DE3837192A1 - Verfahren zum eichen eines schalters mit elektronischer ausloeseeinheit - Google Patents

Description

Es ist übliche Praxis bei Industrie-Schaltern mit Formgehäuse, jede thermische magnetische Auslöseeinheit innerhalb derartiger Schalter während des Fertigungsprozesses einzeln zu kalibrieren bzw. zu eichen. Diejenigen Schalter, die spezifizierte Ansprech-Charakteristiken nicht erfüllen, werden für eine zusätzliche Kalibration bzw. Eichung zurückgeleitet. Die erneute Kalibration, die häufig manuell durchgeführt wird, stört den Gesamtwirkungsgrad der Schalterfertigung.

Eine Kalibration bzw. Eichung ist auch erforderlich bei eine statische Auslösung aufweisenden Schaltern, die elektronische Auslöseschaltungen enthalten. Diese Kalibration wird mit computerisiertem Testgerät vorgenommen, wobei eine Schaltungstrimmung automatisch erreicht wird in Abhängigkeit von computerisierten Ermittlungen. Die Hauptfehlerquellen innerhalb elektronischer Auslöseeinheiten sind die Stromwandler und die Analog-Digital-Wandlerschaltungen. Eine weitere Fehlerquelle liegt in den Verstärkungseinstellwiderständen, die in Verbindung mit Operationsverstärkern verwendet werden, die in der Signalprozessorschaltung innerhalb der Auslöseschaltung enthalten sind. Da die Übertragungs-Charakteristiken von jedem Auslöseeinheitsmodul die Spezifikationserfordernisse erfüllen müssen, die durch Industriestandards gesetzt sind, müssen gewisse Einstellmittel der Verstärkungs­ einstellwiderstände extern verwendet werden, ohne die automatische Montage des Moduls während seiner letzten Fertigungsstufen zu stören.

Ein Beispiel für eine elektronische Auslöseeinheit für statische Auslöseschalter ist in der US-PS 45 89 052 beschrieben. Die meisten Schaltungskomponenten sind auf einer integrierten Schaltung angeordnet, die auch einen digitalen Prozessor enthalten könnte.

Die US-PS 45 50 360 beschreibt Mittel zum Trimmen derartiger Schaltungsanordnungen, die einen digitalen Prozessor enthalten.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, Mittel zur automatischen Schaltungstrimmung der Verstärkungseinstellwiderstände zu schaffen, um eine elektronische Auslöseeinheit zu kalibrieren bzw. zu eichen, die eine digitale Logikschaltung ohne einen digitalen Prozessor verwendet.

Erfindungsgemäß wird eine elektronische Auslöseeinheit mit automatischer Kalibration bzw. Eichung geschaffen durch ein Widerstandsnetzwerk, das durch schmelzbare Verbindungsglieder verbunden ist. Ein Testcomputer in Rückführungsverbindung mit der Auslöseeinheit sorgt für eine genaue Ermittlung, welche der Verbindungsglieder durchtrennt werden müssen, um für das erforderliche Ansprechverhalten zu sorgen. Ein herausnehmbarer Nennstromeinsatz sorgt für eine Einstellung des Schalternennstroms zusammen mit einer Selektion von Überstromaufnahmeoptionen.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer elektronischen Auslöseeinheit, die eine Trimmschaltung gemäß der Erfindung verwendet.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der Trimmschaltung, die in der Auslöseeinheit gemäß Fig. 1 verwendet ist.

Fig. 3 ist eine Fließbilddarstellung der Verfahrensschritte, die zur Eichung der Auslöseeinheit gemäß Fig. 1 angewendet werden.

