DE10003531A1

DE10003531A1 - Verfahren zum Schalten einer induktiven Last

Info

Publication number: DE10003531A1
Application number: DE10003531A
Authority: DE
Inventors: Michael Abert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-12-16
Filing date: 2000-01-27
Publication date: 2001-07-05

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Schalten einer induktiven Last (2) vorgeschlagen, das ein schnelles Schalten dieser Last ermöglicht. Dazu ist vorgesehen, dass eine der Last aufschaltbare Schaltspannung sprungförmig auf eine vorgebbare Maximalspannung (Um) wechselt und dass nach dem Erkennen einer Laststromschulter (Ss) oder nach Ablauf eines vorgebbaren Zeitintervalls die Maximalspannung (Um) auf eine Haltespannung (Uh) sprungförmig oder getaktet reduziert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schalten einer in duktiven Last, insbesondere einer induktiven Last mit beweg baren Teilen, welcher eine Schaltspannung zuführbar ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Schaltungsanord nung zur Durchführung des Verfahrens.

Zum Schalten einer induktiven Last mit bewegbaren Teilen wird dieser Last gewöhnlich eine konstante Schaltspannung zuge führt, die während eines Zeitintervalls zwischen einem Ein schalt- und einem Ausschaltzeitpunkt an der Last anliegt.

Um möglichst schnell auf ein Ereignis in einem zu steuernden technischen Prozess zu reagieren, sind Maßnahmen zum schnel len Schalten einer derartigen Last erforderlich.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das eine verkürzte Schaltzeit zum Schalten der induktiven Last ermög licht. Darüber hinaus ist eine Schaltungsanordnung anzugeben, welche zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist.

Vorteilhaft ist, dass insbesondere induktive Lasten mit be wegbaren Teilen wesentlich schneller geschaltet werden kön nen. In einem praktischen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Schaltzeit eines Aktors im Vergleich zu an sich bekannten Schaltverfahren um ca. 50% verkürzt.

Eine Ausgestaltung der Erfindung gemäß den im Anspruch 2 an gegebenen Maßnahmen bewirkt einen geringeren Energiebedarf bei geschalteter induktiver Last und beschleunigt Abschalt vorgänge.

Die Erfindung ist insbesondere in Digitalausgabeeinheiten für speicherprogrammierbare Steuerungen einsetzbar.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Er findung veranschaulicht ist, werden im Folgenden die Erfin dung, deren Ausgestaltungen sowie Vorteile näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zum Schalten einer indukti ven Last mit bewegbaren Teilen,

Fig. 2 eine Darstellung von Strom- und Spannungsverläufen,

Fig. 3 eine Darstellung von Schaltspannungen und

Fig. 4 eine Schaltungsanordnung zum Schalten mehrerer in duktiver Lasten.

Wesentliche Bestandteile der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 sind eine Sensoreinheit 1, die zur Erkennung der Änderung ei nes Laststromes 11 vorgesehen ist, ein steuerbarer Schalter 3 in Form eines MOSFET-Schalters und eine Spannungserzeugungs- Einheit 4. Der Spannungserzeugungs-Einheit 4 ist eine Ver sorgungsgleichspannung 5 zuführbar, aus welcher die Span nungserzeugungs-Einheit 4 in Abhängigkeit eines von der Sensoreinheit 1 erzeugten und der Spannungserzeugungs-Einheit 4 zugeführten Steuersignals 6 Schaltspannungen erzeugt. In einem praktischen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind zwei Schaltspannungen vorgesehen, eine Maximalspannung von 48 VDC und eine Haltespannung von 16 VDC, die aus einer Versorgungs spannung von 24 VDC erzeugt werden.

