DE102006053797B4 - AC power controller for electromagnetic switching devices - Google Patents
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Abstract
Schaltungsanordnung zum Betreiben eines elektromagnetischen Antriebes (110, 310) eines Schaltgerätes, wobei der elektromagnetische Antrieb (110, 310) mit einem Wechselstromsteller (120, 220, 320) betrieben wird, und die Schaltungsanordnung Mittel (240, 340) zur Ansteuerung des Wechselstromstellers (120, 220, 320) mit einer Zeitfunktion aufweist, wobei die Zeitfunktion eine Exponentialfunktion darstellt, und wobei die Mittel (240, 340) zur Ansteuerung des Wechselstromstellers (120, 220, 320) ein RC-Glied (R5, C2) aufweisen, und der Wechselstromsteller (120, 220, 320) zwei antiseriell geschaltete Transistoren (V4, V5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei antiseriell geschalteten Transistoren (V4, V5) dazu eingerichtet sind, überschüssige Energie linear abzuregeln, und wobei die Schaltungsanordnung Gegenkopplungswiderstände (R9, R10) zur Symmetrierung der zwei Transistoren (V4, V5) aufweist, wobei die Gegenkopplungswiderstände (R9, R10) auch zur Anpassung der Zeitfunktion verwendet werden.Circuit arrangement for operating an electromagnetic drive (110, 310) of a switching device, wherein the electromagnetic drive (110, 310) is operated with an alternating current controller (120, 220, 320), and the circuit arrangement (240, 340) for actuating the alternating current controller ( 120, 220, 320) having a time function, wherein the time function represents an exponential function, and wherein the means (240, 340) for driving the AC-adjuster (120, 220, 320) comprise an RC element (R5, C2), and the alternating current controller (120, 220, 320) has two anti-series transistors (V4, V5), characterized in that the two anti-serially connected transistors (V4, V5) are adapted to linearly control excess energy, and wherein the circuitry comprises negative feedback resistors (R9 , R10) for balancing the two transistors (V4, V5), wherein the negative feedback resistors (R9, R10) also for adjusting the time function be used.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines elektromagnetischen Antriebes eines Schaltgerätes.The The present invention relates to a circuit arrangement for operating an electromagnetic drive of a switching device.
Bei Schützantrieben ist es aus Gründen der mechanischen und insbesondere der elektrischen Lebensdauer entscheidend, die Schließgeschwindigkeit des Antriebs im Nennspanungsbereich auf einen bevorzugten Wert einzustellen, um so die mechanische Schockbelastung und das Kontaktgrellen zu minimieren. Ein weiterer Aspekt, die Schließgeschwindigkeit auf einen idealen Wert einzustellen, liegt in der Voreilung der Hilfsschalter, die einen Mindestwert nicht unterschreiten soll. Insbesondere bei Kondensatorschützen, die über Einschaltwiderstände und voreilende Hilfskontakte die zu schaltenden Kondensator vorladen, um so die Einschaltströme zu minimieren, ist eine ausreichende Voreilung der Hilfskontake unerläßlich.at contactor drives is it for reasons the mechanical and especially the electrical life, the closing speed set the drive to a preferred value in the rated voltage range, so as to increase the mechanical shock load and contact blurring minimize. Another aspect, the closing speed on one setting the ideal value lies in the lead of the auxiliary switches, which should not fall below a minimum value. Especially at Capacitor contactors, the above ON resistances and leading auxiliary contacts precharge the capacitor to be switched, so the inrush currents is sufficient advance of the auxiliary account essential.
Bei konventionellen elektromagnetischen Antrieben ist, insbesondere durch die erhöhte Spannungsabhängigkeit der Antriebe, nur eine beschränkte Beeinflussung der Schließgeschwindigkeit über die Massenverhältnisse und die Federkräfte möglich. Dies gilt insbesondere bei Antrieben, die für einen erweiterten Nennspannungsbereich vorgesehen sind.at conventional electromagnetic drives, in particular through the increased voltage dependence the drives, only a limited Influencing the closing speed over the mass ratios and the spring forces possible. This applies in particular to drives that are suitable for an extended nominal voltage range are provided.
Zur Optimierung der Einschaltdynamik von Schützantrieben werden daher bei modernen Antrieben vermehrt elektronisch gesteuerte oder geregelte Antriebe eingesetzt. So sind z. B. Antriebe, die durch eine Pulsweitenmodulation (PWM) oder durch eine lineare Abregelung der DC-Spulenspannung den Anzugvorgang steuern bzw. regeln seit einigen Jahren Stand der Technik.to Optimization of the turn-on dynamics of contactor drives are therefore included modern drives increase electronically controlled or regulated drives used. So z. B. drives, by a pulse width modulation (PWM) or by a linear reduction of the DC coil voltage the Suiting control or regulate for some years state of the art.
Nachteilig bei den bekannten Lösungen ist jedoch, dass diese Antriebe über einen DC-Zwischenkreis arbeiten, es sich also um DC-Antriebe handelt. Insbesondere bei großen Antrieben kann die Halteleistung für den Dauerbetrieb zu einer unzulässigen Eigenerwärmung des Antriebs führen. Daher ist bei diesen Antrieben für die Absenkung der Halteleistung entweder eine PWM-Moduluation der Spulenleistung auch im Haltebetrieb notwendig, oder die Bereitstellung einer geringeren Haltespannung, z. B. über einen integrierten Schaltregler.adversely in the known solutions However, these drives are over operate a DC link, so it is DC drives. Especially with large Drives can the holding power for continuous operation to a unacceptable self-heating of the drive. Therefore, with these drives for the lowering of the holding power either a PWM-Moduluation of Coil performance also necessary in holding mode, or the provision a lower holding voltage, z. B. via an integrated switching regulator.