Die in Fig. 1 gezeigte elektronische Auslöseeinheit enthält Stromabtasttransformatoren 23-25, die in den getrennten Phasen A, B, C einer dreiphasigen Sammelleitung angeordnet sind. Die Stromabtasttransformatoren- bzw. Wandler enthalten Primärwicklungen 11-13, Transformatorkerne 14-16 und Sekundärwicklungen 17-19. Metalloxid-Varistoren 20-22 sind parallel zu jeder Sekundärwicklung angeordnet, um die Stromtransformatoren vor überhöhten Spannungsstößen zu schützen. Brückengleichrichter 26, 27, 28 sind zwischen die Stromtransformatoren und die Nennstromeinstellung 33 geschaltet durch drei getrennte Leiter 30-32 und einen getrennten Leiter 29, der den positiven Sammelleiter bzw. Bus bildet. Die Brückengleichrichter sind auch mit Stiften P₁₂-P₁₄ auf einem eine integrierte Schaltung bildenden Signalprozessor 50 durch Leiter 53-55 verbunden, um die Signaleingänge zu bilden. Die Eingangs­ signale werden an die Stifte P₁-P₃ auf der Nennstromeinstellung geliefert, um entsprechende Spannungssignale über drei Bürde-Widerständen R₁-R₃ zu generieren, und zwar eins für jede getrennte Phase, und von dort durch eine gemeinsame Verbindung über einen Leiter 38 zum Stift P₆, der mit der negativen Referenzleitung 40 über einen Leiter 39 verbunden ist, wie es in Fig. 1 angegeben ist. Der Nennstromeinstellmodul 33 ist lösbar mit der Auslöseeinheit verbunden durch Stiftanschlußglieder P₁-P₆, so daß verschiedene Widerstandswerte für die Bürde-Widerstände R₁-R₃ selektiv vorgesehen werden können, um den Schalternennstrom einzustellen. Weiterhin wählbar innerhalb des Nennstrom- Einstelleinsatzes sind die Schalterauslöse-Optionen, wie beispielsweise Langzeitverzögerung, Kurzzeitverzögerung und augenblickliche Auslösung durch die selektive Anordnung der Anschlüsse 34, 35 mit den Verbindungsgliedern 36 und 37. Die Wählmittel für diese Optionen werden nachfolgend näher erläutert. An dieser Stelle sei nur darauf hingewiesen, daß der Einstelleinsatz lösbar mit den Signalprozessorstiften P₁₀, P₁₁ über Leiter 51, 52 verbunden ist. Eine Masseverbindung zwischen der negativen Sammelleitung 40 und dem Signalprozessor wird durch Stifte P₁₅, P₁₆ und Leiter 56, 57 hergestellt. Die augenblickliche Auslöseschaltung 59, die Schalter S₁-S₃ enthält, ist mit der negativen Sammelleitung über einen Leiter 58 und mit dem Signalprozessor durch Stifte P₁₇-P₁₉ verbunden. Dem Signalprozessor wird eine Referenzspannung am Stift P₂₀ zugeführt, der mit einem Leiter 60 an einem Knotenpunkt der Kathode einer Bandbreiten-Referenzdiode D₃ und dem Referenzvorspannwiderstand R₁₃ verbunden ist. Das Auslöse-Ausgangssignal aus dem Signalprozessor wird von dem Stift P₂₁ an einen FET 63 geliefert, der als ein nicht-verriegelnder Schalter mit dem Schalterauslöse-Relais 64 dient, das eine Relaisspule 65 und eine Diode D₄ enthält. Ein keramischer Resonator (Schwingquarz) 66, der mit den Anschlüssen P₂₂, P₂₃ verbunden ist, liefert die Taktreferenz für den Signalprozessor. Der Aufnahmecode (Pickup- bzw. PU-Code), der durch den Signalprozessor am Stift P₂₄ generiert wird, wird einem Stift P₃₀ zugeführt, wo er für das automatische Testgerät zur Verfügung steht. Die Spannungsversorgungs-Vorspannwiderstände R₁₄, R₁₅ sind zwischen die positive Sammelleitung und die Stifte P₂₅, P₂₆ des Signalprozessors geschaltet und liefern die Versorgungsvorspannung für die Signalprozessorschaltung. Die Versorgungsspannung zum Signalprozessor wird durch einen FET 45 gesteuert, der als ein Nebenschluß- Schaltregler arbeitet, der zwischen die positive Sammelleitung 29 und die Masse-Sammelleitung 40 geschaltet ist. Die Ansteuerung des Gate des FET 45 erfolgt über eine Verbindung 47 von dem Stift P₂₈ des Signalprozessors-IC 50. Testanschlüsse P₇, P₈ gestatten an Ort und Stelle ein Testen des Signalprozessor-Auslöseverhaltens und sind mit dem Testeingang zu dem Signalprozessorstift P₂₇ über einen Leiter 49 und mit der positiven Sammelleitung über eine Diode D₂ verbunden. Eine Diode D₁ mit Filterkondensatoren C₁ und C₂ und einem Widerstand R₁₂ beseitigt eine unerwünschte Rauschfrequenz aus der positiven Sammelleitung vor einer Verbindung mit dem Signalprozessor. Die Filterkondensatoren C₁ und C₂ bilden auch die Energiequelle für eine Treiberspule 65 des Betätigungsgliedes während der Auslösung. Die Fehlerbürde- Widerstände R₄-R₆ bilden eine Rückverbindung zu den Brücken­ gleichrichtern über Leiter 30-32 und mit der negativen Sammelleitung über einen Leiter 42, um den kleinsten Nennwiderstandswert für den Signalprozessor zu bilden, wenn der Nennstromeinsatz 33 mit den daran befestigten größeren Bürde- Widerständen R₁-R₃ von der Schaltungsanordnung getrennt ist. Die Trimmschaltung 43 ist elektrisch mit dem Signalprozessor über einen Leiter 48 mit dem Stift P₂₉ und mit der positiven Sammelleitung über einen Widerstand R₁₁ und einen Leiter 44 verbunden. Die Aufgabe der Trimmschaltung besteht darin, eine Eichung bzw. Kalibration des Signalprozessor-Aufnahmeverhaltens durch Selektion der Trimmwiderstände R₈-R₁₀ zu gestatten, die elektrisch einem Basiswiderstand R₇ parallel geschaltet sind. Dies wird zweckmäßigerweise durch wählbare Schmelzverbindungen L₁-L₃ erreicht, die zwischen Anschlüsse P₃₁-P₃₆ geschaltet sind. Die präzise Eichung, die durch die Trimmschaltung für den Signalprozessor erreicht wird, ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung. Die Komponenten des Signalprozessors 50 sind in Verbindung mit der integrierten Schaltkarte gemäß der eingangs genannten US-PS 45 89 052 näher erläutert; bezüglich weiterer Einzelheiten wird auf diese Druckschrift verwiesen. Die Arbeitsweise einer Trimmschaltung zum Selektieren der Aufnahme-Charakteristiken einer Schalterauslöseeinheit durch Selektion von binär-gewichteten Widerständen, um für eine Eichlogik für die Schaltungsanordnung der Auslöseeinheit zu sorgen, ist in der deutschen Patentanmeldung P 36 25 084.8 beschrieben. Während die vorgenannte deutsche Patentanmeldung P 36 25 084.8 die Selektion der Schalterauslöseeinstellungen beschreibt, gibt die vorliegende Erfindung die Eichung bzw. Kalibration der Pickup-Subschaltungen an, die in der Signalprozessor- Schaltung der Auslöseeinheit enthalten sind.

