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Schaltungsanordnung zur Beschleunigung der Ein- und Ausschaltung von Elektromagneten mit abschaltbarer Gleichspannungsquelle
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undeinrichtungen mit grosser Genauigkeit, werden diese Vorteile dadurch erzielt, dass an die beiden Zufüh- rungen der Wicklung des Elektromagneten zwei Stromschleifen angeschlossen sind, von welchen die eine
Schleife die Reihenschaltung der Gleichspannungs-Speisequelle, eines Ventilelementes, z.
B. eines
Gleichrichters, sowie eines Unterbrecherschalters enthält, und die andere Schleife eine Reihenschaltung aus demselben oder einem weiteren Unterbrecherschalter, einer weiteren Gleichspannungs-Speisequelle mit wesentlich höherer Spannung als die erste Gleichspannungs-Speisequelle und einem Kondensator enthält, wobei die eine Zuführung dieses Kondensators mit der einen Zuführung der Wicklung verbun- den ist und die andere Zuführung des Kondensators an die andere Zuführung der Wicklung über die Par- allelschaltung eines zusätzlichen Unterbrecherschalters und eines Ventilelementes, z. B. eines Gleich- richters, abgeschlossen ist. Unter Unterbrecherschaltern sind sowohl mechanische als auch Schalttran- sistoren u. dgl. zu verstehen.
Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung wird an Hand der Zeichnungen näher erörtert.
Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild zur Erörterung der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung ; Fig. la ein transistorbestücktes Ausführungsbeispiel der Schaltung nach Fig. 1 zur beschleunigten Ein-und Aus- schaltung : Fig. 2 das Prinzipschema einer Abänderung der Schaltung nach Fig. 1 und Fig. 2a die der
Fig. 2 entsprechende erfindungsgemässe Schaltungsanordnung.
Wie in Fig. 1 ersichtlich, liefert die Gleichspannungs-Speisequelle UT1 den Haltestrom und die
Gleichspannungs-Speisequelle UT2 den Einschaltstrom. Die Spannung der Gleichspannungs-Speise- quelle UT2 ist grösser-vorteilhaft 5-10 mal so gross wie die Spannung der Spannungsquelle UTl.
In den Stromkreis sind auch die Wicklung Ll eines (nicht dargestellten) Elektromagneten, ein Kon- densator Ce, Ventilelemente D, D (Gleichrichter) sowie Schalter Kl, K, eingefügt. Zur Si- cherung der einwandfreien Betätigung nehmen die Schalter KundK ; drei Stellungen ein. In der er- sten Stellung ist der Schalter Kl offen und der Schalter K, geschlossen : in der zweiten Stellung sind beide Schalter geöffnet und in der dritten Stellung ist der Schalter Kl geschlossen und der Schal- ter K 3 geöffnet.
In ausgeschaltetem Zustand des Elektromagneten ist der Schalter Kl geöffnet und der Schal- ter K, geschlossen. ÜberdieKontaktedetgeschlossenenSchalters K bildendieWicklung L und der Kondensator Ce einen parallelen Schwingkreis. Für den ausgeschalteten Zustand d ist es kenn- zeichnen, dass der Kondensator Ce durch die Wicklung L1 praktisch kurzgeschlossen ist, so dass derReststromdesGleichrichtersD2denKondensatorCenichtaufladenkann. DieRolledesGleich- richters D2 besteht übrigens darin, die Kurzschlusssicherung der Spannungsquelle UT2 zu besorgen.
In der ersten Phase der Einschaltung öffnet der Schalter K. und nach einer Weile schliesst der
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magneten angeschlossen, dass diese Stromrichtung mit der Richtung des nichtstationären Stromes übereinstimmt. Demzufolge tritt im Augenblick der Einschaltung die gesamte Spannung der Hilfsspannungsquelle UT2 an den Klemmen der Wicklung L auf. Der Kondensator C ; wird allmählich aufgeladen, wodurch die Spannung an den Klemmen der Wicklung Li sinkt.
Sinkt der Pegel der Spannung, welche aus der Hilfsspannungsquelle UT2 stammt, an den Klemmen der Wicklung Li auf den Wertder Speisespannung der Spannungsquelle UT1, so wird die Speisung der Wicklung LI von der Gleichspannungsspeisequelle UT1 so übernommen, bis die Wicklung L schliesslich nur von der Gleichspannungs-Speisequelle UT1 versorgt wird. In diesem Zeitpunkt ist der Kondensator Ce auf den Differenzwert (UT 2-UT) der beiden Spannungsquellen aufgeladen. Diese Spannung wird bis zur Ausschaltung beibehalten.
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Beginn des Ausschaltens öffnet der Schalter KPolarität der Spannung am Kondensator Ce der Polarität der Selbstinduktionsspannung entgegengesetzt ist.
Da nunmehr der Gleichrichter D1 durch den Schalter Ks kurzgeschlossen ist, wird der Kondensator Ce über die Wicklung L1 des Elektromagneten entladen. Im überwiegenden Teil der Entladungsperiode entsteht infolgedessen in der Wicklung 1' ein Strom, dessen Richtung der Rich-
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tung des Haltestroms entgegengesetzt ist, so dass der Elektromagnet beschleunigt abschaltet. Die Entladung des Kondensators Ce ist die Bedingung für das Entstehen der entsprechenden beschleunigenden nichtstationären Stromintentisität bei der nächsten Einschaltung.
