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DE102005061532B4 - Load disconnecting circuit for the currentless connection and disconnection of electrical contacts - Google Patents

Load disconnecting circuit for the currentless connection and disconnection of electrical contacts Download PDF

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DE102005061532B4
DE102005061532B4 DE200510061532 DE102005061532A DE102005061532B4 DE 102005061532 B4 DE102005061532 B4 DE 102005061532B4 DE 200510061532 DE200510061532 DE 200510061532 DE 102005061532 A DE102005061532 A DE 102005061532A DE 102005061532 B4 DE102005061532 B4 DE 102005061532B4
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    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/541—Contacts shunted by semiconductor devices
    • H01H9/542—Contacts shunted by static switch means

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Abstract

Lasttrennschaltung zum stromlosen Verbinden und Trennen wenigstens eines elektrischen Kontaktes (1), insbesondere zwischen einer Gleichstromquelle (9) und einer elektrischen Einrichtung (10), wobei die Lasttrennschaltung ein Halbleiterschaltelement (2) umfasst, welches in Reihe mit dem wenigstens einen elektrischen Kontakt (1) angeordnet ist, wobei parallel zu dem Halbleiterschaltelement (2) ein Schalter (3) angeordnet ist, welcher einen Hauptkontakt (4) und einen Hilfskontakt (5) umfasst, der Hauptkontakt (4) und der Hilfskontakt (5) in einer Weise gekoppelt sind, dass sich der Schaltzustand des Hilfskontakts (5) vor einem Schließen und nach einem Öffnen des Hauptkontakts (4) ändert und wobei des Weiteren eine Steuerung (6) vorgesehen ist, welche das Halbleiterschaltelement (2) in Abhängigkeit des Schaltzustandes des Hilfskontaktes (5) vor einem Schließen des Hauptkontaktes (4) einschaltet und nach einem Öffnen des Hauptkontaktes (4) ausschaltet, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine elektrische Kontakt (1) als Steck- und/oder Schraubverbindung ausgeführt ist und durch eine mechanische Sperrvorrichtung gesichert ist und dass die...Disconnectors circuit for the electroless connection and disconnection of at least one electrical contact (1), in particular between a DC power source (9) and a electrical device (10), wherein the load disconnection circuit Semiconductor switching element (2) comprises, which in series with the at least an electrical contact (1) is arranged, wherein parallel to the semiconductor switching element (2) a switch (3) is arranged, which a main contact (4) and an auxiliary contact (5), the main contact (4) and the auxiliary contact (5) are coupled in such a way that the switching state of the auxiliary contact (5) before closing and after opening of the main contact (4) changes and further comprising a controller (6) which the semiconductor switching element (2) in dependence of the switching state the auxiliary contact (5) before closing the main contact (4) turns on and after opening the main contact (4) turns off, characterized in that the at least one electrical contact (1) as a plug and / or screw connection accomplished is and is secured by a mechanical locking device and that the...

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Lasttrennschaltung zum stromlosen Verbinden und Trennen wenigstens eines elektrischen Kontaktes, insbesondere zwischen einer Gleichstromquelle und einer elektrischen Einrichtung, wobei die Lasttrennschaltung ein Halbleiterschaltelement umfasst, welches in Reihe mit dem wenigstens einen elektrischen Kontakt angeordnet ist, wobei des Weiteren parallel zu dem Halbleiterschaltelement ein Schalter angeordnet ist, welcher einen Hauptkontakt und einen Hilfskontakt umfasst, der Hauptkontakt und der Hilfskontakt in einer Weise gekoppelt sind, dass sich der Schaltzustand des Hilfskontakts vor einem Schließen und nach einem Öffnen des Hauptkontakts ändert und wobei eine Steuerung vorgesehen ist, welche das Halbleiterschaltelement in Abhängigkeit des Schaltzustandes des Hilfskontaktes vor einem Schließen des Hauptkontaktes einschaltet und nach einem Öffnen des Hauptkontaktes ausschaltet.The The invention relates to a load disconnecting circuit for currentless connection and separating at least one electrical contact, in particular between a DC power source and an electrical device, wherein the load disconnecting circuit comprises a semiconductor switching element which arranged in series with the at least one electrical contact is, further in parallel with the semiconductor switching element a switch is arranged, which has a main contact and a Auxiliary contact includes, the main contact and the auxiliary contact in one Are coupled manner that the switching state of the auxiliary contact before a closing and after opening of the main contact changes and wherein a controller is provided, which the semiconductor switching element dependent on the switching state of the auxiliary contact before closing the Main contact turns on and off after opening the main contact.

Bei elektrischen Verbindungen von insbesondere Gleichstromquellen mit sonstigen elektrischen Einrichtungen kann es bei einer Trennung eines Kontaktes unter Last zur Bildung eines Lichtbogens kommen. Dabei treten häufig Beschädigungen der Kontaktelemente auf bis hin zum Verschweißen des Kontakts. Für elektrische Kontakte, die unter Last trennbar sein sollen, sieht man daher in der Regel eine Überdimensionierung vor, wodurch mögliche Beschädigungen der Kontaktelemente durch die Lichtbogenbildung gemindert werden. Die Gefahr für Personen bleibt jedoch bestehen.at electrical connections of particular DC sources with Other electrical equipment may be at a separation of a contact under load to form an arc. This occurs frequently Damage to the Contact elements up to the welding of the contact. For electrical Contacts, which should be separable under load, can therefore be seen in usually an oversizing before, causing possible damage the contact elements are reduced by the arcing. The danger to persons remains however.

