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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung einer Ansteuerschaltung für einen elektromagnetischen Betätigungsmechanismus zum Öffnen und zum Schließen beispielsweise eines Vakuum-Schalters einer Vakuum-Leistungsschalteranlage.
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STAND DER TECHNIK
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Bei einer herkömmlichen Ansteuerschaltung für einen elektromagnetischen Betätigungsmechanismus zum Öffnen und Schließen beispielsweise eines Vakuum-Schalters einer Vakuum-Leistungsschalteranlage wird elektrischer Strom durch eine Schließspule und eine Öffnungsspule hindurchgeleitet, die an den beiden Enden eines stangenförmigen beweglichen Kerns mit rechteckigem Querschnitt vorgesehen sind, so dass der bewegliche Kern hin und her bewegt wird, um mit dem beweglichen Kern gekoppelte Schaltkontakte des Vakuum-Schalters zu öffnen und zu schließen.
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Die Schließspule ist über einen Entladeschalter mit einem Kondensator gekoppelt, der aufgeladen worden ist, und beim Schließen des Entladeschalters werden die Hauptschaltkontakte geschlossen. Wenn die Kontakte geschlossen worden sind, wird der Entladeschalter geöffnet, um den durch die Schließspule fließenden Strom zu unterbrechen. Zum Unterdrücken einer zu diesem Zeitpunkt erzeugten Stoßspannung ist eine Diode der Schließspule parallel geschaltet.
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Das bedeutet, wenn der durch die Schließspule fließende elektrische Strom unterbrochen wird, nachdem das Schließen der Schaltung abgeschlossen ist, d. h. nach dem Schließen der Hauptschaltkontakte, wird der durch die Schließspule fließende elektrische Strom dazu veranlasst, in einem Regelkreis zu fließen, der aus der Schließspule und der Diode gebildet ist (siehe z. B. Patentliteratur 1).
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LISTE DES STANDES DER TECHNIK PATENTLITERATUR
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- Patentliteratur 1: JP-A-2002-216 594 (Absatz 0020 und 1)
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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MIT DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
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In einem Fall, in dem zwei Spulen zum Schließen und zum Öffnen für einen beweglichen Kern vorgesehen sind und eine Diode, wie sie vorstehend beschrieben worden ist, jeder Spule parallel geschaltet ist, wird dann, wenn der einen Spule elektrischer Strom zugeführt wird, in der anderen Spule, der kein elektrischer Strom zugeführt wird, eine induzierte Spannung erzeugt.
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Aus diesem Grund fließt elektrischer Strom aufgrund der induzierten Spannung in einem Regelkreis, der aus der anderen Spule und der Diode gebildet ist. Daher kommt es zu einem Energieverlust beim Zuführen von Energie von einem Kondensator zu einer Spule zum Zeitpunkt des Schließens oder Öffnens, d. h. zum Zeitpunkt der Aktivierung der Spule.
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Die vorliegende Erfindung ist zum Lösen des vorstehend geschilderten Problems erfolgt, und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Ansteuerschaltung für einen elektromagnetischen Betätigungsmechanismus, mit der ein Energieverlust beim Aktivieren einer Spule vermieden werden kann.
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LÖSUNG DER PROBLEME
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Bei einer Ansteuerschaltung für einen elektromagnetischen Betätigungsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Ansteuerschaltung für einen elektromagnetischen Betätigungsmechanismus, der einen beweglichen Kern aufweist, der mit einem antriebsmäßig zu bewegenden Objekt gekoppelt ist, sowie eine erste und eine zweite Spule zum antriebsmäßigen Bewegen des beweglichen Kerns aufweist.
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Die Ansteuerschaltung weist folgendes auf: einen ersten und einen zweiten Öffnungs- und Schließschalter zum Verbinden der ersten und der zweiten Spule mit einer jeweiligen Gleichstromversorgung; eine erste Überspannungs-Unterdrückungsschaltung, die aus einer ersten Reihenschaltung gebildet ist, die der ersten Spule parallel geschaltet ist, wobei die erste Reihenschaltung aus einem ersten Parallelschaltungs-Schalter und einem ersten Widerstand gebildet ist, die miteinander in Reihe geschaltet sind; sowie eine zweite Überspannungs-Unterdrückungsschaltung, die aus einer zweiten Reihenschaltung gebildet ist, die der zweiten Spule parallel geschaltet ist, wobei die zweite Reihenschaltung aus einem zweiten Parallelschaltungs-Schalter und einem zweiten Widerstand gebildet ist, die miteinander in Reihe geschaltet sind.
