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Die
Erfindung betrifft eine Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Leistungsschaltvorrichtung,
bei der eine derartige Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe
verwendet wird.
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Eine
Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe zur Verwendung bei
einem Betätigungsmechanismus
zum Ansteuern einer Leistungsschaltvorrichtung ist beispielsweise
aus der JP-A-2002-033 034 bekannt und dort insbesondere auf Seite
4 im Zusammenhang mit 9 bis 11 erläutert. Die herkömmliche
Schaltung ist derart ausgebildet, daß zwei Entladeschalter, wie
zum Beispiel Thyristorschalter, die von außen her steuerbar sind, synchron
mit einem Öffnungsbefehl
oder einem Schließbefehl
eingeschaltet werden und in dem Moment der Beendigung eines solchen Öffnungsvorganges
oder Schließvorgangs
ausgeschaltet werden.
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Bei
der herkömmlichen
Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe zur Verwendung bei einem
Betätigungsmechanismus
zum Ansteuern einer Leistungsschaltvorrichtung mit dem herkömmlichen
Aufbau gibt es folgende Probleme.
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Bei
der herkömmlichen
Schaltung sind eine Öffnungsspule
und eine Schließspule
zu Kondensatoren parallel geschaltet, und elektrische Energie wird
mittels Entladeschaltern entladen, die mit diesen beiden Spulen
jeweils in Reihe geschaltet sind. Bei dieser bekannten Anordnung
ist es allgemein üblich, daß die genannte Öffnungsspule
und die Schließspule
innerhalb des Betätigungsmechanismus
einander benachbart angeordnet sind.
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Somit
ergibt sich ein Problem dahingehend, daß ein beliebiger Induktionsstrom,
der in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Stromrichtung der Spule
der Erregungsseite fließt,
durch die Spule der nicht erregten Seite aufgrund einer magnetischen Kopplung erzeugt
wird, wenn ein Stromfluß stattfindet.
Dadurch wird ein für
die antriebsmäßige Bewegung
erforderlicher Magnetfluß aufgehoben,
und die Erzeugung einer Antriebskraft wird gehemmt.
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Da
sich ferner der Zustand der Magnetkopplung in überempfindlicher Weise in Abhängigkeit
von einer relativen positionsmäßigen Beziehung
zwischen einem beweglichen Element, das sich im angehaltenen Zustand
befindet, sowie der genannten Öffnungsspule
und der Schließspule ändert, besteht ein
weiteres Problem dahingehend, daß der Betrieb nicht stabil
ist.
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Aus
der
DE 102 38 950
A1 ist ein Vakuumschaltgerät mit mindestens einem ersten
Kontaktstück
und mindestens einem zweiten beweglichen Kontaktstück sowie
mit einem elektromagnetischen Antrieb für das zweite Kontaktstück bekannt.
Der Antrieb weist mindestens eine Spule, eine Permanentmagnetanordnung
und einen linear bewegbaren Anker auf, wobei der Anker mit dem zweiten
Kontaktstück
gekoppelt ist und wobei die Bewegungsrichtung des Ankers und die
Bewegungsrichtung des zweiten Kontaktstücks beziehungsweise deren Mittelachsen
in einer Linie liegen. Dabei ist der erste Kontaktstengel beweglich
aus der Vakuumkammer geführt,
während
der das zweite Kontaktstück
tragende bewegliche Kontaktstengel mit dem Anker unmittelbar starr
gekoppelt ist. Zur Erzeugung des Kontaktdrucks zwischen den Kontaktstücken ist
eine Kontaktdruckfeder vorgesehen, die den das erste Kontaktstück tragenden
ersten Kontaktstengel dauernd in Richtung gegen das zweite Kontaktstück federnd
beaufschlagt. Bei dieser herkömmlichen
Anordnung ist eine Vakuumschaltröhre
mit einem eine Aus-Spule und eine Ein-Spule aufweisenden Magnetantrieb
bekannt, jedoch sind dort keine Beschaltungsvorrichtungen für die Spulen
im einzelnen angegeben.
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Aus
der
DE 101 55 969
A1 ist eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Stellgliedes,
insbesondere eines Relais bekannt, das eine reduzierte Verlustleistung
ermöglicht.
Die herkömmliche
Vorrichtung weist eine Regelvorrichtung auf, die eine Spannung am
elektromagnetischen Stellglied in Abhängigkeit einer Versorgungsspannung
einstellt. Die Regelvorrichtung stellt dabei eine für das elektromagnetische
Stellglied vorgegebene spezifische Spannung am elektromagnetischen
Stellglied ein. Aus dieser Druckschrift ist es bereits bekannt,
Dioden als Spannungsbegrenzungselemente einzusetzen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zur Steuerung
mehrerer Magnetantriebe anzugeben, die einen zuverlässigen Betrieb ermöglicht,
verbesserte Ansteuereigenschaften besitzt und eine stabile Leistungsfähigkeit
ermöglicht. Weiteres
Ziel der Erfindung ist es, eine Leistungsschaltvorrichtung anzugeben,
die eine derartige Schaltung verwendet.
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Die
erfindungsgemäße Lösung besteht
darin, eine Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe anzugeben,
welche die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst. Vorteilhafte Weiterbildungen
der erfindungsgemäßen Schaltung
sind in den Unteransprüchen
angegeben. Die erfindungsgemäße Leistungsschaltvorrichtung
ist im Anspruch 9 definiert.