Es sind deshalb verschiedene Systeme bekannt, um elektrische Kontakte vor einem Verbinden oder Trennen stromlos zu schalten. So beschreibt etwa die DE 198 38 492 A1 eine Steckverbindungsanordnung zur Verbindung einer Stromquelle mit einem Verbraucher, wobei zwischen Stromquelle und Verbraucher eine Schalteinrichtung angeordnet ist, deren Steuerstrom ebenfalls über die Steckverbindung angeschlossen wird. Dabei eilen die Kontakte für die Hauptstromkreise vor, während die Kontakte für den Steuerstrom nacheilen, so dass die Hauptstromkreise bereist geschlossen sind, ehe der Steuerstromkreis eingeschaltet wird. Dadurch wird ein Stromfluss in den Hauptstromkreisen beim Verbinden oder Trennen der Kontakte der Hauptstromkreise verhindert. Für den Anschluss von beispielsweise Photovoltaikgeneratoren an Wechselrichter ist diese Anordnung nicht geeignet, weil die an der Transistorschaltung auftretenden Verluste den Wirkungsgrad verschlechtern.There are therefore various systems known to switch off electrical contacts before connecting or disconnecting. This is how the DE 198 38 492 A1 a connector assembly for connecting a power source to a consumer, wherein between the power source and consumer, a switching device is arranged, the control current is also connected via the connector. In this case, the contacts for the main circuits accelerate, while the contacts for the control current lag, so that the main circuits are already closed, before the control circuit is turned on. This prevents current flow in the main circuits when connecting or disconnecting the main circuit contacts. For the connection of, for example, photovoltaic generators to inverters, this arrangement is not suitable because the losses occurring at the transistor circuit deteriorate the efficiency.

Eine andere Möglichkeit, eine Stromquelle unter Last von einer elektrischen Einrichtung zu trennen beschreibt die DE 102 25 259 B3 . Dabei wird ein als Lasttrenner ausgebildeter elektrischer Steckverbinder angegeben, mit dem ein Lichtbogen vermieden oder zumindest reduziert werden soll. Dies wird erreicht durch einen bei einem Aussteckvorgang voreilenden Hauptkontakt und einen parallel geschalteten nacheilenden Hilfskontakt, so dass beim Ausstecken des Steckverbinders der Hauptkontakt zwangsläufig zuerst und der Hilfskontakt zuletzt von seinem Gegensteckteil getrennt werden und ein in Reihe mit dem Hilfskontakt geschaltetes Halbleiterschaltelement zur Lichtbogenvermeidung bzw. Lichtbogenlöschung. Dabei wird das Halbleiterschaltelement gepulst angesteuert, so dass es während des Aussteckvorgangs zwischen einer Kontakttrennung des Hauptkontakts und des Hilfskontakts zumindest einmal geöffnet und ein Lichtbogen verhindert oder zumindest reduziert wird.Another way to separate a power source under load from an electrical device describes the DE 102 25 259 B3 , In this case, designed as a load disconnector electrical connector is specified, with which an arc should be avoided or at least reduced. This is achieved by a leading in a Aussteckvorgang main contact and a parallel-connected trailing auxiliary contact, so that when unplugging the connector of the main contact first and the auxiliary contact last are separated from its mating connector and connected in series with the auxiliary contact semiconductor switching element for arc avoidance or arc extinguishing , In this case, the semiconductor switching element is driven pulsed, so that it is at least once opened during the Aussteckvorgangs between a contact separation of the main contact and the auxiliary contact and prevents or at least reduced an arc.

Für eine ordnungsgemäße Funktion ist eine genaue Abstimmung der Taktfrequenz des Halbleiterelements mit dem möglichen Zeitablauf während eines Aussteckvorgangs erforderlich. Zudem wird durch die gepulste Ansteuerung des Halbleiterelements ein entstehender Lichtbogen immer wieder gelöscht, jedoch nicht gänzlich vermieden. Der Kontakt ist also nicht stromlos, wodurch weiterhin eine Gefahr für Personen besteht.For a proper function is a precise tuning of the clock frequency of the semiconductor element with the possible Timeout during one Unplugging required. In addition, due to the pulsed control of the semiconductor element an emerging arc again and again deleted, but not entirely avoided. The contact is therefore not de-energized, which continues a danger for Persons exists.

Eine weitere Anordnung zur stromlosen Trennung eines Kontakts ist aus der US 4 772 809 bekannt. Dabei ist ein Halbleiterschaltelement mit einem elektrischen Kontakt in Reihe geschaltet. Dem Halbleiterschaltelement ist ein Schalter parallel geschaltet, wobei der Schalter einen Haupt- und eine Hilfskontakt umfasst. Der Schalter ist dabei in der Weise aufgebaut, dass der Hilfskontakt immer vor dem Hauptkontakt schließt und immer nach dem Hauptkontakt öffnet. Der Hilfskontakt steuert dabei das Halbleiterschaltelement. Bei einem Öffnen des Hauptkontakts bleibt der Hilfskontakt noch geschlossen und das Halbleiterschaltelement eingeschaltet. Erst danach wird der Hilfskontakt geöffnet und das Halbleiterschaltelement abgeschaltet, sodass der elektrische Kontakt stromlos trennbar ist.Another arrangement for the current-free separation of a contact is from the US 4,772,809 known. In this case, a semiconductor switching element is connected in series with an electrical contact. The semiconductor switching element is connected in parallel with a switch, the switch comprising a main contact and an auxiliary contact. The switch is constructed in such a way that the auxiliary contact always closes before the main contact and always opens after the main contact. The auxiliary contact controls the semiconductor switching element. When the main contact is opened, the auxiliary contact still remains closed and the semiconductor switching element is switched on. Only then is the auxiliary contact opened and the semiconductor switching element switched off, so that the electrical contact can be disconnected without current.