Der Aufwand für diese Verfahren zur Absenkung der Halteleistung ist jedoch sehr hoch, insbesondere unter Berücksichtigung der erforderlichen Maßnahmen zur Einhaltung der elektromagnetischen Verträglichkeit. Vor allem bei Antrieben für höhere Versorgungsspannungen wird daher der Aufwand für die Absenkung der Halteleistung überproportional hoch.Of the Effort for However, this method of lowering the holding power is very high, especially considering the necessary measures for compliance with electromagnetic compatibility. Especially with drives for higher supply voltages Therefore, the effort for the Lowering the holding power disproportionately high.
Aus
der deutschen Offenlegungsschrift
Die
deutsche Auslegeschrift
Die
deutsche Offenlegungsschrift
Die
deutsche Offenlegungsschrift
Die
deutsche Offenlegungsschrift
Die
deutsche Offenlegungsschrift
Aus dem Artikel „Boost MOSFETs Drive Current in Solid State AC Relay” von Kim Gauen, veröffentlich in Industrial Control Application, Application Note EB141, Motorola Inc. 1991, DL 412 D, Seiten 493 und 494, ist eine MOSFET-Verstärkerschaltung zum Antreiben eines Wechselstrom-Relais, wobei der Verstärker zwei antiseriell geschaltete MOSFET-Transistoren umfasst, bekannt.From the article "Boost MOSFETs Drive Current to Solid State AC Relay" by Kim Gauen, published in Industrial Control Application, application note EB141, Motorola Inc. 1991, DL 412 D, pages 493 and 494, is a MOSFET amplifier circuit for driving a AC relay, where the amplifier comprises two anti-serially connected MOSFET transistors, known.
Die
deutsche Offenlegungsschrift
Die
deutsche Offenlegungsschrift
Das
Das
Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines elektromagnetischen Antriebes eines Schaltgeräts zu schaffen, welche eine effiziente und kostengünstig zu implementierende Beeinflussung der Schließgeschwindigkeit des Antriebes ermöglicht,Of the The invention is based on the object, a circuit arrangement to create an electromagnetic drive of a switching device, which is an efficient and inexpensive to implement influence the closing speed of the drive allows
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines elektromagnetischen Antriebes eines Schaltgerätes, wobei der elektromagnetische Antrieb mit einem Wechselstromsteller betrieben wird und die Schaltungsanordnung Mittel zur Ansteuerung des Wechselstromstellers mit einer Zeitfunktion aufweist, wobei die Zeitfunktion eine Exponentialfunktion darstellt, und wobei die Mittel zur Ansteuerung des Wechselstromstellers ein RC-Glied aufweisen, und der Wechselstromsteller zwei antiseriell geschaltete Transistoren aufweist, wobei die zwei antiseriell geschalteten Transistoren dazu eingerichtet sind, überschüssige Energie linear abzuregeln, und wobei die Schaltungsanordnung Gegenkopplungswiderstände zur Symmetrierung der zwei Transistoren aufweist, wobei die Gegenkopplungswiderstände auch zur Anpassung der Zeitfunktion verwendet werden.These Task is solved by a circuit arrangement for operating an electromagnetic Drive a switching device, wherein the electromagnetic drive with an AC power controller is operated and the circuit arrangement means for driving the AC actuator having a time function, wherein the time function represents an exponential function, and wherein the Have means for controlling the AC-controller an RC element, and the AC controller two antiseries switched transistors , wherein the two anti-serially connected transistors thereto are set up, excess energy linearly cancel, and wherein the circuit arrangement negative feedback resistors for Symmetrization of the two transistors, wherein the negative feedback resistors also be used to adjust the time function.
Der elektromagnetische Antrieb kann beispielsweise einen elektromagnetischen Antrieb für einen oder mehrere Schütze oder für ein oder mehrere Relais oder für andere Schaltgeräte darstellen. Des Weiteren kann der elektromagnetische Antrieb mindestens eine Antriebsspule, mindestens einen Magnetkern und mindestens einen Magnetanker umfassen.Of the Electromagnetic drive, for example, an electromagnetic Drive for one or more shooters or for a or more relays or for other switching devices represent. Furthermore, the electromagnetic drive can at least a drive coil, at least one magnetic core and at least one Magnet armature include.