Dem steuerbaren Schalter 3 ist über einen Steuerausgang 7 ei ner speicherprogrammierbaren Steuerung und über Potential trennende Mittel 8 ein Steuersignal 9 zuführbar, wobei ein aktiviertes Steuersignal 9 den Schalter 3 schließt. Dies bewirkt, dass eine Schaltspannung 10 der Last 2 zugeführt wird und der Laststrom 11 durch die Last 2 über einen Masse anschluss M abfließt. Weitere Bestandteile der Schaltungs anordnung wie Speicherdrossel 12, Löschglied 13 und Überspannungsschutzeinrichtung 14 sind für die Erfindung ohne Bedeutung und brauchen daher nicht näher erläutert zu werden.

Zur Verdeutlichung der Erfindung wird auf Fig. 2 verwiesen, in welcher Strom- und Spannungsverläufe dargestellt sind.

Zu einem Zeitpunkt T0 wird der Last 2 (Fig. 1) eine sprung förmige Maximalspannung Um zugeführt, die z. B. der zwei fachen Last-Nennspannung Un entspricht. Diese Maximalspannung Um bewirkt einen raschen Anstieg eines Laststromes I. Während eines Zeitintervalls zwischen dem Zeitpunkt T0 und einem Zeitpunkt T1 erkennt die Sensoreinheit 1 eine Stromschulter Ss im Laststromverlauf, die z. B. durch die Bewegung eines Ankers und die dadurch bewirkte Flussänderung verursacht wird. Die Sensoreinheit 1 aktiviert daraufhin das Steuer signal 6, wodurch die Spannungserzeugungs-Einheit 4 zum Zeitpunkt T1 die Schaltspannung von der Maximalspannung Um sprungförmig auf eine Haltespannung Uh reduziert, die in einem praktischen Ausführungsbeispiel der Erfindung zwei Drittel der Last-Nennspannung Un beträgt. Durch die erhöhte Schaltspannung Um zwischen den Zeitpunkten T0 und T1 und die reduzierte Schaltspannung Uh ab dem Zeitpunkt T1 wird einer seits ein schnelles Schalten der induktiven Last 2 bewirkt und andererseits der Energiebedarf während geschalteter Last 2 verringert, wobei ab einem Zeitpunkt T2 im eingeschwungenen Zustand ein Haltestrom Ih durch die Last 2 fließt. Anstatt die Schaltspannung nach dem Erfassen der Stromschul ter Ss auf die Haltespannung Uh zu reduzieren, kann man auch in der Art und Weise vorgehen, die Schaltspannung nach Ablauf eines vorgebbaren Zeitintervalls zu reduzieren. Das Zeit intervall wird entsprechend den technischen Angaben in den Datenblättern der zu schaltenden induktiven Last so gewählt, dass sichergestellt ist, dass die Stromschulter Ss innerhalb dieses vorgegebenen Zeitintervalls auftritt. Die Schaltungs anordnung nach Fig. 1 ist in diesem Fall dahingehend zu modifizieren, dass anstatt der Sensoreinheit 1 eine Zeit intervall-Überwachungseinheit vorzusehen ist.

Es kann vorkommen, dass z. B. ein Anker in einer Spule nicht bewegt werden kann, da die Bewegung aufgrund einer Störung blockiert ist. In diesem Fall tritt keine Stromschulter auf und um zu verhindern, dass die Maximalspannung konstant an der Spule anliegt und die Spule dadurch beschädigt wird, ist es vorteilhaft, nach Ablauf eines vorgebbaren Zeitintervalls die Maximalspannung auf die Haltespannung zu reduzieren.

Im Folgenden wird Bezug auf Fig. 3 genommen, in der Schalt spannungen dargestellt sind. Dabei zeigt Fig. 3a eine Schaltspannung in Form einer Gleichspannung, wobei die Maximalspannung Um der doppelten Last-Nennspannung Un und die Haltespannung Uh zwei Drittel dieser Last-Nennspannung Un beträgt. Eine derartige Gleichspannung mit variabler Ampli tude erzeugt die Spannungserzeugungs-Einheit 4 (Fig. 1), die in Abhängigkeit des Steuersignals 6 die Schaltspannung vari iert.