Schaltungen mit einer derartigen Funktionsweise sind auch aus der DE 33 41 947 A1 und der DE 23 60 564 bekannt.Circuits with such a functioning are also from the DE 33 41 947 A1 and the DE 23 60 564 known.

In der US 2004/0027734 ist eine Anordnung offenbart, bei der einem als Schalter ausgebildeter elektrischen Kontakt eine Reihenschaltung aus einem Hilfskontakt und einem Hochleistungshalbleiter parallel geschaltet ist. Dabei werden der Schalter, der Hilfsschalter und der Hochleistungshalbleiter über eine elektromechanische Logik angesteuert, sodass der Hilfskontakt erst dann stromlos getrennt wird, wenn zuerst der Schalter und anschließend der Hochleistungshalbleiter abgeschaltet werden.In the US 2004/0027734 an arrangement is disclosed in which an electrical contact designed as a switch, a series circuit of an auxiliary contact and a high-power semiconductor is connected in parallel. In this case, the switch, the auxiliary switch and the high-power semiconductor are controlled via an electromechanical logic, so that the auxiliary contact is not disconnected without current when first the switch and then the high-power semiconductor are turned off.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Lösung zum Trennen und Verbinden eines elektrischen Kontakts anzugeben.The invention is therefore the task To provide a better than the prior art solution for separating and connecting an electrical contact.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Lasttrennschaltung der eingangs genannten Art, bei welcher der wenigstens eine elektrische Kontakt als Steck- und/oder Schraubverbindung ausgeführt ist und durch eine mechanische Sperrvorrichtung gesichert ist, wobei die mechanische Sperrvorrichtung in der Weise mit dem Schalter gekoppelt ist, dass ein Trennen des wenigstens einen elektrischen Kontakts nur nach dem Öffnen des Hauptkontakts möglich ist und dass ein Verbinden des wenigstens einen elektrischen Kontakts nur bei geöffnetem Hauptkontakt möglich ist.Is solved This object is achieved by a load disconnecting circuit of the aforementioned Way in which the at least one electrical contact is plugged and / or screw is executed and by a mechanical Locking device is secured, wherein the mechanical locking device is coupled to the switch in such a way that separating the at least one electrical contact only after opening the Main contact possible is and that connecting the at least one electrical contact only when open Main contact possible is.

Durch diese Schaltung wird der Strom während eines Verbindungs- oder Trennvorganges des elektrischen Kontakts zur Gänze abgeschaltet, so dass eine Lichtbogenbildung sicher verhindert wird. Zudem wird der Hauptkontakt ohne Leistung geschaltet, wodurch die Lebensdauer des Schalters erheblich verlängert wird. Dabei fließt der Laststrom nur während des Verbindungs- oder Trennvorganges durch das Halbleiterschaltelement, wobei diese Zeitspanne durch die Verzögerung zwischen den Schaltzeitpunkten des Hilfskontakts und des Hauptkontakts bestimmt wird. Diese Verzögerungszeit ergibt sich durch die Bauform des Schalters, dessen Betätigung entweder manuell oder elektromagnetisch über ein Relais erfolgen kann. Die Schaltstellung des Hilfskontakts wird von der Steuerung abgefragt und führt zum Ein- bzw. Ausschalten des Halbleiterschaltelements.By This circuit gets the power during a connection or separation process of the electrical contact completely switched off, so that arcing is reliably prevented. moreover the main contact is switched without power, which increases the life the switch considerably extended becomes. It flows the load current only during the connection or disconnection process by the semiconductor switching element, this time span being due to the delay between the switching times of the auxiliary contact and the main contact. This delay time results from the design of the switch whose operation either manually or electromagnetically via a relay can be made. The switching position of the auxiliary contact is queried by the controller and leads to switching on or off of the semiconductor switching element.

Bei verbundenem elektrischen Kontakt und eingeschaltetem Schalter fließt der Laststrom ausschließlich über den Hauptkontakt des Schalters, weil der elektrische Widerstand des parallel dazu angeordneten, weiterhin eingeschalteten Halbleiterschaltelements größer ist. Es ergeben sich demnach keine unerwünschten Verluste am Halbleiterschaltelement, welches zudem nur so groß dimensioniert werden muss, dass es dem Laststrom während der Verzögerungszeit zwischen den Schaltzeitpunkten des Hilfskontakts und des Hauptkontakts zuzüglich eines Sicherheitswertes standhält.at connected electrical contact and switch on the load current flows exclusively over the Main contact of the switch, because the electrical resistance of the arranged parallel thereto, furthermore switched semiconductor switching element is larger. Accordingly, there are no undesirable losses on the semiconductor switching element, which are only dimensioned so large it needs to be the load current during the delay time between the switching times of the auxiliary contact and the main contact plus one Safety value withstands.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des elektrischen Kontakts werden Personen daran gehindert, den Verbindungs- bzw. Trennvorgang falsch auszuführen.By the inventive design of electrical contact, persons are prevented from doing the connecting or disconnecting process wrong perform.

Für die Ausbildung des Hauptkontakts und des Hilfskontakts in einem Schalter ist es vorteilhaft, wenn ein Kontaktelement des Hauptkontakts und ein Kontaktelement des Hilfskontakts mit einem Betätigungselement des Schalters gekoppelt sind. Die Kontaktelemente können dabei relativ zueinander fest oder beweglich angeordnet sein, wobei sich aus dem Schaltweg des Betätigungselements die Verzögerungszeiten zwischen den Schaltzeitpunkten des Hauptkontakts und des Hilfskontakts ergeben.For training it is the main contact and the auxiliary contact in a switch advantageous if a contact element of the main contact and a contact element the auxiliary contact with an actuating element of the switch are coupled. The contact elements can thereby be fixed or movable relative to each other, wherein from the switching path of the actuating element the delay times between the switching times of the main contact and the auxiliary contact result.

