CS201772B1

CS201772B1 - Exciting circuit for electromagnetic relay

Info

Publication number: CS201772B1
Application number: CS566078A
Authority: CS
Inventors: Josef Chlup
Original assignee: Josef Chlup
Priority date: 1978-09-01
Filing date: 1978-09-01
Publication date: 1980-11-28

Description

Vynález řeší problém možnosti buzení střídavého elektromagnetu relé stejnosměrným proudem, zlepšení spínacích vlastností a zároveň zmenšení elektrických ztrát v cívce elektromagnetu, což vede ke zmenšení oteplení celého systému relé při jeho dlouhodobém připojení na zdroj budícího napětí.The invention solves the problem of the possibility of excitation of the alternating current solenoid of the relay by direct current, improving the switching properties and at the same time reducing the electrical losses in the solenoid coil, which leads to less warming of the whole relay system.

V praxi využívaná relé můžeme rozdělit do dvou skupin, které se liší uspořádáním vlastního elektromagnetu. První skupinu tvoří relé, jejichž elektromagnety jsou upraveny pro napájení stejnosměrným proudem. Do druhé skupiny patří relé, jejichž elektromagnety jsou buzeny proudem střídavým. Magnetický obvod pro stejnosměrné buzení je vytvořen z masívního ferromagnetika, zatímco elektromagnety pro střídavé buzení jsou složeny z isolovaných plechů, za účelem zmenšení ztrát v magnetickém obvodě, které vznikají při střídavé magnetizaci. V principu je tedy možné provozovat elektromagnet, určený pro střídavé buzení i při napájení stejnosměrném. Naopak, stejnosměrný elektromagnet není vhodné napájet střídavým proudem, protože ztráty v magnetickém obvodě mohou být tak velké, že může dojít k tepelnému přetížení cívky elektromagnetu. Jestliže chceme ovládat střídavý elektromagnet stejnosměrným proudem, může dojít k poškození vinutí cívky elektromagnetu nadměrným budicím proudem. Jde totiž o to, že cívkou střídavého elektromagnetu protéká, při nominální hodnotě střídavého budicího napětí proud, jehož velikost je při daném napětí omezena velikostí impendance budicí cívky. Tato impedance je tvořena reaktancí indukčnosti cívky, ztrátovým odporem magnetického obvodu a ohmickým odporem jejího vinutí. Z uvedeného plyne, že přivedeme-li na cívku střídavého elektromagnetu stejnosměrné napětí nominální hodnoty, bude vinutím protékat velký stejnosměrný proud, protože tento je omezen pouze ohmickým odporem cívky. Reaktance a ztrátový odpor se neuplatní. Prostým přivedením stejnosměrného napětí nominální hodnoty na cívku střídavého elektromagnetu můžeme tuto zničit nadměrným proudem. Ukazuje se tedy, že ani stejnosměrné napájení střídavého elektromagnetu není možné, pokud do série s vinutím budicí cívky nezařadíme odpor potřebné velikosti. Zařazení takového sériového odporu sice umožní provozovat relé se střídavým elektromagnetem také při stejnoměrném buzení, nevýhoda tohoto řešení je ale v tom, že činné ztráty v předřadném odporu a ohmickém odporu cívky jsou tak velké, že při provozu relé mohou vést k nadměrnému ohřevu vnitřního prostoru pouzdra relé a nakonec i k jeho poškození.The relays used in practice can be divided into two groups, which differ in the arrangement of the electromagnet itself. The first group consists of relays whose solenoids are adapted for direct current supply. The second group includes relays whose electromagnets are driven by alternating current. The DC drive magnetic circuit is made of a massive ferromagnetic, while the AC drive electromagnets are composed of insulated sheets to reduce the losses in the magnetic circuit that arise from AC magnetization. In principle, it is therefore possible to operate an electromagnet intended for alternating excitation even with direct current. On the contrary, the DC solenoid is not suitable to be supplied with alternating current, since the losses in the magnetic circuit can be so great that thermal overload of the solenoid coil can occur. If you want to control the AC solenoid with direct current, the winding of the solenoid coil may be damaged by excessive excitation current. The reason is that at the nominal value of the AC excitation current, the current of which is limited at the given voltage by the magnitude of the excitation coefficient of the excitation coil flows. This impedance consists of the reactance of the inductance of the coil, the loss of the magnetic circuit and the ohmic resistance of its winding. This implies that if a DC voltage of nominal value is applied to the AC coil, a large DC current will flow through the winding since this is limited only by the ohmic resistance of the coil. Reactance and loss resistance do not apply. By simply applying the DC voltage of the nominal value to the AC solenoid coil, it can be destroyed by excessive current. Thus, it turns out that even the DC supply of the AC solenoid is not possible unless the resistor of the required size is connected in series with the excitation coil winding. Incorporating such a series resistor allows the AC solenoid relay to operate even at even excitation, but the disadvantage of this solution is that the active losses in the ballast resistance and the ohmic resistance of the coil are so large that in relay operation they can lead to overheating relay and eventually its damage.