Der elektromagnetische Antrieb wird durch einen Wechselstrom bzw. eine Wechselspannung betrieben, wobei der Wechselstrom bzw. die Wechselspannung durch den Wechselstromsteller beinflussbar ist. Somit kann beispielsweise über den Wechselstromsteller der elektromagnetische Antrieb angesteuert oder geregelt werden, z. B. zum Einschalten des elektromagnetischen Antriebes, und/oder zum Halten des elektromagnetischen Antriebes und/oder zum Auschalten des elektromagnetischen Antriebes. So kann beispielsweise die Dynamik des elektromagnetischen Antriebes, wie z. B. die Einschaltdynamik und/oder die Ausschaltdynamik, durch den Wechselstromsteller beeinflusst werden. Der Wechselstromsteller kann z. B. mithilfe einer Steuerung oder einer Regelung angesteuert bzw. geregelt werden, wobei der Wechselstromsteller z. B. bei einem Einschaltvorgang und/oder einem Abschaltvorgang mit einer definierten Zeitfunktion angesteuert werden kann.Of the electromagnetic drive is powered by an alternating current or a Operated alternating voltage, wherein the alternating current or the alternating voltage can be influenced by the AC power controller. Thus, for example, via the AC power controller the electromagnetic drive is controlled or regulated, z. B. to turn on the electromagnetic drive, and / or for holding the electromagnetic drive and / or for switching off of the electromagnetic drive. For example, the dynamics of the electromagnetic drive, such as. B. the turn-on and / or the turn-off dynamics, influenced by the AC power controller become. The AC controller can z. B. using a controller or a regulation be controlled or regulated, wherein the AC power controller z. B. at a power-up and / or a Shutdown be controlled with a defined time function can.
Der Wechselstromsteller kann beispielsweise in Reihe zum elektrischen Antrieb geschaltet sein, und diese Reihenschaltung umfassend den Wechselstromsteller und den elektrischen Antrieb kann parallel zu einer Wechselspannungsquelle zur Versorgung des elektrischen Antriebes geschaltet sein. Somit kann der Wechselstromsteller den Strom durch die mindestens eine Antriebsspule des elektromagnetischen Antriebes beeinflussen.Of the For example, AC power can be connected in series with the electrical Drive connected, and this series circuit comprising the AC power and the electric drive can be parallel to an AC voltage source for supplying the electric drive be switched. Thus, the AC power can through the current the at least one drive coil of the electromagnetic drive influence.
Beispielsweise kann die Schließgeschwindigkeit des elektromagnetischen Antriebs im Nennspannungsbereich durch den Wechselstromsteller auf einen bevorzugten Wert eingestellt werden, so dass die mechanische Schockbelastung und das Kontaktgrellen des Schaltgeräts gemindert werden kann und somit die mechanische und die elektrische Lebensdauer verlängert werden kann. Falls das Schaltgerät einen oder mehrere Schütze mit mindestens einem Hilfsschalter darstellt, so kann beispielsweise mittels des Wechselstromstellers die Schließgeschwindigkeit derart eingestellt werden, dass die Voreilung des mindestens einen Hilfsschalters einen Mindestwert nicht unterschreitet.For example can the closing speed of the electromagnetic drive in the rated voltage range by the AC regulators can be set to a preferred value, so that the mechanical shock load and contact blurring of the switchgear can be reduced and thus the mechanical and electrical life extended can be. If the switching device one or more shooters represents with at least one auxiliary switch, so for example set the closing speed by means of the AC adjuster be that the lead of the at least one auxiliary switch a minimum value not below.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeigt den weiteren Vorteil, dass der elektromagnetische Antrieb mit Wechselstrom betätigt wird und somit beispielsweise durch die wegabhängige Änderung der Induktivität der mindestens einen Antriebsspule der induktiven Blindwiderstand der mindestens einen Spule und damit die Erregerleistung beeinflusst werden kann. Beispielsweise kann durch geeignete Wahl der Wickelparameter der Anzug- und/oder der Haltstrom der mindestens einen Antriebsspule auf einen gewünschten Sollwert abgestimmt werden.The circuit arrangement according to the invention has the further advantage that the electromagnetic drive is operated with alternating current and Thus, for example, by the path-dependent change in the inductance of the at least one drive coil, the inductive reactance of the at least one coil and thus the excitation power can be influenced. For example, by suitably selecting the winding parameters, the tightening current and / or the holding current of the at least one drive coil can be tuned to a desired desired value.
Der Wechselstromsteller umfasst mindestens zwei Halbleiterbauelemente wie z. B. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder Transistor. Der Begriff Wechselstromsteller umfasst sämtliche Vorrichtungen, mit denen eine Wechselstrom gesteuert bzw. gestellt werden kann, z. B. in Abhängigkeit eines Steuersignals wie z. B. einer Steuerspannung oder ähnlichem.Of the AC power controller comprises at least two semiconductor devices such as B. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or transistor. The term AC converter includes all devices with where an alternating current can be controlled or provided, for. B. in dependence a control signal such. B. a control voltage or the like.
Die Mittel zur Ansteuerung des Wechselstromstellers mit einer Zeitfunktion können beispielsweise durch einen Mikrocontroller, und/oder einen DSP und/oder eine andere elektronische bzw. elektrische Schaltung realisiert werden. Beispielsweise können die Mittel zur Ansteuerung des Wechselstromstellers ein Steuersignal zum Ansteuern des Wechellstromstellers entsprechend der Zeitfunktion ausgeben, wie z. B. eine Steuerspannung.The Means for controlling the AC power controller with a time function can for example, by a microcontroller, and / or a DSP and / or implemented another electronic or electrical circuit become. For example, you can the means for controlling the AC actuator a control signal to actuate the Wechellstromstellers according to the time function, such as B. a control voltage.
Mithilfe dieser Zeitfunktion kann beispielsweise ein Erregerstrom durch die mindestens eine Antriebsspule des Schaltgeräts gesteuert werden.aid This time function, for example, an excitation current through the at least one drive coil of the switching device can be controlled.