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Mit
der erfindungsgemäßen Schaltung
wird die Aufgabe in zufriedenstellender Weise gelöst. Eine derartige
Schaltung findet insbesondere Anwendung bei einem Betätigungsmechanismus
zum Ausführen eines Öffnung-
und Schließvorganges.
Mit einer derartigen Schaltung ist es in vorteilhafter Weise möglich, die
Betriebseffizienz des Betätigungsmechanismus
wesentlich zu verbessern und auch die Spulen der Schaltung davor
zu schützen,
in einen Überspannungszustand
zu gelangen.
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Die
Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden
anhand der zeichnerischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch
näher erläutert. In
den Zeichnungen zeigen:
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1 ein
Schaltbild einer Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
Perspektivansicht zur Erläuterung
eines Betätigungsmechanismus
einer erfindungsgemäßen Leistungsschaltvorrichtung;
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3(a) und (b) Schnittdarstellungen jeweils eines
inneren Teils zur Erläuterung
eines Öffnungszustands
des Betätigungsmechanismus
der erfindungsgemäßen Leistungsschaltvorrichtung;
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4 eine
Perspektivansicht zur Erläuterung
eines Beispiels der erfindungsgemäßen Leistungsschaltvorrichtung;
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5 eine
Schnittdarstellung eines inneren Teils der in 4 gezeigten
Leistungsschaltvorrichtung;
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6 eine
Schnittdarstellung eines inneren Teils zur Erläuterung eines Schließzustands
des Betätigungsmechanismus
der erfindungsgemäßen Leistungsschaltvorrichtung;
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7 ein
Schaltbild einer Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe
gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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8(a) und 8(b) Simulationsbeispiele
einer Schaltung zur Erläuterung
der jeweiligen technischen Effekte der Schaltung zur Steuerung mehrerer
Magnetantriebe gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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9 ein
Schaltbild einer Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe
gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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10 ein
Schaltbild einer Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe
gemäß noch einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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11 ein
Schaltbild einer Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe
gemäß noch einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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12 ein
Musterdiagramm des die Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe
durchfließenden
Stroms sowie der Verlagerung eines beweglichen Elements gemäß der Erfindung;
und
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13 ein
Musterdiagramm des die Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe
durchfließenden
Stroms sowie der Verlagerung eines beweglichen Elements gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Im
folgenden werden mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele einer Schaltung
zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe gemäß der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben.
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Ausführungsbeispiel 1
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1 zeigt
ein Schaltbild zur Erläuterung
einer erfindungsgemäßen Schaltung
zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe. Eine erfindungsgemäße Schaltung
zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe 1 ist gebildet aus Öffnungsspulen 2 bis 4,
Schließspulen 5 bis 7,
einem Öffnungskondensator 8,
bei dem es sich um eine Stromquelle zum Veranlassen eines Öffnungsvorgangs
handelt; einem Schließkondensator 9,
bei dem es sich um eine Stromquelle zum Veranlassen eines Schließvorgangs
handelt; einer Gleichstromversorgung 10 zum Laden der Kondensatoren
und von Konvertern 11, 12 zum Gleichrichten einer
Ladespannung der Kondensatoren; einem Entladeschalter 13 zum
Entladen von elektrischer Energie der Öffnungsspule; einem Entladeschalter 14 zum
Entladen von elektrischer Energie der Schließspule; einer Diode 15,
die die Öffnungsspulen
davor schützt,
in einen Überspannungszustand
zu gelangen, der beim Anlegen von elektrischer Energie an die Öffnungsspulen
zum Ausschalten derselben unter Verwendung des genannten Schalters 13 erzeugt wird;
einer Diode 16, die die Schließspulen davor schützt, in einen Überspannungszustand
zu gelangen, der beim Anlegen von elektrischer Energie an die Schließspulen
zum Ausschalten derselben unter Verwendung es genannten Entladeschalters 14 erzeugt
wird; einem Schalter 17, der einen Strompfad der Diode 15 zum
Zeitpunkt der Erregung in den Einschaltzustand bringt; sowie einem
Schalter 18, der einen Strompfad der Diode 16 zum
Zeitpunkt der Nichterregung in den Ausschaltzustand bringt.
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Als
Stromquelle 8, 9 wird zum Beispiel ein Kondensator
verwendet.
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Ferner
sind in der Zeichnung die Diode 16 und der Schalter 18 den
Spulen parallelgeschaltet sowie miteinander in Reihe geschaltet,
und zwar als Einrichtung zum Unterdrücken der Überspannung beim Unterbrechen
eines Erregerstroms für
die Schließspulen 5 bis 7 sowie
zum Unterbrechen eines Induktionsstroms, der durch die Schließspulen 5 bis 7 zum
Zeitpunkt der Erregung der Öffnungsspulen 2 bis 4 erzeugt
wird.
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In
gleicher Weise sind die Diode 15 und der Schalter 17 parallel
zu den Spulen geschaltet sowie miteinander in Reihe geschaltet,
und zwar als Einrichtung zum Unterdrücken der Überspannung beim Unterbrechen
eines Erregerstroms für
die Öffnungsspulen 2 bis 4 sowie
zum Unterbrechen eines Induktionsstroms, der durch die Öffnungsspulen 2 bis 4 zum
Zeitpunkt der Erregung der Schließspulen 5 bis 7 erzeugt
wird.