Tabelle 1

In Verbindung mit Fig. 2, die eine vergrößerte Darstellung der Trimmerschaltung 43 innerhalb der Auslöseschaltung gemäß Fig. 1 zeigt, und Tabelle 1, die die binär-gewichteten Werte der Trimmerwiderstände innerhalb der Trimmerschaltung enthält, kann die effektive Kalibration für die Ansprechsignale des Signalprozessors ermittelt werden. Der resultierende Widerstandswert, wie er zwischen den Referenzpunkten A, B gemessen wird, der in die Signalprozessorschaltung parallel zum Widerstand R₁₁ eingegeben wird, ist in der Tabelle 1 unter der Rubrik "Widerstandswert" gelistet. Jeder Trimmer­ widerstand R₈-R₁₀ ist in angegebener Weise einem vorbestimmten Binärwert zugeordnet, und die prozentuale Abweichung von dem vorbestimmten Wert wird für jeden Widerstandswert ermittelt, wie es angegeben ist. Die schmelzbaren Verbindungsglieder L₁, L₃ gestatten die Einfügung oder Weglassung der binären Kombination der Trimmerwiderstände durch die Zufuhr von Wärme, um die gewählte Kombination von Verbindungsgliedern zu schmelzen und dadurch die zugeordneten Trimmerwiderstände zu beseitigen, die elektrisch in Reihe damit geschaltet sind.