Beispielsweise kann die Zeitfunktion zur Ansteuerung des Wechselstromstellers während eines Einschaltvorgangs des elektrischen Antriebes für das Schaltgerät verwendet werden, so dass durch die Zeitfunktion die Einschaltdynamik des elektromagnetischen Antriebes vorgebbar ist. So können beispielsweise die Mittel zur Ansteuerung des Wechselstromstellers mit der Wechselspannung zur Versorgung des magnetischen Antriebes gekoppelt sein, so dass beim Anlegen dieser Wechselspannung, wie z. B. beim Einschalten des magnetischen Antriebes, automatisch die Zeitfunktion für den Einschaltvorgang gestartet wird und der Wechselstromsteller entsprechend der Zeitfunktion angesteuert wird. Hierzu können die Mittel zur Ansteuerung des Wechselstromstellers beispielsweise ebenso mit der Wechselspannung zur Versorgung des magnetischen Antriebes elektrisch versorgt werden, z. B. kann mittels eines Gleichrichters aus dieser Wechselspannung eine Gleichspannung zur Versorgung der Mittel zur Ansteuerung des Wechselstromstellers und damit auch zur Versorgung des Wechselstromstellers erzeugt werden.For example can be the time function to control the AC power controller during a power-up of the electric drive for the switching device be used, so that by the time function, the turn-on The electromagnetic drive can be specified. So, for example the means for controlling the AC power controller with the AC voltage be coupled to the supply of the magnetic drive, so that when Apply this AC voltage, such. B. when switching on the magnetic Drive, automatically the time function for the switch-on started is and the AC-drive controlled according to the time function becomes. You can do this the means for controlling the AC actuator, for example also with the AC voltage to supply the magnetic drive electrically be supplied, for. B. can by means of a rectifier from this AC voltage a DC voltage to supply the means for Control of the AC power controller and thus also for the supply of the AC power controller are generated.
Die Zeitfunktion zur Ansteuerung während des Einschaltvorgangs kann beispielsweise so gewählt werden, dass der Wechselstromsteller zunächst nur einen geringen Strom durch die mindestens eine Spule des elektrischen Antriebes steuert und diesen Strom stetig erhöht, womit die Dynamik des Antriebs an die Erfordernisse des Schaltgerätes angepasst werden kann. Nach Ablauf des Einschaltvorgangs kann der Wechselstromsteller beispielsweise voll durchsteuern, so dass die Strombegrenzung der mindestens einen Antriebsspule beispielsweise einzig durch die Impedanz der mindestens einen Antriebsspule erfolgt. Optional können jedoch zur Strombegrenzung auch noch weitere Impedanzen bzw. Widerstände neben der Impedanz der mindestens einen Antriebsspule verwendet werden.The Time function for activation during the Switching can be chosen, for example, so that the AC power controller first only a small current through the at least one coil of the electrical Drive controls and steadily increases this current, bringing the dynamics of the drive can be adapted to the requirements of the switching device. After expiry of the switch-on, the AC power controller can, for example Fully control, so that the current limit of at least one Drive coil, for example, only by the impedance of at least a drive coil takes place. Optionally, however, can be used to limit the current also further impedances or resistances besides the impedance of the at least one drive coil can be used.
Ferner kann die Zeitfunktion auch optional zur Ansteuerung des Wechselstromstellers während eines Ausschaltvorgangs des elektrischen Antriebes für das Schaltgerät verwendet werden.Further The time function can also be optionally used to control the AC power controller during one Switching off the electric drive used for the switching device become.
Ein weiterer Vorteil entsteht dadurch, dass durch die Überlagerung der Zeitfunktion der Ansteuerschaltung auf die Eigenzeitkonstante der mindestens einen Erregerspule eine Ausbildung eines einschaltwinkelabhängigen Gleichstromanteils fast vollständig vermieden werden kann. Dadurch können Synchronisationseffekte auf die Phasenlage der Steuerspannung komplett vermieden werden.One Another advantage arises from the fact that the overlay the time function of the drive circuit to the own time constant the at least one excitation coil, a formation of a Einschaltwinkelabhängigen DC component almost complete can be avoided. This allows synchronization effects be completely avoided on the phase angle of the control voltage.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Zeitfunktion den Wechselstromsteller während eines Einschaltvorgangs ansteuert.A Embodiment of the invention provides that the time function the AC power controller during activates a switch-on.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Zeitfunktion eine Exponentialfunktion darstellt.A Embodiment of the invention provides that the time function a Represents exponential function.
Die Exponentialfunktion zur Ansteuerung des Wechselstromstellers während des Einschaltvorgangs kann einen sehr guten Kompromiss aus einer kurzen Verzugszeit, d. h. einer großen Anfangssteilheit, und einem natürlichen Erregungsanstieg darstellen.The Exponential function for controlling the AC actuator during the Power up can be a very good compromise from a short Delay time, d. H. a big one Initial steepness, and a natural one Increase excitation.
Die Mittel zur Ansteuerung des Wechselstromstellers umfassen ein RC-Glied.The Means for driving the AC actuator include an RC element.
Durch das RC-Glied kann beispielsweise die exponentielle Zeitfunktion während eines Einschaltvorgangs vorgegeben werden. Die Realisierung der Zeitfunktion mittels des RC-Gliedes stellt eine besonders kostengünstige Implementierung dar.By For example, the RC element can be the exponential time function while a switch-on. The realization of the time function by means of the RC element represents a particularly cost-effective Implementation dar.