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2 zeigt
eine Perspektivansicht zur Erläuterung
eines Beispiels eines Betätigungsmechanismus 19 zum
Ausführen
eines Öffnungs-
und Schließvorgangs
unter Verwendung der genannten Schaltung 1. 3(a) zeigt eine Schnittdarstellung eines inneren
Teils dieser Perspektivansicht entlang der Linie B-B' der 3(b),
während 3(b) eine Schnittdarstellung entlang der
Linie A-A' der 3(a) zeigt.
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In
den Zeichnungen sind die Öffnungsspule und
die Schließspule
derart angeordnet, daß sie
an einem äußeren Umfangsbereich
von einem Joch in Axialrichtung einer Verbindungsstange 21 umgeben sind
sowie im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, wobei
dazwischen über
das Joch 20 ein Raum gebildet ist, sowie derart, daß sie die
Außenseite
dieser Verbindungsstange 21 koaxial zu dieser in einer
zu einer Achse dieser Verbindungsstange senkrechten Richtung umgeben.
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Zusätzlich dazu
ist ein bewegliches Element 22 an einem Außenumfangsbereich
der Verbindungsstange 21 derart angebracht, daß es eine
hin- und hergehende Bewegung in Axialrichtung dieser Verbindungsstange
ausführen
kann.
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Ein
Permanentmagnet 23 zum Halten des vorstehend genannten
beweglichen Elements 22, wenn sich der genannte Betätigungsmechanismus 19 im Öffnungszustand
oder im Schließzustand
befindet, ist derart angeordnet, daß er an dem Innenbereich des
genannten Jochs plaziert ist, wobei ein Raum gegenüber dem
beweglichen Element 22 unmittelbar außenseitig von diesem beweglichen
Element gebildet ist.
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Ferner
bewegt der in dieser Weise ausgebildete Betätigungsmechanismus 19 das
beschriebene bewegliche Element 22 unter Verwendung der
genannten Betätigungsschaltung 1 antriebsmäßig in den Öffnungszustand
oder den Schließzustand.
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Ferner
zeigen die 3(a) und 3(b) Zustände, in
denen das bewegliche Element 22 mittels der genannten Schaltung 1 unter
Verwendung des Betätigungsmechanismus 19 in
den Öffnungszustand
bewegt ist und in diesem Zustand gehalten ist.
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4 zeigt
eine Perspektivansicht zur Erläuterung
eines Beispiels einer Leistungsschaltvorrichtung 24, die
unter Verwendung des Betätigungsmechanismus 19 zum
Unterbrechen von Strom und Anlegen von Strom ausgebildet ist. 5 zeigt
eine Schnittdarstellung eines inneren Teils der Leistungsschaltvorrichtung 24,
an der der genannte Betätigungsmechanismus 19 angebracht
ist.
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Unter
Bezugnahme auf die 4 und 5 ist der
genannte Betätigungsmechanismus 19 über einen
Isolator 25 mit einer Vakuumschaltröhre 26 verbunden.
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Ferner
sind unter Bezugnahme auf die 4 und 5 drei
Betätigungsmechanismen 19a, 19b, 19c jeweils
relativ zu einer jeweiligen Phase einer Dreiphasen-Schaltvorrichtung
angebracht. Auch im Fall der Anordnung einer Dreiphasen-Verbindungseinrichtung
und Anbringung von einem Betätigungsmechanismus 19 relativ
zu den drei Phasen arbeitet die Vorrichtung jedoch ebenfalls in
effektiver Weise als Leistungsschaltvorrichtung zum Ausführen der Operationen
der Stromunterbrechung und der Stromführung.
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Unter
Bezugnahme auf die 1, 3(a) und 3(b) wird nun ein Öffnungsvorgang beschrieben.
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Die
Ladespannung des Kondensators 8 wird durch eine Gleichstromversorgung 10 auf
einen vorgegebenen Wert geladen.
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Bei
dem Entladeschalter 13 handelt es sich um einen Schalter,
der sich von außen
steuern läßt, beispielsweise
durch einen Thyristorschalter, der synchron mit einem Öffnungsbefehl
eingeschaltet wird, so daß Strom
zu den Öffnungsspulen 2 bis 4 entladen
wird, die zu dem Kondensator 8 parallelgeschaltet sind.
Das bewegliche Element 22 bewegt sich dann aufgrund einer
elektromagnetischen Kraft von dem Schließzustand in den Öffnungszustand und
wird durch die Kraft des durch den Permanentmagneten 23 erzeugten
Magnetflusses in dem Öffnungszustand
gehalten.
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Um
zu diesem Zeitpunkt die Öffnungsspulen 2 bis 4 davor
zu schützen,
in einen Überspannungszustand
Vo zu gelangen, der auf der Basis der nachfolgend genannten Gleichung
(1) beim Ausschalten des Entladestroms mittels des Entladeschalters 13 erzeugt
wird, sind auf der Seite der Öffnungsspulen 2 bis 4 die
Diode 15 und der Induktionsunterbrechungsschalter 17 für den Stromkreislauf
parallel zu den Öffnungsspulen
angeordnet. Der Schalter 17 befindet sich im Ein-Zustand. Vo = Lcoil·di/dt (1).
