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Schaltungsanordnung zum Umschalten eines Gleichstrommagneten von einer
Halteerregung auf eine Anzugserregung und umgekehrt Für viele Schaltaufgaben verwendet
man Gleichstrommagneten zur Steuerung mechanischer Glieder. Man benutzt beispielsweise
Gleichstrdmmagnete zur Steuerung von Ventilen oder zur Steuerung mechanischer Weichenklappen.
Die Gleichstromelektromagneten sind so dimensioniert, daß bei Dauerbetrieb durch
den Haltestrom der Erregerwicklung keine thermische Überlastung eintritt. Solche
Gleichstrommagneten haben im allgemeinen eine große Spuleninduktivität, die beim
Einschalten der Erregerspannung einen langsamen Feldaufbau bedingt und dadurch sehr
lange Anzugszeiten ergibt.
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Will man die Anzugszeit eines derartigen Gleichstrommagneten kurz
halten, so muß durch Anlegen einer hohen Anzugsspannung ein schneller Feldaufbau
erzwungen werden. Diese Anzugsspannung muß aber nach Beendigung des Schaltvorganges
auf die dem Haltestrom entsprechende Haltespannung herabgesetzt werden, um eine
thermische Überlastung des Gleichstrommagneten zu vermeiden.
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Es sind Schaltungsanordnungen bekannt, welche das Umschalten von der
Anzugs- auf die Haltespannung direkt in Abhängigkeit von der Ankerstellung des Gleichstrommagneten
bewirken. Schaltungen dieser Art haben jedoch zur Voraussetzung, daß ein besonderer
Schaltkontakt vorgesehen ist. Sie können daher bei serienmäßig hergestellten Magnettypen,
welche einen solchen Kontakt nicht aufweisen, nicht bzw. nur nach entsprechendem
Umbau des Magneten angewandt werden. Dies will man aber aus Gründen der Rentabilität
vermeiden. Bei anderen bekannten Schaltungsanordnungen für den genannten Zweck wird
das Umschalten auf die Halteerregung nach Ablauf einer bestimmten Zeitdauer durch
Relais oder elektronische Schaltglieder erreicht. Die Schaltzeiten werden hierbei
allgemein durch RC-Zeitglieder erhalten. Solche Anordnungen, die für die Anzugs-
und die Haltespannung mit zwei Spannungsquellen arbeiten, gestatten bei Verwendung
von Relais nur eine begrenzte Schaltfrequenz. RC-Glieder benötigen noch eine besondere
Verstärkerstufe, da sie nicht unmittelbar einen Leistungsschalter betätigen können.
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Es ist ferner eine Speiseschaltung für eine Magnetwicklung bekannt,
bei der als in Reihe mit der Wicklung liegender Schalter ein Transistor verwendet
ist. Um beim Einschaltvorgang nach dem Ansteuern des Transistors ein rasches Durchschalten
zu erzielen, ist eine mit der Magnetwicklung induktiv gekoppelte Hilfswicklung vorgesehen,
die im Sinne einer positiven Rückkopplung mit der Basis des Transistors verbunden
ist. Mit dieser Schaltung kann aber nicht erreicht werden, daß der Anzugstrom einen
höheren Wert hat als der Haltestrom. Die durch die Induktivität der Magnetwicklung
bedingte Anzugsverzögerung kann also damit nicht beseitigt werden. Im übrigen setzt
die Schaltung das Vorhandensein einer Hilfswicklung voraus, deren nachträgliches
Aufbringen vielfach nicht oder nur unter Eingriff in den konstruktiven Aufbau des
Magneten möglich ist.
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Durch die Erfindung werden die vorbeschriebenen Nachteile der bekannten
Schaltungen vermieden. Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Umschalten eines
Gleichstrommagneten, in dessen Erregerstromkreis ein Schalter - vorzugsweise ein
elektrischer Schalter - angeordnet ist, insbesondere eines Schaltmagneten, von einer
Halteeregung auf eine Anzugserregung und umgekehrt. Die :besondere Ausgestaltung
einer solchen Schaltung besteht darin, daß erfindungsgemäß die Erregerwicklung oder
die Reihenschaltung der Erregerwicklung und eines Begrenzungswiderstandes von der
Primärwicklung eines Impulstransformators überbrückt ist, dessen Sekundärwicklung
mit der Steuerelektrode eines weiteren, elektronischen Schalters verbunden ist,
der durch den beim Einschalten des genannten Schaltars entstehenden Sekundärimpuls
leitend wird und dadurch während dessen Dauer auf die .Erregerwicklung des Gleichstrommagneten
eine gegen die Haltespannung erhöhte Anzugsspannung schaltet.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann so ausgelegt werden,
daß nur eine Spannungsquelle benötigt wird. Als Schalter verwendet man vorzugsweise
Transistoren, da diese eine hohe Schaltfrequenz erlauben und wartungsfrei arbeiten.