Beispielsweise kann das RC-Glied als Zweitor betrachtet werden, wobei an das Eingangstor eine Einschaltspannung angelegt wird, z. B. durch den zuvor beschriebenen Gleichrichter oder durch eine andere Spannungsquelle, so dass am Ausgangstor eine exponentielle ansteigende Ausgangsspannung anliegt, mit welcher der Wechselstromsteller angesteuert wird.For example the RC element can be regarded as a two-port, with the input gate a turn-on voltage is applied, e.g. B. by the previously described Rectifier or by another voltage source, so that at Output gate an exponential rising output voltage is applied, with which the AC power controller is controlled.
Der Wechselstromsteller umfasst mindestens zwei Halbleiterbauelemente.Of the AC power controller comprises at least two semiconductor devices.
Der Wechselstromsteller umfasst mindestens zwei Halbleiterbauelemente wie z. B. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder Transistor.Of the AC power controller comprises at least two semiconductor devices such as B. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or transistor.
Die Ansteuerung des das mindestens eine Halbleiterbauelement umfassenden Wechselstromstellers kann beispielsweise mit den zuvor beschriebenen Mitteln zur Ansteuerung des Wechselstromstellers mit einer Zeitfunktion erfolgen, oder aber auch durch eine andere vorgegebene Steuerspannung oder einen anderen vorgegeben Steuerstrom.The Control of the comprising at least one semiconductor device Wechselstromstellers can, for example, with the previously described Means for controlling the AC actuator with a time function take place, or else by another predetermined control voltage or another predetermined control current.
Der Wechselstromsteller umfasst zwei antiseriell geschaltete Transistoren.Of the AC power controller includes two anti-serially connected transistors.
Diese zwei antiseriell geschalteten Transistoren können beispielsweise mit der mindestens einen Antriebsspule des elektromagnetischen Antriebes eine Reihenschaltung bilden. Z. B. können diese zwei Transistoren zwei Feldeffekttransistoren sein, wie z. B. zwei MOSFETS, die beiden Transistoren können auch zwei IGBTs sein oder andere geeignete Transistoren.These two anti-serially connected transistors, for example, with the at least one drive coil of the electromagnetic drive form a series connection. For example, these two transistors be two field effect transistors, such as. B. two MOSFETs, the two Transistors can also be two IGBTs or other suitable transistors.
Die zwei antiseriell geschalteten Transistoren können beispielsweise nach Ablauf eines Einschaltvorganges voll durchgesteuert sein, so dass die Strombegrenzung der mindestens einen Antriebsspule beispielsweise einzig durch die Impedanz der mindestens einen Antriebsspule erfolgt. Optional können jedoch zur Strombegrenzung auch noch weitere Impedanzen bzw. Widerstände neben der Impedanz der mindestens einen Antriebsspule verwendet werden.The two anti-serially connected transistors, for example, after expiration be fully controlled by a switch-on, so that the current limit the at least one drive coil, for example, solely by the Impedance of at least one drive coil. Optionally, however for current limiting even more impedances or resistors in addition the impedance of the at least one drive coil can be used.
Die zwei antiseriell geschalteten Transistoren können beispielsweise überschüssige Energie linear abregeln und als Verlustwärme abführen, dies gilt insbesondere bei einem Einschaltvorgang und/oder einem Abschaltvorgang des elektromagnetischen Antriebes.The For example, two anti-serially connected transistors can use excess energy linear and heat loss dissipate, this applies in particular to a switch-on process and / or a Switching off the electromagnetic drive.
Die Schaltungsanordnung umfasst Gegenkopplungswiderstände zur Symmetrierung der zwei Transistoren.The Circuit arrangement includes negative feedback resistors to Symmetrization of the two transistors.
Beispielsweise können die beiden antiseriell geschalteten Transistoren jeweils in einer Emitterschaltung (bei Bipolartransistoren) bzw. in einer Sourceschaltung (bei Feldeffektransistoren) mit Gegenkopplung betrieben werden, wobei durch die Gegenkopplungswiderstände eine Unabhängigkeit von kritischen Transistorparametern erreicht werden kann. Somit können die beiden antiseriell geschalteten Transistoren beispielsweise jeweils eine spannungsgesteuerte Stromquelle darstellen, wobei jede der Stromquellen einen Gegenkopplungswiderstand zur Stromgegenkopplung aufweist.For example can the two anti-serially connected transistors each in one Emitter circuit (in bipolar transistors) or in a source circuit be operated with negative feedback (in Feldeffektransistoren), being independent of the negative feedback resistances can be achieved by critical transistor parameters. Consequently can the two anti-serially connected transistors, for example each represent a voltage controlled current source, each of the Current sources a negative feedback resistor for current negative feedback having.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die zwei antiseriell geschalteten Transistoren zwei MOSFET-Transistoren sind.A Embodiment of the invention provides that the two antiserial switched transistors are two MOSFET transistors.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schaltungsanordnung zwei Dioden umfasst, welche zusammen mit den integrierten Bodydioden der MOSFET-Transistoren einen Brückengleichrichter zur Erzeugung einer Versorgungsspannung zur Ansteuerung des Wechselstromstellers darstellen.A Embodiment of the invention provides that the circuit arrangement comprises two diodes, which together with the integrated body diodes of MOSFET transistors a bridge rectifier for generating a supply voltage for controlling the AC power controller represent.