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Dabei
bezeichnen Lcoil die Induktivität
der Spule, und di/dt bezeichnet die Rate des Stromabfalls in dem
Moment des Ausschaltens des Stroms.
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Bei
einem Thyristorschalter zum Beispiel erreicht aufgrund der Tatsache,
daß der
Strom unmittelbar den Wert Null erreicht, di/dt einen extrem hohen Wert,
und die zwischen den Spulenanschlüssen erzeugte Spannung Vo wird
beträchtlich
hoch, so daß die
Möglichkeit
besteht, daß ein
dielektrischer Durchbruch der Spulen auftritt. Aus diesem Grund
wird der Induktionsunterbrechungsschalter 17 eingeschaltet.
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Gleichermaßen sind
bei den Schließspulen 5 bis 7,
die mit dem anderen Schließkondensator 9 in Reihe
geschaltet sind, die Diode 16 und der Schalter 18 für den Stromkreislauf
parallel zu den Schließspulen
angeordnet. Außerdem
befindet sich der Schalter 18 im Ein-Zustand.
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Durch
das Ausschalten des genannten Schalters 18 vor dem Einschalten
des Entladeschalters 13 für den Öffnungsvorgang besteht zu diesem Zeitpunkt
die Möglichkeit,
einen Induktionsstrom zu unterbrechen, der durch die Schließspulen 5 bis 7 erzeugt
wird, die aufgrund von magnetischer Kopplung mit den Öffnungsspulen 2 bis 4 gekoppelt
sind.
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Da
dieser Induktionsstrom einen Magnetfluß zum Veranlassen eines Öffnungsvorgangs
aufhebt, kann die Betriebseffizienz durch Unterbrechen des genannten
Induktionsstroms enorm verbessert werden.
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Ferner
ist jeweils ein Kondensator entsprechend der Erregungsseite und
der Nichterregungsseite vorgesehen, so daß ein individueller Betrieb
jeweils relativ zu der Öffnungsseite
und der Schließseite
möglich
wird.
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Im
folgenden wird ein Schließvorgang
unter Bezugnahme auf die 1 und 6 erläutert.
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Die
Ladespannung des Schließkondensators 9 wird
durch die Gleichstromversorgung 10 auf einen vorgegebenen
Wert geladen.
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Bei
dem Entladeschalter 14 handelt es sich um einen von außen steuerbaren
Schalter, beispielsweise einen Thyristorschalter, der synchron mit
einem Schließbefehl
eingeschaltet wird, so daß der Strom
an die Schließspulen 5 bis 7 entladen
wird, die mit dem Schließkondensator 9 in
Reihe geschaltet sind. Das bewegliche Element 22 bewegt
sich dann aufgrund von elektromagnetischer Kraft aus dem Öffnungszustand
in den Schließzustand
und wird durch die Kraft des durch den Permanentmagneten 23 erzeugten
Magnetflusses in dem Schließzustand
gehalten.
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Zum
Schützen
der Schließspulen 5 bis 7 davor,
daß diese
in einen Überspannungszustand
Vo gelangen, der gemäß der genannten
Gleichung (1) beim Ausschalten eines Entladestroms mittels des Entladeschalters 14 erzeugt
wird, sind die Diode 16 und der Schalter 18 für den Stromkreislauf
auf der Seite der Schließspulen 5 bis 7 parallel
zu den Schließspulen 5 bis 7 angeordnet.
Der Schalter 18 befindet sich im Ein-Zustand.
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Wie
bereits erwähnt,
bezeichnet in der vorstehenden Gleichung (1) Lcoil die Induktivität der Spule,
und di/dt bezeichnet die Rate des Stromabfalls beim Ausschalten
des Stroms.
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Da
bei einem Thyristorschalter zum Beispiel der Strom unmittelbar den
Wert Null erreicht, erreicht di/dt einen extrem hohen Wert, und
die zwischen den Spulenanschlüssen
erzeugte Spannung Vo wird beträchtlich
hoch, so daß ein
Durchbruch der Isolierschicht der Spule entstehen kann. Aus diesem
Grund wird der Schalter 18 eingeschaltet.
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Gleichermaßen sind
an den Öffnungsspulen 2 bis 4,
die dem anderen Öffnungskondensator 8 parallelgeschaltet
sind, die Diode 15 und der Schalter 17 für den Stromkreislauf
parallel zu den Öffnungsspulen
angeordnet. Ferner befindet sich der Schalter 18 im Ein-Zustand.
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Durch
das Ausschalten des genannten Schalters 17 vor dem Einschalten
des Entladeschalters 14 zum Schließen besteht zu diesem Zeitpunkt die
Möglichkeit,
einen Induktionsstrom zu unterbrechen, der an den Öffnungsspulen 2 bis 4 entsteht,
die aufgrund magnetischer Kopplung mit den Schließspulen 5 bis 7 gekoppelt
sind.
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Da
dieser Induktionsstrom einen Magnetfluß zum Veranlassen eines Schließvorgangs
aufhebt, kann die Betriebseffizienz durch Unterbrechen des genannten
Induktionsstroms enorm verbessert werden. Die übrigen Effekte sind die gleichen,
wie die in Verbindung mit dem Öffnungsvorgang
beschriebenen.