Als mechanische Sperrvorrichtung zur Sicherung des wenigstens einen elektrischen Kontakts kann dann beispielsweise der Schalter so ausgeführt sein, dass das Betätigungselement des Schalters den wenigstens einen elektrischen Kontakt bei geschlossenem Hauptkontakt abschirmt und/oder fixiert und so der elektrische Kontakt nicht getrennt oder verbunden werden kann. Der wenigstens eine als Steck- und/oder Schraubverbindung ausgebildete elektrische Kontakt ist dabei günstigerweise durch das Betätigungselement des Schalters in der Weise gehalten, dass ein Trennen des Kontakts durch einen Zug an einem mit dem Kontakt verbunden Kabel verhindert wird.When mechanical locking device for securing the at least one electrical contact then, for example, the switch can be designed so that the actuating element the switch the at least one electrical contact when closed Main contact shields and / or fixed and so the electrical contact can not be disconnected or connected. The at least one as plug-in and / or screw connection formed electrical contact Conveniently through the actuator the switch held in such a way that disconnecting the contact prevented by a pull on a cable connected to the contact becomes.

Vorteilhaft ist es, wenn in Reihe mit dem Halbleiterschaltelement ein Widerstand angeordnet ist. Dieser Widerstand wirkt zusätzlich zum elektrischen Widerstand des Halbleiterschaltelements und verhindert, dass bei geschlossenem Hauptkontakt Strom durch das Halbleiterschaltelement fließt.Advantageous it is when a resistance in series with the semiconductor switching element is arranged. This resistance acts in addition to the electrical resistance of the semiconductor switching element and prevents that when closed Main contact Current flows through the semiconductor switching element.

Um bei einem Ausfall (z.B. Durchlegieren) des Halbleiterschaltelements zu verhindern, dass durch den zu trennenden elektrische Kontakt weiterhin Strom fließt, ist es vorteilhaft, wenn in Reihe mit dem Halbleiterschaltelement eine elektrische Sicherung angeordnet ist. Diese Sicherung ist dabei als träge Sicherung ausgebildet, die erst auslöst, wenn der Laststrom länger als die bis zur Abschaltung des Halbleiterschaltelements vorgesehene Verzögerungszeit fließt.Around upon failure (e.g., alloying) of the semiconductor switching element to prevent from being separated by the electrical contact electricity continues to flow, it is advantageous if in series with the semiconductor switching element an electrical fuse is arranged. This backup is included as lethargic Fuse is formed, which triggers only when the load current is longer than the provided up to the shutdown of the semiconductor switching element Delay Time flows.

Als Verpolschutz ist es zudem vorteilhaft, wenn in Reihe mit dem Halbleiterschaltelement eine Diode angeordnet ist. Dadurch wird mit der sperrenden Diode verhindert, dass bei einer mit vertauschten Polen angeschlossenen Stromquelle an eine elektrische Einrichtung Strom fließt.When Polarity reversal protection, it is also advantageous if in series with the semiconductor switching element a diode is arranged. This will work with the blocking diode Prevents a connected with swapped poles Power source to an electrical device current flows.

Zusätzliche Sicherheit bietet eine Ausprägung der Erfindung, bei der in Reihe mit dem Halbleiterschaltelement der Kontakt eines Relais angeordnet ist und bei der die Spule des Relais mit der Steuerung verbunden ist. Dabei ist durch die galvanische Trennung der Strom sicher abgeschaltet. Die Betätigung des Relais erfolgt dabei mittels Steuerung bei einem Verbindungsvorgang vor dem Einschalten des Halbleiterschaltelements und bei einem Trennvorgang nach dem Abschalten des Leistungshalbleiters.additional Security offers a character the invention, in series with the semiconductor switching element the contact of a relay is arranged and at which the coil of the Relay is connected to the controller. It is due to the galvanic isolation the power safely shut off. The operation of the relay takes place by means of control during a connection process before switching on of the semiconductor switching element and in a separation process after the Switch off the power semiconductor.

Aufgrund der geringen Verluste bei verbundenem elektrischen Kontakt und geschlossenem Hauptkontakt ist die erfindungsgemäße Lasttrennschaltung vorteilhafterweise für Anlagen geeignet, bei der die Gleichstromquelle als Gleichstromgenerator, insbesondere als Photovoltaikgenerator und die elektrische Einrichtung als Wechselrichter ausgebildet ist. Derartige Anlagen erfordern eine Lösung für die Lasttrennung ohne Lichtbogenbildung, wenn von Sonnenlicht beschienene Solarpaneele vom Wechselrichter getrennt werden müssen. Zudem ist für ein wirtschaftliches Betreiben von Photovoltaikanlagen ein hoher Wirkungsgrad gefordert. Das wird durch die für den Dauerbetrieb vorgesehene Kontaktierung über den Hauptkontakt gewährleistet, dessen elektrischer Widerstand weitaus geringer als der des Halbleiterschalters ist.Due to the low losses with connected electrical contact and closed main contact, the load disconnecting circuit according to the invention is advantageously suitable for installations, wherein the DC power source is designed as a DC generator, in particular as a photovoltaic generator and the electrical device as an inverter. Such systems require a solution for load separation without arcing when sunlight-struck solar panels need to be disconnected from the inverter. In addition, a high degree of efficiency is required for economical operation of photovoltaic systems. This is ensured by the intended for continuous operation contacting the main contact, whose electrical resistance is much lower than that of the semiconductor switch.

Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:The Invention will now be described by way of example with reference to FIG on the attached figures explained. In a schematic representation:

1: Stromlose Lasttrennschaltung beim Verbinden elektrischer Kontakte 1 : Non-current load disconnecting circuit when connecting electrical contacts

2: Lasttrennschaltung mit Stromverlauf während des Einschaltvorganges 2 : Load disconnecting circuit with current during the switch-on process

3: Lasttrennschaltung mit Stromverlauf im Dauerbetrieb 3 : Load-disconnector circuit with current profile in continuous operation

4: Lasttrennschaltung mit Stromverlauf während des ersten Ausschaltvorgang-Schrittes 4 : Load disconnecting circuit with current during the first switch-off step

5: Lasttrennschaltung mit Stromverlauf während des zweiten Ausschaltvorgang-Schrittes 5 : Load disconnecting circuit with current during the second switch-off step

6: Lasttrennschaltung mit abgeschaltetem Strom 6 : Load disconnecting circuit with switched off current

7: Lasttrennschaltung mit zusätzlicher Diode als Verpolschutz und zusätzlichem Relais zur galvanischen Trennung 7 : Load isolation circuit with additional diode as polarity reversal protection and additional relay for galvanic isolation

8: Zeitlicher Verlauf von Strom und Steuersignal beim Einschalten 8th : Time course of current and control signal at power up

9: Zeitlicher Verlauf von Strom und Steuersignal beim Ausschalten 9 : Time history of current and control signal when switching off

In 1 ist eine mögliche Schaltungsvariante für eine erfindungsgemäße Lasttrennschaltung zur Anschaltung eines Photovoltaikgenerators 9 an einen Wechselrichter 10 dargestellt. Die elektrischen Kontakte 1 werden dabei in der Weise verbunden, dass der Pluspol direkt an den Wechselrichter 10 und der Minuspol über die Elemente der Lasttrennschaltung an den Wechselrichter 10 geschaltet sind.In 1 is a possible circuit variant for a load-disconnecting circuit according to the invention for connecting a photovoltaic generator 9 to an inverter 10 shown. The electrical contacts 1 are connected in such a way that the positive pole directly to the inverter 10 and the negative pole via the elements of the load disconnecting circuit to the inverter 10 are switched.

Die Elemente der Lasttrennschaltung bilden ein Schalter 3 mit einem Hauptkontakt 4 und einem mit diesem gekoppelten Hilfskontakt 5 und ein parallel dazu angeordnetes Halbleiterschaltelement 2. In Reihe mit dem Halbleiterschaltelement 2 können ein Widerstand 7 und eine elektrische Sicherung 8 angeordnet sein. Zudem ist eine Steuerung 6 vorgesehen, die über einen Steuerkreis den Schaltzustand des Hilfskontakts 5 ausliest. Der Schalter 3 kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass der Hauptkontakt 4 als Schließer und der Hilfskontakt 5 als Öffner fungiert. Bei vollständig offenem Hauptkontakt 4 ist der Hilfskontakt 5 dann geschlossen, wie in 1 dargestellt. Bei Betätigung des Schalters 3 öffnet der Hilfskontakt 5 und nach einer Verzögerungszeit, die sich aus dem Schaltweg des Schalters 3 ergibt, schließt der Hauptkontakt 4. Der Steuerkreis mit dem Hilfskontakt 5 ist dann beispielsweise so geschaltet, dass bei offenem Hilfskontakt 5 eine Steuerspannung UK an der Steuerung 6 anliegt. Am Ausgang der Steuerung liegt die Gatespannung UG des Halbleiterschaltelements 2 an, welches z.B. als N-Kanal-MOSFET mit Freilaufdiode ausgebildet ist. Sobald die elektrischen Kontakte 1 des Photovoltaikgenerators 9 verbunden sind, liegt am Halbleiterschaltelement 2 eine Spannung UT an.The elements of the load disconnecting circuit form a switch 3 with a main contact 4 and an auxiliary contact coupled thereto 5 and a semiconductor switching element arranged parallel thereto 2 , In series with the semiconductor switching element 2 can be a resistance 7 and an electrical fuse 8th be arranged. There is also a controller 6 provided that the switching state of the auxiliary contact via a control circuit 5 reads. The desk 3 For example, it may be configured such that the main contact 4 as normally open and the auxiliary contact 5 acts as an opener. With the main contact fully open 4 is the auxiliary contact 5 then closed, as in 1 shown. Upon actuation of the switch 3 the auxiliary contact opens 5 and after a delay time resulting from the switching path of the switch 3 results, the main contact closes 4 , The control circuit with the auxiliary contact 5 is then, for example, switched so that when open auxiliary contact 5 a control voltage U K to the controller 6 is applied. At the output of the controller is the gate voltage U G of the semiconductor switching element 2 on, which is designed for example as an N-channel MOSFET with freewheeling diode. Once the electrical contacts 1 of the photovoltaic generator 9 are connected, is located on the semiconductor switching element 2 a voltage U T on.

In 2 ist dieselbe Schaltung mit betätigtem Schalter 3 dargestellt. Der Schalter 3 befindet sich dabei in einer Mittelstellung, in der der Hilfskontakt 5 bereits geöffnet, aber der Hauptkontakt 4 noch nicht geschlossen ist. Der Strom verläuft dann durch das Halbleiterschaltelement 2, das ab dem Öffnungszeitpunkt des Hilfskontakts 5 eingeschaltet ist.In 2 is the same circuit with operated switch 3 shown. The desk 3 is located in a middle position, in which the auxiliary contact 5 already open, but the main contact 4 not yet closed. The current then passes through the semiconductor switching element 2 , from the opening time of the auxiliary contact 5 is turned on.