Werden beispielsweise n-Kanal-MOSFETs, wie z. B. n-Kanal-MOSFETS vom Anreicherungstyp, für die beiden antiseriell geschalteten Transistoren verwendet, so kann jeweils die zwischen dem Anschluss des p-dotierten Substrats und dem Drain-Anschluss integrierte Bodydiode für die Gleichrichtung verwendet werden.Become For example, n-channel MOSFETs such. B. n-channel enhancement mode MOSFETS, for the two used anti-serially connected transistors, so can each between the terminal of the p-doped substrate and the drain terminal integrated body diode for the rectification can be used.
Somit werden nur zwei weitere Dioden neben den beiden ohnehin vorhandenen Bodydioden der MOSFET-Transistoren für den Aufbau des Brückengleichrichters benötigt, wodurch eine kostengünstige und platzsparende Implementierung der Schaltungsanordnung erzielt werden kann.Consequently only two more diodes will be available next to the two already existing ones Body diodes of the MOSFET transistors for the construction of the bridge rectifier needed making a cost-effective and space-saving implementation of the circuit achieved can be.
Die durch den Brückengleichrichter aufgebaute Versorgungsspannung kann beispielsweise direkt zur Ansteuerung des Wechselstromstellers verwendet werden, oder es können Mittel zur Ansteuerung des Wechselstromstellers mit einer Zeitfunktion zwischen dem Ausgang des Brückengleichrichters und dem Wechselstromsteller geschaltet sein. Die zuvor genannten Erläuterungen und Vorteile bezüglich der Mittel zur Ansteuerung des Wechselstromstellers gelten für diese Ausgestaltung der Erfindung gleichermaßen. So kann z. B. ein RC-Glied zwischen dem Ausgang des Brückengleichrichters und dem Wechselstromsteller platziert sein, so dass der Wechselstromsteller mit einer definierten exponentiellen Zeitfunktion angesteuert werden kann.The through the bridge rectifier established supply voltage can, for example, directly to control of the AC actuator, or it may mean for controlling the AC actuator with a time function between the output of the bridge rectifier and be connected to the AC power controller. The above explanations and benefits regarding the means for controlling the AC actuator apply to this Embodiment of the invention equally. So z. B. an RC element between the output of the bridge rectifier and the AC power controller placed so that the AC power controller be controlled with a defined exponential time function can.
Ferner kann sich beispielsweise am Ausgang des Gleichrichters ein Spannungsbegrenzungselement, wie z. B. eine in Durchbruchrichtung betriebene Z-Diode oder Zener-Diode, zur Spannungsbegrenzung der gleichgerichteten Spannung befinden. Des Weiteren können sich am Ausgang des Gleichrichters Filtermittel zum Glätten der gleichgerichteten Spannung befinden, wie z. B. mindestens ein Kondensator oder andere Filtermittel.Further For example, at the output of the rectifier, a voltage limiting element, such as B. a Z-diode or zener diode operated in the breakdown direction, to limit the voltage of the rectified voltage. Furthermore you can at the output of the rectifier filter means for smoothing the rectified voltage, such as. B. at least one capacitor or other filter media.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schaltungsanordnung einen Gleichrichter zur Erzeugung einer Versorgungsspannung zur Ansteuerung des Wechselstromstellers umfasst.A Embodiment of the invention provides that the circuit arrangement a rectifier for generating a supply voltage for Control of the AC actuator includes.
Die Schaltungsanordnung kann somit auch einen separaten Gleichrichter umfassen, wobei dieser Gleichrichter beispielsweise durch einen Einweggleichrichter, oder einen Brückengleichrichter oder eine sonstige Gleichrichterschaltung realisiert werden kann.The circuit arrangement can thus also comprise a separate rectifier, this rectifier can be realized for example by a half-wave rectifier, or a bridge rectifier or other rectifier circuit.
Wie in der vorherigen Ausgestaltung der Erfindung kann die vom Gleichrichter aufgebaute Versorgungsspannung beispielsweise direkt zur Ansteuerung des Wechselstromstellers verwendet werden, oder es können Mittel zur Ansteuerung des Wechselstromstellers mit einer Zeitfunktion zwischen dem Ausgang des Brückengleichrichters und dem Wechselstromsteller geschaltet sein. Die bezüglich der vorherigen Ausgestaltung genannten Erläuterungen und Vorteile bezüglich des Gleichrichters, der optionalen Mittel zur Ansteuerung des Wechselstromstellers mit einer Zeitfunktion, und optionalen Beschaltungen des Ausgangs des Gleichrichters wie z. B. Spannungsbegrenzung und/oder Filtermittel gelten gleichermaßen für den separaten Gleichrichter.As in the previous embodiment of the invention, the rectifier established supply voltage, for example, directly to the control of the AC actuator, or it may mean for controlling the AC actuator with a time function between the output of the bridge rectifier and be connected to the AC power controller. The concerning the previous one Design mentioned explanations and Advantages regarding of the rectifier, the optional means of controlling the AC power controller with a time function, and optional circuits of the output of the rectifier such. B. voltage limiting and / or filter means apply equally for the separate rectifier.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Gleichrichter mit der Wechselspannung zum Betreiben des elektromagnetischen Antriebes versorgt wird.A Embodiment of the invention provides that the rectifier with the AC voltage supplied to operate the electromagnetic drive becomes.