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Der bewegliche Kern wird durch die Aktivierung der ersten Spule durch Schließen des ersten Öffnungs- und Schließschalters antriebsmäßig in eine erste Position bewegt, und der bewegliche Kern wird durch Aktivierung der zweiten Spule durch Schließen des zweiten Öffnungs- und Schließschalters antriebsmäßig in eine zweite Position bewegt.
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Der zweite Parallelschaltungs-Schalter wird geöffnet, wenn der erste Öffnungs- und Schließschalter geschlossen wird. Der erste Parallelschaltungs-Schalter wird geöffnet, wenn der zweite Öffnungs- und Schließschalter geschlossen wird.
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WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Ansteuerschaltung für einen elektromagnetischen Betätigungsmechanismus, der einen mit einem antriebsmäßig zu bewegenden Objekt gekoppelten beweglichen Kern sowie eine erste und eine zweite Spule zum antriebsmäßigen Bewegen des beweglichen Kerns besitzt, folgendes auf:
einen ersten und einen zweiten Öffnungs- und Schließschalter zum Verbinden der ersten und der zweiten Spule mit einer jeweiligen Gleichstromversorgung; eine erste Überspannungs-Unterdrückungsschaltung, die aus einer ersten Reihenschaltung gebildet ist, die der ersten Spule parallel geschaltet ist, wobei die erste Reihenschaltung aus einem ersten Parallelschaltungs-Schalter und einem ersten Widerstand gebildet ist, die miteinander in Reihe geschaltet sind; sowie eine zweite Überspannungs-Unterdrückungsschaltung, die aus einer zweiten Reihenschaltung gebildet ist, die der zweiten Spule parallel geschaltet ist, wobei die zweite Reihenschaltung aus einem zweiten Parallelschaltungs-Schalter und einem zweiten Widerstand gebildet ist, die miteinander in Reihe geschaltet sind.
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Der bewegliche Kern wird durch Aktivierung der ersten Spule durch Schließen des ersten Öffnungs- und Schließschalters antriebsmäßig in eine erste Position bewegt, und der bewegliche Kern wird durch Aktivierung der zweiten Spule durch Schließen des zweiten Öffnungs- und Schließschalters antriebsmäßig in eine zweite Position bewegt.
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Der zweite Parallelschaltungs-Schalter wird geöffnet, wenn der erste Öffnungs- und Schließschalter geschlossen wird. Der erste Parallelschaltungs-Schalter wird geöffnet, wenn der zweite Öffnungs- und Schließschalter geschlossen wird. Auf diese Weise wird es möglich, den Energieverlust beim Aktivieren einer Spule zu reduzieren.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 ein Schaltbild zur Erläuterung der Konfiguration einer Ansteuerschaltung für einen elektromagnetischen Betätigungsmechanismus gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
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2 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der in 1 gezeigten Ansteuerschaltung für den elektrischen Betätigungsmechanismus; und
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3 ein Schaltbild zur Erläuterung der Konfiguration einer Ansteuerschaltung für einen elektromagnetischen Betätigungsmechanismus gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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BESTE ART UND WEISE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
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AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 1
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Die 1 und 2 zeigen eine Ansteuerschaltung für einen elektromagnetischen Betätigungsmechanismus gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung. 1 zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung der Konfiguration der Ansteuerschaltung für den elektromagnetischen Betätigungsmechanismus, und 2 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Ansteuerschaltung. In 1 weist der elektromagnetische Betätigungsmechanismus einen beweglichen Kern, eine Schließspule 5 als erste Spule sowie eine Öffnungsspule 6 als zweite Spule auf.
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Es ist zwar nicht im Detail dargestellt, jedoch handelt es sich bei dem beweglichen Kern 2 zum Beispiel um einen stangenförmigen Kern, der einen rechteckigen Querschnitt aufweist und aus laminierten elektromagnetischen Stahl-Flächenkörpern gebildet ist, und die Spulen 5 und 6, die eine Schleife mit rechteckiger Formgebung bilden, sind an beiden Enden des beweglichen Kerns 2 vorgesehen.