Wie ersichtlich, erfolgt bei der erfindungsgemässen Lösung die Eschaung des Elektromagneten mit Hilfe der Wicklung LI durch den nichtstationären Strom, und das Halten des Elektromagneten durch einen Haltestrom. Beim Ausschalten erzeugt der aufgeladene Kondensator Ce in der Wicklung LI einen Strom mit entgegengesetzter Richtung als die des Einschaltstromes und dies wirkt sich in der raschen Ausschaltung des Elektromagneten aus.
Werden die bekannten Lösungen mit der erfindungsgemässen Lösung verglichen, so können folgende Feststellungen gemacht werden :
Die nachteilige Eigenschaft der bekannten Methoden liegt im Reihenwiderstand, welcher einen Wärmeverlust von mehreren hundert Watt repräsentiert. Demzufolge ist die Anordnung dieser Einrichtungen in den elektrischen Schränken - z. B. bei Werkzeugmaschinen - mit grösseren Problemen verbunden, der Raumbedarf ist ebenfalls grösser, wobei ein überflüssiger Energieverbrauch entsteht.
Bei der erfindungsgemässen Anordnung wird kein Reihenwiderstand angewendet. Die Flankensteilheit des Einschaltstromes entsteht infolge des nichtstationären Stromes, welcher nur in der Periode der Einschaltung wirkt.
Bei den bekannten Methoden bildet die Ausschaltung eine Kompromisslösung, denn mit der Beschleunigung der Ausschaltung mittels einer Feder werden die Bedingungen für die Einschaltung nachteilig beeinträchtigt, da durch die Feder die Einschaltung gedämpft und infolgedessen verzögert wird.
Bei der erfindungsgemässen Lösung wird die Erzeugung des Gegenstromes in der Wicklung LI des Elektromagneten einfach und wirtschaftlich gelöst, wobei Ausschaltungen mittels einer Feder überflüssig sind. Aus der Gegenstromausschaltung folgt, dass bei der erfindungsgemässen Lösung die erreichbare Anzahl der Schaltungen pro Sekunde höher liegt als bei den bekannten Lösungen.
In Hinsicht der Stromkreisanordnung können die Elektromagnete in zwei Hauptgruppen eingeteilt werden.
1. Elektromagnet mit freien Wicklungsenden, bei welchen beide Zugleitungen der Wicklung ausgeführt sind, so dass an diese an beiden Seiten Stromkreiselemente angeschlossen werden können. Eine beispielsweise Anordnung der in diese Gruppe gehörigen erfindungsgemässen Lösung ist in Fig. la dargestellt.
2. In die zweite Gruppe gehören die Elektromagnete, bei welchen nur das eine Wicklungsende aus- geführt wird, wobei das andere Ende im Inneren der Wicklung unlösbar auf Erdpotential gelegt ist. Folglich können an diesen Punkt keine Stromkreiselemente angeschlossen werden. Die in diese Gruppe ge- hörige prinzipielle Lösung ist in Fig. 2 und eine beispielsweise praktische Verwirklichung in Fig. 2a dargestellt.
Wie in Fig. 2 ersichtlich, kann diese Lösung insbesondere dann Anwendung finden, wenn nur ein Ende der Wicklung ausgeführt ist, wogegen das andere unzugänglich an den Körper gelötet ist. Das Wesen und das Prinzip der Wirkungsweise ist das gleiche, wie dies bei der Lösung gemäss Fig. l bereits er- örtert wurde. Auch die Bezeichnungen sind die gleichen, doch mit dem Unterschied, dass die Schaltung Kl und K2 als zwei Kontakte eines Schalters angenommen werden können und gemeinsam betätigt werden, wie das durch die gestrichelte Linie zwischen den beiden Schaltern Kl und K2 in Fig. 2 dargestellt ist.
L2 bezeichnet die Wicklung eines weiteren Elektromagneten, welche der Wicklung LI ent-
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cher aber nicht dargestellt wurde.
Die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 2 ist die gleiche wie bei derjenigen nach Fig. l, doch mit dem Unterschied, dass in der Beschreibung anstatt des Schalters Kl die Schalter Kl und IS er- wähnt sind. Weitere Erörterungen scheinen überflüssig zu sein.
Die Ein-und Ausschaltelemente können durch metallische Kontakte, Elektronenröhren oder steuerbare Halbleitermittel oder andere bekannte steuerbare Schaltelemente gebildet werden.
In den dargestellten beispielsweisen Ausführungen wurden Lösungen mit Transistoren angewendet und für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen angewendet.
Die Einschaltung der Wicklung L, des Elektromagneten mit beiden freien Wicklungszuführungen (Fig. la) wird durch einen Transistor Trl durch Steuerung mittels eines Potentials Vl gesichert. Die Ausschaltung erfolgt mittels des Transistors Tr3 durch Steuerung vom Steuerpunkt V3. Beim System mit gemeinsamen Wicklungsende (Fig. 2a) dienen zum Einschalten der Wicklung LI des
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