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Wie
ferner unter Bezugnahme auf 1 erkennbar
ist, wird durch die Anordnung von nur einer Ladeschaltung, die die
Gleichstromversorgung 10 beinhaltet, in Bezug auf den Öffnungskondensator 8 und
den Schließkondensator 9 eine
Kostenreduzierung ermöglicht.
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Wie
weiterhin unter Bezugnahme auf 1 erkennbar
ist, führt
die serielle Verbindung zwischen den Schließspulen 5 bis 7 dazu,
daß im
Fall eines Auftretens irgendeiner Störung an den genannten Schließspulen 5 bis 7 oder
an der Verdrahtung zu den genannten Schließspulen keinerlei Stromzufuhr zu
irgendeiner der Schließspulen 5 bis 7 erfolgt.
Auf diese Weise läßt sich
eine Situation verhindern, in der eine beliebige der drei Phasen
nicht geschlossen ist.
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Ferner
macht die Reihenschaltung die Impedanz in der Schaltung größer und
den Stromfluß niedriger,
und somit wird eine Beschleunigung vermindert, so daß wiederum
auf die Vakuumschaltröhre 26 zum
Zeitpunkt des Schließens
ausgeübte
Stöße vermindert
werden können.
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Jeder
der genannten Vorteile ermöglicht
Verbesserungen hinsichtlich der Zuverlässigkeit als Leistungsschalter.
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Obwohl
vorliegend eine Verbindung der Schließspulen in Reihenschaltung
dargestellt ist, ermöglicht
auch eine Reihenschaltung der Öffnungsspulen
eine Erzielung der gleichen Vorteile, wie diese vorstehend beschrieben
worden sind.
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Es
ist zwar bei diesem ersten Ausführungsbeispiel
nicht eigens beschrieben worden, jedoch kann die Ladeschaltung eines
Kondensators zum Zeitpunkt der Entladung von elektrischer Energie
an die Spulen mittels eines Schalters sich entweder in einem angeschlossenen
Zustand oder in einem getrennten Zustand befinden. Hinsichtlich
der beiden Zustände
gibt es bei den Vorteilen der Erfindung keinen Unterschied.
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Ausführungsbeispiel 2
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Bei
dem vorstehenden ersten Ausführungsbeispiel
ist ein Beispiel einer Verbindung der Schließspulen in Reihe dargestellt
worden, jedoch ermöglicht
auch die Reihenschaltung der Öffnungsspulen
in gleicher Weise eine Erzielung der gleichen Vorteile, wie diese
vorstehend beschrieben worden sind.
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Ausführungsbeispiel 3
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Durch
Verbinden der Öffnungsspulen 2 bis 4 parallel
zueinander, wie dies in 1 gezeigt ist, läßt sich
eine Gesamtimpedanz der Schaltung reduzieren, und es können eine
geringere Kapazität
des Kondensators 8 sowie ein Öffnungsvorgang erzielt werden,
der einen Betrieb mit hoher Geschwindigkeit erforderlich macht,
so daß sich
eine Kostenreduzierung der Stromversorgung sowie eine höhere Leistungsfähigkeit
des Öffnungsvorgangs
erzielen lassen. Obwohl vorstehend eine parallele Schaltung der Öffnungsspulen
dargestellt ist, ermöglicht
auch die parallele Schaltung der Schließspulen die gleichen Vorteile,
wie diese vorstehend beschrieben worden sind.
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Ausführungsbeispiel 4
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Wie
in 7 dargestellt, sind ein Kondensator 27 und
ein Widerstand 28 parallel zu der Öffnungsspule 2 angeordnet,
und ein Kondensator 29 und ein Widerstand 30 sind
parallel zu der Schließspule 5 angeordnet.
In Abhängigkeit
von jeglicher Strom änderung
mit steilem Abfall im Fall des Ausschaltens eines Erregerstroms
unter Verwendung des Entladeschalters 13 oder des Entladeschalters 14 (nicht
gezeigt) werden die zusammengesetzte Impedanz des Kondensators 27 und
des Widerstands 28 und die zusammengesetzte Impedanz des
Kondensators 29 und des Widerstands 30 geringer
als Impedanzen der genannten Öffnungsspule
bzw. Schließspule.
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In
dem Moment, in dem zum Beispiel der Entladeschalter 13 ausgeschaltet
wird, fließt
somit ein Strom zwischen der Öffnungsspule 2 und
somit dem Kondensator 27 und dem Widerstand 28,
wobei dies eine allmähliche
Dämpfung
des Stroms in Abhängigkeit
von der Impedanz der Umlaufschaltung hervorruft.
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Infolgedessen
kann zwischen eine über
den beiden Anschlüssen
der Öffnungsspule 2 erzeugte Spannung
in Abhängigkeit
von der Gleichung (1) unterdrückt
werden.
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Hinsichtlich
eines Induktionsstroms durch die Schließspule 5 auf der gegenüberliegenden Nichterregungsseite
dagegen erfolgt die Stromänderung
so langsam wie bei dem Erregerstrom. Da in diesem Fall eine zusammengesetzte
Impedanz des Kondensators 29 und des Widerstands 30 größer wird
als die Impedanz der genannten Schließspule, fließt kein
Strom in die Umlaufschaltung. Daher kommt es zu keiner Entstehung
von Induktionsstrom.