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Die Wirkungsweise einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sei
an Hand von F i g. 1 erläutert. An der Klemme 1 liegt eine negative Erreger-
Spannung
- UH gegenüber Masse 2. Der Schaltbefehl wird über die Klemme 3 der Basis
des Transistors 4 zugeführt. Durch den negativen Schaltimpuls wird der Transistor
4 leitend, und ein Haltestrom fließt über einen Begrenzungswiderstand 6 durch die
Erregerwicklung 5 des Elektromagneten. Der Widerstand 6 ist so dimensioniert, daß
der Haltestrom eine thermische Überlastung der Erregerwicklung 5 ausschließt. Parallel
zur Erregerwicklung 5 und dem Widerstand 6 liegt ein Impulstransformator 7. Wenn
der Transistor 4 durch den negativen Schaltimpuls geöffnet wird, fließt durch die
Primärseite des Impulstransformators 7 ein ansteigender Strom. Dadurch entsteht
auf der Sekundärseite ein Spannungsimpuls, welcher so gerichtet ist, daß der Punkt
8 ein negatives Potential gegenüber Masse hat. Dieser negative Spannungsimpuls macht
einen zweiten Transistor 9 leitend. Dieser schaltet die volle Erregerspannung
- UH auf die Erregerwicklung des Elektromagneten 5. Der Gleichstromwiderstand
des Impulstransformators 7 muß größer sein als der Widerstand der Erregerwicklung
5 und des Begrenzungswiderstandes 6. Eine Gleichstrombegrenzung im Zweig des Impulstransformators
kann man auch durch andere Begrenzungsglieder, beispielsweise einen Kondensator,
vorsehen.
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Durch den Elektromagneten 5 fließt dadurch während des Einschaltens
ein großer Anzugsstrom über den Transistor 9. Wenn durch den negativen Schaltimpuls
der Transistor 4 vollständig geöffnet ist, erreicht der Strom in der Primärseite
des Impulstransformators 7 einen Maximalwert, der durch die Zeitkonstante des Impulstransformators
festgelegt ist. Dann verschwindet die Sekundärspannung, und der Transistor 9 sperrt.
Durch die Erregerwicklung 5 fließt nur noch über den Widerstand 6 der Haltestrom.
Die Zeitkonstante des Impulstransformators 7 ist so bemessen, daß die Dauer des
Anzugsstromimpulses ausreicht, den Elektromagneten 5 sicher zum Ansprechen zu bringen.
Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird es ermöglicht, Gleichstrommagnete
mit hoher Schaltfrequenz zu betreiben, ohne daß die Erregerwicklung der Gleichstrommagnete
überlastet würde.
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Über den Impulstransformator 7 kann auch ein Brummspannungsanteil
der Spannungsquelle übertragen werden. Um zu verhindern, daß diese Brummspannung
den Transistor 9 schaltet, legt man die Basis des Transistors 9 über einen
Widerstand 10 an eine positive Sperrspannung. Dabei ist die positive Sperrspannung
11 und der durch den Widerstand 10
und die Sekundärwicklung des Impulstransformators
7 gebildete Spannungsteiler so zu bemessen, daß die Basis des Transistors 9 auf
einem positiven Potential liegt, welches etwas größer ist als die höchste auftretende
Brummspannungsamplitude. Der Transistor 9 wird dann nur durch einen negativen Impuls,
welcher einem Schaltimpuls entspricht, betätigt.
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Weiter ist ein spannungs- und richtungsabhängiger Widerstand 12 vorgesehen,
beispielsweise eine Zenerdiode. Sie dient dazu, beim Abschalten des Elektromagnets
auftretende positive Impulse durch den Zenereffekt abzuschneiden. Der Widerstand
der Zenerdiode in Durchlaßrichtung muß so groß sein, daß die negativen Schaltimpulse
durch die Zenerdiode 12 nicht wesentlich geschwächt werden; d. h., der Widerstand
in Durchlaßrichtung muß wesentlich größer sein als der Widerstand der Basis-Emitter-Strecke
des Transistors 9.
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Parallel zur Erregerwicklung 5 ist eine Diode 13 vorgesehen, welche
beim Abschalten der Erregerspannung auftretende Induktionsspannungen kurzschließt.
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Die Anordnung nach F i g. 1 arbeitet mit einer Spannungsquelle. Dabei
wird während der Anzugszeit über den Transistor 9 die volle Anzugsspannung an die
Erregerwicklung 5 gelegt. Nach dem Ansprechen der Elektromagneten wird der Transistor
9 gesperrt, und an der Erregerwicklung 5 liegt eine verminderte Haltespannung, da
in Reihe zur Erregerwicklung 5 ein Begrenzungswiderstand 6 vorgesehen ist.
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Das erfindungsgemäße Prinzip kann auch bei Verwendung von zwei Spannungsquellen
benutzt werden. F i g. 2 zeigt eine derartige Anordnung. Es sind eine Haltespannung
1, 14 und eine Anzugsspannung 1, 15 vorgesehen. Ein Schaltbefehl betätigt über die
Klemme 3 die Basis des Transistors 4. Dieser wird leitend und schaltet
auf die Erregerwicklung 5 die Haltespannung 1, 14. Parallel zur Erregerwicklung
5 liegt die Primärseite des Impulstransformators 7. Ein Begrenzungswiderstand ist
in diesem Fall nicht vorgesehen, da die Haltespannung 1, 14 so bemessen ist,
daß eine thermische Überlastung der Erregerwicklung 5 vermieden wird. Beim Einschalten
entsteht in der Sekundärseite des Impulstransformators ein Spannungsimpuls. Die
Sekundärseite des Impulstransformators ist so geschaltet, daß durch diesen Spannungsimpuls
der Transistor 9 leitend wird. Der Transistor 9 schaltet die Anzugsspannung
1, 15,
welche größer ist als die Haltespannung 1, 14, auf die Erregerwicklung
5. Es ist noch eine Sperrzelle 17,
im allgemeinen eine Diode, vorzusehen,
welche die Anzugsspannung gegenüber dem Transistor 4 sperrt. Im übrigen ist
diese Schaltungsanordnung entsprechend aufgebaut wie eine Schaltungsanordnung nach
F i g. 1.