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Wenn elektrischer Strom durch die Spule 5 oder die Spule 6 hindurch geleitet wird, dann wird der bewegliche Kern 2 antriebsmäßig bewegt und an einen nicht dargestellten feststehenden Kern angezogen. Auf diese Weise wird der bewegliche Kern 2 zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position hin und her bewegt, um ein mit dem beweglichen Kern 2 gekoppeltes Betätigungszielobjekt antriebsmäßig zu bewegen.
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Bei dem Betätigungszielobjekt handelt es sich zum Beispiel um einen beweglichen Kontakt, der an einem beweglichen Leiter eines Vakuum-Schalters einer Vakuum-Leistungsschalteranlage angebracht ist. Der Vakuum-Schalter wird durch die Hin- und Herbewegung des beweglichen Leiters geöffnet und geschlossen. Es ist darauf hinzuweisen, dass eine gegenseitige Induktivität zwischen der Schließspule 5 und der Öffnungsspule 6 eine beträchtliche Größe hat.
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Die Schließspule 5 ist mit einem Kondensator 11, der die Funktion einer Gleichstromversorgung hat, über eine Diode 13 und einen Schalter 14 verbunden, der als erster Öffnungs- und Schließschalter wirkt. Die Diode 13 dient zum Verhindern, dass ein durch die Spule 5 fließender elektrischer Strom umgekehrt wird, wenn der Schalter 14 eingeschaltet wird. Eine Reihenschaltung 19, in der eine Diode 16, einen Widerstand 17 und ein Schalter 18 in Reihe geschaltet sind, ist der Schließspule 5 parallel geschaltet.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass bei der vorliegenden Erfindung die Diode 16 die Funktion einer ersten unidirektionalen Leitungsvorrichtung hat, der Widerstand 17 die Funktion eines ersten Widerstands hat, der Schalter 18 die Funktion eines ersten Parallelschaltungs-Schalters hat und die Reihenschaltung 19 die Funktion einer ersten Reihenschaltung und einer ersten Überspannungs-Unterdrückungsschaltung hat.
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Der Kondensator 11, die Diode 13, der Schalter 14 und die Reihenschaltung 19, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, bilden eine Ansteuerschaltung auf der Schließseite. Es ist darauf hinzuweisen, dass Feldeffekttransistoren (MOSFET) für den Schalter 14 und den Schalter 18 verwendet werden.
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Die Öffnungsspule 6 ist mit einem Kondensator 21, der die Funktion einer Gleichstromversorgung hat, über eine Diode 23 und einen Schalter 24 verbunden, der die Funktion eines zweiten Öffnungs- und Schließschalters hat. Die Diode 23 dient zum Verhindern, dass durch die Spule 6 fließender elektrischer Strom umgekehrt wird, wenn der Schalter 24 eingeschaltet wird.
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Eine Reihenschaltung 29, in der eine Diode 26, einen Widerstand 27 und ein Schalter 28 in Reihe geschaltet sind, ist der Öffnungsspule 6 parallel geschaltet. Es ist darauf hinzuweisen, dass bei der vorliegenden Erfindung die Diode 26 die Funktion einer zweiten unidirektionalen Leitungsvorrichtung hat, der Widerstand 27 die Funktion eines zweiten Widerstands hat, der Schalter 28 die Funktion eines zweiten Parallelschaltungs-Schalters hat und die Reihenschaltung 29 die Funktion einer zweiten Reihenschaltung und einer zweiten Überspannungs-Unterdrückungsschaltung hat.
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Der Kondensator 21, die Diode 23, der Schalter 24 und die Reihenschaltung 29, die vorstehend beschrieben worden sind, bilden eine Ansteuerschaltung auf der Öffnungsseite. Feldeffekttransistoren (MOSFET) werden für den Schalter 24 und den Schalter 28 verwendet. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Kondensatoren 11 und 21 geladen werden, indem ihnen Strom von einer nicht dargestellten Gleichstromversorgung zugeführt wird.