Bei weiterer Betätigung des Schalters 3 schließt sich der Hauptkontakt 4, wie in 3 dargestellt. Aufgrund des gegenüber dem Halbleiterschaltelement 2 niedrigeren elektrischen Widerstandes verläuft der Strom nun ausschließlich über diesen geschlossenen Hauptkontakt 4.Upon further actuation of the switch 3 closes the main contact 4 , as in 3 shown. Due to the opposite to the semiconductor switching element 2 lower electrical resistance of the current now runs exclusively on this closed main contact 4 ,

Damit ist der Zustand des Dauerbetriebs erreicht. Das Halbleiterschaltelement 2 bleibt währenddessen weiter eingeschaltet.Thus the condition of the continuous operation is reached. The semiconductor switching element 2 remains on during this time.

Im Falle einer Trennung des Photovoltaikgenerators 9 vom Wechselrichter 10 muss zunächst wieder der Schalter 3 betätigt werden, bevor die elektrischen Kontakte 1 gelöst werden können. Die Einhaltung dieser Bedingung kann durch eine entsprechende mechanische Sicherungseinrichtung erreicht werden, beispielsweise durch die Abschirmung und Fixierung der elektrischen Kontakte 1 mittels eines Betätigungselements des Schalters 3. Wie in 4 dargestellt, wird also zunächst der Schalter 3 betätigt. Der Hauptkontakt 4 öffnet und während der Schaltzeit sind somit beide Kontakte 4, 5 des Schalters 3 offen. Der Laststrom kommutiert von dem lastfrei geöffneten Hauptkontakt 4 auf das nach wie vor eingeschaltete Halbleiterschaltelement 2. Durch die lastfreie Öffnung des Hauptkontakts ist dabei die Bildung eines Lichtbogens ausgeschlossen.In case of a separation of the photovoltaic generator 9 from the inverter 10 must first switch again 3 be pressed before the electrical contacts 1 can be solved. Compliance with this condition can be achieved by a corresponding mechanical safety device, for example by shielding and fixing the electrical contacts 1 by means of an actuating element of the switch 3 , As in 4 shown, so first the switch 3 actuated. The main contact 4 opens and during the switching time are thus both contacts 4 . 5 of the switch 3 open. The load current commutates from the load-free opened main contact 4 to the still switched semiconductor switching element 2 , The load-free opening of the main contact while the formation of an arc is excluded.

Bei weiterer Betätigung des Schalters 3 schließt der Hilfskontakt 5, wie in 5 dargestellt. Darauf hin schaltet die Steuerung 6 das Halbleiterschaltelement 2 ab. Abhängig von der Bauweise des Schalters 3 kann die Abschaltung des Halbleiterschaltelements 2 auch auf andere Weise erfolgen. Ist beispielsweise der Hilfskontakt 5 als Wechselschalter ausgebildet (gepunktete Linien), kann der Steuerung 6 eine Zeitspanne vorgegeben werden, nach der bei betätigtem Wechselschalter das Halbleiterschaltelement 2 abgeschaltet wird.Upon further actuation of the switch 3 the auxiliary contact closes 5 , as in 5 shown. Then the controller switches 6 the semiconductor switching element 2 from. Depending on the design of the switch 3 may be the shutdown of the semiconductor switching element 2 also done in other ways. For example, is the auxiliary contact 5 designed as a changeover switch (dotted lines), the controller 6 a period of time can be specified after the semiconductor switching element is actuated when the changeover switch is actuated 2 is switched off.

In 6 ist die Lasttrennschaltung mit abgeschaltetem Halbleiterschaltelement 2 dargestellt, bei der nun die elektrischen Kontakte 1 stromlos ohne Lichtbogenbildung getrennt werden können.In 6 is the load disconnecting circuit with switched off semiconductor switching element 2 shown, in which now the electrical contacts 1 can be disconnected without arcing currentless.

Die in 7 dargestellte Lasttrennschaltung ist mit zusätzlichen Schutzelementen ausgebildet. In Reihe mit dem Halbleiterschaltelement 2 ist eine Diode D als Verpolschutz vorgesehen. Ein Relais 11 ist in der Weise zur galvanischen Trennung angeordnet, dass die Spule an die Steuerung 6 angeschaltet ist. Von den zwei Kontakten des Relais 11 ist einer in Reihe mit dem Halbleiterschaltelement 2 und einer in der Verbindungsleitung des Pluspols des Photovoltaikgenerators 9 und des Wechselrichters 10 angeordnet. Abhängig von den Anforderungen an die Sicherheit kann auch ein Relais 11 mit nur einem Kontakt vorgesehen sein. Die Betätigung des Relais 11 erfolgt dabei mittels Steuerung 6 bei einem Verbindungsvorgang vor dem Einschalten des Halbleiterschaltelements 2 und bei einem Trennvorgang nach dem Abschalten des Halbleiterschaltelements 2.In the 7 shown load-separation circuit is formed with additional protection elements. In series with the semiconductor switching element 2 a diode D is provided as polarity reversal protection. A relay 11 is arranged in the way for galvanic isolation, that the coil to the controller 6 is turned on. From the two contacts of the relay 11 is one in series with the semiconductor switching element 2 and one in the connection line of the positive pole of the photovoltaic generator 9 and the inverter 10 arranged. Depending on the safety requirements, a relay can also be used 11 be provided with only one contact. The operation of the relay 11 takes place by means of control 6 in a connection operation before turning on the semiconductor switching element 2 and in a disconnection process after the semiconductor switching element is turned off 2 ,