Somit wird der Wechselstromsteller automatisch dann mit einer Steuerspannung versorgt, wenn an den elektromagnetischen Antrieb eine Wechselspannung, z. B. zum Einschalten desselben, angelegt wird.Consequently The AC power controller is then automatically with a control voltage supplied to the electromagnetic drive an AC voltage, z. B. to turn it on, is created.
Sind ferner beispielsweise die zuvor erläuterteten Mittel zur Ansteuerung des Wechselstromstellers mit einer Zeitfunktion zwischen Gleichrichter und Wechselstromsteller geschaltet, so kann beim Anlegen dieser Wechselspannung zum Betreiben des Antriebes, wie z. B. beim Einschalten des magnetischen Antriebes, automatisch die Zeitfunktion für den Einschaltvorgang gestartet werden und der Wechselstromsteller entsprechend der Zeitfunktion angesteuert werden.are Furthermore, for example, the previously described means for driving the AC actuator with a time function between rectifier and AC power switch, so when creating this AC voltage for operating the drive, such. B. when switching of the magnetic drive, automatically the time function for the switch-on process be started and the AC power controller according to the time function be controlled.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Wechselstromsteller während eines Einschaltvorgangs eine überschüssige Leistung linear abregelt.A Embodiment of the invention provides that the AC power controller while a power-on, an excess power rectified linearly.
Umfasst der Wechselstromsteller beispielsweise zwei elektronische Schaltelemente, wie z. B. Transistoren, so können diese überschüssige Leistung bzw. Energie linear abregeln und als Verlustwärme abführen.includes the AC power controller, for example, two electronic switching elements, such as B. transistors, so can this excess power or linearly adjust energy and dissipate it as heat loss.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schaltungsanordnung Mittel zum Überspannungsschutz umfasst.A Embodiment of the invention provides that the circuit arrangement Means for overvoltage protection includes.
So können beispielsweise Überspannungsschutzmittel parallel zum Wechselstromsteller geschaltet sein, z. B. zum Schutz der elektronischen Schaltelemente des Wechselstromstellers wie beispielsweise Transistoren. Beispielsweise können somit diese elektronischen Schaltelemente vor Abschaltspitzen der mindestens einen Antriebsspule beim Abschalten geschützt werden. Diese Überspannungsschutzmittel parallel zum Wechselstromsteller können beispielsweise durch einen Varistor realisiert werden können.So can For example, overvoltage protection be connected in parallel with the AC power controller, z. B. for protection the electronic switching elements of the AC power controller such as Transistors. For example, you can Thus, these electronic switching elements before Abschaltspitzen the at least one drive coil to be protected when switching off. These surge protectors parallel to the AC controller, for example, by a Varistor can be realized.
Ferner können beispielsweise auch Überspannungsschutzmittel am Schaltungseingang, an dem z. B. die Eingangswechselspannung angelegt wird, platziert sein, wobei hier auch z. B. ein Varistor verwendet werden kann. Auch diese am Schaltungseingang platzierten Überspannungsschutzmittel können die elektronischen Schaltelemente des Wechselstromstellers schützen, wie z. B. beim Abschalten vor Abschaltspitzen der mindestens einen Antriebsspule beim Abschalten.Further can for example, overvoltage protection at the circuit input, at the z. B. the input AC voltage is applied, be placed, where z. B. a varistor can be used can. Also these surge protection means placed at the circuit input can protect the electronic switching elements of the AC actuator, such as z. B. when switching off Abschaltspitzen the at least one drive coil at Switch off.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnungen näher erläutert.The The invention will be described below with reference to exemplary embodiments showing drawings explained in more detail.
Dabei zeigen:there demonstrate:
Der
elektromagnetische Antrieb kann beispielsweise einen elektromagnetischen
Antrieb für einen
oder mehrere Schütze,
oder für
ein oder mehrere Relais oder für
andere Schaltgeräte
darstellen. Der elektromagnetische Antrieb umfasst mindestens eine
Antriebsspule
Die
mindestens eine Antriebsspule
So
kann der Wechselstromsteller
Des
Weiteren kann der Wechselstromsteller
Beispielsweise kann gleichermaßen durch Steuern des Stroms während eines Ausschaltvorgangs des elektromagnetischen Antriebes, d. h. vom Übergang vom zweiten in den ersten Zustand, die Ausschaltdynamik des elektromagnetischen Antriebes beeinflusst werden.For example can be alike by controlling the flow during a turn-off operation of the electromagnetic drive, d. H. from the transition from the second to the first state, the turn-off dynamics of the electromagnetic Drive can be influenced.
Somit kann mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung auf eine einfache Art und Weise die Einschaltdynamik und/oder Ausschaltdynamik des eines elektrischen Antriebes für ein Schaltgerät beeinflusst werden.Consequently can with the circuit arrangement according to the invention in a simple way the turn-on dynamics and / or turn-off dynamics of the an electric drive for a switching device influenced become.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeigt den weiteren Vorteil, dass der elektromagnetische Antrieb mit Wechselstrom betätigt wird und somit beispielsweise durch die wegabhängige Änderung der Induktivität der mindestens einen Antriebsspule der induktiven Blindwiderstand der mindestens einen Spule und damit die Erregerleistung beeinflusst werden kann. Beispielsweise kann durch geeignete Wahl der Wickelparameter der Anzug- und/oder der Haltstrom der mindestens einen Antriebsspule auf einen gewünschten Sollwert abgestimmt werden.The inventive circuit arrangement shows the further advantage that the electromagnetic drive operated with alternating current is and thus, for example, by the path-dependent change in the inductance of at least a drive coil of the inductive reactance of at least one Coil and thus the excitation power can be influenced. For example can by appropriate choice of the winding parameters of the suit and / or the holding current of the at least one drive coil to a desired Setpoint to be tuned.