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Im folgenden wird die Arbeitsweise der Ansteuerschaltung mit der vorstehend beschriebenen Ausbildung unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben. Wenn elektrischer Strom von dem Kondensator 11 auf der Schließseite zu der Schließspule 5 zugeführt wird, um einen nicht gezeigten Vakuum-Schalter zu schließen, befinden sich der Schalter 14 und der Schalter 18 auf der Schließseite sowie der Schalter 24 und der Schalter 28 auf der Öffnungsseite in einem Aus-Zustand, wie dies in den 2(a) bis 2(d) gezeigt ist.
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Wenn der Schalter 14 eingeschaltet wird (2(a)), fließt elektrischer Strom durch die Schließspule 5 und aktiviert diese. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich der Schalter 24 und der Schalter 28 im Aus-Zustand (2(d)). Selbst wenn eine induzierte Spannung in der Öffnungsspule 6 erzeugt wird, kommt es aufgrund der Tatsache, dass kein Stromweg vorhanden ist, zu keinem Energieverlust durch die Öffnungsspule 6.
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Der Schalter 18 schaltet kurz danach, d. h. eine vorbestimmte Zeitdauer t1 nach dem Einschalten des Schalters 14 ein (2(b)). Der Grund dafür, dass der Schalter 18 die vorbestimmte Zeitdauer t1 nach dem Einschalten des Schalters 14 einschaltet, besteht darin, dass der Schaltkreis, der den Schalter 18 beinhaltet, eine höhere Zeitkonstante als der Schaltkreis aufweist, der den Schalter 14 beinhaltet.
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Anschließend schaltet der Schalter 14 eine vorbestimmte Zeitdauer t2 nach dem Einschalten des Schalters 18 aus (2(b)). Die Schaltüberspannung, die beim Ausschalten des Schalters 14 erzeugt wird, wird von einem Regelkreis absorbiert, der aus der Diode 13, der Diode 16, dem Widerstand 17, dem Schalter 18 und der Schließspule 5 gebildet ist. Der Schalter 18 schaltet in dem Moment aus, in dem der durch den Regelkreis fließende elektrische Strom abgeschwächt und vermindert worden ist, d. h. eine vorbestimmte Zeitdauer t3 nach dem Ausschalten des Schalters 14 (2(b)).
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In ähnlicher Weise sind dann, wenn elektrischer Strom von dem Kondensator 21 auf der Öffnungsweite der Öffnungsspule 6 zugeführt wird, um den nicht dargestellten Vakuum-Schalter zu öffnen, der Schalter 14 und der Schalter 18 in einem Aus-Zustand, wie dies in den 2(a) bis 2(d) dargestellt ist. Wenn der Schalter 24 eingeschaltet wird (2(c)), fließt elektrischer Strom durch die Öffnungsspule 6 und aktiviert diese.
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Zu diesem Zeitpunkt befinden sich der Schalter 14 und der Schalter 18 im Aus-Zustand (2(b)). Selbst wenn eine induzierte Spannung in der Schließspule 5 erzeugt wird, kommt es somit aufgrund der Tatsache, dass kein Stromweg vorhanden ist, zu keinem Energieverlust durch die Schließspule 5.
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Der Schalter 28 schaltet kurz danach, d. h. eine vorbestimmte Zeitdauer t4 nach dem Einschalten des Schalters 24 ein (2(d)). Der Grund dafür, dass der Schalter 28 die vorbestimmte Zeitdauer t4 nach dem Einschalten des Schalters 24 einschaltet, besteht darin, dass der den Schalter 28 beinhaltende Schaltkreis eine höhere Zeitkonstante als der den Schalter 24 beinhaltende Schaltkreis aufweist.
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Anschließend schaltet der Schalter 24 eine vorbestimmte Zeitdauer t5 nach dem Einschalten des Schalters 28 aus (2(c)). Die Schaltüberspannung, die beim Ausschalten des Schalters 24 erzeugt wird, wird durch einen Regelkreis absorbiert, der aus der Diode 23, der Diode 26, dem Widerstand 27, dem Schalter 28 und der Schließspule 6 besteht.
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Der Schalter 28 schaltet in dem Moment aus, in dem der durch den Regelkreis fließende elektrische Strom abgeschwächt und vermindert worden ist, d. h. eine vorbestimmte Zeitdauer t6 nach dem Ausschalten des Schalters 24 (2(d)).