In 8 ist der Verlauf der Ströme und Spannungen während eines Verbindungsvorganges elektrischer Kontakte 1 dargestellt. Zunächst ist der Hauptkontakt 4 des Schalters 3 offen und das Halbleiterschaltelement 2 abgeschaltet, wie in 1 dargestellt. Der Hilfskontakt 5 des Schalters 3 ist geschlossen, so dass keine Steuerspannung UT und keine Gatespannung UG vorhanden sind.In 8th is the course of the currents and voltages during a connection process of electrical contacts 1 shown. First, the main contact 4 of the switch 3 open and the semiconductor switching element 2 shut off, as in 1 shown. The auxiliary contact 5 of the switch 3 is closed, so that no control voltage U T and no gate voltage U G are present.

Der erste Schritt des Verbindungsvorganges besteht in der stromlosen Verbindung der elektrischen Kontakte 1. Dabei steigt während der Verbindungszeit a die Spannung UT am Halbleiterschaltelement 2 an. Es verstreicht in weiterer Folge eine Zeitspanne b, bis der Schalter 3 betätigt wird.The first step of the connection process consists in the currentless connection of the electrical contacts 1 , During the connection time a, the voltage U T on the semiconductor switching element increases 2 at. It then passes a period of time b until the switch 3 is pressed.

Bei Betätigung des Schalters 3 öffnet sich zunächst der Hilfskontakt 5 und an der Steuerung 6 baut sich die Steuerspannung UT auf, die von der Steuerung 6 als Gatespannung UG an das Halbleiterschaltelement 2 geschaltet wird. Damit wird das Halbleiterschaltelement 2 eingeschaltet und es beginnt ein Strom IT zu fließen, während die Spannung UT am Halbleiterschaltelement 2 gegen Null geht.Upon actuation of the switch 3 opens first the auxiliary contact 5 and at the controller 6 the control voltage U T builds up, that of the control 6 as a gate voltage U G to the semiconductor switching element 2 is switched. This becomes the semiconductor switching element 2 turned on and it begins to flow a current I T , while the voltage U T on the semiconductor switching element 2 goes to zero.

Bis zum Schließen des Hauptkontakts 4 verstreicht die Verzögerungszeit c, die durch den Schaltweg des Schalters 3 definiert ist. Während der Schließzeit d verringert sich der Strom IT durch das Halbleiterschaltelement 2 und der Strom IS durch den Hauptkontakt 4 des Schalters 3 steigt an, bis der Laststrom nur mehr durch den Hauptkontakt 4 fließt. Damit ist der Dauerbetriebszustand erreicht.Until the main contact is closed 4 the delay time c, which passes through the switching path of the switch, elapses 3 is defined. During the closing time d, the current I T decreases through the semiconductor switching element 2 and the current I S through the main contact 4 of the switch 3 rises until the load current only through the main contact 4 flows. Thus, the steady state condition is reached.

Ein Trennvorgang der elektrischen Kontakte 1 wird mit der Betätigung des Schalters 3 eingeleitet. Die entsprechenden Verläufe der Ströme und Spannungen sind in 9 dargestellt.A separation process of the electrical contacts 1 becomes with the actuation of the switch 3 initiated. The corresponding curves of the currents and voltages are in 9 shown.

Der Hauptkontakt 4 des Schalters 3 öffnet sich. Der Strom IS durch den Hauptkontakt 4 verringert sich während einer Öffnungszeit e und der Strom IT durch das Halbleiterschaltelement 2 steigt an, bis der Laststrom nur mehr durch das Halbleiterschaltelement 2 fließt. Nach dem Verstreichen der Schaltzeit f des Schalters 3 schließt der Hilfskontakt 5 und die Steuerspannung UK sinkt auf Null. Damit beginnt eine Totzeit g zu laufen, nach deren Ablauf auch die Gatespannung UG mittels Steuerung 6 abgeschaltet wird.The main contact 4 of the switch 3 opens. The current I S through the main contact 4 decreases during an opening time e and the current I T through the semiconductor switching element 2 rises until the load current only through the semiconductor switching element 2 flows. After the lapse of the switching time f of the switch 3 the auxiliary contact closes 5 and the control voltage U K drops to zero. This starts to run a dead time g, after the expiration of the gate voltage U G by means of control 6 is switched off.

Die Totzeit g ist dabei so eingestellt, dass eine parallel zum Halbleiterschaltelement 2 angeordnete träge elektrische Sicherung 8 nicht auslöst. Erst wenn der Laststrom länger als die Totzeit g, beispielsweise infolge eines Durchlegierens des Halbleiterschaltelements 2, durch die elektrische Sicherung 8 fließt, löst diese aus und unterbricht den Stromfluss.The dead time g is set so that one parallel to the semiconductor switching element 2 arranged sluggish electrical fuse 8th does not trigger. Only when the load current longer than the dead time g, for example due to a Durchlegierens of the semiconductor switching element 2 , by the electrical fuse 8th flows, triggers them and interrupts the flow of current.

Mit dem Abschalten der Gatespannung UG ist das Halbleiterschaltelement 2 gesperrt und die elektrischen Kontakte 1 sind stromlos. Am Halbleiterschaltelement 2 liegt so lange eine Spannung UT an, bis die elektrischen Kontakte 1 getrennt werden.With the switching off of the gate voltage U G is the semiconductor switching element 2 locked and the electrical contacts 1 are de-energized. On the semiconductor switching element 2 As long as a voltage U T is applied until the electrical contacts 1 be separated.

