optical switch 4 is controlled and turns on, i.e. puts the mains voltage of the semiconductor switch 2 at the zero point of the next phase. When the voltage Uos of the capacitor 5b 15 continues to rise to the level of the reference voltage U2, the relay 1 turns on. When the voltage Uos of the capacitor 5b rises to the level of the reference voltage U3, the control of the optical switch 4 is removed and the semiconductor switch 2 is turned to a non-conductive state, i.e., it turns off. The load is then connected to the mains via switch Ib of relay 1. Correspondingly, when the control voltage Uo is switched to zero, the voltage Uos of the capacitor 5b starts to decrease and the above switching sequence (cf. Fig. 4) is repeated in the reverse order. The invention is not limited to the application example presented above, but many modifications are possible while remaining within the scope of the inventive idea defined by the claims.

IlIl

Claims

A method for controlling an electrical connection, whereby electric power from an AC network or corresponding alternating source is coupled to a load or frank coupled from the load by an electrical connection, which includes an electrical magnetic relay (1) and one with the relay's connection (1b). ) A parallel coupled, controllable bi-directional semiconductor coupling (2), such as a triac, in which method the relay (1) and semiconductor coupling (2) is controlled so that when the load is coupled to the power source, the semiconductor coupling is first coupled in a conductive state in the alternating voltage. The zero phase of the switching phase, after which the relay coupling is switched on with time offset, and when the load is switched from the power source, the relay coupling is first switched off, after which the semiconductor coupling is switched in a non-conducting state in the alternating current phase of the switch 20, the semiconductor connector (2) in one non-conductive state shortly after the relay (1) coupling (1b) is switched on, when the load is coupled to the power source, and the semiconductor coupling (2) is switched on in a conductive state before the relay (1) coupling (1b) is disconnected, where the load is disconnected from the power source.

2. Electrical connection for connection of electric power from an AC network or corresponding alternating current source to a load and fringe connection from the load, respectively, which comprises an electromagnetic relay (1) and a bi-directional semi-directional semiconductor connection (2) connected to the relay (2). ), such as a triac, and a control unit (3) for controlling the relay and the semiconductor coupling such that, when the load is coupled to the power source, the semiconductor coupling is first coupled in a conductive state in the alternating voltage phase zero, after which the coupling of the relay is switched on with time offset. and when the load is switched off from the power source, the relay's coupling is first switched off, after which the semiconductor coupling with time offset is switched in a non-conductive state in the zero phase of the AC phase, characterized in that the control unit (3) further comprises devices for coupling the semiconductor (2) 1 a Non conductive state shortly after switching (Ib) of the relay (1) is engaged, when the load is coupled to the power source, and for coupling of the semiconductor coupling (2) in a conductive state before relay (1) coupling (Ib) is disconnected; then the load is switched off from the power source.

3. Electrical coupling according to claim 2, characterized in that the control unit (3) for controlling the semiconductor coupling (2) comprises an optical coupling (4) which detects the zero phase angle.

4. An electrical coupling according to claim 2 or 3, characterized in that the control unit (3) comprises a time constant circuit (5), preferably a resistor capacitor (RC) circuit, a comparison voltage source (6) for generating three comparison voltages ( UI, U2, U3) and a comparison unit (7) for comparing the control voltage (Uin) coming through the time constant unit (5) and the comparison voltages (UI, U2).

U3) and for realizing the coupling of the relay (1) coupling (1b) and the semiconductor coupling (2) at the right moment.

Electrical connection according to claim 4, characterized in that the comparator 30 (7) comprises three voltage comparators (8, 9, 10), of which the semiconductor coupling (2) is controlled with the first and third voltage comparators (8, 10) and the relay ( 1) with the second voltage comparator (9).

6. An electrical coupling according to claim 5, characterized in that - the first voltage comparator (8) comprises a channel transistor (11), whose threshold voltage (Uh) is used as the first comparative voltage (UI), with which it is through the time constant circuit (5) the coming control voltage (Uin) is compared for controlling the semiconductor coupling (2) in a conductive state, when the load is coupled to the power source and in a non-conducting state, when the load is switched from the power source; and - the third voltage comparator (10) is connected in front of the channel transistor (11) in series therewith for controlling the semiconductor coupling (2) in a non-conducting state after the load has been coupled through the relay coupling (lb) to the power source , and for controlling the semiconductor coupling (2) in a conductive state before the relay coupling (Ib) and the load are disconnected from the power source.

7. An electrical coupling according to claim 4, 5 or 6, characterized in that the comparison voltage source (6) comprises a resistance circuit (12, 13, 14) for forming the second and third comparative voltages (U2, U3) of a predetermined direct voltage. 20 (Uc). Il