DE1922955A1

DE1922955A1 - Ansteuerung von Elektromagneten

Info

Publication number: DE1922955A1
Application number: DE19691922955
Authority: DE
Inventors: Ullrich Dipl-Ing Walter
Original assignee: ULLRICH DIPL ING WALTER
Current assignee: ULLRICH DIPL ING WALTER
Priority date: 1969-05-06
Filing date: 1969-05-06
Publication date: 1970-11-19
Also published as: DE1922955B2; DE1922955C3

Description

Ans teuerung von Elektromagneten Die Erfindung betrifft eine Ansteuerung von Elektromagneten zum Erreichen einer vorgegebenen zeitlichen Stromänderung, insbesondere für Elektromagnete in elektrischen Relais, hydraulischen, pneumatischen und / oder mechanischen Stellgliedern mit kurzen anzug -und abfallzeiten.
ei blektromagneten wird die Anzugzeit neben den mechanischen Eigenschaften des beweglichen Ankers maßgeblich durch die zeit bestimmt, in der der Strom in der Erregerspule nach dem Einschalten den zum Anziehen des Ankers erforderlichen Jchwellwert, den Anzugstrom, erreicht. Die Abfallzeit wird dementsprechend durch die Zeit bestimmt, in der der Strom in der Erregerspule nach dem Abschalten den mindestens zum Halten des Ankers erforderlichen Wert, den Haltestrom, unterschreitet. Der Strom in der Erregerspule ändert sich bei gleichbleibender Induktivität nach einem Exponentialgesetz proportional der angelegten Spannung mit der Zeitkonstanten L/R, wobei L die Induktivität und R den widerstand des Stromkreises angibt.
bs ist bekannt, daß zum Erreichen kurzer Anzugzeiten von ilektromagneten die Zeitkonstante L/R dadurch linfügen eines zu des Ohmschen Widerstand der Spule zusätzlichen Vorwiderstandes in den stromkreis verringert wird. (Einführung in die Vermittlungstechnik, R. Oldenburg Verlag, 1965, Seiten 199 bis 202).
Um den notwendigen Betriebsstrom zu erreichen, muß die Betriebsspannung hierbei entsprechend erhöht werden. Die dadurch dem Strom kreis zusätzlich zugeführte Leistung wird im Vorwiderstand in Wärme umgesetzt, die durch geeignete Maßnahmen abgeführt werden muß. Das ist beim gedrängten Aufbau elektronischer Geräte oft umständlich.
Außerdem nimmt die Schaltung eine höhere elektrische Leistung auf als zum Betrieb des Elektromagneten notwendig ist.
Es ist ferner bekannt, daß zur weiteren Verkürzung der Anzugzeit und zur Erhöhung der Anzugkraft eines vlektromagneten ein anfängliches Überschwingen des stromes angestrebt wird. uas wird durch anfängliches Anschalten einer erhöhten 13etriebsspannung und späteres umschalten auf die normale Betriebsspannung erreicht. Hierfür ist allerdings ein zweiter gesteuerter Leistungsschalter erforderlich.
Schließlich ist bekannt, daß die Begrenzung der induktiven Gegenspannung beim Abschalten eines Elektromagneten durch besondere Schaltglieder erfolgt. (ETZ, Ausgabe A, Band 87, 1966, @eft 4, zeiten 144 bis 148). Die magnetische nergie wird dabei sowohl in der Erregerwicklung wie auch in den äußeren Schaltgliedern in wärme umgesetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, it nur einem gesteuerten und einem ungesteuerten Leistungsschalter einen blektromagneten so an - und abzuschalten, daß ii zeitlichen Mittelwert nur die zum Betrieb des Elektromagneten erforderliche elektrische Leistung verbraucht wird und trotzdem kurze Anzug - und Abfallzeiten erreicht werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelt5st, daß die Errgerspule eines zu schaltenden Elektromagneten jeweils kurzzeitig über einen gesteuerten Leistungsschalter an eine Spannung U 1 gelegt wird, deren Betrag höher ist, als zum Erreichen des gewünschten Betriebsstromes erforderlich ist.
In den schaltpausen wird die in der Erregerspule erzeugte Gegenspan nung über einen ungesteuerten Leistungsschalter auf' die Spannung Ü 2 begrenzt. Wählt man die Dauer von Schaltzeit und Schaltpause klein gegenüber der eitkonstanten des Magneten, so ändert sich während eines Schaltspiels der strom in der Lrregerspule nur wenig.
ein mittlerer Wert läßt Eich bei sonst konstanten Bedingungen durch da Verhältnis von Schaltzeit des gesteuerten Leistungsschalters zu der Dauer eines Schaltspiels, dem Tastverhältnis i, einstellen.
@ält man beim ninschalten das Tastverhältnis möglichst groß, im allremeinen eins, so bekommt man einen schnellen Stromanstieg.
Wenn der Strom den gewünschten spitzenwert erreicht hat, wird das Tastverhältnis verrinzert, so daß sich der gewünschte mittlere Betriebsstrom einstellt. Beim Ausschalten des Elektromagneten wird da Tastverhältnis 0. Die Geschwindigkeit ist hierbei von der Größe der Gerenspannung U 2 abhängig. Ein Teil der in dem magneten respeicherten magnetischen Energie wird dabei wie auch während der Schaltpausen als elektrische Energie an die Quelle von 2 abgegeben, die entsprechend aufnahmefähig sein muß.
Die Aufnahmefähigkeit der Spannungsquelle J 2 für die rückgespeiste @nergie kann kurzzeitig durch entsprechend große @ondensatoren, langzeitig dadurch sichergestellt werden, daß die Speisespannung U 1 für den Elektromagneten durch Spannungswandler aus der Spannung 2 oder aus der Summe der Spannungen 1 1 und 2 gewonnen wird, da der Elektromagnet im zeitlichen Mittel eine höhere elektrische Leistung aufnimmt als er abgibt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, da der bisher verwendete Vorwiderstand im Anschaltekreis von Elektromagneten mit kurzen Anzug - und Abfallzeiten und damit auch die dort erzeugte närme fort fallen. Es wird nur ein gesteuer@@@ Lei tungsschalter benötigt, Zusätzliche Schutzschaltungen bel Abschalten des magneten in niot erforderlich.
Die in derartigen Schutzschaltungen beim Abschalten eines Elektromagneten in Wärme umgesetzte elektrische Energie wird hier zurückgewonnen. Der im jeweiligen Betriebsfall eines Elektropmagneten benötigte Strom kann durch Andern des Tastverhältnisses verlustarm eingestellt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der eichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Figi 1 zeigt eine Schaltung zur Aussteuerung eines Auswahlmagneten eines schnellen elektromechanischen Druckers.
Der Magnet M wird über den Leistungstransistor SL, der hier als gesteuerter Leistungsschalter wirkt, an die Spannung u 1 angeschaltet. Wird SL gesperrt, so kann der brregerstrom zunächst über die Diode , die als ungesteuerter Leistungsschalter wirkt, zur Gegenspannung U 2 weiterfließen, bis die im Magneten gespeicherte energie aufgebraucht ist. Die erforderliche Steuerung des Tastverhältnisses T von SL übernimmt die schaltung mit-den Transistoren S 1 und o 2. im hier angeführten Beispiel kann T die Werte 0, Betriebsmaß b und 1 annehmen.
Eine Pulsfolge mit dem @astverhältnis 'i=b liefert ein Taktgenerator, der von mehreren Ansteuerschaltungen gemeinsam benutzt wird. (Hier nicht gezeichnet@. Liegt an der ningangsklemme E eine positive Spannung, so ist S 2 über R 2 leitend. Damit sind S 3 und SL gesperrt. (T=O). Ändert man die ingangsspannung an L plötzlich auf null, so wird @. 2 gesperrt. S 1 wird über den-Kondensator C ebenfalls gesperrt, da dieser noch aufgeladen ist. Damit werden S 3 und SL durchgesteuert, am Magneten liegt die Spannung U 1 dauernd an. (T=1). Der Strom im Magneten M steigt entsprechend der Höhe von U 1 schnell an. Der Kondensator C entlädt sich nun über R 1 und R 3. Ist dieser Vorgang weist genug fortgeschritten, so wird die vom Taktgenerator gelieferte und am Emitter von S 1 anliegende Puls folgte wirksam. S 1 wirkt als Verstärker in Blockbasis - Schaltung. Die verstärkte Puls folgte steuert über 8, 3 den Leistungstransistor SL. Die Spannung am Magnet M wird im durchgesteuerten Zustand von SL gleich U 1 und im gesperrten Zustand von SL gleich -U 2. Bei genügend hoher Pulsfrequenz schwankt der Strom im Magneten nur geringfügig um seinen Mittelwert. Wird die Spannung an Punkt E wieder genügend positiv, so wird X 2 leitend. Damit werden S 3 und JL wieder gesperrt. Der Strom im Magneten M klingt entsprechend der Höhe der Gegenspannung U 2 schnell ab. Die Speisespannung U 3 von S 1, S 2 und S 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel kleiner als U 1; sie kann auch z.b. mit U 1 identisch sein.
Der Widerstand R 5 begrenzt den Steuerstrom von SL, R 6 nimmt die Restströme von 5 3 und SL auf.
Fig. 2 zeigt eine etwas abweichende Ansteuerschaltung des Magneten M. Hier wird die in den Schaltpausen induzierte Gegenspannung an einer mit der Erregerwicklung fest gekoppelten, gegensinnig geschalteten Wicklung M 1 abgegriffen und über die Diode D an die Betriebsspannung U 1 geschaltet. Wählt man das Übersetzungsverhältnis der Wicklungen N und M 1 gleich dem Verhältnis der Spannungen U 1 zu U 2, so erhält man die gleichen Anzug - und Abfallzeiten wie bei der Schaltung nach Fig. 1.