Uvedené nedostatky odstraňuje budicí obvod elektromagnetu relé, který sestává z diocty, za kterou je sériově zařazena paralelní kombinace odporu a kondenzátoru a dále v sérii další kondenzátor, přičemž budicí cívka elektromagnetu je připojena paralelně ke druhému kondensátoru; budicí napětí je přivedeno mezi svorku, která tvoří společný vývod kondenzátoru a cívky, a volný přívod diody.These drawbacks are overcome by a relay solenoid driver circuit consisting of a diode behind which a parallel combination of resistor and capacitor is connected in series and another capacitor in series, the solenoid excitation coil being connected in parallel to the second capacitor; the excitation voltage is applied between the terminal that forms the common terminal of the capacitor and the coil and the free lead of the diode.

Sestava budicího obvodu je velmi jednoduchá, obvod je tvořen pouze čtyřmi součástkami. Připojením tohoto obvodu k budicí cívce střídavého elektromagnetu relé dosáhneme toho, že relé může být buzeno nejenom střídavým napětím, nominální velikosti, ale také stejnosměrným napětím téže jmenovité hodnoty. Tímto opatřením ze střídavého elektromagnetického relé, vytvoříme relé pro univerzální buzení. Další, velmi důležitou předností využití budicího obvodu podle vynálezu je podstatné zmenšení činných ztrát v systému relé, což se velmi příznivě projeví ve zmenšení jeho ohřevu v dlouhodobém provozu. Ověřovací měření prokázalo, že při použití budicího obvodu se několikanásobně zmenší činné ztráty v elektromagnetu relé, ve srovnání s činnými ztrátami, které vznikají v neupraveném relé, při standardním buzení. Pro ilustraci uvedeme konkrétní výsledky měření na časovém relé typu TM 12. Při napájení spojkového elektromagnetu relé jmenovitým napětím 220 V/50 Hz, bylo po čtyřech hodinách provozu naměřeno oteplení vinutí cívky relé o 39 °C nad teplotu okolního prostředí. Spojkový elektromagnet byl potom opatřen budicím obvodem podle vynálezu a opět bylo přivedeno napájecí napětí 220 V/50 Hz. Po čtyřech hodinách činilo oteplení vinutí cívky 12 °C. Střídavé budicí napětí potom bylo zaměněno stejnosměrným. Spojkový elektromagnet opatřený budicím obvodem byl napájen stejnosměrným napětím 220 V a po čtyřech hodinách bylo naměřeno oteplení cívky o pouhých 9 °C.The excitation circuit assembly is very simple, the circuit consisting of only four components. By connecting this circuit to the AC coil of the relay, the relay can be excited not only by the AC voltage, nominal size, but also by the DC voltage of the same nominal value. By doing this, from an AC electromagnetic relay, we create a universal excitation relay. Another very important advantage of using the excitation circuit according to the invention is the substantial reduction of the active losses in the relay system, which will have a very beneficial effect on the reduction of its heating in long-term operation. Verification measurements have shown that, when using an excitation circuit, the active losses in the relay solenoid are reduced several times compared to the active losses that occur in the unmodified relay at standard excitation. By way of illustration, specific measurement results are shown on the TM 12 timing relay. When the relay clutch solenoid is powered at 220 V / 50 Hz, after four hours of operation, the coil winding warms up by 39 ° C above ambient temperature. The clutch electromagnet was then provided with an excitation circuit according to the invention and the supply voltage 220 V / 50 Hz was applied again. After four hours the coil warming was 12 ° C. The alternating excitation voltage was then replaced by DC. The clutch solenoid provided with an excitation circuit was supplied with a 220 V DC voltage, and after four hours the coil warmed by only 9 ° C.