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Als
Einrichtung zum Unterdrücken
der Überspannung
in dem Moment der Unterbrechung eines Erregerstroms der Öffnungsspule
sowie zum Unterbrechen eines Induktionsstroms, der durch die Öffnungsspule
zum Zeitpunkt der Erregung der Schließspule erzeugt wird, sind gemäß der Zeichnung
der Kondensator 27 und der Widerstand 28 vorgesehen, die
parallel zu der Spule geschaltet sind und in Reihe miteinander verbunden
sind.
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Ferner
ist in der Zeichnung dargestellt, daß der Kondensator 29 und
der Widerstand 30 parallel zu den Spulen geschaltet sind
sowie miteinander in Reihe geschaltet sind, um als Einrichtung zum
Unterdrücken
der Überspannung
in dem Moment der Unterbrechung eines Erregerstroms der Schließspule sowie
zum Unterbrechen eines Induktionsstroms zu wirken, der durch die
Schließspule
zum Zeitpunkt der Erregung der Öffnungsspule
erzeugt wird.
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Die 8(a) und (b) zeigen Resultate, die man
bei Wirkungstests durch eine Schaltungsanalyse erzielt.
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Zum
Beispiel zeigt 8(a) Wellenformen der
Spannung zwischen den Anschlüssen
der Öffnungsspule 2 sowie
zwischen den Anschlüssen
der gegenüberliegenden
Schließspule 5 im
Fall der Entladung von elektrischer Energie an die Öffnungsspule 2. 8(b) zeigt den Leitungsstrom durch die Öffnungsspule 2 und
die gegenüberliegende
Schließspule 5.
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Aus 8(a) ist erkennbar, daß bei Empfang eines Notunterbrechungsbefehls
und einer unmittelbaren Unterbrechung des Stroms durch die Öffnungsspule 2 eine
Spannung 31 zwischen den Anschlüssen der Öffnungsspule 2 auf
ein Ausmaß von etwa –100 V unterdrückt wird,
so daß die Öffnungsspule 2 vor Überspannung
geschützt
ist.
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Ferner
ist aus 8(b) erkennbar, daß ein Strom 34 durch
die Schließspule 5 während der Stromführung durch
die Öffnungsspule 2 auf
im wesentlichen Null unterdrückt
wird, so daß ein
Induktionsstrom aufgrund magnetischer Kopplung eliminiert ist.
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In
der vorstehenden Erläuterung
sind zwar eine Öffnungsspule
bzw. eine Schließspule
dargestellt, jedoch versteht es sich, daß die gleichen Effekte auch
im Fall von mehreren Spulen erzielt werden, wie dies in 1 dargestellt
ist.
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Ausführungsbeispiel 5
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Im
Fall der 1 sind die Entladeschalter 13, 14 jeweils
sowohl auf der Öffnungsseite
als auch auf der Schließseite
vorgesehen. Selbst wenn die Entladeschalter einzeln beispielsweise
bei jeder Phase und bei jeder Elektrode angeordnet sind, wie dies bei
den Entladeschaltern 13a bis 13c und 14a bis 14c in 9 dargestellt
ist, gibt es keinen Unterschied in den Wirkungen zu den vorstehenden
Ausführungsbeispielen
1 bis 3.
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Ferner
ermöglicht
die Anordnung der einzeln bei jeder Phase und bei jeder Elektrode
vorgesehenen Entladeschalter die Steuerung eines individuellen Öffnens oder
Schließens
jeder Phase, woraus sich der Vorteil ergibt, daß die Anwendung dieser Vorrichtung
bei einem Phasenregelungsschalter möglich wird.
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Ausführungsbeispiel 6
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10 zeigt
eine Anordnung, bei der Dioden 35 bis 40 in Reihe
zu jeder der Öffnungsspulen 2 bis 4 bzw.
der Schließspulen 5 bis 7 angeordnet
sind.
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Durch
diese Anordnung wird es zum Beispiel möglich, das Zirkulieren eines
Induktionsstroms in den Drei-Phasen-Spulen aufgrund von Differenzen bei
den Eigenimpedanzen der Öffnungsspulen 2 bis 4 zu
verhindern, so daß sich
der Vorteil ergibt, daß Betriebsschwankungen
zwischen den drei Phasen unterdrückt
werden können.
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Ausführungsbeispiel 7
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Bei
den beschriebenen Ausführungsbeispielen
1 bis 5 wird ein Kondensator als Erregereinrichtung für eine Spule
verwendet. Eine direkte Erregung von einer Gleichstromversorgung
erbringt jedoch die gleichen Wirkungen.
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Ausführungsbeispiel 8
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Wie
in 7 gezeigt, ist jeweils ein Kondensator auf jeder
der gesamten Öffnungsseite
und der gesamten Schließseite
mit den zugehörigen
Konstruktionseinrichtungen vorgesehen, wobei nur eine Ladeschaltung
für die
Einheit der beiden Seiten vorgesehen ist, so daß sich eine Reduzierung der
Anzahl von Teilen der Schaltung erzielen läßt und sich dadurch wiederum
eine Verbesserung der Zuverlässigkeit
ergibt.