Wenn die Auslöseschaltung 10 zusammengefügt ist, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, und vor der Verbindung mit den Stromtransformatoren 23-25 der Auslöseeinheit wird eine kleine Gleichspannung in der Größenordnung von 50-60 Millivolt an den Leiter 30 angelegt, um eine Eingangsgröße in dem Signal­ prozessor an den Anschlüssen P₁₂-P₁₄ zu bilden. Der Ansprechwert (binäre 1 oder binäre 0) wird dann am Anschluß P₃₀ gelesen und mit einem gespeicherten Referenzwert verglichen, um zu ermitteln, ob der am Anschluß P₃₀ anstehende Eingangsspannungspegel eine ausreichende Größe hat, damit die Auslöseeinheit in das Ansprechen eintritt. Das Eingangssignal wird vergrößert, bis der am Anschluß P₃₀ anstehende Pegel anzeigt, daß das Ansprechen (Pickup) erreicht worden ist. Es wird dann ein Vergleich durchgeführt zwischen dem Eingangssignal an den Anschlüssen P₁₂-P₁₄ und einem nominellen 1X Ansprechwert, um die prozentuale Abweichung des Widerstands-Netzwerkes von dem idealen Referenzwert zu ermitteln. Bei einer automatisierten Fertigungseinrichtung wird die Zufuhr des Testsignals und die Analyse des resultierenden Ansprech- bzw. Aufnahmewertes innerhalb eines getrennten Computers durchgeführt, nachfolgend als "Testcomputer" bezeichnet, wie beispielsweise einem IBM-PC Type AT, wobei die in Tabelle 1 gelistete Information in einem ROM-Speicher als eine "Nachschlage"-Tabelle gespeichert wird. Wenn ermittelt ist, welche Anzahl von Verbindungsgliedern beseitigt werden soll, wird eine programmierbare Steuereinrichtung, wie beispielsweise ein SIGNA-Series, gefertigt von Summation Systems, aktiviert, um selektiv eine Spannung an gewählte Anschlüsse P₃₁-P₃₆ anzulegen, um die Verbindungsglieder zu schmelzen, oder alternativ wird ein Hochleistungs- Laser aktiviert und auf die speziellen Verbindungsglieder gerichtet, um die Verbindungsglieder durch eine hohe Temperatur aufweisende Strahlung thermisch zu schmelzen. Das Kalibrations-Programm innerhalb des Testcomputers ist in dem Fließbild gemäß Fig. 3 angegeben und arbeitet wie folgt. Es wird ein Testsignal an Phase A (67) angelegt und abgefragt, ob der Aufnehmer- bzw. Pickup-Code (PU-Code) hoch liegt (68) und, wenn nicht, wird das Testsignal um einen diskreten Betrag inkrementiert (69). Wenn der Pickup-Code hoch ist, wird die Differenz zwischen dem Testsignal und einer vorgeeichten Antwort ermittelt (70), die Differenz wird digitalisiert, eine Korrektur aus den Nachschlage-Tabellen erhalten (71) und es wird das geeignete Verbindungsmuster erhalten (72). Es wird dann eine Hilfsspannungsversorgungseinheit aktiviert, um die vorbestimmten schmelzbaren Verbindungsglieder 73 zu schmelzen, und die Pickup-Antwort wird zur Bestätigung erneut getestet (74). Das Bestätigungsverfahren wird dann für die Phasen B und C wiederholt, um zu bestätigen, daß Abweichungen zwischen den drei Phasen innerhalb zulässiger Toleranzen liegen.

Für die in Fig. 2 gezeigten Werte und mit den geeigneten Widerstandswerten, wie sie aus Tabelle 1 hervorgehen, ist der erforderliche Widerstandswert über den Referenzpunkten A, B 1000 Ohm.Für einen gegebenen Widerstandswert für R₇ sei angenommen, daß der gemessene Widerstand über A, B mit 1045 Ohm gefunden wurde, was einen Fehler von 4,50% darstellt. Die Nachschlage-Tabelle zeigt Binärwerte 0, 1, 1 für einen 0,50%igen minimalen Fehler und bestimmt dadurch, daß das schmelzbare Verbindungsglied L₁ geöffnet werden sollte. Die Hilfsspannungsversorgung (nicht gezeigt) des Testcomputers wird dann an den Anschlüssen P₃₁, P₃₄ aktiviert, und es wird eine ausreichende Spannung angelegt, um das schmelzbare Verbindungsglied L₁ zu schmelzen und dadurch den Widerstand R₈ effektiv aus dem Trimmernetzwerk herauszunehmen.