Na přiložených nákresech je na obr. 1 uvedeno základní zpojení relé se střídavým elektromagnetem a sériovým odporem, který umožňuje buzení stejnosměrným napětím. Na obr. 2 je zobrazen optimální průběh budicího proudu elektromagnetem relé. Na obr. 3 je naznačeno uspořádaní budicího obvodu podle vynálezu.Fig. 1 shows the basic connection of a relay with an AC solenoid and a series resistor, which enables excitation by direct voltage. Fig. 2 shows the optimum excitation current waveform of the relay solenoid. Fig. 3 shows an excitation circuit arrangement according to the invention.

Dříve než bude objasněna sestava navrhovaného obvodu, budou uvedeny základní myšlenky, které vedly k jeho konstrukci. Výchozí problém, který bylo nutné řešit, bylo vytvořit univerzální elektromagnetické relé, jehož budicí cívku by bylo možné napájet stejnoměrným i střídavým napětím stejné jmenovité hodnoty. O otázce napájení budicí cívky elektromagnetu jsme sa zmínili již dříve. Je jasné, že při konstrukci univerzálního elektromagnetu je třeba vzít za základ elektromagnet střídavý. Pro jeho buzení stejnosměrným proudem je nutné zařadit do série s cívkou elektromagnetu 4 odpor 3 vhodné velikosti, obr 1. Velikost odporu 3 musí být volena tak, aby po přivedení stejnosměrného napětí 2 protékal budicí cívkou elektromagnetu 4 proud, jehož velikost postačí pro přitažení kotvy relé. Je známo, že proud, potřebný pro přitažení kotvy relé je obvykle několikanásobně větší než ten, který postačí k udržení relé v sepnutém stavu. Je zřejmé, že v běžné úpravě, ať stejnosměrného, nebo střídavého relé, prochází v sepnutém stavu jeho vinutím zbytečně velký proud — proud spínací. Bylo by optimální, aby po připojení cívky relé na napájecí napětí, protékal nejprve tak velký proud, který postačí k sepnutí relé a potom se jeho velikost zmenšila na hodnotu postačující k udržení sepnutého stavu. Časový průběh proudu elektromagnetem relé by tedy měl mít tvar, naznačený na obr. 2, kde na svislé vynášíme proud a na vodorovné čas. Tento požadavek splňuje obvod podle obr. 3. Přivedeme-li na svorky 9, 10 skokově stejnosměrné napětí 11, nabijí se oba kondenzátory 7, 8 stejným nábojem a napětí na nich se rozdělí v závislosti na převrácené hodnotě kapacit. Náboj kondenzátoru 8 se ihned vybíjí přes vinutí elektromagnetu 4 a vytváří tak proudový impulz 1, který sepne relé. Po doznění přechodového jevu, protéká vinutím elektromagnetu 4 proud, jehož velikost je určena podílem vstupního napětí 11 a odporu 6. Velikost tohoto klidového proudu je volena tak, aby byl elektromagnet spolehlivě udržen v sepnutém stavu. Časový průběh proudu elektromagnetem má požadovaný tvar naznačený na obr. 2. Podobným způsobem pracuje obvod také v případě, kdy je na svorky 9, 10 přivedeno střídavé napětí. Proud elektromagnetem má opět časový průběh podobný jako na obr. 2. Během první kladné půlperiody vstupního napětí se nabijí kondenzátory 7, 8, vytváří se proudový impuls vinutím elektromagnetu a v průběhu dalších period se proud dále snižuje, až se ustálí na hodnotě, která postačí k udržení sepnutého stavu.Before the assembly of the proposed circuit is explained, the basic ideas that led to its construction will be presented. The initial problem that had to be solved was to create a universal electromagnetic relay whose excitation coil could be supplied with equal and alternating voltage of the same nominal value. We have already mentioned the question of powering the solenoid excitation coil. It is clear that when constructing a universal electromagnet, it is necessary to take the alternating electromagnet as the basis. A resistor 3 of a suitable size must be connected in series with the solenoid coil 4, fig. 1. The resistor 3 must be selected so that, after applying DC voltage 2, the solenoid 4 coil flows through a current sufficient to tighten the relay armature. . It is known that the current required to tighten the relay armature is usually several times greater than that sufficient to keep the relay in the closed state. Obviously, in a conventional arrangement, either a DC or an AC relay, an unnecessarily high current - the switching current - passes through its winding in the closed state. It would be optimal if the relay coil is connected to the supply voltage first to have a current sufficient to close the relay and then reduce it to a value sufficient to maintain the closed state. The current waveform of the relay solenoid should therefore be in the form shown in Fig. 2 where the current is plotted and the horizontal time is plotted. This requirement is met by the circuit of FIG. 3. If the DC voltage 11 is jumped to the terminals 9, 10, the two capacitors 7, 8 are charged with the same charge and the voltages on them are divided depending on the inverse of the capacitance. The charge of the capacitor 8 is immediately discharged via the winding of the electromagnet 4 and thus generates a current pulse 1 which closes the relay. After the transient has passed, the current of the solenoid 4 flows through the winding of the solenoid 4, which is determined by the ratio of the input voltage 11 and the resistance 6. The quiescent current is selected so that the solenoid is reliably maintained in the closed state. The current waveform of the electromagnet has the desired shape indicated in Fig. 2. The circuit works in a similar way also when AC voltage is applied to terminals 9, 10. Again, the electromagnetic current has a waveform similar to that of FIG. 2. During the first positive half-period of the input voltage, capacitors 7, 8 are charged, a current pulse is generated by winding the electromagnet, and over the next periods the current is further reduced until it stabilizes at a sufficient level. to maintain a closed state.