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Ausführungsbeispiel 9
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11 zeigt
eine Ausbildung von Gemeinschaftseinrichtungen 41a, 41b, 41c, 42a, 42b, 42c einer
Schaltung gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Wie
in 11 gezeigt, sind die Gemeinschaftseinrichtungen
auf der Seite einer positiven Elektrode der Entladeschaltung angeordnet,
so daß eine
Isolierung der Gemeinschaftsschaltung überflüssig wird. Dies erbringt eine
Reduzierung der Anzahl von Teilen, wobei dies wiederum zu dem Vorteil einer
höheren
Zuverlässigkeit
und Kostenreduzierung führt.
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Ausführungsbeispiel 10
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Als
ein Beispiel für
die Bedingungen der Änderungen
im Verlauf der Zeit jeder Komponente der vorliegenden Schaltvorrichtung
zum Zeitpunkt eines Schließvorgangs
veranschaulicht 12 eine Änderung 43 bei der
Verlagerung des beweglichen Elements 22, eine Leitungsstrom-Wellenform 44 der Schließspulen 5 bis 7,
ein Zeitsteuerungsdiagramm 45 des Entladeschalters 14 sowie
ein Zeitsteuerungsdiagramm des Induktionsunterbrechungsschalters 18.
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In
der Zeichnung bezeichnet t1 eine Leitungszeitperiode; t2 bezeichnet
eine Zeitperiode ab Beendigung des Schließvorgangs bis zum Ausschalten
des Entladeschalters 14; und t3 bezeichnet eine Zeitperiode
ab dem Ausschalten des Entladeschalters 14 bis zu dem Zeitpunkt,
zu dem der Ladestrom einen Wert von im wesentlichen Null (einen
als Null betrachteten Wert) erreicht.
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Wenn
die Leistungsschaltvorrichtung 24 einen Schließbefehl
empfängt,
wird der Induktionsunterbrechungsschalter 18, der den Schließspulen 5 bis 7 parallelgeschaltet
ist, eingeschaltet und gleichzeitig oder im Anschluß daran
wird der Entladeschalter 14 eingeschaltet und Strom wird
von dem Schließkondensator 9 zu
den Schließspulen 5 bis 7 entladen.
Da dieser Strom jedoch allmählich
ansteigt, läßt sich
das Auftreten einer Überspannung
an den Spulen verhindern.
-
Das
Entladen von Strom zu den Schließspulen 5 bis 7 veranlaßt das bewegliche
Element 22, sich durch eine elektromagnetische Kraft aus
dem Öffnungszustand
in den Schließzustand
zu bewegen, wobei es aufgrund des durch den Permanentmagneten 23 erzeugten
Magnetflusses in dem Schließzustand
gehalten wird.
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Da
jedoch hierbei in der Schaltung 1 eine Einrichtung zum
Ausschalten des Stroms nach einer vorbestimmten Zeitdauer vorgesehen
ist, wie zum Beispiel ein Zeitgeber oder ein Verzögerungsschalter mit
einer zum Abschließen
des Schließvorgangs
ausreichenden Zeitdauer, wird der Entladeschalter 14 ausgeschaltet,
und der Leitungszustand durch die Schließspulen wird in den Aus-Zustand
gebracht. Das Ausschalten des Entladeschalters 14 läßt sich somit
ohne jeglichen speziellen Stromdetektor ausführen.
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In
dem Moment, in dem der genannte Entladeschalter 14 ausgeschaltet
wird, befindet sich der Schalter 18 im Ein-Zustand, und
aus diesem Grund fließt
der Ausschaltstrom auf die Seite des Schalters 18 und der
Diode 16 und wird allmählich
gedämpft. Somit
entsteht keine Überspannung
zwischen den Anschlüssen
der Schließspulen 5 bis 7,
so daß sich ein
dielektrischer Durchbruch der Schließspulen 5 bis 7 verhindern
läßt.
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Andererseits
wird dann, wenn der Schalter 18 während eines Stromabfalls zum
Zeitpunkt des Ausschaltens der Schließspulen 5 bis 7 in
den Aus-Zustand gebracht wird, der Strom in dem Moment des Ausschaltens
der Schließspulen
unmittelbar auf den Wert Null gebracht. Auf diese Weise ist es möglich, daß die Überspannung
zwischen den Anschlüssen
der Schließspulen 5 bis 7 stattfindet.
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Bei
der erfindungsgemäßen Betätigungsschaltung
wird der Schalter 18 mit einer vorbestimmten zeitlichen
Verzögerung
ab dem Ausschalten des Entladeschalters 14 in den Aus-Zustand
gebracht, bis der Strom durch die Schließspulen 5 bis 7 einen Wert
von im wesentlichen Null (einen als Null betrachteten Wert) erreicht.
Eine Überspannung
der Schließspulen 5 bis 7 läßt sich
somit verhindern.
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Diese
vorbestimmten zeitlichen Verzögerungen
lassen sich durch Prüfung
zum Zeitpunkt des Versands von Produkten in einfacher Weise berechnen.