Verbindungen
Optionen
36, 37 verbunden
Langzeitverzögerung
	Kurzzeitverzögerung
	augenblickliche Auslösung
36 nicht verbunden	Kurzzeitverzögerung
37 verbunden	augenblickliche Auslösung
36 verbunden	augenblickliche Auslösung
37 nicht verbunden @	36, 37 nicht verbunden	Auslösung bei Strom hoch

Wie bereits ausgeführt wurde, gestattet der Bereichseinstelleinsatz 33 in multifunktionaler Weise, daß die Widerstände R₁-R₃ zum Einstellen des Schalternennstroms gewählt und daß auch die verschiedenen Auslöse-Optionen gewählt werden. Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, daß vier mögliche Auslöse-Optionen durch Verwendung von nur zwei Verbindungen bzw. Brücken 36, 37 erhältlich sind. Ein Benutzer könnte deshalb eine oder alle möglichen Optionen auswählen, indem entweder die eine oder andere oder beide Verbindungen für die gewählte Auslösefunktions-Option herausgenommen wird bzw. werden.

Somit wurde gezeigt, daß ein genaues Schalteransprechverhalten durch eine Kalibrations-Routine erhalten werden kann, die eine einstellbare Trimmerschaltung enthält, die bei einem automatisierten Testgerät ohne zusätzliche Kosten schnell ausgeführt werden kann. Ferner wird ein herausnehmbarer Bereichseinstelleinsatz angegeben, der sowohl für eine Auslöse- Optionswahl als auch für den Schalternennstrom sorgen kann.

Claims (8)

1. Verfahren zum Kalibrieren einer elektronischen Auslöseeinheit eines Schalters, gekennzeichnet durch
Anlegen eines Testeingangssignals an die Auslöseeinheit und Auslesen einer ersten Aufnehmerpegel- bzw. Pickup-Pegel-Ausgangsantwort;
Vergleichen der ersten Aufnehmerpegel-Ausgangsantwort mit einem vorbestimmten Aufnehmerpegel und Ermitteln eines ersten Differenzwertes;
Vergleichen des ersten Differenzwertes mit vorbestimmten binär-gewichteten Widerstandswerten zur Lieferung eines ersten Eichwiderstandswertes und
Einstellen eines Widerstands-Netzwerkes innerhalb der Auslöseeinheit zur Lieferung des ersten Eich­ widerstandswertes an die Auslöseeinheit.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
erneutes Zuführen des Testeingangssignals an die Auslöseeinheit und Auslesen eines zweiten Aufnahmepegel- Ausgangssignals und
Vergleichen des zweiten Aufnahmepegel-Ausgangssignals mit einem zweiten vorbestimmten Aufnahmepegel zur Ermittlung eines zweiten Differenzwertes, der kleiner als der erste Differenzwert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Testeingangssignal kontinuierlich erhöht wird, bis die erste Aufnehmerantwort erreicht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstands-Netzwerk als eine Anzahl von Trimmerwiderständen elektrisch parallel zu einem Basis-Widerstand durch eine entsprechende Anzahl von schmelzbaren Verbindungsgliedern angeordnet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einstellen des Widerstands-Netzwerkes eine vorbestimmte Kombination von schmelzbaren Verbindungsgliedern geschmolzen wird, um den ersten Eichwiderstandswert auszubilden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schmelzen der schmelzbaren Verbindungsglieder eine elektrische Widerstandserwärmung durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schmelzen der schmelzbaren Verbindungsglieder eine Erwärmung durch einen optischen Laser durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vergleichen der ersten Aufnehmerpegel- Ausgangsantwort und beim Vergleichen des Differenzwertes Nachschlage-Tabellen in einem digitalen Prozessor verwendet werden.