Podrobná analýza obvodu (obr. 3) je pro střídavé budicí napětí velmi složitá a přesahuje rámec tohoto stručného pojednání. Podrobné řešení je možné za použití počítače, vede na řadu soustav difenciálních rovnic.The detailed circuit analysis (Fig. 3) is very complex for AC excitation voltage and goes beyond the scope of this brief discussion. A detailed solution is possible using a computer, leading to a number of systems of differential equations.

Budicí obvod podle vynálezu je možné využít pro úpravu jakéhokoliv elektromagnetického relé se střídavým elektromagnetem. Konkrétně byl tento obvod využit pro úpravu spojkových elektromagnetů časových relé TMThe excitation circuit according to the invention can be used to adapt any electromagnetic relay with an AC electromagnet. Specifically, this circuit was used to modify the clutch electromagnets of the TM timers

12. Otázkou úpravy těchto relé se zabývá n. p. Pragotron Praha.12. The question of modification of these relays is dealt with by Mr. Pragotron Prague.

Claims

An excitation circuit for electromagnetic relays, characterized in that it consists of a diode (5) to which a parallel combination consisting of a resistor (6) and a capacitor (7) is connected in series and an additional capacitor (8) is connected in series with the excitation the solenoid coil (4) is connected in parallel to the second capacitors (8) and the excitation voltage (11) is connected between the terminal (10) forming the common terminal of the capacitors (8) and the coil (4) and the other terminal (9) forming free diode lead (5).