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Der
Schalter 18 ist derart eingestellt, daß er nach Beendigung der gesamten
Leitungssequenz immer noch im Aus-Zustand gehalten ist, so daß sich das
Fließen
eines Induktionsstroms durch die Schließspulen 5 bis 7,
die sich auf der Seite der Nichterregung befinden, verhindern läßt, ohne
daß eine
Notwendigkeit besteht, den Schalter 18 zum Zeitpunkt des
nächsten
Unterbrechungsvorgangs auszuschalten. Somit läßt sich die Effizienz zum Zeitpunkt
des Öffnungsvorgangs
verbessern.
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Für eine manuelle
Betätigung
der Unterbrechung zum Zeitpunkt eines Stromausfalls ist es ferner
möglich,
daß sich
der Magnetfluß des
Permanentmagneten 23 aufgrund einer Bewegung des beweglichen
Elements verändert
und ein Induktionsstrom durch die Schließpulen 5 bis 7 hervorgerufen wird.
Da sich jedoch der Schalter 18 in dem Aus-Zustand befand,
wenn kein Leitungszustand nach Beendigung des letzten Schließvorgangs
vorliegt, fließt kein
Induktionsstrom durch die Schließspulen 5 bis 7, so
daß sich
ein manueller Unterbrechungsvorgang glatt sowie zuverlässig ausführen läßt.
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Ausführungsbeispiel 11
-
13 veranschaulicht
eine Änderung 47 bei
der Verlagerung des beweglichen Elements 22 sowie eine
Leitungsstrom-Wellenform 48 der Schließspulen 5 bis 7 zu
dem Zeitpunkt des Schließvorgangs.
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Im
allgemeinen wird ein starker Stoß auf die Vakuumschaltröhre 26 zum
Zeitpunkt des Schließvorgangs
ausgeübt,
so daß es
bei dem normalen Leistungsschalter erforderlich ist, die Bewegungsgeschwindigkeit
des beweglichen Elements 22 zu dem Zeitpunkt des Schließvorgangs
derart zu unterdrücken,
daß diese
nicht mehr als einen vorbestimmten Wert erreicht, um eine hohe Lebensdauer
des Vakuumschaltröhre 26 zu
gewährleisten.
-
Andererseits
wird in dem Betätigungsmechanismus 19 eine
auf das bewegliche Element ausgeübte
elektromagnetische Kraft größer, und
die Beschleunigung des beweglichen Elements bei dessen Annäherung an
den Schließzustand
nimmt wahrscheinlich zu.
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Zum Überwinden
des Problems wird in der in 13 dargestellten
Weise der Entladeschalter 14 einmal ausgeschaltet, und
der Leitungsstrom wird nach ausreichender Beschleunigung des beweglichen
Elements unterbrochen, um dadurch die Beschleunigung aufgrund von
elektromagnetischer Kraft zu unterdrücken. Anschließend wird
der Entladeschalter 14 wieder eingeschaltet, und die Stromzufuhr
wird vor dem Schließen
unmittelbar wieder aufgenommen, so daß sich ein Klappern verhindern läßt, bei
dem es sich um eine Begrenzungseffekt zum Zeitpunkt des Schließens handelt.
-
Somit
lassen sich die auf die Vakuumschaltröhre 26 ausgeübten Stöße auf ein
Minimum unterdrücken,
so daß eine
längere
Nutzungsdauer des Schalters sowie eine höhere Zuverlässigkeit gewährleistet
sind.
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In
den vorstehenden Ausführungsbeispielen ist
in erster Linie eine Schaltung für
eine Leistungsschaltvorrichtung als Beispiel beschrieben worden. Die
vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel begrenzt,
und es versteht sich, daß die
Erfindung auch bei jeder anderen Schaltung für einen Betätigungsmechanismus, wie zum
Beispiel eine Ventilsteuerung, eine Kraftstoffpumpensteuerung oder
einen linearen Oszillator zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug
verwendet werden kann.
-
Ferner
ist in den Ausführungsbeispielen
auf einen Betätigungsmechanismus
Bezug genommen, der in seiner Anordnung von den herkömmlichen Ausführungsformen
verschieden ist. Ein Zielbetätigungsmechanismus
kann jedoch eine beliebige andere Konfiguration aufweisen. Soweit
es sich um einen Betätigungsmechanismus
handelt, der von einer Vielzahl von Spulen mit magnetischer Kopplung durch
die Wirkung einer elektromagnetischen Kraft angesteuert wird, kann
die vorliegende Erfindung selbstverständlich auch bei einem beliebigen
anderen Mechanismus Anwendung finden.
-
- 1
- Schaltung
zur Steuerung mehreres Magnetantriebe
- 2
bis 4
- Öffnungsspulen
- 5
bis 7
- Schließspulen
- 8
- Öffnungskondensator
- 9
- Schließkondensator
- 10
- Gleichstromversorgung
- 11,
12
- Konverter
- 13,
14
- Entladeschalter
- 15,
16
- Dioden
- 17,
18
- Schalter
- 19
- Betätigungsmechanismus
- 20
- Joch
- 21
- Verbindungsstange
- 22
- bewegliches
Element
- 23
- Permanentmagnet
- 24
- Leistungsschaltvorrichtung
- 25
- Isolator
- 26
- Vakuumschaltröhre
- 27,
29
- Kondensatoren
- 28,
30
- Widerstände
- 35–40
- Dioden
- 41a
bis 41c, 42a bis 42c
- Gemeinschaftseinrichtungen