Claims (8)

Lasttrennschaltung zum stromlosen Verbinden und Trennen wenigstens eines elektrischen Kontaktes (1), insbesondere zwischen einer Gleichstromquelle (9) und einer elektrischen Einrichtung (10), wobei die Lasttrennschaltung ein Halbleiterschaltelement (2) umfasst, welches in Reihe mit dem wenigstens einen elektrischen Kontakt (1) angeordnet ist, wobei parallel zu dem Halbleiterschaltelement (2) ein Schalter (3) angeordnet ist, welcher einen Hauptkontakt (4) und einen Hilfskontakt (5) umfasst, der Hauptkontakt (4) und der Hilfskontakt (5) in einer Weise gekoppelt sind, dass sich der Schaltzustand des Hilfskontakts (5) vor einem Schließen und nach einem Öffnen des Hauptkontakts (4) ändert und wobei des Weiteren eine Steuerung (6) vorgesehen ist, welche das Halbleiterschaltelement (2) in Abhängigkeit des Schaltzustandes des Hilfskontaktes (5) vor einem Schließen des Hauptkontaktes (4) einschaltet und nach einem Öffnen des Hauptkontaktes (4) ausschaltet, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine elektrische Kontakt (1) als Steck- und/oder Schraubverbindung ausgeführt ist und durch eine mechanische Sperrvorrichtung gesichert ist und dass die mechanische Sperrvorrichtung in der Weise mit dem Schalter (3) gekoppelt ist, dass ein Trennen des wenigstens einen elektrischen Kontakts (1) nur nach dem Öffnen des Hauptkontakts (4) möglich ist und dass ein Verbinden des wenigstens einen elektrischen Kontakts (1) nur bei geöffnetem Hauptkontakt (4) möglich ist.Load-disconnect circuit for the currentless connection and disconnection of at least one electrical contact ( 1 ), in particular between a DC power source ( 9 ) and an electrical device ( 10 ), wherein the load disconnecting circuit is a semiconductor switching element ( 2 ) connected in series with the at least one electrical contact ( 1 ), wherein parallel to the semiconductor switching element ( 2 ) a switch ( 3 ), which has a main contact ( 4 ) and an auxiliary contact ( 5 ), the main contact ( 4 ) and the auxiliary contact ( 5 ) are coupled in such a way that the switching state of the auxiliary contact ( 5 ) before closing and after opening the main contact ( 4 ) and further wherein a controller ( 6 ) is provided, which the semiconductor switching element ( 2 ) depending on the switching state of the auxiliary contact ( 5 ) before closing the main contact ( 4 ) and after opening the main contact ( 4 ) ausschal tet, characterized in that the at least one electrical contact ( 1 ) is designed as a plug and / or screw connection and is secured by a mechanical locking device and that the mechanical locking device in the manner with the switch ( 3 ), that disconnecting the at least one electrical contact ( 1 ) only after opening the main contact ( 4 ) and that connecting the at least one electrical contact ( 1 ) only when the main contact is open ( 4 ) is possible. Lasttrennschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kontaktelement des Hauptkontakts (4) und ein Kontaktelement des Hilfskontakts (5) mit einem Betätigungselement des Schalters (3) gekoppelt sind.Load-disconnecting circuit according to claim 1, characterized in that a contact element of the main contact ( 4 ) and a contact element of the auxiliary contact ( 5 ) with an actuating element of the switch ( 3 ) are coupled. Lasttrennschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement des Schalters (3) den wenigstens einen elektrischen Kontakt (1) bei geschlossenem Hauptkontakt (4) des Schalters (3) abschirmt und/oder fixiert.Switch-disconnector according to claim 2, characterized in that the actuating element of the switch ( 3 ) the at least one electrical contact ( 1 ) with the main contact closed ( 4 ) of the switch ( 3 ) shields and / or fixed. Lasttrennschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit dem Halbleiterschaltelement (2) ein Widerstand (7) angeordnet ist.Load-disconnecting circuit according to one of claims 1 to 3, characterized in that in series with the semiconductor switching element ( 2 ) a resistor ( 7 ) is arranged. Lasttrennschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit dem Halbleiterschaltelement (2) eine elektrische Sicherung (8) angeordnet ist.Load-disconnecting circuit according to one of claims 1 to 4, characterized in that in series with the semiconductor switching element ( 2 ) an electrical fuse ( 8th ) is arranged. Lasttrennschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit dem Halbleiterschaltelement (2) eine Diode (D) angeordnet ist.Load-disconnecting circuit according to one of claims 1 to 5, characterized in that in series with the semiconductor switching element ( 2 ) a diode (D) is arranged. Lasttrennschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit dem Halbleiterschaltelement (2) der Kontakt eines Relais (11) angeordnet ist und dass die Spule des Relais (11) mit der Steuerung (6) verbunden ist.Load-disconnecting circuit according to one of claims 1 to 6, characterized in that in series with the semiconductor switching element ( 2 ) the contact of a relay ( 11 ) and that the coil of the relay ( 11 ) with the controller ( 6 ) connected is. Lasttrennschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichstromquelle (9) als Gleichstromgenerator, insbesondere als Photovoltaikgenerator und die elektrische Einrichtung (10) als Wechselrichter ausgebildet ist.Load-disconnecting circuit according to one of claims 1 to 7, characterized in that the direct current source ( 9 ) as a direct current generator, in particular as a photovoltaic generator and the electrical device ( 10 ) is designed as an inverter.
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