Claims

Patentansprüche

1. Ansteuerung von Elektromagneten zum Erreichen einer vorgeebenen zeitlichen Stromänderung, inbesondere für Elektromagnete in elektrischen Relais, hydraulischen, pneumatischen und / oder mechanischen Stellgliedern mit kurzen Anzug - und Abfallzeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspule eines zu schaltenden Elektromagneten gepulst an eine Spannung gelegt wird und die induzierte Gegenspannung auf eine feste Spannung begrenzt wird, wobei die Impuls dauern klein gegenüber der Zeitkonstanten des !Magneten sind und das Schaltverhalten durch Änderung des Tastverhältnisses der Puls folgen beeinflußt wird.

2. Ansteuerung von Elektromagneten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsspannung des Elektromagneten durch wandler aus der Spannungsquelle abgeleitet wird, die die rückgeleitete Leistung aus dem Elektromagneten während der Schaltpausen aufnimmt.

3. Ansteuerung von Elektromagneten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die induzierte Gegenspannung während der Schaltpausen von einer mit der Erregerwicklung des Elektromagneten fest gekoppelten zweiten gegensinnig geschalteten Wicklung entnommen wird, so daß bei geeignetem Übersetzungsverhältnis der beiden Wicklungen die Betriebsspannung auch als Begrenzungsspannung dienen kann.