Fig. 3b zeigt eine getaktete Ausführung, wobei ab einem Zeitpunkt T3 der Gleichanteil der Haltespannung von zwei Drittel der Last-Nennspannung durch eine Wechselspannung mit entsprechender Amplitude und Taktrate erzielt wird.

Eine derartige pulsierende Gleichspannung mit konstanter Amplitude und variablem Puls-Pausen-Verhältnis (Tastverhält nis) ist vorteilhaft als Schaltspannung in einer in Fig. 4 dargestellten Schaltungsanordnung zum Schalten mehrerer in duktiver Lasten mit bewegbaren Teilen einsetzbar. Der Ein fachheit halber ist in Fig. 4 die Ansteuerung lediglich eines Ausgangskanals gezeigt. Die in den Fig. 4 und 1 gleichen Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Eine Spannungserzeugungs-Einheit 4' schaltet über den steuerbaren Schalter 3 und eine Sensoreinheit 1' der induk tiven Last 2 die Maximalspannung Um (Fig. 3b) zu. Für den Fall, dass die Sensoreinheit 1' eine Stromschulter erkennt und/oder ein vorgebbares Zeitintervall abgelaufen ist, schal tet die Sensoreinheit 1' einem UND-Verknüpfungsglied 14 ein Puls-Pausen-Signal 15 zu, wodurch der steuerbare Schalter 3 die Maximalspannung Um entsprechend dem Puls-Pausen-Verhält nis (Tastverhältnis) dieses Puls-Pausen-Signals zu- oder ab schaltet. Dieses Zu- oder Abschalten der Maximalspannung Um gemäß dem durch die Sensoreinheit vorgebbaren Tastverhältnis erzeugt einen Gleichanteil ab dem Zeitpunkt T3 (Fig. 3b), welcher der Haltespannung Uh (Fig. 3a) entspricht.

Claims

1. Verfahren zum Schalten einer induktiven Last (2), ins besondere einer induktiven Last mit bewegbaren Teilen, welcher eine Schaltspannung (Un, Um, Uh) zuführbar ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) sprungförmiges Aufschalten der Schaltspannung auf eine vorgebbare Maximalspannung (Um),
b) sprungförmiges oder getaktetes Reduzieren der maximalen Schaltspannung (Um) auf eine Haltespannung (Uh) nach dem Erkennen einer Laststromschulter (Ss) und/oder nach Ablauf eines vorgebbaren Zeitintervalls.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltespannung (Uh) geringer als die Last-Nenn spannung (Un) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltspannung eine Gleichspannung mit variabler Amplitude oder eine pulsierende Gleichspannung mit konstanter Amplitude und variablem Puls-Pausen-Verhältnis (Tastverhält nis) ist.

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

- dass Mittel (1) zur Erfassung der Laststromschulter (Ss) und/oder Mittel zur Vorgabe eines Zeitintervalls vor gesehen sind,
- dass diese Mittel (1) in Reihe zur Last (2) und zu einem steuerbaren Schalter (3) geschaltet sind,
- dass diese Mittel (1) mit Spannungserzeugungs-Mitteln (4) Verbunden sind, welche eine Schaltspannung (Un, Um, Uh) erzeugen, die über den steuerbaren Schalter (3) der Last (2) zuführbar ist.

5. Digitalausgabeeinheit für eine speicherprogrammierbare Steuerung mit einer Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, wobei durch eine CPU der speicherprogrammierbaren Steuerung dem steuerbaren Schalter (3) ein Steuersignal (6) zuführbar ist.

6. Digitalausgabeeinheit nach Anspruch 5 mit mehreren Aus gangskanälen, wobei an jeden Kanal

- eine Last (2) über einen steuerbaren Schalter (3) an schließbar ist,
- Mittel (1) zur Erfassung der Laststromschulter (Ss) und/oder Mittel zur Vorgabe eines Zeitintervalls vor gesehen sind.