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Beispiele für Werte der Zeiten t1 bis t6 sind im folgenden angegeben. Die Werte variieren zum Beispiel in Abhängigkeit von der Größe des Vakuum-Schalters, der von dem beweglichen Kern 2 antriebsmäßig bewegt wird.
- t1: etwa mehrere ms (eine erste vorbestimmte Zeitdauer gemäß der vorliegenden Erfindung)
- t2: etwa 50 ms
- t3: etwa 50 ms (eine zweite vorbestimmte Zeitdauer gemäß der vorliegenden Erfindung)
- t4: etwa mehrere ms (eine dritte vorbestimmte Zeitdauer gemäß der vorliegenden Erfindung)
- t5: etwa 50 ms
- t6: etwa 100 ms (eine vierte vorbestimmte Zeitdauer gemäß der vorliegenden Erfindung)
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Die Ansteuerschaltung für den elektromagnetischen Betätigungsmechanismus gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die vorstehend beschriebene Ausbildung auf. Bei der Ansteuerschaltung, die zwei Spulen mit gegenseitiger Induktivität ansteuert, ist bei Aktivierung von einer Spule kein Stromkreis vorhanden, in dem elektrischer Strom durch die andere Spule fließt, die nicht aktiviert ist. Auf diese Weise kann ein Energieverlust bei Aktivierung einer Spule vermindert werden.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 2
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3 zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung der Konfiguration einer Ansteuerschaltung für einen elektromagnetischen Betätigungsmechanismus gemäß Ausführungsbeispiel 2. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind einige Komponenten aus der in 1 dargestellten Ansteuerschaltung für den elektromagnetischen Betätigungsmechanismus entfernt, so dass die Konfiguration vereinfacht ist. Insbesondere ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf die in 1 gezeigten Dioden 13, 16, 23 und 26 verzichtet worden.
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Eine erste Reihenschaltung 59, die die Funktion einer ersten Überspannungs-Unterdrückungsschaltung hat, ist aus dem Widerstand 17 und dem Schalter 18 in Reihenschaltung gebildet. Eine zweite Reihenschaltung 69, die die Funktion einer zweiten Überspannungs-Unterdrückungsschaltung hat, ist aus dem Widerstand 27 und dem Schalter 28 in Reihenschaltung gebildet.
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Auch in diesem Fall, in dem die Dioden 13, 16, 23 und 26 eliminiert sind, kann bei geeigneter Steuerung der Öffnungs- und Schließzeiten des Schalters 14 und des Schalters 18 sowie der Öffnungs- und Schließzeiten des Schalters 24 und des Schalters 28 ein steigender Energieverlust unterdrückt werden.
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Wenn zum Beispiel der Zeitpunkt, zu dem der Schalter 18 einschaltet, derart vorgegeben ist, dass er unmittelbar vor dem Zeitpunkt liegt, zu dem der Schalter 14 ausschaltet, kann der Energieverlust in der ersten Reihenschaltung 59, d. h. in dem Widerstand 17, minimiert werden, während die Schaltung vereinfacht ist. Gleiches lässt sich auch für die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Schalters 24 und des Schalters 28 sagen.
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Obwohl die vorstehenden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf den Fall beschrieben worden sind, in dem der elektromagnetische Betätigungsmechanismus zum Öffnen und Schließen eines Vakuum-Schalters einer Vakuum-Leistungsschalteranlage verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Der gleiche Effekt lässt sich auch in einem Fall erzielen, in dem die vorliegende Erfindung bei einer Betätigungseinrichtung zum Öffnen und Schließen einer Tür, zum Öffnen und Schließen eines Ventils oder für einen anderen Vorgang verwendet wird.
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Obwohl bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ein aufgeladener Kondensator als Gleichstromversorgung verwendet wird, lässt sich auch bei Verwendung einer Speicherbatterie oder einer Gleichstromversorgung, die durch Gleichrichten eines Wechselstroms gebildet wird, wiederum der gleiche Effekt erzielen.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung bei einer Ansteuerschaltung für einen elektromagnetischen Betätigungsmechanismus zum Öffnen und Schließen eines Schalters eines Schaltautomaten oder dergleichen und ist bei einer großen Anzahl verschiedener Ansteuerschaltungen für elektromagnetische Betätigungsmechanismen anwendbar.