Der
Wechselstromsteller
Des
Weiteren kann der Wechselstromsteller
Der
Wechselstromsteller
Die zur ersten Ausführungsform genannten Erläuterungen und Vorteile gelten gleichermaßen für die folgenden Ausführungsformen.The to the first embodiment mentioned explanations and benefits apply equally for the following embodiments.
Wie
in der ersten Ausführungsform
liegt die mindestens eine Antriebsspule
Die
zuvor genannten Erläuterungen
und Vorteile bezüglich
des Wechselstromstellers
Der
Weiteren umfasst die Schaltungsanordnung zum Betreiben eines elektromagnetischen
Antriebs in der zweiten gezeigten Ausführungsform Mittel zur Ansteuerung
des Wechselstromstellers
Die
Mittel zur Ansteuerung des Wechselstromstellers
Beispielsweise kann diese Zeitfunktion zur Ansteuerung des Wechselstromstellers während eines Einschaltvorgangs des elektrischen Antriebes verwendet werden, so dass durch die Zeitfunktion die Einschaltdynamik des elektromagnetischen Antriebes vorgebbar ist.For example This time function can be used to control the AC power controller while a turn-on of the electric drive can be used so that by the time function, the turn-on dynamics of the electromagnetic Drive can be specified.
Des
Weiteren können
die Mittel zur Ansteuerung des Wechselstromsteller
Beispielsweise
kann ein Gleichrichter
Der
Gleichrichter
Die
Mittel zur Ansteuerung des Wechselstromstellers
Ein
weiterer Vorteil entsteht dadurch, dass durch die Überlagerung
der Zeitfunktion der Ansteuerschaltung auf die Eigenzeitkonstante
der mindestens einen Erregerspule
Des
Weiteren kann die in
Obwohl
der Wechselrichter
Der
Wechselstromsteller
Die
Ansteuerung der Transistoren V4 und V5 erfolgt aus einer Versorgungsspannung,
die aus den Dioden V1, V2 und V3, den Widerständen R2 und R3 sowie den nicht
in
Des
Weiteren umfasst die in
Während des Einschaltvorgangs wird überschüssige Energie linear über die Transistoren V4 und V5 abgeregelt und als Verlustwärme abgeführt. Obwohl während des Einschaltvorgangs kurzfristig eine große Leistung zu stellen sein kann, ist über die relativ kurzen Schaltzeiten die Gesamtverlustleistung der Transistoren V4 und V5 gering.During the Turning on becomes excess energy linear over the transistors V4 and V5 regulated and dissipated as heat loss. Even though while the power-up process in the short term to make a big performance can, is over the relatively short switching times the total power dissipation of the transistors V4 and V5 low.
Nach
Ablauf des Einschaltvorgangs sind die Transistoren V4 und V5 vollständig durchgesteuert, so
dass die Strombegrenzung der mindestens einen Antriebsspule
Die Zeitfunktion zur Ansteuerung des Wechselstromstellers in Form einer Exponentialfunktion, welche kostengünstig durch das RC-Glied R5/C2 realisiert werden kann, stellt einen guten Kompromiss aus einer möglichst preiswerten Lösung, einer kurzen Verzugszeit und damit großen Anfangssteilheit und einem natürlichen Erregeranstieg mit.The Time function for controlling the AC actuator in the form of a Exponential function, which is realized cost-effectively by the RC element R5 / C2 can be a good compromise from a possible cheap solution, a short delay time and thus large initial slope and a natural Pathogen increase with.
Des
Weiteren umfasst die in
Die
Widerstände
R9 und R10, welche wie zuvor beschrieben zur Anpassung der Zeitfunktion
zur Ansteuerung des Wechselstromsteller
Aufgrund der Einfachheit der Schaltung, des sehr geringen Steuerleistungsbedarfs und des sehr guten Schutzes der Steuertransistoren gegen Überspannungen eignet sich dieses Schaltungskonzept sehr gut auch für hohe Netzspannungen bis zu 690 V-AC.by virtue of the simplicity of the circuit, the very low control power requirement and the very good protection of the control transistors against overvoltages This circuit concept is very well suited for high mains voltages up to 690 VAC.
Ein
weiterer Vorteil entsteht dadurch, dass durch die Überlagerung
der Zeitfunktion der Ansteuerschaltung auf die Eigenzeitkonstante
der mindestens einen Erregerspule
Diese dritte Ausführungsform stellt eine mögliche Realisierung der gezeigten schematischen ersten und/oder zweiten Ausführungsform dar, insofern gelten die bezüglich der ersten und zweiten Ausführungsform genannten Erläuterungen und Vorteile gleichermaßen für diese dritte Ausführungsform.These third embodiment represents a possible Realization of the shown schematic first and / or second embodiment in this respect, the respects apply the first and second embodiments mentioned explanations and benefits alike for this third embodiment.
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